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RAE 1. TIPO DE DOCUMENTO: Trabajo de grado para optar por el título de INGENIERO MECATRONICO.

2. TITULO: Diseño y construcción de un sistema de avance y corte para la automatización del proceso de manufactura de pasadores para la confección de ropa aplicado a la maquina recubridora kansai

AUTORES: Jairo Yesid Vargas Montaña, Héctor Gabriel Ochoa Loaiza

3. LUGAR: Bogota, D.C.

4. FECHA: Octubre 2012

5. PALABRAS CLAVE: Automatización, sistema de corte, pasador, control, sierra, PLC.

6. DESCRIPCION DEL TRABAJO: El objetivo principal de este proyecto es el de automatizar

un proceso secuencial en la industria de la confección, como lo es el corte de tiras de pasador, se pretende minimizar el tiempo de ejecución del proceso y eliminar el riesgo de accidente al realizar la operación.

7. LINEAS DE INVESTIGACION: Automatización de procesos de procesos de manufactura.

8. FUENTES CONSULTADAS Areny, R. P. (2001). Sensores y acondicionadores de señal 3°

edición . Barcelona, España : Alfaomega marcombo, Chapman, S. J. (1985). Máquinas Eléctricas 4ta Edición. Australia : McGraw-Hill. INDUSTRIAL, S. G. (2009). Rodamientos. DARREINA LTDA. Mott, R. L. (2006). Diseño de elementos de máquinas. México: Pearson Educación. Nisbett, R. G. (2008). Diseño en ingenería mecánica de Shigley. Mc Graw Hill.

9. CONTENIDOS: Hoy en día la industria textil es una de las partes más importantes para el desarrollo de la nación debido al margen de producción y a la cantidad de empleos que genera, sobre esto se ha referido el DANE afirmando que “La producción de textiles y confecciones en Colombia ha incrementado en los últimos años. Entre el 2003 y 2011, la producción tuvo un crecimiento promedio anual de 8% y compuesta de 3%. En el 2011 la industria textil creció en un 7%, jalonada especialmente por la demanda interna y en 2012 se estima que podría cerrar en un crecimiento del 13%, correspondiente 9% en textil y 4,1% en confecciones según cifras del DANE”.(Proexport, 2011). Pero esta industria carece de procesos de automatización debido a que está conformada por muchas microempresas, en su mayoría con bajos niveles de producción y con la utilización de tecnologías antiguas y rutinarias, las cuales son generalmente operadas por personas, que hacen dependientes de ellas mismas el rendimiento en la producción. Esta limitación se convierte en una opción para presentar proyectos relacionados con procesos de automatización ya que es una parte de la industria en crecimiento.

10. METODOLOGIA: Es de carácter empírico - analítico aplicando la automatización de

procesos mediante PLC y micro controladores.

11. CONCLUSIONES: Se determinaron los requerimientos técnicos para el desarrollo de un

prototipo, basados en los elementos de sujeción, propiedades mecánicas que lo conforman contando en su gran mayoría con sobre diseño, debido a los pequeños esfuerzos y los requerimientos de la empresa patrocinadora, facilitando procedimientos analíticos enfocados al diseño y fabricación.

Se realizaron mediciones en lazo abierto para indicar las posibles fallas en el proceso y de rendimiento de los operadores a diferentes horarios obteniendo resultados satisfactorios que dan a conocer el comportamiento en estado inicial del sistema. Sin embargo no fue posible realizar mediciones al rango de operación y comportamiento del motor original debido al corto rango en la palanca de freno.

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INTRODUCCION

Hoy en día la industria textil es una de los sectores más importantes para el desarrollo de

la nación debido al margen de producción y a la cantidad de empleos que genera, sobre

esto se ha referido el DANE afirmando que “La producción de textiles y confecciones en

Colombia ha incrementado en los últimos años. Entre el 2003 y 2011, la producción tuvo

un crecimiento promedio anual de 8% y compuesta de 3%. En el 2011 la industria textil

creció en un 7%, jalonada especialmente por la demanda interna y en 2012 se estima que

podría cerrar en un crecimiento del 13%, correspondiente 9% en textil y 4,1% en

confecciones según cifras del DANE”. (Proexport, 2011)

Pero esta industria carece de procesos de automatización debido a que está conformada

por muchas microempresas, en su mayoría con bajos niveles de producción y con la

utilización de tecnologías antiguas y rutinarias, las cuales son generalmente operadas por

personas, que hacen dependientes de ellas mismas el rendimiento en la producción. Esta

limitación se convierte en una opción para presentar proyectos relacionados con

procesos de automatización ya que es una parte de la industria en crecimiento. Además

de la empresa que se verá beneficiada con este proyecto que es Turbo Jeans, hay otras

empresas que manejan los mismos métodos de confección manuales y que en otras

circunstancias posteriores podrían beneficiarse con esta máquina como Studio F,

Colombia Jeans, Bordados Ltda, CI Jeans SA, Bico internacional, Novedades Antonio SA,

CI el Globo, entre otras, en su mayoría localizadas en la ciudad de Medellín.

Con este proyecto se pretende iniciar un proceso de automatización en el área de la

confección, con un interés específico: La elaboración y corte de tiras, especialmente las

utilizadas en la construcción de pasadores, los cuales se ubican en la pretina de los

pantalones. Con este proyecto se busca reducir los costos de fabricación de las prendas

implementando adaptaciones a una máquina ya existente, con la cual un operario

desarrolla múltiples funciones. Específicamente, el proyecto se interesa en hacer

adaptaciones a una máquina recubridora kansai especial, que permitan automatizar el

proceso, sin interferir directa o indirectamente el normal uso de la misma, tanto para el

operario como para la funcionalidad del proceso, y además, el uso de estas partes

externas permitan reducir costos en la producción y el mejor aprovechamiento del

personal que desarrolla esta operación.

Para la elaboración del proyecto se cuenta con el apoyo de la microempresa TURBO

JEANS cuyos propietarios están interesados en automatizar pequeños procesos que

reduzcan el precio del producto y mejore el rendimiento de los mismos.

Desde esta perspectiva, el presente documento se constituye en el informe de investigación en calidad de Tesis de Grado, como requisito institucional de la Universidad de San Buenaventura para optar al título de Ingeniero Mecatrónico.

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El documento se estructura de la siguiente manera: El primer capítulo, referido al planteamiento del problema de investigación en la que se describe los antecedentes, la descripción, formulación, justificación del problema que motiva la investigación, el cual está asociado a la necesidad de diseñar y construir partes adaptables a la máquina recubridora kansai especial, para la automatización en el proceso de manufactura y corte de pasadores para la confección de ropa. El segundo capítulo, el marco de referencia desarrolla fundamentalmente los referentes conceptuales, teóricos y legales. Basándose en la necesidad de conocer el funcionamiento y descripción general de algunos elementos necesarios para el desarrollo del proyecto. El referente legal se estructura tomando como base las leyes colombianas para beneficiar

a los pequeños productores textiles de la industria Colombiana, entre otros, La Ley 50 de

1990 por medio de la cual se dictan disposiciones que protegen al trabajador, la Ley 590

del 2.000, sobre política nacional para promover el espíritu empresarial y la creación de

empresas.

El tercer capítulo consta del desarrollo del proyecto, esto por medio de un cuadro conceptual donde se describe de manera detallada las tareas y actividades que permitan desenvolver de forma adecuada cada uno de los objetivos propuestos, además de tener en cuenta las posibles formas de recolección de información que resulten necesarias para el proyecto. Con base en este cuadro de tareas y actividades se desarrolla el cuarto capítulo, llevando el mismo orden de ideas que describen las actividades, por medio de tablas de datos tomados a la máquina y reconocimiento de las variables que puedan afectar al control que se desea implementar, analizando de manera detallada la manera en que realizan el proceso actual los operadores. Ya teniendo el nuevo sistema de control se procederá en el capitulo quinto a dar a conocer los resultados, los nuevos datos tomados permitirán saber si cumplió los objetivos propuestos y en esa medida dar paso al capítulo sexto donde se habla de las conclusiones del proyecto, las dificultades y los problemas que resultaron durante el proceso de implementación del control requerido.

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1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

1.1. ANTECEDENTES

Con la Revolución Industrial, el primer proceso que dejó de ser hecho a mano para ser

hecho por las máquinas, fue el del procesamiento del algodón y la seda para la

producción de telas en tejedoras, alrededor del siglo XVIII buscando maximizar la

producción en el menor tiempo posible. Hoy en día se cuenta con más elementos

mecánicos que complementan el desarrollo de procesos en el campo textil contando con

un sin fin de maquinaria como lo es la máquina plana, la recubridora, la cerradora, la

bordadora de diferentes marcas.

Hoy en día esta industria, aun cuenta con la interferencia directa de los operadores

aumentando las fallas y los accidentes, tal y como lo describió el DANE1 en sus estudios,

generando nuevas necesidades enfocadas a la automatización de procesos pequeños

como lo es corte de pasadores, limpieza de prenda terminada, sistema de rematado.

Por tal razón la microempresa TURBO JEANS ha decidido invertir en la mejora del

proceso que más accidentes le presenta, como lo es el corte de pasadores, esto debido a

la gran interacción y el alto riesgo al que pueden estar sometidos.

Como el proceso de elaboración de prendas tiene varios pasos, que van desde la etapa

de diseño hasta el producto final, pasando por el corte de las piezas que componen una

prenda de vestir hasta la confección del producto, se pueden presentar muchos

accidentes.

Un ejemplo de lo anterior, se presenta al tender la tela sobre la mesa, en el que se ubica

el plano realizado (trazo). Inicialmente se utiliza la “Cortadora vertical” y se pasa por

todas las líneas del trazo, de esta forma quedan muchos bloques con las formas

deseadas. Al obtener el bloque de tiras el operario toma cada una de estas y las introduce

con las manos al “folder”, simultáneamente acciona el pedal que da movimiento a la aguja

o sistema de costura. Con la tira recubierta el operario toma una medida fija sobre una

mesa y con tijera va cortando cada sección, este proceso es repetitivo hasta el momento

de encontrarse con las uniones de material, el cual se debe cortar, desechar, y seguir con

el proceso. Como consecuencia de todas las operaciones manuales, se presentan

retrazos en la producción, lo que ha llevado a la modernización paulatina de varias etapas

de este proceso.

1 DANE, (Proexport 2011). Invierta en Colombia.

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1.2 DESCRIPCION Y FORMULACION DEL PROBLEMA.

La elaboración de pasadores es una actividad de gran demanda en la industria textil

actual. Los pasadores no son exclusivos de los pantalones (principalmente de los

masculinos), sino que sea por necesidad, por lujo, o por moda, los pasadores también se

encuentran frecuentemente en blusas, vestidos, overoles, entre otras prendas de vestir,

hecho que motiva a empresas y microempresas a diseñar estrategias que permitan

optimizar su producción generando condiciones que posibiliten mayores beneficios a la

empresa o microempresa y a su personal.

Un caso concreto de este problema se presenta en la microempresa TURBO JEANS,

cuya finalidad es la fabricación de jeans, para lo cual cuenta con catorce máquinas, de las

cuales una de ellas está dedicada exclusivamente a la elaboración de pasadores. La

demanda actual de pasadores en la microempresa es alta y desborda la producción

diaria de pasadores generando la necesidad de mejorar y agilizar el proceso que evite

tener que disponer de otra máquina y de otro operario para dicha función.

Adicionalmente, el constante contacto de los operarios con las máquinas y los

instrumentos de corte de las telas, generan riesgos en la seguridad industrial.

A partir de la necesidad de la empresa TURBO JEANS de disminuir los costos de la

producción y el aumentar el rendimiento del proceso de elaboración de pasadores y

garantizar mayor seguridad a los operarios, partiendo del hecho de la complejidad y

lentitud de esta parte del proceso de elaboración total de una prenda de vestir, el

representante de dicha empresa, señor Jhon Muñoz (Anexo 1), solicitó el diseño y

construcción de un proceso eléctrico-mecánico con la capacidad para adaptarse a

cualquier tipo de prenda, desde la tela frágil hasta los jeans más gruesos, para hacer y

organizar sus pasadores.

El requerimiento de la empresa, es una mejora a la máquina recubridora kansai para la

fabricación de los pasadores teniendo en cuenta la relación costo-beneficio, respecto a las

ganancias de la microempresa y garantizando mayor seguridad a los operarios de estas

máquinas. Concretamente se requiere desarrollar un proyecto con la siguiente finalidad:

tomar un paquete de pasadores previamente cortados en bloque, pasarlos por la máquina

recubridora kansai que es la única máquina capaz de ofrecer el tipo de puntada necesaria

para este tipo de operación que exige ser más gruesa, luego, la máquina debe ser capaz

de cortar a diferentes medidas los pasadores dependiendo del caso específico (tela,

prenda, talla), entonces, para cuando llegue el momento en el que el bloque se haya

acabado la misma máquina tome el siguiente bloque de tela, y con el objetivo de

mantener la continuidad del proceso lo unirá al que se está acabando, aclarando además

que ese pedazo de tela añadida no se tome como un pasador más, sino que sea

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desechada automáticamente, entregando así pasadores apilados y clasificados por la

anterior discriminación de tamaño, tela, etc.

En este proceso, es necesario que la máquina automatizada tenga una capacidad mayor

a la que tienen las demás, para evitar una pérdida de inversión y retrasos en la capacidad

productiva de la microempresa. Finalmente, al consolidar el funcionamiento de la máquina

el empleador reduce la doble tarea de un operario que es quien hoy día cumple con las

funciones de la elaboración de los ya mencionados pasadores, no siendo esta una función

exclusiva sino complementaria a la de posicionar los pasadores en las prendas de vestir.

De acuerdo a lo anterior, el grupo de trabajo responsable del proyecto, se plantea resolver

la siguiente pregunta ¿Cómo mejorar el proceso de manufactura y corte de

pasadores para la confección de prendas de vestir en la microempresa TURBO

JEANS y lograr asi reducir los costos de producción y los accidentes laborales ?

1.3 JUSTIFICACIÓN

Este proyecto de mejoramiento de la máquina de coser recubridora kansai, sustenta su

importancia en:

1. Aporta a la solución de un problema concreto en un contexto específico: Suplir la

necesidad de la empresa TURBO JEANS de disminuir los costos de la producción,

aumentar el rendimiento del proceso de elaboración de pasadores y garantizar mayor

seguridad a los operarios que hacen parte del proceso de elaboración de jeans,

mediante la automatización de la máquina recubridora kansai. De esta forma, el

proyecto aporta al mejoramiento de la calidad de los procesos de fabricación de jean

en la microempresa Turbo Jeans, optimizando los procesos de producción e

incrementando su capacidad competitiva.

2. Para el desarrollo del proyecto y beneficio para la microempresa: Dada la viabilidad

económica del proyecto, se tiene el respaldo económico por parte del propietario de

la microempresa para el diseño y desarrollo del proceso de automatización de la

máquina recubridora kansai. De esta manera el proyecto tiene una finalidad

económica, dado que con respecto a las demás empresas similares, Turbo Jeans en

capacidad productiva tomaría una amplia ventaja sobre ellas teniendo en cuenta que

los resultados propuestos son a corto plazo partiendo del hecho de que la máquina

tendrá una eficiencia medida en horas mucho mayor a la de un operario, además

hará un proceso íntegro que agilizará el posicionamiento de los pasadores, por parte

ya de otro operario.

3. Aporta al mejoramiento de la seguridad industrial y personal, dado que disminuye el tiempo de contacto directo del operario con la máquina, sin desconocer la necesidad e importancia de la labor que este desempeña, pues el proyecto se desarrolla en

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correspondencia con la visión del mantenimiento productivo total (TPM), el cual es una estrategia gerencial que “permite la eliminación rigurosa y sistemática de las pérdidas, el logro de cero accidentes, alta calidad en el producto final con cero defectos y reducción de costos de producción con cero averías o fallas” (Wikipedia, 2012).

4. En este contexto, es importante aclarar, que no es intención del proyecto generar desempleo, porque el operario no va a ser despedido ni remplazado por la máquina, sino que la intención con respecto a esta persona es minimizarle los riegos de salud y bienestar que puedan acontecer durante la manufactura de los pasadores. Entonces, ¿cuál vendría a ser su nueva función? Ser el encargado de constatar el correcto desempeño de la máquina y evitar complicaciones en el caso de algún error o accidente que la misma pueda tener. Por otra parte no en vano se pretende alivianar la carga labor de manufactura de los pasadores que en su esencia es monótona, lenta, complicada y en parte riesgosa.

5. Es un proceso innovador, teniendo en cuenta que los rastreos realizados a nivel

nacional por diferentes microempresas afines a Turbo Jeans, se pudo evidenciar que

los procesos de fabricación de los jeans cuentan con las mismas características y

problemática descrita en este documento. Es innegable que para la Colombia actual,

se deben asumir retos de innovación en la industria textil, especialmente en la

microempresa, que sean viables económicamente. Viendo esta innovación en

términos a largo plazo, esta invención es asequible al presupuesto de cualquier

empresa de este carácter que desee mejorar su capacidad e producción y reducir los

costos de la misma.

6. Aporta en la consolidación de los procesos de formación como Ingenieros

Mecatrónicos, dado que el proyecto no solo contribuye significativamente a un

contexto particular como el de la microempresa Turbo Jeans, o al contexto textil

nacional, sino que además permite involucrar y conjugar los saberes de mecánica y

electricidad, evidenciando la competencia profesional como ingeniero mecatrónico,

teniendo siempre en cuenta el aprovechamiento máximo de los recursos

suministrados y ver lo que se proponía en la materialización misma de la agilización

del proceso y la disminución de costos que son la compensación por la inversión

inicial.

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1.4. OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN.

1.4.1. Objetivo general. Diseñar y construir un sistema de avance y corte para tiras de

pasadores e implementar un control de velocidad a la máquina Recubridora Kansai.

1.4.2. Objetivo específicos

Diseñar un sistema mecánico de corte de pasadores que reciba el material de la

recubridora Kansai.

Diseñar un tablero de control que permita la interacción con el usuario.

Implementar un control de velocidad a la máquina recibidora.

Reducir el consumo de energía mientras realiza el proceso

Implementar un cambio de automático – manual del proceso en cualquier punto

Implementar mejoras al sistema que permitan reducir el tiempo de producción,

minimizar el contacto de los operarios y evite afectar el normal desempeño de la

máquina.

1.5. ALCANCES Y LIMITACIÓNES DEL PROYECTO

El proyecto pretende mejorar e innovar en un campo poco explorado, al implementar un

control de velocidad, que ahorre energía, además desarrollar un sistema que logre

maximizar los recursos para evitar el desperdicio de material, procurando siempre

efectuar cortes exactos a los requerimientos del proceso generando un aumento la

producción.

Para el proceso de validación del proyecto y sus posibles resultados iniciales, la

efectividad puede verse truncada por variables del material a trabajar, tales como grosor y

longitud de los pasadores, o del espacio de trabajo en el que estará la máquina, variables

que ocasionarían errores en las pruebas de instalación y ubicación de la máquina que

generarían a su vez elevación en los costos del proyecto y además un tiempo extra que

no está presupuestado para la ejecución del proyecto.

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2. MARCO DE REFERENCIA

2.1. MARCO CONCEPTUAL.

Este capítulo inicia con análisis de los conceptos necesarios para el desarrollo del

proyecto, de esta manera se entrelazan con dos grupos de elementos: iniciando por los

mecánicos y terminando por los electrónicos, sin dejar de lado cada uno de los

componentes que intervienen en el proceso actual y en la máquina principal. Por tal razón

es necesario comenzar por la composición de los materiales a trabajar:

2.1.1. Los tejidos. “Tejido es todo aquel producto que resulta de una elaboración por un

proceso textil. Ya sea partiendo de hilo o de fibra. Antes de utilizar las fibras para fabricar

los tejidos es necesario obtener de ellas hilos continuas de diámetro adecuado para

urdimbre /conjunto de hilos paralelos dispuestos en el sentido del largo del tejido) y la

trama (hilos que cruzan el tejido), que son las dos clases de hilos que, ente cruzados,

forman fundamentalmente los tejidos”. (Huaman, 2003)

Los hilos se forman agrupando las fibras ordenadamente para que compongan una

sección sensiblemente uniforme, y después, torciendo el conjunto para que aumente la

fricción entre las fibras y darle así al hilo resistencia a la tracción.

Antiguamente esta operación se realizaba a mano, con el huso y la rueca, pero en la

actualidad el hilado se hace a máquina, en un proceso bastante complicado, en el que por

medio de estirajes y torsiones sucesivas, se obtiene hilos de diámetro y resistencias

suficientes uniformes.

Tabla1.Clasificación de los tejidos

Partiendo del hilo (tejas tejidas) Tejido de calada

Tejido de punto

Partiendo de fibra (No tejidos) Tejido no tejido

Fuente: Recopilación

Aun después de conocer los tipos de tejido es necesario saber la composición del

material de costura y sus diferentes aplicaciones, de este modo se entenderá el porqué

de la elección de la aguja e hilo necesario para cada material

2.1.2. El hilo de coser: El hilo es una hebra o material fibroso, largo y delgado, formado

mediante las diversas operaciones de hiladura. Se caracteriza por su regularidad, su

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diámetro y su peso, estas dos últimas especificaciones determinan el número o título del

hilo.

En otras palabras el hilo de coser es la reunión de fibras largas y delgadas las cuales se

estiran y tuercen para obtener de esta manera una densidad fina y uniforme de las fibras,

“los hilos pueden ser de origen animal como la lana y la seda, vegetal como: lino, algodón

y otros, artificiales como nylon y poliéster, con ellos se tejen y unen géneros que se

emplean en el vestido y otras industrias.” (fido.palermo.edu)

Tabla2.Hilos

DENIER Aplicaciones de los hilos en la confección

DENIER 50 medida .003" Sobrehilado de todas las prendas de vestir en general.

Pantalones de vestir, chamarras, trajes, suéteres,

pijamas, mamelucos, y trama para tejer acrilán

DENIER 80 medida .004" Costuras de forro, dobladillos, pegado de etiquetas,

sobrehilado, bordado, ropa deportiva, uniformes,

delantales.

DENIER 130 medida .005" Todas las del punto anterior, además de costuras para

colchas, sábanas, fundas, cobijas, manteles,

almohadas, corbatas, cierres, encajes.

DENIER 130 medida .006" Cortinas, gorras, cortinas de baño, colchonetas,

monederos, carpetas, guantes, paraguas, bolsas de

plástico y lona.

DENIER 130 medida .007" Bolsas de piel y plástico, artículos de paja: sombreros,

sopladores, tortilleros, bolsas para mandado, juguetes

afelpados, gabardinas.

DENIER 130 medida .008" Artículos de piel y plástico: portafolios, carpetas, porta

trajes, zapateras, estuches para herramientas y lentes,

llaveros, saco para dormir, zapatillas.

DENIER 130 medida .009" Tapicería doméstica, zapatos, tenis, muebles, salas,

taburetes, sillas, sofá camas, catres, casas de campaña,

mochilas.

DENIER 130 medida .010" Fundas de automóvil, alfombras, tapicerías gruesas,

tapetes, maletas, vestiduras de coche

DENIER 130 medida .011" Cubreasientos y vestiduras para auto y aviones,

artículos deportivos: manoplas, golferas, balones,

mochilas y equipo de campismo.

DENIER 130 medida .012" Maletas de tipo pesado, cerrado de costales de alimento

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de animales, azúcar, harina, arroz, frijol, sal, jabón,

grenetina.

Fuente:http://www.quiminet.com/articulos/los-tipos-de-hilos-y-su-aplicacion-en-la-confeccion

2.1.3. La aguja. La aguja es una pieza cilíndrica que tiene en su extensión diferentes

grosores. Es de acero templado y cromado, su función es trasportar el hilo de un lado a

otro del material al ser costurado. Esto posibilita el entrelazado del hilo superior con el

inferior o también el entrelazamiento del hilo superior con la misma aguja

2.1.4. PARTES DE LA AGUJA

BASE: Extremo superior de la aguja, facilita la inserción de la aguja dentro del

porta aguja

CABO: Parte superior de la aguja que se coloca en la barra de la aguja puede ser

cilíndrica y sujetarse con un tornillo de fijación o tener una cara plana y sujetarse

con una abrazadera

CONO: Está ubicado entre el cabo y la lámina y sirve de refuerzo a esta en el

momento que se atraviesa el material.

LÁMINA O TRONCO: Es la parte comprendida entre el cono y la parte inferior del

ojo y que caracteriza el espesor de la aguja. Durante la costura, es la lámina que

sufre la mayor fricción del material

CANALETA O RANURA LARGA: La ranura larga está situada a lo largo de la

lamina o tronco desde la parte inferior del cabo hasta un poco debajo del ojo, la

canaleta actúa como guía protectora del hilo evitando de esta manera el mayor

rozamiento cuando la aguja la atraviesa el material a ser unido, su profundidad

debe ser adecuada al diámetro del hilo a fin de que proporcione un control sin

restricciones.

RANURA CORTA: Está en el lado del ojo frente al garfio y extiende un poco por

encima y por debajo del ojo, para ayudar al paso inicial del hilo y a la formación del

bucle.

OJO: es un orificio por donde se enhebra el hilo situado en el extremo inferior del

a aguja y encima de la punta, algunas agujas pueden tener un ojo ensanchado, es

decir una sección más ancha en el ojo que el de la caña a fin de reducir la fricción

de la aguja contra el tejido.

PUNTA: Es el extremo inferior de la aguja, conformada para proporcionar la mejor

penetración en los diferentes materiales con la mejor apariencia y menor deterioro

en las costuras. Existen puntas apropiadas para diferentes tipos de material.

Figura 1. Dibujo de la aguja. Frente y perfil

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Fuente: CLASES PARTICULARES DE CORTE Y CONFECCION DE PRENDAS DE VESTIR, Janet Molina

Torres

2.1.5. Tipos de agujas. Existen diferentes tipos de aguja que son usadas en máquinas de

coser industrial, de acuerdo a su finalidad, la característica central de cualquier máquina

de coser es su aguja o agujas, debido a que el diseño de cada máquina requiere una

dimensión especifica de agujas utilizadas, se han desarrollado más de 2000 sistemas de

agujas diferentes.

Tabla 3. Clasificación de las agujas de punta redonda según el tejido

Fuente: http://www.cataloguesinger.com/site/?/es-es/industrial/tecnica#

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Luego de conocer los antecedentes y tipos de materiales es necesario hacer un breve relato de cada una de las partes que componen la máquina original.

2.1.6. Máquina de coser. “Recta o pespuntadora de 1 o 2 agujas es la máquina

empleada en la industria de confecciones, tiene como función unir dos o más piezas de un

material textil por medio de una secesión de puntadas llamada doble pespunte, la puntada

de esta máquina está formada por dos hilos uno superior en la aguja y otro inferior en la

bobina, esta máquina forma una columna de costura utilizando una puntada a

continuación de otra” (Huaman, 2003).

La puntada que realiza la máquina tiene la misma apariencia por el derecho y al revés,

este tipo de puntada no posee elasticidad sin embargo es la mas económica en cuanto a

consumo de hilo.

2.1.7. Partes de la máquina de coser.

Figura 2. Grafica general del mueble de la recubridora kansai especial

Fuente: Manual Recubridora kansai especial

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El mueble y sus componentes. “Es la parte donde está asentado el cabezal, es de

madera recubierta con fórmica, sus patas son de metal y tiene como función soportar el

material que ha de confeccionarse, sus partes son” (Huaman, 2003)

INTERRUPTOR: Sirve para concitar o desconectar el motor de la máquina a

través de una palanca botón. (4)

SOPORTE CABEZAL: Sirve para apoyar el cabezal durante la limpieza de la

máquina (1)

PORTA HILOS: Es el soporte para colocar los tubos o conos de hilos. (7)

PEDAL: Es la parte de la máquina ligada al motor por una barra o cadena. Su

función es poner en movimiento y controlar la velocidad de sus puntadas, sirve de

embrague y freno (6)

MUEBLE: Estructura de madera en la que se ubica el conjunto de la máquina (2)

RODILLERA: Freno de emergencia (5)

MOTOR: Es el elemento de transmisión de potencia que se acopla al cabezal y

de cuyas partes se destacan: CORREA DE TRASMISIÓN: llamada también faja,

es el nexo entre el cabezal y el motor, este último transmite fuerza de un

movimiento de rotación hacia la polea del volante. POLEA DEL MOTOR: sirve

para transmitir la fuerza del motor y está acoplada al eje del embrague. (3)

Figura 3. Motor convencional con embrague incorporado

Fuente. Manual Recubridora kansai especial

2.1.8. Embrague. Los sistemas mecánicos necesitan controlarse siempre que haya necesidad de cambiar el sentido del movimiento de uno o más de sus componentes. Cuando un dispositivo se arranca o enciende en un principio, tiene que acelerar a partir del estado de reposo hasta alcanzar la velocidad de operación, según vaya terminado sus funciones, suele ser necesario que el sistema vuelva al estado de reposo. En aquellos sistemas que operan de manera continua, a menudo es necesario cambiar de velocidad para ajustarse a las distintas condiciones de operación. En ocasiones la seguridad es la que dicta el método para controlar el movimiento que se va a utilizar. Por tal razón lo que más interesa es el control del movimiento giratorio en sistemas que son impulsados por motores eléctricos, turbinas y similares. En última instancia, el

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movimiento lineal puede generarse mediante eslabones, transportadores u otros mecanismos. (Huaman, 2003) Cada superficie de fricción tiene la forma de un anillo o corona circular sobre una placa plana. Dos o más placas de fricción se mueven en sentido axial para entrar en contacto con una placa lisa con el cual se enlazan.

Figura 4. Freno de placa

Fuente: (Tekmatic, 2007)

2.1.9. Folder. Este dispositivo permite darle forma a las tiras de tela antes de ingresar al

sistema de costura de la recubridora, este dispositivo viene para tiras desde 25mm a

45mm.

Figura 5. Folder recubridora

Fuente. CATALOGO GranMurallaGroup.com

2.1.10. Pie prénsatela. Este es un elemento mecánico usado en la confección de ropa para sujetar la tela sobre los dientes de arrastre, en las máquinas de coser esta sujetada a una barra que es levantada por un pedal ubicado en la parte inferior de la máquina y es accionado al momento de manipular la tela por el operario.

Figura 6. Algunos tipo de Pie prénsatela

Fuente: CATALOGO, Alcalde Venta y reparación de máquinas decoser

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2.1.11. Cortadora circular. Corta hasta 4 pulgadas de grosor de material, este sistema es

tomado en cuenta para que su modelo servirá de guía en el diseño.

Figura 7. Máquinas empleadas para seccionar y perforar

Fuente. http://www.directindustry.es/prod/eastman-cutting-machines/sierras-circulares-de-mano

(INDUSTRY, 2012)

2.2 ELEMENTOS MECÁNICOS. Luego de conocer cada una de las partes que

componen la máquina principal se procede a hacer un análisis frente a aquellos

elementos mecánicos que intervienen en el diseño a proponer:

“el diseño mecánico es el proceso de diseñar, elegir, o ambos, componentes mecánicos y

armarlos para que cumplan con la función que se pretende” (Mott, 2006). Desde luego, los

elementos de maquinaria deben ser compatibles, entre sí y funcionar con seguridad y

eficiencia. El diseñador ha de considerar no sólo el rendimiento del componente que esté

diseñando si no a su vez, los elementos con los que debe interactuar.

2.2.1. Rodamiento: “Los rodamientos son elementos mecánicos que facilitan el

movimiento de los ejes y reducen la fricción gracias a las pistas y a los elementos móviles

que poseen, estos elementos se encargan de absorber las fuerzas que están presentes

en el mecanismo” (Atacama).

Figura 8. Rodamiento rígido de bolas

Fuente: http://www.directindustry.es/prod/skf-magnetic-bearings/rodamientos-de-precision-

5564-27343.html (INDUSTRY, 2012)

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2.2.2. Engranaje tornillo sin fin. El engranaje de tornillo sinfín se utiliza para transmitir la potencia entre ejes que se cruzan, casi siempre perpendicularmente entre sí. En un pequeño espacio se pueden obtener satisfactoriamente relaciones de velocidad altas. El contacto de impacto en el engrane y de otros tipos no existe en los de tornillo sinfín. En vez de esto, los filetes deslizan en contacto permanente con los dientes de la rueda, lo que da por resultado un funcionamiento silencioso si el diseño, la fabricación y el funcionamiento son correctos.

Figura 9. Tornillo sin fin de un diente

Fuente. http://es.wikipedia.org/wiki/Archivo:TornillloSinFinMontacargas.JPG

2.2.3 Sistema de arrastre por rodillo superior. Es un rodillo que funciona como prénsatelas con movimiento propio, lo cual permite darle avance a la tela en dos direcciones, además de estabilidad para el trasporte de la misma.

Figura 10. Esquema generar de un sistema de arrastre

Fuente.http://www.edym.com/CD-tex/04cc/cortconf/cap19213.htm (Parinat, 1997)

2.3 ELEMENTOS ELECTRICOS. Se inicia una referencia con los elementos electrónicos,

dando un comienzo con los actuadores, pasando por los tipos de sensores y finalizando

con aquellos elementos que controlarían el proceso.

2.3.1. Elementos de protección electrónicos. Estos son elementos eléctricos que son

utilizados para proteger los elementos principales de caídas o sobrecargas de tensión en

el sistema. Como lo son fusibles, contactores, entre otros.

2.3.2. Fuente de voltaje. Este dispositivo se encarga de proporcionar la potencia

necesaria para el funcionamiento de todos los dispositivos electrónico (voltaje y corriente).

18

2.3.3. Motor eléctrico. Es un elemento indispensable en un gran número de equipos

electrónicos, encargado de transformar la energía eléctrica en energía mecánica por

medio de interacciones electromagnéticas.

“Con el objeto de poder efectuar la elección del modelo más adecuado y así poder

obtener el mejor rendimiento de los mismos. Es necesario conocer algunos de los

diferentes modelos y diseños y aplicaciones de acuerdo a la energía mecánica que se

emplea para poner en movimiento el mecanismo del equipo en el que se instale.”

(Chapman, 1985)

Figura 11. Algunos motoreductores DC

Fuente. http://pdisc.industrystock.com/137433_bild.jpg

2.3.4. Solenoide. Elemento electrónico que se compone de una bobina y un eje móvil

básicamente, y lo que hace es generar un movimiento al eje por medio de campos

magnéticos, bien sea hacia el interior o el exterior de la bobina.

Figura 12. Principio de funcionamiento del solenoide

Fuente. Enciclopedia Digital Microsoft Encarta 2005

2.3.5. Sensores resistivos. “Los sensores basados en la variación de la resistencia

eléctrica de un dispositivo son probablemente los más abundantes. Ellos se debe a que

son muchas las magnitudes físicas que afectan al valor de la resistencia eléctrica de un

material, por tal razón ofrecen una solución válida para numerosos problemas de medida.”

19

(Areny, 2001) En el caso de los resistores variables de temperatura ofrecen también un

método de compensación térmica aplicable en los sistemas de medida de otras

magnitudes. Por tal razón para la clasificación de los diversos sensores de esta clase se

toma como criterio el tipo de magnitudes físicas medidas (mecánicas, térmicas,

magnéticas, ópticas y químicas) (Areny, 2001).

2.3.6. Sensores ópticos: Cuando se habla de sensores ópticos, se está haciendo

referencia a todos aquellos que son capaces de detectar variables físicas por medio de un

lente, y transformarlas en señales eléctricas.

2.3.7. Tarjeta de adquisición de datos: Las tarjetas de adquisición de datos son

elementos electrónicos que permiten recopilar datos analógicos de los sensores,

transformarlos y enviarlos de forma digital a otros dispositivos. De la misma forma tomar

datos digitales y convertirlos en señales análogas. Estas tarjetas se arman con elementos

electrónicos comunes como los son condensadores, resistencia, pulsadores entre otros.

Pero el elemento principal es el micro controlador que es el encargado de realizar las

conversiones anteriormente mencionadas.

Figura 13. Esquemático de una tarjeta de adquisición de datos de bajo costo

Fuente.linuxrt.blogspot.com/2010/01/duqx-tarjeta-de-adquisicion-de-datos-de.html

2.3.8. PLC. El término PLC proviene de las siglas en inglés para “Programable Logic

Controler ” (Adelta, 2012). Se trata de un equipo electrónico, que, tal como su mismo nombre lo indica, se ha diseñado para programar y controlar procesos secuenciales en tiempo real. Por lo general, es posible encontrar este tipo de equipos en ambientes industriales.

Para que un PLC logre cumplir con su función de controlar, es necesario programarlo con cierta información acerca de los procesos que se quiere secuenciar, esta información es recibida por captadores, que gracias al programa lógico interno logran implementarla a través de los accionadores de la instalación.

20

Figura 14. Estructura de un Controlador Lógico Programable

Fuente. www.profesores.frc.utn.edu.ar 2.3.9. Panel de control. Se define Tablero de Control o Tablero de Comando como el

conjunto de indicadores cuyo seguimiento periódico permitirá contar con un mayor conocimiento de la situación de su empresa o sector. Para esto es necesario identificar las áreas clave, aquellos temas relevantes a monitorear y cuyo fracaso pudiera impedir la continuidad y del proceso como correcto funcionamiento de los motores, medición a tiempo real de los sensores utilizados y demás datos que ayudara a monitorear el funcionamiento del proceso.

2.4 Proceso de la confección

2.4.1 Industria de la confección. Se espera poder describir las características básicas

de la industria de la confección, aquella que se encarga de la transformación de

tela en prendas de vestir. Ahora bien con el fin de analizar esta industria, es

inevitable desarrollar una cadena productiva, para esto es necesario comenzar la

presentación de la industria de la confección por la descripción de las relaciones

que establece con otros sectores involucrados en la producción de la

indumentaria.

Figura 15. Cadena indumentaria

Fuente.http://sisbib.unmsm.edu.pe/bibvirtualdata/tesis/ingenie/huaman_ow/Anexo.PDF

21

“La producción de vestimenta comienza por la fabricación de hilados (1) a partir de fibras

naturales y sintéticas. Luego, estos hilados son transformados en telas (2). A estas dos

etapas se las incluye habitualmente dentro de la industria textil. Posteriormente, entra en

juego la fase principal de este trabajo, la industria de las confecciones (3), que a partir de

la tela fabrica las prendas de vestir. Por último, éstas pasan a los minoristas de

indumentaria (4), que se encargan de su venta al público.” (Adelta, 2012)

2.4.2. Descripción de la máquina de coser simple. “Una máquina es un conjunto de

piezas que interactúan entre sí realizando movimientos capaces de producir un trabajo”

(Huaman, 2003).

“Las máquinas de coser de hoy en día difieren bastante de las que se mencionaron en la

historia de la invención de la máquina. Porque a pesar de tener iguales modelos de

funcionamiento, la máquina moderna cose en zigzag. Bajo el tejido, existe un orificio

alargado en donde la aguja aumenta o disminuye su velocidad de derecha a izquierda, lo

que hace que pueda realizar puntadas alternas.

El ancho del zigzag es ajustable puede ir desde cero hasta siete milímetros. “Las

máquinas de coser que se utilizan en casa hoy en día, son tan multifuncionales a pesar de

su sencillez que sirven para hacer una pequeña costura hasta prendas de vestir

completas” (ABC pedia)

Figura 16. Máquina de coser industrial

Fuente. Microempresa TURBO JEANS

22

2.4.3. Proceso operativo de la confección textil. La manufactura de indumentaria

consiste en la transformación de tela en prendas, las labores productivas involucradas en

este proceso son las siguientes:

DESARROLLO DE PRODUCTO: se le denomina ciclo de manufactura de una

prenda, Abarcando desde la creación de un modelo, pasando por la confección de

muestras o prototipos, desarrollo de patrones y escalado de tallas.

CORTE: Es la separación de una tela en piezas, las cuales conforman en su

conjunto una prenda de vestir, Para que estas piezas puedan ingresar a la sección

de costura es necesario habilitar esto es separar por colores y tallas, enumerar o

codificar y posteriormente armas paquetes o bultos preferiblemente de 25 a 30

piezas.

COSTURA: Es el arte de unir piezas previamente cortadas mediante puntadas

esta tiene por finalidad unir, adornar o pre- puntar uno, dos o tres capas de telas,

para ella se emplea máquinas para cada operación, como la recta, remalladora,

recubridora, etc.

ACABADO: En esta etapa se dan los últimos detalles a la prenda, se inicia con la

operación de limpieza que consiste en extraer todos los residuos de hilo que

quedó después de la costura, posteriormente planchado y vaporizado, doblado,

embolsado y embalado. En esta parte también se hace la recuperación de la

prenda como desmanche, zurcido, etc.

Figura 17. Cadena indumentaria

Fuente. Manual Recubridora kansai especial

23

2.5 MARCO LEGAL

Además de la máquina debe tenerse en cuenta al operario que va a estar encargado de

constatar el correcto funcionamiento de la misma. Como se ha dicho anteriormente, con la

automatización de este proceso de la producción la intención no es dejar sin empleo a

una persona sino por el contrario, reducir lo tedioso e inseguro de sus funciones para que

de ahora en adelante sea quien se cerciore de que la máquina opere correctamente.

A este respecto debe dejarse claro dos temas, el primero que es sobre las garantías

laborales y el segundo sobre seguridad industrial.

En primer lugar, la normatividad que versa sobre estos asuntos en Colombia se encuentra

en el Código Sustantivo del Trabajo de manera principal, que en términos generales ante

una situación de estas se refiere haciendo una serie de prohibiciones encaminadas a

mantener las garantías inherentes al empleado en cuestión que en esta relación sería el

aparente perjudicado. Por ejemplo, el empleado puede negarse a ejecutar tareas que

atenten contra su salud y su integridad, además al empleado no se le puede desmejorar

el salario, debe continuar en los mismos horarios que manejaba hasta el momento, dicho

de otra manera, si hubiese algún cambio que le perjudique, se incurriría en

desmejoramiento de las condiciones laborales y podría iniciarse un proceso laboral, pero

si se garantizan la estabilidad y las condiciones con las que venía laborando el operario,

el desarrollo del proyecto no tiene argumentos de Derecho Laboral en contra suya para

seguir ejecutándose.

Entonces, sobre seguridad industrial, y la intención de mejorar la calidad y condiciones de

trabajo del operario debe decirse primero que “La normativa de seguridad industrial es la

base en la que se debe sustentar tanto el contenido de los proyectos como las

prescripciones mínimas para garantizar la seguridad de las instalaciones industriales”.

(Seguridad Industrial, 2008) En ese sentido, lo que se pretende es evitar el contacto

directo del operario con elementos como la máquina cortadora, sus funciones tomarán

otro carácter, pero en la misma fase de la producción.

Finalmente, a nivel internacional, la OIT (Organización Internacional del Trabajo) en su

Convenio número 155 sobre seguridad y salud de los trabajadores determina que es

función del empleador: “Garantizar que los lugares de trabajo, las máquinas, los

materiales y los procesos del trabajo bajo su control no presenten riesgo alguno para la

seguridad y la salud de los trabajadores y que las sustancias y los agentes químicos,

físicos y biológicos no presenten riesgo alguno para la salud, cuando se garantice una

protección apropiada; […]” (OIT, 2008)

24

2.6 . DESCRIPCION DEL PROCESO POR AUTOMATIZAR.

Debido a la gran interacción y el alto riesgo al que pueden estar sometidos los

operadores, la empresa Turbo Jeans decidió automatizar el proceso de confección de

pasadores.

2.6.1. Realizar el trazo (plano de corte). Para poder iniciar con este proceso se debe

tener en cuenta desde la etapa de diseño hasta el producto final, pasando por el corte de

las piezas que componen una prenda de vestir hasta la confección del producto que aquí

interesa.

El primer paso a tener en cuenta es la realización de una serie de moldes que componen

cada pieza que conforma la prenda requerida. Estos moldes son plasmados sobre una

capa de material o tela, de tal forma que permita tener en un esquema más claro de lo

que se desea cortar, este proceso se realiza por cada una de las partes que componen la

prenda.

Este tipo de industria exige que este proceso sea repetitivo, por tal razón se realiza un

paso denominado “Desenvolver la tela en capas”, en el cual se pretende tender la tela que

llega en rollos sobre una mesa con las caras enfrentadas, hasta el punto de extender la

cantidad de tela suficiente para sacar las prendas deseadas.

Figura 18. Llegada de material

Fuente. Microempresa TURBO JEANS

2.6.2. Corte de las capas de tela con la cortadora vertical. Al tener la tela tendida

sobre la mesa, se ubica el plano realizado anteriormente (trazo). Al inicio se utiliza la

“Cortadora vertical” y se pasa por todas las líneas del trazo, de esta forma quedan

25

muchos bloques con las formas deseadas (piezas de la prenda); Para el caso del sistema

por automatizar, se utilizan bloques de tela verticales o retazos utilizados para la

fabricación de pasadores, dando paso a la siguiente etapa del proceso.

Figura 19. Tiras de pasador

Fuente. Microempresa TURBO JEANS

2.6.3. Introducir las tiras cortadas al folder instalado en la recubridora kansai

especial. Al obtener el bloque de tiras el operario toma cada una de estas y las introduce

con las manos al “folder”, simultáneamente acciona el pedal que da movimiento a la aguja

o sistema de cosido, Esta operación va recubriendo la tira ya con la forma específica,

formando una sola tira de gran longitud ya recubierta.

Figura 20. Máquina de coser industrial

Fuente. Microempresa TURBO JEANS

26

2.6.4. Coger la nueva tira y cortarla según la medida necesaria. Con la tira recubierta

el operario toma una medida fija sobre una mesa y con tijera va cortando cada sección,

este proceso es repetitivo hasta el momento de encontrarse con las uniones de material,

el cual se debe cortar, desechar, y seguir con el proceso.

Figura 21.Corte del pasador con tijera

Fuente. Microempresa TURBO JEANS

2.6.5. Posibles fallas.

Ruptura del hilo (temperatura, fricción).

Ruptura de aguja (falla del mecanismo principal, por fricción, temperatura,

material).

Falta de material (terminación del cono de hilo).

Errores humanos.

2.6.6. Riesgos físicos en el proceso.

Movimientos repetitivos al momento de cortar con tijeras.

Atrapamiento con la aguja de la máquina.

Posibles laceraciones en la piel con la tijera.

27

3 METODOLOGIA

3.1. METODOLOGÍA PROPUESTA. El presente proyecto como elemento de investigación,

mantiene una metodología empírico- analítica por ser considerada como el mejor método

de auto corrección y progresión del proyecto; El método está abierto a la incorporación de

nuevos conocimientos y procedimientos con el fin de asegurar un mejor acercamiento a

lograr los objetivos propuestos.

Con base en lo anterior, se presenta una serie de esquemas para la culminación del

producto final. Como ya se ha mencionado la construcción de esta investigación también

está sostenida por documentos e investigaciones anteriores; generando así, avances en

la industria de la confección.

Tabla 5. Esquema 1

Proceso 1:

Desarrollar un sistema de control que permita la automatización de un proceso específico

en la confección de ropa.

Procedimiento Propuesto

Debido a la existencia de una máquina principal (recubridora kansai especial) sobre el

cual se centrarán las actividades, se considera necesario efectuar una primera etapa de

reconocimiento de estado de la máquina; a partir de los resultados y entendiendo la

manera adecuada de operación, proceder a la definición de las etapas y estrategias que

se deben cumplir para el diseño de automatización del proceso y teniendo en cuenta las

pruebas a realizar para evitar posibles errores.

Por tal razón se describirán las actividades y tareas a seguir.

Tarea. Actividades

Estudio de las características

de la recubridora kansai

especial

1.1 Se necesita un estudio del manual de la recubridora

kansai especial, para encontrar tanto la composición de

la red eléctrica, como de carga mecánica, además de

explorar las características del motor principal que

permite la aceleración y puesta en marcha del

mecanismo principal además de conocer los tipos de

movimientos, sensores internos y externos, entre otros.

Recursos Requeridos: manuales, libros, etc., recubridora

kansai especial, accesorios, herramientas.

28

Revisión general del estado de

los componentes mecánicos

de la máquina

2.1 Se revisará el estado actual de la máquina tomando

como referencia las especificaciones mostradas en el

manual, de tal manera que se tenga en cuenta

estructura interna, mecanismos y cableados.

2.2 Después de conocer el funcionamiento básico y los

elementos que la componen, se procederá a revisar el

estado de la estructura de la máquina, principalmente los

componentes mecánicos que deben ser reparados,

desechados o rediseñados y el estado de la red

eléctrica.

2.3 Revisión de rango de operación del motor: se planea

realizar mediciones de respuesta de este según

diferentes criterios.

Revisión General del estado

de componentes eléctricos y

electrónicos.

3.1 Comprobación de funcionamiento del sistema

electrónico o eléctrico, para así mismo realizar una

identificación de los circuitos de potencia que pertenecen

a la máquina.

3.2 Identificación de las posibles fallas del sistema,

determinación por medio de cuales subsistemas pueden

rediseñar el funcionamiento general de la máquina

Tabla 6. Esquema 2

Proceso 2:

Minimizar el contacto de los operarios con el proceso.

Procedimiento propuesto

Al dar por terminada la etapa de diagnóstico, se estudiara el funcionamiento general de la

máquina. Ya conociendo el proceso de operación y fabricación de los pasadores, se

entenderá cómo interactúan los operarios en cada una de las fases del proceso de

elaboración final del pasador. Esta etapa requiere presenciar un día de trabajo con los

operarios de tal manera que se pueda analizar el manejo de la máquina y la realización de

pruebas adicionales.

Tarea. Actividades

1.1 Se presencia cada uno de los pasos que deben

29

Analizar el proceso actual

hacer los operadores para la elaboración del pasador

1.2 Identificación de las posibles fallas humanas,

determinación por medio de cuáles subsistemas pueden

evitar este tipo de errores.

Determinar factores de riesgo,

análisis posibles fallas

humanas en el proceso

2.1. Se procede a revisar qué elementos se consideran

de riesgo de acuerdo a cada una de las etapas del

proceso. Así mismo se espera verificar influencia de la

velocidad del motor sobre los sistemas de costura y

corte del material

Analizar posibles puntos de

mejora al proceso, posibles

soluciones.

3.1 Después del análisis de los puntos de riesgo se

definen los que puedan amenazar la integridad del

operador

3.2 Se procede a investigar la normatividad que existe

actualmente para este tipo de procesos, para así mismo

realizar una identificación de las posibles soluciones

Tabla 7. Esquema 3

Proceso 3:

Reducir el tiempo del proceso

Procedimiento Propuesto

Durante el desarrollo de la etapa anterior se realizaron diferentes pruebas de

funcionamiento que permitirán obtener datos que serán mostrados en tablas y hojas de

datos, los cuales serán analizados para obtener por medio de fórmulas y pruebas

similares que el diseño pueda cumplir con lo especificado, Esta etapa requiere la

utilización de los recursos electrónicos y programas de análisis que pueden facilitar las

tareas y realización de pruebas adicionales. Cabe aclarar que esta reducción de tiempo

está definida por requerimiento de fabricación de la empresa TURBO JEANS

patrocinadora de la ejecución del proyecto.

Tarea. Actividades

Toma de muestras

1.1 Se elaborará una serie de pruebas que permitan

entender cada una de las variables que se deban tener

en cuenta para el control que se quiere aplicar.

1.2 Toma de datos de tiempo de ejecución de cada una

de las etapas del proceso para llegar a un consolidado

30

aproximado de la confección del pasador

Análisis de posibles demoras

en el proceso

.

2.1 Se tendrán en cuenta minuciosamente los factores

de tardanza, de tal forma que se pueda definir la forma

de operación adecuada o de menor consumo de tiempo.

2.2 Observar la cantidad de fallas humanas y mecánicas

en el proceso, para definir si la disposición del operario

afecta considerablemente la ejecución del proceso

2.3 Tener en cuenta la calidad del acabado de acuerdo a

cada una de las variables ya definidas.

Tabla 8. Esquema 4

Proceso 4:

Implementar una solución que evite afectar el normal desempeño de la máquina

Recubridora Kansai para otros procesos.

Procedimiento Propuesto

Al dar por terminada la etapa de diagnóstico, se desarrollarán las ideas que solucionen

cada una de las fallas descritas por las pruebas de laboratorio, de tal manera que puedan

ser contrastados conceptos y se logre que el diseño escogido cumpla con cada uno de los

requerimientos de la empresa. Se dejarán expuestas posibles soluciones para más

adelante validarlas por distintos métodos de diagnóstico.

Tarea. Actividades

Análisis de muestras

anteriores

1.1 Retomando las muestras tomadas en cada una de

las etapas se comenzará con un diseño base que ayude

a solucionar cada una de las fallas determinadas.

1.3 Se repite el procedimiento para cada uno de las

fallas determinadas en todo el proceso de fabricación.

Solución mecánica

2.1 Consolidar en uno solo si es posible cada una de las

soluciones dadas.

2.2 Diseño y construcción de prototipos, que permitan la

corrección de errores ya definidos en las anteriores

tareas. Utilizando elementos que complementen el

desarrollo del proceso.

31

Tabla 9. Esquema 5

Proceso 5:

Reducir el consumo de energía mientras realiza el proceso

Procedimiento Propuesto

Se procederá a estudiar a fondo el funcionamiento de los motores que controlan cada una

de las etapas de la máquina. Durante esta etapa se planea la realización de diferentes

pruebas de laboratorio que permitirán obtener datos que por medio de fórmulas nos

permitan determinar el consumo total de la máquina.

Tarea. Actividades

Determinación de las

características del motor

1.1 Desacople del motor principal de la máquina, para

realizar inspección individual

1.2 De acuerdo a las características del motor, se

realizarán pruebas para determinar los voltajes normales

de funcionamiento y rangos de operación.

1.3 Determinar la carga ejercida al motor principal

Pruebas para elaboración de

circuitos de potencia

2.1 Se estudiarán los diversos circuitos para la toma de

señales, teniendo en cuenta elementos de potencia de

los motores y de control.

Recursos Requeridos: Conocimientos específicos en el

manejo de microcontroladores para coordinar las

señales provenientes de los motores y sensores.

2.2 Determinar por medio de cálculos y datos obtenidos

el consumo total de la máquina principal

Tabla 10. Esquema 6

Proceso 6:

Implementar sensores que le permitan saber en tiempo real lo que la máquina está

haciendo.

Procedimiento Propuesto

Para poder complementar la etapa de diagnóstico y lograr definir un diseño que solucione

de manera eficaz las fallas de sistemas y humanas, se hará un estudio de los diversos

sensores que complementen los prototipos elegidos en las etapas anteriores, con el fin de

32

lograr implementarlos como elementos auxiliares de la máquina principal. Esta etapa

requiere la utilización de los recursos de los laboratorios de electrónica que hacen parte

de la Universidad y realización de pruebas adicionales para análisis de resultados

Tarea. Actividades

Definición de entradas y

salidas analógicas

1.1 Verificar los puntos en los cuales con la ayuda de

sensores se complementa los diseños

1.2Verificar los puntos que necesitan monitoreo

constante, como elementos que sufren de calentamiento.

1.3 Determinar los sensores y acondicionamiento de

señal para cada uno de los puntos establecidos

Recursos Requeridos: elementos de medición que

pertenecen a la Universidad

Diseño de algoritmo general

para sistema de control

completo.

2.1 Se elaborará un diagrama de flujo que sirva para

comprender el funcionamiento básico con el requerido

por la empresa, este diagrama pondrá en claro el flujo de

señales que se deben tener en cuenta para lograr un

adecuado desempeño de la máquina.

2.2 Se establecerán claramente las entradas y las

salidas tanto análogas como digitales en un orden

específico

2.3 Gracias a la identificación de las señales se contará

en este punto con nueva información que debe ser

gestionada adecuadamente en el control, así que se

discutirá en este punto cual puede ser la mejor opción en

cuanto a dispositivo de control que puede implementarse

para cumplir los objetivos.

Tabla 11. Esquema 7

Proceso 7:

Recopilación y análisis de la información

Procedimiento Propuesto

Concluida la etapa de diagnóstico, se procederá a estudiar a fondo el funcionamiento y

control del diseño deseado. Durante esta etapa se planea la realización de los diferentes

33

cálculos, los cuales serán necesarios para definir completamente el proceso de

automatización. Cabe aclarar que las actividades que se plantean aquí complementan la

fabricación y puesta a punto del elemento auxiliar como del control elegido.

Tarea. Actividades

Elaboración de algoritmos y

circuitos de control, potencia y

comunicación

1.1 Se realiza la validación del diseños mecánico

propuesto en una de las etapas anteriores, esfuerzos,

cortantes, flexiones tolerancias, etc.

1.2 Recopilando los datos tomados y los cálculos de

motores, desarrollando cada una de las etapas de

potencia que necesita el proceso

Recursos requeridos: elementos de medición que

pertenecen a la Universidad

1.3 Recopilando las mediciones, elección de sensores y

métodos de tratamiento de señales se desarrollará cada

una de las tarjetas de adquisición

1.4 Definido el dispositivo de control se realizarán

pruebas finales de implementación de programas de

control.

1.5 Se realizarán las conexiones eléctricas y electrónicas

que permitan llevar la totalidad de las señales de control

y de potencia hacia la estación central.

Recursos requeridos: El dispositivo de control es el eje

de central del presente proyecto, este debe ser capaz de

manejar de manera precisa las señales provenientes de

las tarjetas de adquisición y así mismo enviar los datos

apropiados para el manejo de los motores

Desarrollo de pruebas para la

comprobación del sistema de

control

2.1 Cableado el sistema de control, se procederá a la

realización de pruebas de comportamiento del control,

realizando movimientos de motores y toma de datos de

comportamiento de los sensores.

34

Tabla 12. Esquema 8

Proceso 8:

Generar el cambio de automático – manual del proceso en cualquier punto

Procedimiento Propuesto

Hasta este punto el sistema de control está funcional, pero debido a requerimientos de la

empresa se genera un elemento que complemente el sistema con el cambio de

automático a manual en el momento que el operario lo desee, para ello se le diseña un

sistema electrónico el motor y un sub-programa en el PLC

Tarea. Actividades

Análisis de operaciones

1.1 Analizar los diferentes usos de la máquina según

manuales y experiencia de los operadores

1.2 Clasificar los accesorios que se utilizan en cada uno

de los posibles procesos que se hacen con la máquina

Diseño del dispositivo de

cambio

2.1 Revisar las posibles opciones mecánicas o eléctricas

que permitan realizar esta modificación

2.2 Escoger la solución que mejor se adapte de acuerdo

a sencillez de operación y mejor tiempo de reacción

Implementación del dispositivo

3.1 Cálculo e implementación del dispositivo

3.2 Acople al mecanismo principal y pruebas de puesta

apunto

Tabla 13. Esquema 9

Proceso 9:

Desarrollar un tablero de control que permita manipular de manera eficiente la máquina.

Procedimiento Propuesto

En este punto el sistema de control esta funcional, procediendo con el desarrollo de un

tablero de control que facilite al operario conocer qué pasa con el proceso, que además

permita tener acceso a las principales características del sistema automatizado

Tarea. Actividades

Definición de parámetros para 1.1 Teniendo en cuenta el funcionamiento y parámetros

35

diseño del tablero de control definidos en el control, aquellos aspectos que deben ser

incluidos en el tablero para la correcta operación.

1.2 Implementación y cableado del tablero de control en

la máquina con el sistema de control realizado

Implementación de interfaz

2.1 Definido el sistema final se realiza una etapa de

pruebas completas de funcionamiento.

2.2 Pruebas de funcionamiento sobre la interacción del

tablero con el sistema de control

Tabla 14. Esquema actividades complementarias para el desarrollo del proyecto.

Actividades Complementarias:

Elaborar documentación de soporte, artículos y manuales de usuario que ofrezcan detalles acerca de los resultados del proyecto.

Procedimiento Propuesto

Teniendo del nuevo sistema a punto se elaborará los artículos, los informes correspondientes y la presentación de planos generados durante el desarrollo del proyecto

Tarea. Actividades

Elaboración de informes de

avance.

1.1 Documento o informe del proyecto.

1.2 revisión para su presentación.

Elaboración de Planos y

manuales de Usuario

2.1 Desarrollo de de planos eléctricos y manual de usuario.

Finalmente, y aunque la metodología presentada parece abordar todos los aspectos a

tener en cuenta, posiblemente durante el proceso se encuentren algunos procedimientos

que se deban adicionar o realizar simultáneamente, de tal manera que se acorte

sustancialmente el tiempo que se le espera dedicar al proyecto, todo esto con el fin de

corregir problemas que se presenten durante la implementación de las soluciones.

36

4 DESARROLLO INGENIERIL

4.1. DESCRIPCIÓN POR DIAGRAMA DEL PROCESO ACTUAL.

Figura 22. Pasos del sistema actual en la empresa TURBO JEANS

4.1.1. Sensores en el proceso. La ubicación en el diseño mecánico propuesto y el análisis de los sensores a utilizar, ayuda a definir una línea de pasos del proceso para el diseño del diagrama de flujo del programa del control del sistema completo al que se espera llegar.

37

Figura 23. Pasos del sistema de acuerdo a los sensores en el diseño propuesto

Ubicación

38

4.2. RECUBRIDORA KANSAI ESPECIAL.

Figura 24. Recubridora kansai special

Fuente. Microempresa TURBO JEANS

La recubridora kansai special serie w-8103-f KS 301823 de fabricación, su

funcionamiento está basado al máquina de coser sencilla que consta de un cigüeñal

principal, en la parte central de la máquina, este es el encargado de transmitir movimiento

a la barra que sostiene las agujas en la parte superior y al Looper en la parte inferior,

manejada por un único operario que conoce de ella.

Está adaptada para coser sobre el textil más grueso (jeans), a este tipo de adaptaciones

se les llama (ajuste pesado). En principio la máquina está diseñada para trabajar a las

mismas rpm del motor (GEMSY: RM 1818-1A), que debido a las condiciones de uso que

cada operario, tipo operación, tipo de tela y de hilo que se use, se obtiene cambios de

temperatura y cantidad de fallas en el proceso (reventar el hilo y partir la aguja).

4.2.1. Características de la Recubridora kansai special.

Motor: Potencia de 400w, voltaje120v, Amperaje 1.5A,Frecuencia 60Hz

Cabezal: cabezal de doble puntada (aguja calibre 130 cubo grueso), costura recta

en la parte superior y tejido por la parte inferior, alimentada por tres conos de hilo.

Año 2000

Freno de placa: Un espacio de 5mm entre discos, anclado a una polea de

Diámetro =100mm

Transmisión: Correa referencia: M 33 desde el freno al cabezal

Alimentación: Consta de una red eléctrica a el motor por tres líneas (120v,

neutro, tierra) con cable calibre 10. Posee un interruptor de encendido enclavado

mecánicamente, y un pulsador de parada, carece de protección contra altas

corrientes. Además no tiene parada para la inercia del motor.

Pedales: posee dos pedales ubicados en la parte inferior del mueble, uno maneja

el freno del motor para la transmisión de potencia, y el otro maneja el prénsatela.

39

Mueble: el sistema esta soportado en su totalidad por un mueble de madera

donde se ve encajado cada uno de las partes principales

Guardas: solo tiene guarda en el freno del motor, carece de guarda en el cabezal

(aguja y prensa tela), además en todo el sistema de transmisión de movimiento.

Carece de sistema electrónico

No tiene ningún tipo de elementos de medida

Operaciones: Realizar tira de pasadores, doblar bolsillo trasero, realizar figuras

especiales de decoración.

4.2.2. Estado de la máquina. En la actualidad la recubridora no ha presentado fallas

graves, solo reparaciones leves, que son tratadas por los mismos operarios, se tendrán

en cuenta estas fallas para corregirlos durante el proceso.

Cabezal: desde la fecha de fabricación del cabezal fue sido sometido a una reparación,

donde se le hizo un mantenimiento al cigüeñal principal, se cambio el looper, al cual le

instalaron repuestos originales, dicho arreglo se realizo en el 2008. Falta pintura, cámara

de lubricación en buen estado, sistema de prénsatela en buen estado, al sistema de

arrastre de tela se le ve desgaste en los dientes (pieza fácil de remover).

Figura 25. Estado general Recubridora Kansai Special

Fuente. Microempresa TURBO JEANS

Motor: Falta mantenimiento, rodamientos para cambio. (Foto 7)

Pedales: Presentan des ajuste

Correa: Buen estado

Mueble: Buen ajuste, falta pintura.

4.2.3. Rango de operación del motor. El motor actual de la kansai special se sometió a

diferentes tipos de pruebas que determinarían si era óptimo para implementarle un

control. Su rango de trabajo está determinado por un sistema de freno. El cual se encarga

de trasmitir el movimiento al mecanismo principal por medio de una polea, este sistema

40

de freno se gradúa de forma manual por medio de un resorte y un tornillo ubicados en la

parte inferior del motor el cual permite variar la longitud de contacto de 0 a 10mm,

teniendo en cuenta esta variación el operario pone el pedal a la altura más conveniente

para su pie. Para la prueba se des habilito el pedal y se busco desde la máxima apertura

a la mínima posible antes del contacto freno-motor arrojando los siguientes resultados:

Figura 26. Sistema Motor – Pedal- Freno

Fuente. Microempresa TURBO JEANS

Tabla 15. Rango de operación del motor principal

GRADOS VELOCIDAD RPM

10mm 5mm 1mm 0 0 0 0

5 0 0 40

10 0 0 280

15 0 0 920

20 0 50 1400

25 0 365 1750

30 0 810 1750

35 0 1506 1750

40 0 1750 1750

45 0 1750 1750

50 30 1750 1750

55 350 1750 1750

60 845 1750 1750

65 1400 1750 1750

70 1750 1750 1750

Fuente. Recopilación

Como se puede ver en la tabla el rango de trabajo que ofrece es de apenas 20° y tiene

una variación bastante brusca sobre la velocidad.

Anclaje del freno sobre el motor. Una de las pruebas realizadas fue anclar el freno del motor, generando un único movimiento rotacional. En esta prueba se vario la velocidad de rotor de 0 a 1750 rpm, presentando problemas en el par de arranque cuando se sometió a plena carga. El costo del variador oscila entre 500.000 y 1’000.000 de pesos.

41

Especificaciones de diseño. lo requerido por la empresa TURBO JEANS es que la máquina no deje de prestar los servicios hasta el momento ofrecidos, por ese motivo se debe dejar el mismo pedal que hasta el momento es utilizado por los operarios, eso genera una gran dificultad al momento de implementar el control sobre el motor ya que el operario adecua la máquina a su estatura y tamaño del pie, esto nos indica que se puede afectar la parte mecánica ya que varía de acuerdo a la persona.

Se concluye que el motor que en este momento funciona en la recubridora no es el óptimo

para la implementación del proyecto. Por tal razón y debido al control que se desea

realizar tendería a ser erróneo, se optará por hacer un cambio de motor AC por uno DC

que permitirá mayor rango de variación y facilidad en el control que se desea

implementar.

4.2.4. Posibles fallas en el sistema. Para determinar las fallas en el sistema se obtiene

presenciando un día de labores en la empresa TURBO JEANS teniendo en cuenta las

demoras y/o accidentes que se pueden generar por el comportamiento y funcionamiento

general de la máquina.

Alimentación de un hilo diferente. Esta falla se presenta comúnmente cuando se

cambia de tela o modelo de la prenda. Inicia cuando el operario no cambia la

alimentación de hilo sino que lo deja seguir en el proceso de costura de la máquina.

Esto hace que se pierda la simetría de colores en la prenda, causando demoras en el

proceso ya que obliga al operario a desarmar la pieza. Generalmente es solucionado

con una lista de producción para referenciar los diferentes tipos de telas con los hilos,

o manejando planillas para los procesos.

Poner el folder equivocado. Debido a que existen diferentes tipos de folder, uno

para cada medida de pasador. El operario puede errar al momento de instalarlo, y

hacer que la tira de pasador quede con la forma incorrecta en el caso de que sea más

grande el folder que la tira, y en caso de que el folder sea pequeño que el pasador

puede ocurrir que se obstruya el ingreso de tela por el mismo. Se soluciona

entregando el folder al operario según la referencia del corte que se está trabajando,

no permitir que todos los folder permanezcan en la máquina para evitar errores en la

instalación.

Figura 27. Tipos de Folder

Fuente. Microempresa TURBO JEANS

42

Dejar seguir la máquina sin hilo. Debido a la posición del operario en la máquina, y

la rapidez con la que hace la puntada es complicado que las personas detecten

cuando se quiebra el hilo, es por eso que la tela avanza si ser cosida hasta que el

operario revisa la tira. Como la tira es continua es complicado regresarla, además no

siempre revienta en las dos agujas. Dado esto ese material se pierde. Se desea

corregir ubicando indicadores de costura en la máquina, informarle al operario la

importancia de estar revisando la tira constantemente.

Corte a diferentes longitudes. Como el proceso es manual, se corre el riesgo que la

longitud varié en cada corte, sin que el operario se dé cuenta. Esto genera que

algunos pasadores sean desechados al momento de ser instalados en la prenda. Es

solucionado al hacer un molde estándar para la cortadora vertical, verificar el estado

del operario al momento del corte para que no se desconcentre y varíe en forma

considerable la longitud de los pasadores

Figura 28. Sistema de corte según la empresa

Fuente. Microempresa TURBO JEANS

Dejar pasar las uniones de tela al siguiente proceso. Esta falla ocurre cuando el

operario realiza el corte incorrecto, y deja el nudo en el centro del pasador, esto

genera que se desperdicie material ya que le está quitando un pedazo innecesario a

la tira. Hacer un punto de revisión en el proceso, verificar el estado del operario al

momento del corte para que no se desconcentre y deje pasar las uniones, que son

consideradas como retal

Ruptura de la aguja. Esta falla es considerada mecánica, si embargo cuando el operario hala la tela con fuerza crea una deflexión en la aguja que si es muy alta la puede quebrar.

Falla en el looper. Esta falla mecánica no es común en el proceso, esto debido a que

consta de una desincronización con la aguja generada por exceso de velocidad o temperatura.

43

4.3. ERRORES HUMANOS EN LA OPERACIÓN DE LA KANSAI ESPECIAL.

El análisis del manual, características y la presencia durante la operación de la máquina,

hace tomar en cuenta que existen algunos riesgos para la integridad del operario tanto

por fallas en el diseño como por errores al operar.

Laceraciones por corte con tijeras. Debido a que el corte es repetitivo y muy cercano a las manos se puede presentar cortes en los dedos. El contacto con los sistemas de corte es directo, no existe ningún tipo de guarda en este momento, esta podría ser una solución para evitar accidentes. Esto es dependiente a la forma de corte que se realice con la tijera (afecta en la comodidad al trabajar).

Esta falla es tenida en cuenta debido a que de 7 accidentes que se han presentado en la empresa TURBO JEAN en el último año, 5 fueron por laceraciones con tijeras, causadas por el cansancio o exceso de confianza a la hora de realizar el proceso y durante el transcurso de este año la cuenta va en 2 accidentes por la misma causa.

Laceraciones o mutilación de extremidades menores (dedos) cortadora vertical. Este accidente se presenta debido a que se realiza con la cortadora vertical en funcionamiento, cuando se desplaza las tiras hacia la cuchilla y se produce un mal movimiento en las manos ya sea voluntario o involuntario se produce el corte en los dedos. Este proceso es recomendable suprimirlo por la gravedad del accidente, además de lo complicado al ubicar guardas al sistema.

Figura 29 .Corte con Cortadora circular

Fuente. Microempresa TURBO JEANS

Penetración de agujas en los dedos. Existen procesos en los cuales los dedos se ubican muy cerca al movimiento de la aguja, y un pequeño descuido puede hacer que el operario introduzca los dedos en el movimiento de la aguja. En la actualidad se están implementando guardas en los pies de las máquinas, esta sería una alternativa viable para evitar que el operario introduzca los dedos en el desplazamiento de la aguja, además de una buena capacitación a los mismos y verificación del estado anímico para evitar accidentes.

Caída al momento de trasportar las tiras de pasador. Este incidente se produce por el tipo de almacenamiento que se le hace a las tiras de pasador ya que queda en

44

un montón desordenado. Al momento de ser transportado puede enredarse en los pies del operario y provocar un incidente. Para evitar caídas se puede ubicar el sitio de corte cerca de la recubridora, además despejar completamente los pasillos por donde se transporta el material. De ser posible implementar carros de trasporte de piezas para coser (esto según espacios disponibles en las máquinas).

4.3.1 La velocidad de costura. Está determinada por el operario, y para esto se tomaron tiempos promedios del proceso. Como el proceso no es continuo en la costura, debido a que las tiras no están unidas sino separadas, además de no ser estándar la longitud de las mismas, la rapidez en el proceso depende de las manos del operario. La máquina está diseñada para coser 4 metros por minuto si se trabaja a velocidad máxima, sin embargo esto genera desajuste en el sistema. El la empresa TURBO JEAN trabaja a una velocidad de 3 metros por segundo en forma descontinuada. Otro factor interesante es la calidad del hilo y las agujas; debido a que si el hilo o las agujas son de mala calidad soportan menos temperatura y fricción por de tal manera que la velocidad se puede disminuir hasta 2 metros por minuto. Teniendo en cuenta lo anterior se midió la cantidad en metros de cordón que se saca en una hora de la recubridora, se tomó nota de las fallas ocurridas durante un tiempo, separando por fallas mecánicas, humanas y metros de cordón realizados. Este proceso se realizó en tres horarios diferentes.

Tabla 17. Cantidad de metros de cordón de 8:00 a 9:00

Muestra Hora Fallas Humana

Fallas Mecánica

Metros de

cordón

1 08:05 0 1 2

2 08:10 2 1 3

3 08:15 0 3 3

4 08:20 1 0 7

5 08:25 0 0 8

6 08:30 0 0 8

7 08:35 3 1 2

8 08:40 4 0 3

9 08:45 0 1 5

10 08:50 1 0 5

11 08:55 0 1 4

12 09:00 0 0 4

1Hora 11 8 54 Fuente. Recopilación

45

Tabla 18. Cantidad de metros de cordón de 13:00 a 14:00

Muestra Hora Fallas Humana

Fallas Mecánica

METROS DE CORDON

1 13:05 1 2 2

2 13:10 0 0 5

3 13:15 0 0 6

4 13:20 2 0 4

5 13:25 3 0 4

6 13:30 0 1 7

7 13:35 1 0 6

8 13:40 1 0 7

9 13:45 1 0 5

10 13:50 0 1 6

11 13:55 0 1 6

12 14:00 0 1 6

TOTAL 1Hora 9 6 64 Fuente. Recopilación

Tabla 19. Cantidad de metros de cordón de 17:00 a 18:00

Muestra Hora Fallas Humana

Fallas Mecánica

METROS DE CORDON

1 17:05 0 1 2

2 17:10 0 1 3

3 17:15 0 3 3

4 17:20 1 0 7

5 17:25 0 0 8

6 17:30 4 0 8

7 17:35 3 4 0

8 17:40 4 5 0

9 17:45 2 1 2

10 17:50 1 2 1

11 17:55 1 1 3

12 18:00 5 8 0

TOTAL 1HORA 21 26 37 Fuente. Recopilación

Además de tener en cuenta las fallas generadas por el estado del operador a diferentes

horarios, es necesario lograr entender la influencia del calibre del hilo, espesor del

46

material y la velocidad de operación en el desarrollo del proceso de acuerdo al

comportamiento de la temperatura. Se especifican las fallas por medio de N (No fallo), H

(Falla en el hilo), A (Falla en la aguja), L (Looper), respectivamente, dicho proceso se

realizó con tres tipos de material y tres tipos de calibre de hilo, tomando la temperatura

por medio de un sensor ubicado en la base de la aguja de la máquina principal y

describiendo la velocidad del motor según el rango de operación ya obtenido.

Tabla 20. Fallas por temperatura hilo calibre 75 con material de 10 Onzas (TELA DELGADA)

VELOCIDAD RPM

TEMPERATURA MAX ºC

TIEMPO (seg)

FALLA

200 23 200 N

400 27 200 N

600 33 170 H

800 40 160 H

1000 47 170 H

1200 65 110 H

1400 80 90 H

1600 84 20 H

1750 85 10 H

Fuente. Recopilación

Tabla21. Fallas por temperatura hilo calibre 75 con material de 12 Onzas (TELA MEDIA)

VELOCIDAD RPM

TEMPERATURA MAX ºC

TIEMPO (seg)

FALLA

200 30 200 N

400 35 165 H

600 39 170 H

800 44 160 H

1000 57 170 H

1200 70 110 H

1400 88 90 H

1600 94 20 H

1750 98 10 A

Fuente. Recopilación

Tabla 22. Fallas por temperatura hilo calibre 75 con material de 14 Onzas (TELA GRUESA)

VELOCIDAD RPM

TEMPERATURA MAX ºC

TIEMPO (seg)

FALLA

200 40 170 H

400 55 140 H

600 64 104 H

800 70 90 H

47

VELOCIDAD RPM

TEMPERATURA MAX ºC

TIEMPO (seg)

FALLA

1000 78 60 A

1200 85 45 A

1400 88 40 A

1600 94 10 L

1750 98 5 L

Fuente. Recopilación

Tabla 22. Fallas por temperatura hilo calibre 50 con material de 10 Onzas (TELA DELGADA)

VELOCIDAD RPM

TEMPERATURA MAX ºC

TIEMPO (seg)

FALLA

200 23 200 N

400 28 200 N

600 33 200 N

800 41 200 N

1000 47 180 H

1200 65 120 H

1400 80 105 H

1600 84 80 H

1750 85 70 H

Fuente. Recopilación

Tabla 23. Fallas por temperatura hilo calibre 50 con material de 12 Onzas (TELA MEDIA)

VELOCIDAD RPM

TEMPERATURA MAX ºC

TIEMPO (seg)

FALLA

200 29 200 N

400 35 200 N

600 41 178 H

800 45 172 H

1000 57 140 H

1200 72 125 H

1400 90 100 H

1600 94 82 A

1750 98 70 A

Fuente. Recopilación

Tabla 24. Fallas por temperatura hilo calibre 50 con material de 14 Onzas (TELA GRUESA)

48

VELOCIDAD RPM

TEMPERATURA MAX ºC

TIEMPO (seg)

FALLA

200 41 200 N

400 55 164 H

600 63 120 H

800 74 100 H

1000 78 60 A

1200 82 42 A

1400 90 30 A

1600 94 15 A

1750 98 3 L

Fuente. Recopilación

Tabla 25. Fallas por temperatura hilo calibre 30 con material de 10 Onzas (TELA DELGADA)

VELOCIDAD RPM

TEMPERATURA MAX ºC

TIEMPO (seg)

FALLA

200 22 200 N

400 25 200 N

600 33 200 N

800 40 200 N

1000 47 200 N

1200 66 200 N

1400 79 170 H

1600 84 154 H

1750 88 150 H

Fuente. Recopilación

Tabla 26. Fallas por temperatura hilo calibre 30 con material de 12 Onzas (TELA MEDIA)

VELOCIDAD RPM

TEMPERATURA MAX ºC

TIEMPO (seg)

FALLA

200 30 200 N

400 35 200 N

600 42 200 N

800 45 200 N

1000 57 200 N

1200 76 180 N

1400 91 170 H

1600 94 154 H

1750 98 150 A

Fuente. Recopilación

Tabla 27. Fallas por temperatura hilo calibre 30 con material de 14 Onzas (TELA GRUESA)

49

VELOCIDAD RPM

TEMPERATURA MAX ºC

TIEMPO (seg)

FALLA

200 42 200 N

400 50 200 N

600 60 140 A

800 76 120 A

1000 80 90 A

1200 85 68 A

1400 88 42 A

1600 97 5 L

1750 100 5 L

Fuente. Recopilación

4.4. ANÁLISIS DE FALLAS Y DATOS TOMADOS

Los datos obtenidos anteriormente en las tablas de tiempo y fallas evidencian las variables que se debe tener en cuenta para poder entrar a corregir defectos en el proceso. Aunque a pesar de la disposición de corregir todos los errores humanos en el sistema, algunos indicarían un cambio grande al diseño original de la recubridora KANSAI ESPECIAL, y debido a los requerimientos de la empresa TURBO JEANS, para quien está dirigida esta máquina, es imposible lograrlo, por tal razón se analiza de acuerdo a las fallas propuestas, la posible solución de cada una o de un conjunto de ellas según sea conveniente.

Por esta razón fallas como: Penetración de agujas en los dedos, Alimentación de un hilo diferente, poner el folder equivocado, dejar seguir la máquina sin hilo, halar la tela y romper la aguja. No se tendrán en cuenta debido a su naturaleza y necesidad de la intervención del operario, además de implicar un cambio sustancial en el diseño original de la máquina. De acuerdo a que estos errores son los directamente aplicados a la terminación final del producto y afectan la integridad de los operarios se inicia un proceso para corregir las siguientes fallas: Corte a diferentes longitudes, dejar pasar las uniones de tela al siguiente proceso, laceraciones por corte con tijeras, laceraciones o mutilación de extremidades menores (dedos) cortadora vertical, caída al momento de trasportar las tiras de pasador.

4.4.1 Diseño del sistema de corte. El diseño de este sistema se ve limitado con

algunas características que ayudan a encontrar la solución adecuada a los errores propuestos, por tal razón definirlas se hace importante:

Corte. Encargado de cortar el material a diferentes medidas, para esto es

necesario utilizar un sensor que con la ayuda de algún controlador de la orden a la

cuchilla de corte, de tal manera que el contactó con los operadores sea el mínimo

posible evitando así posibles laceraciones en las extremidades menores.

50

Ancho del material. Debe contar de un sensor que permita saber cuando existe

una variación en el material para que el controlador lo tenga en cuenta y active un

sub programa que elimine el defecto, logrando un perfecto acabado y evitando el

paso de uniones o deformidades.

Almacenamiento. Debido a que el producto final suele ser constante en su

dimensión y solo se torna necesario separar el material con unión o deformidad,

se requiere dirigirlo a un recipiente fácil de transportar, ayudando a evitar caídas

por volumen o material disperso por el lugar de trabajo.

Petición de la empresa. Dado a que este tipo de maquinaria tiene un uso

irregular, la empresa decidió evitar en lo posible afectar el diseño original, de tal

manera que la característica principal de este sistema es que sea un acople o un

elemento externo que no afecte el funcionamiento normal de la recubridora kansai

pero que aun así cumpla con la expectativa de tiempos de respuesta que se

desea.

4.4.2. Evolución del diseño. Antes de llegar a la solución final se produjo un proceso de selección de materiales y de mejoras al diseño, debido a su complejidad de fabricación o exceso de elementos innecesarios para su funcionamiento.

Etapa del diseño 1. Este diseño de la figura 20 se realizo como una recopilación de ideas de cada una de las partes que debe tener el sistema para alcanzar los logros. Este constaba de un sistema de guías sencillo con una ranura para dejar pasar una cuchilla que generaría el corte, todo esto sujeto por medio de unos resortes ubicados en la parte inferior los cuales permitirían ajustar los elementos de arrastre según el ancho y espesor del material.

Figura 30. Etapa 1 Sistema de corte

51

La idea inicial, fue desechada debido a la complejidad, falta de puntos de sujeción para la utilización de elementos que ayuden a halar, medir y cortar el material. A pesar de su simplicidad y cantidad de fallas que puede presentar, se da a conocer un sistema secuencial que cuenta con elementos complementarios como solución a las fallas propuestas.

Etapa del diseño 2. La Figura 21, demuestra un diseño más realista del sistema de corte, donde se muestra la forma secuencial que se desea alcanzar, dando a conocer un soporte general y un grupo de camas que se unen entre sí por un par de barras, con el fin de sostener las guías y un pie que aprisiona el material a la cuchilla de corte.

Este diseño a pesar de centrar las ideas, consta de algunos defectos como exceso de material o debilidad en elementos de sujeción o soporte, además de no contar con claridad de los materiales que se desean utilizar.

Figura 31. Etapa 2 Sistema de corte

Etapa del diseño 3. La Figura 22, muestra un soporte firme y de menos material, con unas camas de menor medida que pueden ser movidas de manera individual de acuerdo a como el diseño lo requiriera.

Además da a conocer un prototipo del elemento de corte, conformado por un motor sujeto a una cuchilla soportada por una guía que evita desviaciones.

Figura 32. Etapa 3 Sistema de corte

52

Etapa del diseño 4. En esta fase del diseño mostrado en la Figura 23 se

evidenció la necesidad de contar con un sistema de arrastre para el sensor de

medida, de tal manera que se implemento un tornillo sin fin que se ubica sobre la

guía 1, soportado por unas chumaceras que además ayudan a unir la guía 1 con la

guía 2. Se logra detallar unas ranuras un la guía 1 que permiten que el sensor se

ubique adentro de esta, evitando que sea afectado por elementos externos como

luz o desajuste.

Se nota la falta de elementos de arrastre en el diseño anterior por tal razón se

ubican algunos puller para agilizar el movimiento del material. Aun se evidencia

problemas con el sistema de corte y el pie.

Figura 33. Etapa 4 Sistema de corte

Etapa del diseño 5. Esta nueva etapa del diseño mostrado en la Figura 24 se

tiene en cuenta algunos cambios importantes, como lo es contar con un puller de

arrastre intermedio, con un pie prensa tela y un sensor de presencia de nudos

regulable por medio de tornillos.

Además se contar con un diseño completo del sistema de corte que consta de una

cuchilla circular sujeta a un motor que es elevado por un sistema de solenoide,

53

aunque presenta problemas con la poca carrera, generando un corte superficial en

el material siendo insuficiente como se en la figura 24

Figura 34. Etapa 5. Sistema de corte

4.4.3. Solución al Problema. (Para que el diseño final sea entendible en la tabla 28.

Ubicada en la siguiente pagina es explicados cada uno de los elementos que conforman

este diseño final apoyados por una imagen individual)

La solución al problema está basada en un sistema secuencial, especificado en halar la

tira del pasador (previamente cosida por la máquina principal), mediante un sistema de

puller que impulsa la tira hacia el interior del mecanismo (Figura 27).

Ahora Luego, la tira transita por un sensor de paso que permite al operario ver el grosor

de la misma, entonces, la longitud de la tira está definida por un sensor infrarrojo que

determina el largo del pasador (producto final), de esta manera, con la distancia exacta

se activa el sistema de corte (Figura 33), que consta de una cuchilla circular que gira a

900rpm y es elevado por un sistema piñón-cremallera sujetos a un servo motor, este

mecanismo eleva el motor que lleva al material hacia un pie de agarre que sostiene la tira

al momento de ser cortada (Figura 30).

54

Es sistema está diseñando para facilitar que la tira procesada vaya empujando la que ya

ha pasado por el proceso de corte ayudado por un puller intermedio, de esa manera el

material es evacuado del sistema.

De acuerdo a le evolución que ha tenido el diseño del sistema y cada uno de las variables

que se tuvieron en cuenta para llegar a la Figura 25.

Figura 35. Sistema de corte

En la tabla se habla además de los mencionados de aquellos elementos de apoyo o

complementarios que componen el diseño que para no redundar.

Tabla 28. Elementos mecánicos que componen el diseño

Nombre Descripción Imagen Anexo

Camas

El término cama debido a su función de sostener las guías por donde va a ser pasada la tira de pasador. Respecto al material y el tamaño de las camas resulta necesario decir que están hechas de aluminio y que su tamaño está determinado por las dimensiones de los pasadores.

Figura 36.

Plano 9

Conformado por un motor y Figura 37.

55

Nombre Descripción Imagen Anexo

Puller

una rueda dentada encargándose de halar el material, el sistema cuenta con uno intermitente y uno constante para la entrada y salida el material respectivamente.

Plano

18

Guía principal 1

Perfil cuadrado con ranuras en la parte superior que facilitan el movimiento y la respuesta del sensor óptico que mide la longitud del pasador. Se precisa que estas guías no estarán sometidas a esfuerzo alguno, por lo tanto, es necesario contar con un material liviano y de poca fricción como lo es el acrílico.

Figura 38.

Plano 8

Guía principal

2.

Perfil cuadrado que usa una secuencia de ranuras en la parte superior para un puller que retira los pasadores que son dirigidos al siguiente proceso Estas guías cuentan adicionalmente con una curva en la parte inferior cuya función es retirar los desechos de material que se generaron durante el proceso.

Figura 39.

Plano 5

pie de agarre

Sostiene la tira de tela mientras la cuchilla realiza el corte. Se determina una presión mediante el peso aproximado que tiene la tira entre el puller y la ranura de corte. Esta presión es suficiente para sostener y realizar de manera eficiente el corte de la misma. Se tendrá en cuenta un material que disminuye el desgaste y soporta la presión a la cual está sometido.

Figura 40.

Plano 19

Vigas

Soporta el peso de todas las

Figura 41. Plano

56

Nombre Descripción Imagen Anexo

circulares piezas.

34

Tornillo sin fin

El tornillo sin fin es utilizado como un tornillo de transporte para la ubicación del sensor que tiene en cuenta la dimensión del pasador a cortar.

Figura 42.

Plano 14

Sistema de corte

Consta de un motor de 24v DC a 900rpm que gira constantemente, que es elevado por un piñón -cremallera, a este se encuentra unido un disco de corte de tela de 2 pulgadas de diámetro.

Figura 43.

Plano 20

Soporte tornillo

(Chumasera)

Son los encargados de sostener los extremos del tornillo con un rodamiento rígido de bolas además del motor que da movimiento, se encuentra ubicado en las uniones.

Figura 44.

Plano 12

4.5 DESACOPLE DEL MOTOR Y MANEJO DE SEÑALES Debido a las razones dadas en la Tabla.14 donde se halló el rango de operación del motor, se evidenciaron algunas dificultades que posee el motor original para el desarrollo del control. Concluyendo en la necesidad de remplazar el motor AC por uno DC de similares característica y su comportamiento sea el ideal para lo deseado. Para mostrar las características del nuevo motor se mostrará una tabla seguida de los cálculos de consumo a plena carga.

57

Tabla 29.Especificaciones de los motores

Motor GEMSY RM1818-1ª Motor HT800 HINGTER

Voltage:110V / 220VAC Voltage:110VDC

Velocidad: 1750RPM Velocidad:0 - 4000 RPM

Frecuencia: 60Hz Potencia: 550W

Potencia: 400W Eficiencia: 94%

Amperaje: 5.8/2.9 Ohm

Eficiencia: 92% Figura 45. Motor GEMSY

Fuente. Microempresa TURBO JEANS

Figura 46.Motor HINGTER

Fuente. Microempresa TURBO JEANS

Consumo en el motor. Es calculado el consumo suponiendo que la máquina

principal consume el total de la potencia, se calcula el consumo para 12horas de trabajo, 7 días a la semana, 31 días al mes. Cálculos basados de (Chapman, 1985)

De acuerdo a la eficiencia del 92% y la cantidad de pérdidas estimadas en un 8% de la potencia total especificada en el motor original y una eficiencia del 94% con unas pérdidas estimadas de 6% que se maneja para eñl nuevo motor a utilizar, y con un precio de 300.2813 pesos (Establecido por CODENSA para la facturación de energía eléctrica Bogotá DC) se obtiene que:

Tabla 30. Consumo en pesos, a régimen constante

Motor GEMSY RM1818-1ª Motor HT800 HINGTER

12horas /h*12h= 5.2164 kw

5.2164 kw *300.2813$ = 1566.387$

*6h= 5.51 kw

3.51 kw * 300.2813$ = 1053.98$

7 Dias/ semana

/h*84h= 36.5148 kw

36.5148 kw * 300.2813$ = 10964.711$

*42h= 24.57 kw

24.57kw * 300.2813$ = 7377.911$

31 dias/ mes

*372h= 161.7084 kw

161.7084 kw * 300.2813$ = 48558.08$

*136h= 108.81 kw

108.81kw * 300.2813$ = 3267.360$

58

Fuente. Recopilación

De acuerdo a los cálculos se observa que el nuevo motor consume menos que el motor

original que posee la máquina, debido a que con la mejora este trabaja la mitad del tiempo

por ser no continuo, además de las consideraciones de diseño mencionadas en el

análisis, se decide a elegir el motor DC HT800 HINGTER por su facilidad de manejo,

toma de datos e implementación del sistema de control además de su bajo consumo. Es

por eso que este modelo de motor satisface las falencias del antiguo presenta y de

acuerdo se le realizaron pruebas similares arrojando los siguientes resultados.

Debido el control interno que tiene el motor HINGTER se puede regular las RPM máximas de tal manera que:

Tabla31. Rango de operación del MOTORHT800 HINGTER

GRADOS VELOCIDAD RPM

0 0 0.5 200

1 350

1.5 700

2 850

2.5 1210

3 1430

3.5 1640

4 1700

4.5 1750

5 1750

Fuente. Recopilación

Se concluye el motor HT800 se puede controlar de manera mas eficiente, debido al rango de

variación en voltaje que posee, además me permite limitar las velocidades del motor, como se

muestra en la tabla; un motor que puede generar 4000rpm lo estamos limitando a las 1750 del

motor Gemsy.

4.6 SELECCIÒN DE SENSORES El desarrollo de este proyecto es complementado al definir los sensores y puntos críticos que necesitan ser monitoreados, de tal manera serán ubicados diseño propuesto, sin olvidar los que se ubicarán en la máquina principal.

59

Figura 47. Sistema de corte (puntos de monitoreo y motores)

Sensores numerados de color rojo y motores numerados de color naranja

El sistema de corte consta de 6 sensores encargados de la presencia (1), distancia (3), nudos en el material (2), longitud de corte (4) y en la máquina principal un sensor de temperatura (5) y un sensor de tensión (6) por tal razón es analizado junto a sus circuitos de acondicionamiento de acuerdo al rango a utilizar, para facilitar el control. 4.6.1 Sensor de presencia de material. Consiste en un final de carrera ubicado en la

entrada del sistema de corte, con el fin de avisar si se encuentra o no material. No contaría con un acondicionamiento de señal debido a su naturaleza On-Off y su facilidad de manejo.

Figura 38.Fin de Carrera S320132

Fuente. http://www.superrobotica.com/S320132.htm

4.6.2 Sensor de nudos en el material. Su finalidad es la misma del sensor de presencia de material ubicado en la base del pie de ajuste de material avisando al control cuando el material tiene un espesor mayor al normalmente utilizado.

4.6.3 Sensor de Distancia. Es utilizado un sensor Emisor – receptor infrarrojo,

enfrentados uno al otro, ubicados en la superficie de sujeción del tornillo sin fin para medir la distancia al cual se ubicará el sensor de longitud de corte.

60

Figura 49. Gráfica de respuesta del sensor Emisor-Receptor de distancia

4.6.4 Sensor de longitud de corte. Al aplicar el mismo sensor de Emisor – Receptor

esta vez con un ángulo de inclinación mínimo, se genera un pulso que indica la presencia del material a cortar, este estará situado en el tornillo sin fin corona que con su movimiento lineal lo ubicará en el punto adecuado según lo requerido.

4.6.5 Sensor de temperatura. El sensor LM335 (Precision Temperature Sensors),

estará conectado en el pie del sistema de recubrimiento de la máquina principal, dado a su cercanía con la aguja, como punto crítico en las posibles fallas. Es aplicado debido a su fácil calibración y rango de operación óptimo al proceso.

Figura 50. Gráfica de características de adelanto del LM335

Fuente. Datasheet National semiconductor LM335

Acondicionamiento de señal. Consiste en un conjunto de ampliadores LM741 y

resistencias de diferentes valores, con el fin de mejorar la señal en el rango requerido. Cálculos basados en (Areny, 2001)

0

2

4

6

8

10

12

14

16

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4

Dis

tan

cia

(Cm

)

Respuesta (mV)

61

Figura 51. Circuito de acondicionamiento del sensor Emisor Reseptor infrarrojo

Fuente. Diseño en Worbench Multisim portable 11.01

Por medio de la definición de nodos en cada ampliador se describe el comportamiento del acondicionador. “Donde voltaje 1 (V1), voltaje de entrada (Vin), voltaje de salida (Vo) y resistencias (R1, R2, R3) son las variables a tener en cuenta” (Areny, 2001).

Nodo 1

(4.6.4.-1)

Si obtenemos

(

)

Nodo 2

(4.6.4.-2)

Si obtenemos

(

)

Luego de remplazar la ecuación resultante del nodo 1 en el nodo 2 obtenemos

(

)

(4.6.4.-3)

Debido a que el sensor trabaja a 10mV por grado y 0v equivalen a 0 grados kelvin, y teniendo en cuenta ambiente como 25°C, equivale a 298°K de tal manera que se obtiene un voltaje de 2,98V, se calcula para diferentes Voltajes de salida. Para

(4.6.4.-4)

Teniendo en cuenta que la salida del acondicionador no debe ser de valor negativo el valor de V2= -5V

62

Para

(4.6.4.-5)

Por tal razón obtenemos un valor de R1=1kΩyR2=1.2kΩ 4.7 DISEÑO DEL CONTROL Y VALIDACIÓN DEL DISEÑO PROPUESTO El proceso de selección y diseño de elementos a utilizar para solucionar las fallas

propuestas deben estar sustentadas por medio de ecuaciones que lo validen, en este

paso el proceso toma forma y concreta lo hablado con anterioridad con respecto a sus

piezas mecánicas y el control a realizar.

4.7.1 Obtención del peso de las piezas. El cálculo de esfuerzos no puede ser

realizado sin obtener primero el peso de cada una de las piezas deacuerdo a su material (Anexo 2), que se encuentran sobre las piezas principales, teniendo en cuenta el V1 (solido) y V2 (agujero). Cálculos basados de (Nisbett, 2008).

Figura 52. Peso de las piezas

(4.7.1.-6)

63

Guía 1 (Anexo 9). Para determinar el peso de esta guía, primero se tiene en cuenta su volumen que esta definido por medio de la ecuación:

De tal manera que el volumen del cubo se describe:

(4.7.1.-7)

El volumen 2 de la guía 1, se obtiene al restar la cantidad de orificios que posee el material, además de la suma del volumen del agujero pasante.

(4.7.1.-8)

Por lo tanto el volumen total

De tal manera el peso total de la guía1, sabiendo que el peso especifico (Ƥ) del acrílico es

de 1.

(4.7.1.-9)

Guía 2 (Anexo 6). Igual que la guia1, el peso de la guía 2 se obtiene del volumen, de tal manera que el volumen del cubo se describe:

(4.7.1.-10)

Pero como la guía 2 posee unas ranuras, hay que restar la cantidad de material que se elimina de la guía, por esto el volumen 2 se define como la cantidad de orificios y ranuras que se hacen en el material, además de la suma del volumen del agujero pasante.

(4.7.1.-11)

Por lo tanto el volumen total

De tal manera el peso total de la guía1, sabiendo que el peso especifico (Ƥ) del acrílico es

de 1.

(4.7.1.-12)

Peso camas (Anexo 10). El volumen se describe por la ecuación

64

De tal manera el cálculo del solido se secciona por figuras geométricas debido a su dificultad:

(

) (4.7.1.-13)

(

)

De tal manera el peso total de la cama, sabiendo que el peso especifico (Ƥ) del aluminio

es de

(4.7.1.-14)

Peso soporte Pie (Anexo 11). El volumen en la pieza se divide en figuras

geométricas debido a su dificultad. De tal manera que el volumen se describe:

( (

))

(4.7.1.-15)

El volumen de la base está dada por:

(4.7.1.-16)

Por lo tanto el volumen total

De tal manera el peso total de la guía1, sabiendo que el peso especifico (Ƥ) del acero es

de

(4.7.1.-17)

Peso Pie prénsatela (Anexo 20)). El volumen se define por de la ecuación

: El volumen debido a su dificultad de se divide en dos partes está dado por:

65

(4.7.1.-18)

El volumen 1 está dado por:

(4.7.1.-19)

Por lo tanto el volumen total

De tal manera el peso total de la guía1, sabiendo que el peso especifico (Ƥ) del acero es

de

(4.7.1.-20)

Peso Soporte del tornillo (Anexo 13). El volumen se define por la ecuación :

(4.7.1.-21)

El volumen 2 está dado por:

(4.7.1.-22)

Por lo tanto el volumen total

De tal manera el peso total del soporte del tornillo, sabiendo que el peso especifico (Ƥ) del

acero es de

(4.7.1.-23)

Peso Soporte del motor (Anexo 4). El volumen se define por :

(4.7.1.-24)

El volumen 2 está dado por:

(4.7.1.-25)

Por lo tanto el volumen total

66

De tal manera el peso total de la guía1, sabiendo que el peso especifico (Ƥ) del acero es

de

(4.7.1.-26)

Peso Barra de soporte (Anexo 35). El volumen se define por :

(4.7.1.-27)

De tal manera el peso total de la barra, sabiendo que el peso especifico (Ƥ) del acero es

de

(4.7.1.-28)

Peso Tornillo sin fin (Anexo 15). El volumen del tornillo se define por:

(4.7.1.-29)

De tal manera el peso total del tornillo, sabiendo que el peso especifico (Ƥ) del acero es

de

(4.7.1.-30)

Existen algunos elementos que es necesario obtener su peso por medio de tablas

técnicas o elementos de medición, Peso rodamiento=20gr, Peso motor=10gr, Peso puller=20gr para los pullers intermedio, final y Peso puller principal=60gr

Al calcular el peso de cada una de las piezas involucradas en el diseño propuesto y por medio de una sumatoria obtenemos el peso total que se aplica en los elementos encargados de sostener y anclar todo el sistema.

Calculo de esfuerzos. Con el cálculo del peso general de la máquina es posible calcular la resistencia de algunas piezas que están sometidas a los mayores esfuerzos en el diseño. Por tal razón será analizado los cortantes y flectores en elementos principales como vigas circulares y estructura general. Cálculos basados en (Nisbett, 2008) y (Mott, 2006)

Esfuerzo en vigas circulares. Los esfuerzos al que se encuentra sometido, están distribuidos a lo largo del material de tal manera que se analiza como cargas puntuales en cada uno de los elementos por analizar.

67

Figura 53. Fuerzas aplicadas, diagrama de momentos y cortantes

Fuente. Diseño en MDsolid El diagrama no es tenido en cuenta debido a que el modulo de elasticidad del material comercial de menor rigidez y menor costo maneja un modulo mayor. Por lo tanto se calcula los esfuerzos para hallar el modulo de elasticidad de las barras centrales con una deformación de 0.001m dado a que no afecta el normal funcionamiento del sistema. La fuerza en cada uno de los puntos es calculada de acuerdo a:

(∑ ) (4.7.2,-31)

Por tal razón obtenemos: Tabla 32. Fuerza aplicadas de acuerdo al punto

Pesos aplicados en los puntos Fuerza equivalente

P1

0.51N

P2

0.51N

P3

0.51N

P4

1.48N

68

P5

1.96N

P6

1.96N

P7

2.71N

P8 0.62N

P9 0.62N

Se obtiene que la reacción en el punto A (RA),Es de 2.39N y la reacción en el punto B (RB) es de 4.42N con un momento máximo de 178N.mm, al analizar la fuerza en cada uno de los puntos se calcula: “Teniendo en cuenta un factor de seguridad (ת)de 2 a que se busca minimizar el riesgo humano, daños y los bajos costos” (Nisbett, 2008). Calculo del momento.

(4.7.2,-31)

Momento de inercia teniendo en cuenta que el radio de la barra a analizar tiene un diámetro de 10mm.

(4.7.2,-32)

El esfuerzo permisible se calcula teniendo en cuenta que el centroide(C) del material según el área transversal es de 5mm.

(4.7.2,-33)

Conociendo el factor de seguridad y el se obtiene el que

debe soportar le material

ת

Por lo tanto

ת

(4.7.2,-34)

Calculando la deflexión se tiene en cuenta una deformación en Y de 0.001m aplicando la fuerza de 13.59N dividido en las dos barras a una distancia de 165mm.

(4.7.2,-35)

Se elije un material de ACERO 1010, teniendo como requerimiento la deflexión máxima y

el según petición de la empresa TURBO JEANS

69

Esfuerzo en el soporte general. Los esfuerzos al que se encuentra sometido, están distribuidos a lo largo del material de tal manera que se analiza como cargas puntuales.

Se calcula la fuerza aplicada en los puntos de concentración de esfuerzos y el área transversal (agujeros de unión con las barras del soporte):

(

)

(4.7.2,-36) (4.7.2,-37)

Teniendo en cuenta un factor de seguridad (ת) de 2 a que se busca minimizar el riesgo humano, daños y los bajos costos. Calculo de momento.

(4.7.2,-38)

Momento de inercia teniendo en cuenta que el radio de la barra a analizar tiene un diámetro de 10mm.

[ ]

(4.7.2,-39)

De tal manera que:

(4.7.2,-40)

Calculando la deflexión se tiene en cuenta una deformación en Y de 0.001m aplicando la fuerza de dividido en las dos barras a una distancia de 165mm.

√

De la ecuación despejamos la deflexión:

(

)

(4.7.2,-41)

70

Teniendo que:

√(

)

√(

)

De tal manera obtenemos que:

(

)

(4.7.2,-42)

(4.7.2,-43)

Con el modulo de elasticidad de 10.56Mpas se busco un material tuviera un modulo mayor, que al ser comparado con el material comercial ACERO 1010 que cuenta con un

modulo de 20.68Gpas, se obtiene que es el adecuado estando por encima del requerido, cumpliendo cumple con los requerimientos de la empresa 4.7.3. Tornillo Sin Fin, Piñón - Cremallera. Debido a los pocos requerimientos que se necesitan para el diseño, se calculan con los requerimientos básicos (Longitud de 16cm, Diámetro 1omm, paso 1mm).

Tornillo Sin Fin. Se obtiene de una barra dentada comercial, generalmente utilizada para anclaje, de diámetro 10mm de rosca ordinaria, con paso de 1mm como se requiere, por tal razón se obtendrá la velocidad de avance que este nos genera.

Teniendo que el tornillo gira a 80RPM se obtiene que:

(4.7.3,-44)

Piñón – Cremallera. Se calcula teniendo en cuenta el poco peso y carrera que

debe tener de tal manera que su diseño será por medio de requerimientos básicos. Este será controlado por un servo motor facilitando manejar el avance de la cremallera según el tipo de material y disco de corte a utilizar.

La relación entre la velocidad de giro del piñón (N) y la velocidad lineal de la cremallera (V) depende de factores como el número de dientes del piñón (Z) y el número de dientes por centímetro de la cremallera (n). Se tomo como base un diámetro de 4cm de diámetro para el piñón y un avance n de 5 dientes/cm

(4.7.3.-45)

71

Teniendo en cuenta las características básicas del Servo motor se obtiene que el diámetro del piñón no puede ser menor de 3cm de esta manera se comprobó el diámetro de piñón tomado es el adecuado para la aplicación en sistema. 4.7.4. Rodamientos. De acuerdo a que se adecua a las dimisiones mínimas en el diseño del sistema y su diámetro el rodamiento es obtenido por medio de la tabla (INDUSTRIAL, 2009).

Tabla 33. Tabla de rodamiento 60002R

Fuente. (INDUSTRIAL, 2009)

Debido a que el diámetro interno es el adecuado y teniendo en cuenta que las cargas y limite de velocidad que se maneja está muy por encima al que pudiese necesitar se toma el rodamiento 6000rs2.

4.7.5. Motores Pullers y tornillo Sin fin. Según el diseño propuesto se obtiene que se cuenta con algunos motores demostrados en la figura 37 donde se ven los puntos de monitoreo y los motores en el proceso, se hace necesario conocer la potencia que requieren según su uso.

Motor tonillo Sin fin. Cálculos de la potencia del motor Se desea calcular el torque necesario

(4.7.5,-46)

De tal manera que se obtiene el momento de inercia

∑

(4.7.5.-47)

Además se hace necesario conocer la relación de la caja de reducción

(4.7.5. -48)

72

Conociendo su velocidad se calcula la velocidad angular que posee

(4.7.5.-49)

Así lograr hallar el torque del motor, necesario para encontrar la potencia del motor

a utilizar.

(4.7.5.-50)

(4.7.5.-51)

Motores Pullers. Están sometidos al torque generado por el material, por tal razón lo único que los logra diferenciar es el diámetro y peso de la rueda dentada que los conforman, siendo suficiente calcular la potencia requerida con el principal. Se desea calcular el torque necesario

(4.7.5,-52)

Momento de inercia, diámetro de disco puller de 2.5cm

∑

(4.7.5.-53)

Conociendo su velocidad se calcula la velocidad angular para un motor

de 120RPM

(4.7.5.-54)

73

Además se hace necesario conocer la relación de velocidad del tornillo, tomando una

longitud de 15cm

(4.7.5.-55)

Así lograr encontrar el torque del motor, necesario para el cálculo de

potencia del motor a utilizar.

(4.7.5.-56)

(4.7.5.-57)

De acuerdo a los requerimientos mencionados con anterioridad por la empresa TURBO JEANS se propuso un diseño que ha venido siendo desarrollado durante el transcurso de este proyecto, que al ser analizados los esfuerzos que se ejercen sobre cada uno de sus elementos se obtiene un sobre diseño en sus dimensiones y material de fabricación que los compone. Así mismo por el lado de los elementos electrónicos se obtiene el acondicionamiento de un solo sensor debido a su alto rango de operación, ya que los demás a implementar cuentan de una respuesta de pulso o son fácilmente acondicionados por medio de un microntrolador.

4.7.9 Diagrama de flujo del programa a implementar. La implementación del sistema

de control, consta de un programa un el PLC por medio de lenguaje LADDER, este se divide en tres procesos según la elección del operador “fabricación de tiras de pasador, sistema de corte o fabricación y corte”.

Se hace necesario conocer los requerimientos del sistema de control para lograr su

adecuada implementación, por tal razón definirlas se hace importante:

74

Temperatura en la aguja. El control debe tener en cuenta como requerimiento principal el comportamiento de un sensor de temperatura ubicado en la aguja, para evitar la ruptura de esta.

Velocidad del control. Según la información que reciba el control de los sensores propuestos en la figura 19 que habla de los pasos del sistema de acuerdo a los sensores y la información dada por el operador, regule la velocidad del motor principal sirviendo como solución a las fallas propuestas.

Ancho de tela. Debe tener en cuenta las dimensiones del material y los datos

ingresados por el operador, con el fin de regular la velocidad de los puller y aquellos elementos que participan directamente en la fabricación.

Debido a la complejidad y cantidad de pasos del sistema este se dividió en dos subsistemas de programa denominados CASO 1 y CASO 2, estos dependen de la elección del operador del proceso a realizar teniendo en cuenta si se desea utilizar de forma convencional o aplicando la acción de control. Sin dejar de tener en cuenta una sub función 3 que une de forma directa los dos casos con el fin de optimizar el proceso.

Figura 54. Diagrama de bloques del sistema de control a implementar

Todo por medio de un tablero de control que ofrece la oportunidad de seleccionar entre los tres casos, cada uno con subsistemas con las variables necesarias para el funcionamiento; Al introducir los valores el tablero establece una conexión con el PLC ya programado con las acciones de correspondientes a cada uno de los casos dándole un sentido de operación.

Figura 55. Diagrama del sistema a implementar

75

Figura 56. Diagrama de flujo del sistema de control

Caso 1. Se compone por un sistema de control PID que tiene en cuenta como

variables principales 3 tipos de velocidad: (Mínima, Optima y máxima), estos

dependen del tipo de material a utilizar, la verificación de presencia de hilo en la

máquina, su principal característica es el funcionamiento de un solo proceso al

tiempo en este caso solo recubrir la tira de material, en este orden solo se aplicará

a la máquina principal.

76

Figura 57. Diagrama de flujo del Caso 1

Caso 2. Se basa en el control del sistema de avance y corte, que tiene en cuenta

las variables (Distancia y espesor del material), para cada uno de los tamaños

elegidos y los tipos de tela, eliminando los nudos o imperfecciones y logrando

obtener un acabado óptimo limitando las fallas y recortando el tiempo de

fabricación.

77

Figura 58.Diagrama de flujo del Caso 2

78

Figura 59. Diagrama de bloques del programa CASO 2

4.8 TABLERO DE CONTROL

4.8.1 Requerimientos del tablero de control. Antes de hablar del tablero a implementar se es necesario hacer un listado de cada una de las tareas y partes que lo deben componer.

Datos. El sistema debe exigir la entrada de datos necesarios para el control. Ingreso de información. Se debe contar con algunos botones que faciliten el

ingreso de la información necesaria para que el control sea funcional. Además de un botón de inicio y parada.

Visualización. Se requiere una pantalla donde se ve cada uno de los datos que se deben ingresar.

Comunicación. Se hace necesario contar con un modulo de comunicación con el

PLC seleccionado, para trasmitir los datos ingresados por el operador. 4.8.2. Tablero de control. El diseño consta en un principio de un panel con los

pulsadores Start / Stop, un teclado matricial que facilita la entrada de datos tales como dimensiones o tamaños, de una u otra forma interactúan con las variables dadas en los sub sistemas, todo esto es señalado por medio de una LCD de 128 x 64, con el fin de visualizar de manera constante lo que sucede en la máquina principal y en el sistema de corte diseñado.

Todo es controlado con un ARDUINO MEGA 2560. Debido a su fácil programación y la cantidad de módulos que maneja para el tratamiento de señales de los sensores a utilizar además de los necesarios para realizar el sistema de control PID, contando con los pines de entrada y salida análogas y digitales necesarias para garantizar la visualización y la comunicación con el PLC.

.

79

Módulos PWM de 8Bits 16 entradas analógicas de 10btis Comunicación serie en los pines digitales Librerías para control 54 pines digitales Entrada/Salida

Figura 60. Tarjeta ARDUINO MEGA

Fuente. http://arduino.cc/es/Main/ArduinoBoardDiecimila (Arduino, 2012)

Este mismo es el encargado de interactuar y comunicarse con el PLC, traduciendo los requerimientos del operador a cada uno de los sub sistemas ya programados, exigiendo las variables necesarias para que la acción de control correspondiente a cada caso actué de la mejor manera.

Figura 61. Diagrama de flujo del tablero de control

80

Figura 62. Código del ARDUINO para el tablero de control

Figura 63. Código implementado en ARDUINO del programa de selección de casos

81

Figura 64. Código implementado en ARDUINO del programa caso 1

4.8.3. Elección del PLC a utilizar. Ante la disponibilidad de entradas y salidas conocidas por medio de la figura 19 y la selección de los actuadores que entraran en juego en el sistema de control y el diseño mostrado como solución alas fallas propuestas, se tomara como dispositivo para implementar el programa de control. Para esto se hace necesario hacer un listado simple de la cantidad de entradas y salida que se necesita manejar para así seleccionar el PLC adecuado

Salidas independientes de voltaje Contara con 6 salidas de diferente voltaje Entradas digitales de 12 a 24 Con una memoria mínima de 120 bloques Módulos de conteo y temporizadores

Figura 65. PLC 24L

Fuente. http://www.electricasbogota.com/detalles/mini-plc/1590-74265

82

Figura 66. Dimensiones de los ARRAY Logic modelos. AF-10../AF-20

Fuente. Manual Edición 06/2003 ARRAY Logic modelos (SA, 2002)

Todos los módulos LOGO Basic disponen de las siguientes conexiones para crear el programa, independientemente del número de módulos que se conecten:

Entradas digitales I1 hasta I24 Entradas analógicas AI1 hasta AI8 Salidas digitales Q1 hasta Q16 Salidas analógicas AQ1 y AQ2 Marcas digitales M1 hasta M24, M8: marcas de arranque Marcas analógicas AM1 hasta AM6 Bits de registro de desplazamiento S1 hasta S8 4 teclas de cursor 16 salidas no conectadas X1 hasta X16.

4.8.4. Entradas del ARRAY LOGIC. La entrada para los Multi Relés Programables

ARRAY LOGIC son las señales ON/OFF provenientes de interruptores, contactos auxiliares de contactares, sensores industriales de cualquier tipo (inductivo, capacitivo, o fotoeléctrico).

Tabla 34.Especificaciones ARRAYLOGO.

Fuente. Manual Edición 06/2003 ARRAY Logic modelos

83

4.9 IMPLEMENTACIÓN DEL CONTROL DE CAMBIO MANUAL AUTOMÁTICO

El proceso de cambio de control a automático es la opción principal de la máquina, esto dado a que el operador podrá interrumpir el programa el proceso controlado en cualquier instante de tiempo según como lo vea necesario. De tal manera se interrumpió la señal del sensor que posee el Motor HT800 HINGTER, consta de una fotorresistencia iluminada por un LED, con una palanca en medio que interrumpe la luminosidad gradualmente, generando una señal aun PWM encargado de regular el ancho de pulso que va al motor DC. Permitiendo manipular el motor desde una

señal externa.

Figura 67. Sensor de velocidad del motor HT800 HINGTER

Esta señal se ve interrumpida por un relevo que posee las dos señales (Señal del pedal, Señal del control Figura 59) a manejar controlado desde el ARDUINO según el operador lo desee.

Figura 68. Manual - automático

4.9.1. PID experimental. Una de estas señales es la respuesta del controlador PID, que de acuerdo a la dificultad al realizar un modelo matemático del mecanismo principal y a la cantidad de variables que lo intervienen, vistas en las tablas 19 a la 27 “Temperatura, calibre de hilo, material, velocidad de operación y tiempo de respuesta”, se hace

complicado generalizar una respuesta transitoria. Por tal razón para lograr analizar el comportamiento que tiene el sistema en lazo abierto, son tomados algunos valores críticos y graficados.

84

Por tal razón se hacen tres combinaciones de variables, (Calibre de hilo 75, Material 14 onzas, Velocidad 600RPM) Serie 1, (Calibre de hilo 75, Material 12 onzas, Velocidad 1000RPM) Serie 2, (Calibre de hilo 75, Material 14 onzas, Velocidad 1600RPM) Serie 3, con el fin de comprender el comportamiento de la temperatura con respecto al tiempo del sistema.

Figura 69. Respuesta en lazo abierto del sistema

Al conocer el comportamiento del sistema, se implementa el controlador PID en el ARDUINO MEGA, que además de facilitar la visualización, contiene los módulos necesarios para realizarlo de manera experimental, con la utilidad de favorecer la búsqueda de las variables necesarias para que el controlador sea calibrado y sintonizado. Teniendo en cuenta como requerimiento base el punto de ruptura del hilo por temperatura, sin dejar a un lado la eficiencia del sistema. Por tal razón se grafica la respuesta del controlador PID para tres diferentes constantes (Kp, Ti, Td), para una temperatura máxima de 80°, con el fin de encontrar los valores que mejor se comporten con los módulos de control aplicados, teniendo en cuenta que el sobre paso máximo estuviera por debajo de la falla critica.

Figura 70. Respuesta en lazo cerrado del sistema para una temperatura de 70°

(KP=1.8, Ti=2, Td=0.9) Serie 1, (KP=2.4, Ti=2.8, Td=0.6) Serie 2, (KP=1.2, Ti=1.9, Td=1) Serie 3

0

20

40

60

80

100

0 20 40 60 80 100 120 140Series1 Series2 Series3

0

20

40

60

80

100

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25Series1 Series2 Series3

85

Figura 71. Respuesta en lazo cerrado del sistema para 80°

(KP=1.8, Ti=2, Td=0.9) Serie 1, (KP=2.4, Ti=2.8, Td=0.6) Serie 2, (KP=1.2, Ti=1.9, Td=1) Serie 3

Figura 72. Respuesta en lazo cerrado del sistema para 60°

(KP=1.8, Ti=2, Td=0.9) Serie 1, (KP=2.4, Ti=2.8, Td=0.6) Serie 2, (KP=1.2, Ti=1.9, Td=1) Serie 3

Se toman los valores (KP=1.8, Ti=2, Td=0.9) serie 1 (Figura 61), debido a que su comportamiento tiende a ser el mas adecuado, ya que muestra una mejor respuesta a diferentes temperaturas y cuenta con un sobrepaso muy cercano al 25% como esta definido por el método de sintonización que se basa de una entrada respuesta escalón, como se vio en la figura 70. Basados en el libro (Ogata, 1998)

0

20

40

60

80

100

120

0

2,5 5

7,5

10

12,5 15

17,5 20

22,5 25

27,5 30

32,5 35

37,5 40

42,5 45

47,5 50

52,5 55

57,5 60

Series2 Series3

Series4

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25

Series1 Series2 Series3

86

5. PRESENTACIÓN Y ANÁLISIS DE RESULTADOS

Con el propósito de mostrar de manera ordenada los resultados del proyecto se han divido en las siguientes etapas: Fabricación del diseño mecánico final, montaje, control a implementar, pruebas de tiempo, errores y puesta a punto del montaje completo. 5.1. Fabricación del diseño mecánico final. Como se mostró en el capitulo 4.4.2 al 4.4.3 donde se describe la evolución del diseño del sistema de corte, se mostrará el proceso de construcción y los procesos de manufactura que se utilizaron con la ayuda de los servicios ofrecidos por el hangar de la universidad. Se hace necesario describir el proceso y los elementos utilizados para llegar al diseño final.

Fase 1. Para comenzar el diseño fue necesario fabricar el soporte general favoreciendo acoplar las piezas que se vayan realizando, para esto se utilizaron los elementos de soldadura de la universidad, además del uso de la fresadora para formar los agujeros de entrada y salida de material como los de anclaje de las barras principales.

Figura 73. Imagen del soporte general

Fase 2. Esta se compone por todos las partes encargadas de sostener y unir los

demás elementos que componen el sistema, en los cuales fue necesario utilizar el

sistema de fresado.

Figura 74. Fabricación de las camas

87

Figura 75. Soporte del tornillo y rodamiento (Chumacera)

Fase 3.Consta de elementos formados en el torno como: Barras principales,

discos puller, soporte del disco de corte, barra de soporte del motor, y algunos

elementos que contienen rosca.

Figura 76. Soporte de sensores de longitud y medida

Figura 77. Soporte de la cuchilla de corte

88

Figura 78. Puller Principal

Fase 4. Consiste de la fabricación del tornillo sin fin que genera el avance del

sensor de medida y el piñón – cremallera implementada para elevar la cuchilla de

corte. Son definidos en una etapa debido a su complejidad de fabricación.

Figura 79. Tornillo sin fin de arrastre

Figura 80. Cremallera (sistema de corte)

89

Figura 81. Piñón - Cremallera (sistema de corte)

Fase 5. En este punto del diseño se procede a ensamblar cada una de las partes

fabricadas con la ayuda de un torno y fabricando la rosca para tornillos 3/8 para la

sujeción y prisioneros para la unión de los disco de puller a los motores y las camas a

las barras principales.

Figura 82. Vista superior sistema de corte

Figura 83. Sistema de corte finalizado

90

5.2. Control implementado. Ya terminado y ensamblado los elementos mecánicos

procedemos a instalar los sensores a utilizar y realizar el cableado correspondiente al

sistema de corte como el que va dirigido a cada una de las partes que complementan el

sistema eléctrico de la máquina.

Figura 84. Sensor de nudo

Figura 85. Sistema de corte, sensores, motores y cableado inicial

Como se mostro en la Figura 37 donde se muestra el sistema de corte con sus sensores de color rojo, encargados de presencia (1), distancia (3), nudos en el material (2), longitud de corte (4) y en la máquina principal un sensor de temperatura (5) y un sensor de tensión (6) y sus respectivos motores de color naranja, puller principal (1), puller intermedio (2),

91

puller de evacuación o final (3), servo motor de corte (4), ya implementados en el sistema de corte físico.

Montaje de prueba. De acuerdo a la facilidad de uso del sistema de corte diseñado y la petición de la empresa de evitar en lo posible hacer una parada controlada de la máquina principal durante el proceso de fabricación, se genera un montaje provisional.

Figura 86. Sistema de corte, Montaje provisional(Caso 2)

Figura 87. Fuente y PLC

92

Figura 88. Montaje y tablero de control provisional

5.3. Pruebas velocidad de costura. Este ese momento el proceso estaba determinada por el operario, convirtiéndolo en no continuo, además de no ser estándar la longitud de las mismas. El diseño fabricado de la máquina está determinado para mejorar el proceso, de coser 4 metros por minuto si se trabaja a velocidad máxima al doble o más si es posible, sin caer en errores.

El la empresa TURBO JEAN el diseño original trabaja a una velocidad de 3 metros por segundo en forma descontinuada, con el control implementado se espera lograr que el proceso sea continuo y que el tiempo de fabricación disminuya de manera considerable en el sistema de corte. Como prueba preliminar se tomará los tiempos generados pero el sistema de corte y Caso 2 explicado en el apartado 4.7.10 donde se muestra los diagramas del sistema a implementar.

Se tendrá en cuenta la cantidad de pasadores generados en una hora de trabajo de

acuerdo a diferentes medidas, teniendo en cuenta la cantidad de fallas mecánicas q se

pueden producir.

Tabla 35. Cantidad de pasadores que corta en 1 hora

Muestra Cm

Fallas en el mecanismo

Metros de

cordón

Cantidad de

pasadores

7 4 150 2000

8 7 143 1720

93

Muestra Cm

Fallas en el mecanismo

Metros de

cordón

Cantidad de

pasadores

9 5 145 1615

10 3 132 1330

11 3 128 1105

12 5 120 1050

13 1 120 910

14 1 111 700

15 1 98 650

Total 30 11800

Fuente. Recopilación

5.4. Implementación en la máquina principal. Después de realizar pruebas de los sistemas independientes se hace necesario para finalizar unir el sistema diseñado con la máquina principal. De tal manera que se pueda tomar muestras del sistema conjunto y llegar a una puesta a punto final.

Figura 89. Control implementado en la máquina principal (Caso 1)

Para la implementación del controlador PID se hace necesario obtener unas medida en lazo abierto, para una velocidad promedio para una temperatura de máxima y mínima de operación del sistema de control. Dicho proceso se realizó con tres tipos de material y dos tipos de calibre de hilo, tomando la temperatura por medio de un sensor ubicado en la base de la aguja de la máquina principal y describiendo la velocidad del motor según el rango de operación ya obtenido.

Tabla 36.Comportamiento del mecanismo principal a TEMP- MIN. en una hora de trabajo.

HILO-TELA CANTIDAD DE METROS

VELOCIDAD (RPM)

NUMERO DE FALLAS

75-10 115 985 0

94

HILO-TELA CANTIDAD DE METROS

VELOCIDAD (RPM)

NUMERO DE FALLAS

75-12 98 840 0

75-14 74 630 0

50-10 130 1100 0

50-12 127 1080 1

50-14 82 700 0

30-10 150 1280 0

30-12 120 1025 1

30-14 100 854 0

Fuente. Recopilación

Tabla 37.Comportamiento del mecanismo principal a TEMP.MED. en una hora de trabajo.

HILO-TELA CANTIDAD DE METROS

VELOCIDAD (RPM)

NUMERO DE FALLAS

75-10 168 1176 0

75-12 149 1043 0

75-14 119 830 0

50-10 190 1330 2

50-12 178 1248 1

50-14 117 819 0

30-10 205 1430 0

30-12 155 1085 0

30-14 148 1036 1

Fuente. Recopilación

Tabla 38.Comportamiento del mecanismo principal a TEM. MAX. En una hora de trabajo.

HILO-TELA CANTIDAD DE METROS

VELOCIDAD (RPM)

NUMERO DE FALLAS

75-10 220 1284 0

75-12 200 1160 0

75-14 160 940 3

50-10 250 1458 0

50-12 230 1340 0

50-14 150 875 1

30-10 260 1520 0

30-12 200 1160 1

30-14 180 1050 1

Fuente. Recopilación

Al comparar las tablas 19 – 27 con las tablas 36 – 38 obtenemos que el proceso mejora al

implementar el controlador, debido a que el trabajo se vuelve continuo y disminuye la

cantidad de paradas por fallas, pero aun se hace necesario obtener una medida en

95

conjunto de del proceso denominado Caso 1, teniendo en cuenta las fallas generadas con

el sistema de control implementado. Se especificaran las fallas por medio de N (No fallo),

H (Falla en el hilo), A (Falla en la aguja), L (Looper), respectivamente. Para un rango de

operación máxima de 80°C donde no alcanza a generar fallas criticas.

Tabla 39. Hilo calibre 30 con material de 10 Onzas (TELA DELGADA) SERIE 1

MUESTRA TIEMPO VELOCIDAD FALLA

1 5 40 N

2 10 921 N

3 15 1184 N

4 20 1343 N

5 25 1430 N

6 30 1415 N

7 35 1390 N

8 40 1370 N

9 45 1390 N

10 50 1410 N

11 55 1380 N

12 60 1410 N

13 65 1430 N

14 70 1390 N

15 75 1430 N

16 80 1415 H

17 85 1390 H

18 90 1370 H

Fuente. Recopilación

Tabla 40. Hilo calibre 30 con material de 12 Onzas (TELA MEDIA) SERIE 2

MUESTRA TIEMPO VELOCIDAD FALLA

1 5 40 N

2 10 1100 N

3 15 1472 N

4 20 1530 N

5 25 1439 N

6 30 1420 N

7 35 1405 N

8 40 1380 N

9 45 1365 N

10 50 1415 H

11 55 1428 H

12 60 1440 H

13 65 1375 H

96

14 70 1360 A

15 75 1380 N

16 80 1410 N

17 85 1430 H

18 90 1390 L

Fuente. Recopilación

Tabla 41. Hilo calibre 30 con material de 14 Onzas (TELA GRUESA) SERIE 3

MUESTRA TIEMPO VELOCIDAD FALLA

1 5 40 N

2 10 1100 N

3 15 1680 N

4 20 1610 N

5 25 1542 N

6 30 1469 N

7 35 1428 H

8 40 1400 H

9 45 1405 H

10 50 1415 N

11 55 1370 N

12 60 1428 A

13 65 1380 A

14 70 1380 N

15 75 1430 N

16 80 1415 N

17 85 1390 N

18 90 1370 N

Fuente. Recopilación

Tabla 42. Hilo calibre 75 con material de 10 Onzas (TELA DELGADA) SERIE 4

MUESTRA TIEMPO VELOCIDAD FALLA

1 5 40 N

2 10 1100 N

3 15 1680 N

4 20 1430 N

5 25 1255 N

6 30 1380 N

7 35 1540 N

8 40 1500 N

9 45 1430 N

10 50 1415 N

11 55 1380 N

12 60 1440 N

13 65 1420 N

97

14 70 1375 N

15 75 1370 H

16 80 1390 H

17 85 1420 N

18 90 1380 N

Fuente. Recopilación

Tabla 43. Hilo calibre 75 con material de 12 Onzas (TELA MEDIA) SERIE 5

MUESTRA TIEMPO VELOCIDAD FALLA

1 5 40 N

2 10 1380 N

3 15 1655 N

4 20 1370 N

5 25 1130 N

6 30 1280 N

7 35 1450 N

8 40 1530 N

9 45 1480 N

10 50 1350 N

11 55 1250 N

12 60 1280 N

13 65 1400 N

14 70 1405 H

15 75 1415 H

16 80 1370 N

17 85 1428 N

18 90 1380 H

Fuente. Recopilación

Tabla 44. Hilo calibre 75 con material de 14 Onzas (TELA GRUESA) SERIE 6

MUESTRA TIEMPO VELOCIDAD FALLA

1 5 40 N

2 10 1000 N

3 15 1380 N

4 20 1620 N

5 25 1320 N

6 30 1130 N

7 35 1270 N

8 40 1430 N

9 45 1470 N

10 50 1480 N

11 55 1355 N

12 60 1340 N

13 65 1390 N

98

14 70 1480 H

15 75 1440 N

16 80 1420 N

17 85 1390 N

18 90 1420 H

Fuente. Recopilación

Figura 90 Respuesta en lazo cerrado del sistema de control

Al obtener estas nuevas mediciones se da a conocer las mejoras que obtuvo el proceso de costura, por la disminución de fallas, la eliminación de las fallas críticas y el aumento en el tiempo de ejecución del proceso. La Figura 63. Representa la velocidad del motor en RPM con respecto al tiempo, dando a ver el comportamiento de la acción de control para cada tipo de material. 5.5. Pruebas sistema completo. De tal manera se toma una nueva muestra pensando

Además de tener en cuenta las fallas generadas en el nuevo sistema. Se especificaran las

fallas por medio de N (No fallo), H (Falla en el hilo), A (Falla en la aguja), L (Looper),

respectivamente esto para el caso 1 y fallas mecánicas como Puller (P), corte (C),

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Series1 Series2 Series3 Series4 Series5 Series6

99

presencia de tiras (T),caso 2, siendo así la implementación del sistema conjunto

denominado Caso 3.

En el desarrollo de este proceso de evidencia la diferencia de velocidades de operación

que tiene la máquina principal con respecto al sistema de corte. Sin importar que este

caso comprenda el funcionamiento del sistema en conjunto cada una de sus partes

mantienen una autonomía en su comportamiento.

Figura 91. Sistema completo en la máquina principal (Caso 3)

Tabla 45. Comportamiento del sistema en lazo cerrado en una hora trabajo (Velocidad baja)

HILO-TELA CANTIDAD DE METROS

CANTIDAD DE PASADORES

FALLAS

75-10 115 1477 N

75-12 98 1330 N

75-14 74 952 N

50-10 130 1772 N

50-12 127 1632 L

50-14 82 1134 N

30-10 150 2057 P

30-12 120 1585 N

30-14 100 1273 N

Fuente. Recopilación

Tabla 46. Comportamiento del sistema en lazo cerrado en una hora trabajo (Velocidad media)

HILO-TELA CANTIDAD DE METROS

CANTIDAD DE PASADORES

FALLAS

75-10 168 2350 N

75-12 149 2071 N

100

HILO-TELA CANTIDAD DE METROS

CANTIDAD DE PASADORES

FALLAS

75-14 119 1590 N

50-10 190 2585 N

50-12 178 2341 N

50-14 117 1478 H

30-10 205 2880 H

30-12 155 2085 P

30-14 148 2071 N

Fuente. Recopilación

Tabla 47. Comportamiento del sistema en lazo cerrado en una hora trabajo (Velocidad Alta)

HILO-TELA CANTIDAD DE METROS

CANTIDAD DE PASADORES

FALLAS

75-10 220 3085 N

75-12 200 2757 N

75-14 160 2098 N

50-10 250 3457 L

50-12 230 3086 N

50-14 150 1985 N

30-10 260 3575 H

30-12 200 2757 N

30-14 180 2278 N

Fuente. Recopilación

En las tablas 18 - 27, donde se habla de las fallas en proceso y el nivel de producción, se

obtiene que el tiempo entre fallas se mantiene casi constante, la alta cantidad de fallas

que se presentan y el estado de ánimo del operario retrasan considerablemente el

proceso, además del alto riesgo al que están sometidos (decir cuales tablas y algunos

datos de ejemplo). En las tablas 45- 47 Que muestran los resultaos de la implementación

del controlador y el sistema de avance y corte de pasadores, las fallas críticas

desaparecen y el tiempo entre fallas aumenta, como por ejemplo en un promedio cada 17

metros se presenta dos falla mecánicas y con el sistema implementado cada 60 metros

aparecen, como se ve reflejado en un segmento HILO–TELA 50-14 de la tabla 46,

convirtiendo el proceso en continuo generando un aumento de la producción, además de

reducir la cantidad de accidentes.

6. COSTOS. El presente capítulo contiene una descripción general de todos los gastos realizados para obtener el valor de la inversión realizada en el diseño y construcción de la máquina.

6.1. Costos directos. En el análisis de costos directos se toman en cuenta los gastos por materiales, mano de obra y transporte, detallados en las siguiente tabla:

101

Tabla 48. Costo de materiales y accesorios mecánicos

CANTIDAD MATERIAL DESCRIPCION COSTO

1 Platina de aluminio 10 x 70 x 800 mm

80.000

1 Platina de aluminio 30 x 100 x 100 mm

10.000

1 Barra acero 1010 10D x1000 mm 9.000

1 Perfil cuadrado acero 1010

10 x 10 x2000 mm

18.000

1 Platina acero 1010 30 x 150 x 200 mm

15.000

1 Barra acero 1010 40D x 200 mm 15.000

1 Barra dentada 10D x 1000 4.000

1 Lamina acrílico 3 x 30 x 30 mm 15.000

8 Tornillos rosca ordinaria brístol

1/8 rosca ordinaria

3.000

40 Tornillos prisioneros 3/16 5.000

6 Tornillos 3,5mm 4.000

2 Rodamientos 6000 2RS 8.000

1 Teflón anti desgaste 50D x 8 mm 5.000

2 Barras de soldadura ---- 10.000

1 Cuchilla de corte D. 5cm 5.000

El costo de materiales mecánicos de la máquina es de 206.000 pesos

Tabla 49.Costo de materiales y accesorios eléctricos y electrónicos

Cantidad Material Descripción Costo

4 Circuitos impreso --- 150.000

30 Resistencia 1/4wattio 300

4 Relevos 5 pines 4.000

15 Borneras 2 pines 4.500

15 Borneras 3 pines 7.500

1 Puente H Ref 128b 10.000

7 Pulsadores N/A 5.600

1 Interruptor 2 posiciones 1.000

1 Paro de emergencia N/A 8.000

5 Metros de cable rojo Calibre 16 1.500

5 Metros de cable negro

Calibre 16 1.500

10 Metros de cable verde

Calibre 16 3.000

2 Cable para protoboard

Calibre 14 1.600

102

2 Cables Eternet 2 metros 8 hilos

5.000

200 Terminales Calibre 16 8.000

1 Fusible 2 amperios 1.000

1 Portafusible Externo 1.500

1 Cama para soldar 8 pines 500

1 Cama para soldar 16 pines 700

3 Transistores N2222 750

1 Sensor de temperatura

Lm335 3.000

2 Emisor receptor infrarrojo

--- 4.000

2 Finales de carrera N/A 1.500

3 Moto reductores 6v - 120rpm 75.000

1 Moto 24v – 2000rpm

40.000

1 Servomotor 6v – 190° 45.000

1 Motor Hingter Ref HT800 350.000

1 Lcd 128x64 50.000

1 Microcontolador Arduino mega

170.000

1 PLC Array 12L 480.000

1 Fuente 120vac – 24dc 2A

150.000

1 Caja de control 30x28 cm 45,000

1 Barra de soporte Estándar 2.000

100 Abrazaderas Cortas 5.000

1 Cable de teléfono 4 hilos 2,000

3 Metros de auto fundente

Todos los calibres

5.000

1 Tubo de soldadura Estaño 2.000

1 Crema para soldar --- 3.000

El costo de materiales eléctricos y electrónicos de la máquina es de 1.648.450

Tabla 50.Costo de maquinaria, mano de obra y equipos utilizados

Materiales Costo/Hora Horas equipo Costo

Torno 30.000 14 440.000

Soldadura MIG 40.000 1 40.000

Fresado 30.000 8 280.000

Compresor 10.000 1 10.000

Otros equipos ------- ------- -------

Herramienta manual

5% mano de obra

Total 770.000

103

Tabla 51.Costo por transporte

Transporte Costo Cantidad Costo

Material a taller 1.750 60 105.000

Máquina a planta 40.000 1 40.000

Otros ------- --------- ---------

Transporte total 145.000

6.2 Costos indirectos.

Tabla 52.Valor total de costos indirectos

Detalle Cantidad (%)

Imprevistos 700.000

Total de costos indirectos 700.000

6.3 Costos totales. Los costos totales equivalen a la suma de los costos directos e

indirectos, estos dos sumados tiene el valor de 3.469.450 pesos

104

7. CONCLUSIONES

Se diseño y fabrico un prototipo, basado en un sistema secuencial teniendo en cuenta los elementos de sujeción y corte, contando en su gran mayoría con sobre diseño, debido a los pequeños esfuerzos y los requerimientos de la empresa patrocinadora. Encargado de recibir, cortar y almacenar el material saliente de la recubirdora Kansai. Se desarrollo un interfaz de usuario de fácil manejo, que permite introducir los requerimientos básicos para el control implementado, que además muestra en tiempo real lo que pasa durante ejecución del proceso Se implemento un control de velocidad PID experimental, por medio de la programación del modulo ARDUINO MEGA, para tres tipos de velocidades de operación (Alta, Media, Baja) determinadas por los tipos de tela, aplicado aun motor DC que facilita el proceso continuo y bajo consumo por medio de la regulación de pulso PWM. Se disminuyo el consumo de energía con la implementación del motor DC HT800 y el

controlador, dado a que el proceso se convierte en continuo disminuyendo el tiempo para

producir la misma cantidad de pasadores.

Se redujo el tiempo de ejecución del proceso, para telas de tamaño medio (12 onzas) y delgado (10 onzas), la tela gruesa se mantiene su rendimiento debido a las fallas que presenta el mecanismo principal al ser sometido a altas velocidades, que para ser corregidas afectarían el diseño original y el normal desempeño para otros procesos. Se implemento un cambio automático - manual por medio de programación en el

ARDUINO MEGA, interrumpiendo la señal del controlador PID en cualquier punto del

proceso al accionar el pedal incorporado en diseño original.

Se implemento un control y el sistema de avance y corte de pasadores, que aumentan el

tiempo en la producción al desaparecer las fallas críticas y aumentan el tiempo entre fallas

generales, convirtiendo el proceso en un sistema continuo, además de evitar el contacto

de los operadores reduciendo la cantidad de accidentes, tal como se describió en el

proceso inicial donde se evidencio la alta cantidad de fallas, criticas, generales y

accidentes, dando a conocer la influencia del estado de animo del operario en los retrasos

en la producción general, evitando afectar el desarrollo del proceso normal de la maquina

Recubirdora Kansai haciendo el sistema desmontable.

105

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http://es.wikipedia.org/wiki/Mantenimiento_productivo_total

107

ANEXOS

108

DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN SISTEMA DE AVANCE Y CORTE PARA LA

AUTOMATIZACIÓN DEL PROCESO DE MANUFACTURA DE PASADORES PARA LA

CONFECCIÓN DE ROPA APLICADO A LA MAQUINA RECUBRIDORA KANSAI

JAIRO YESID VARGAS

HECTOR GABRIEL OCHOA LOAIZA

UNIVERSIDAD DE SAN BUENAVENTURA FACULTAD DE INGENIERÍA INGENIERÍA MECÁTRONICA

BOGOTÁ 2012

109

DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN SISTEMA DE AVANCE Y CORTE PARA LA

AUTOMATIZACIÓN DEL PROCESO DE MANUFACTURA DE PASADORES PARA LA

CONFECCIÓN DE ROPA APLICADO A LA MAQUINA RECUBRIDORA KANSAI

JAIRO YESID VARGAS

HECTOR GABRIEL OCHOA LOAIZA

Trabajo de grado como requisito para optar por el título de Ingeniero Mecatrónico

Tutor Ing. Leonardo Rodríguez

UNIVERSIDAD DE SAN BUENAVENTURA FACULTAD DE INGENIERÍA INGENIERÍA MECÁTRONICA

BOGOTÁ 2012

110

Nota de aceptación:

Firma del jurado

Firma del jurado

Firma del jurado

Bogotá (17, Octubre, 2012)

111

Agradecimientos

A todas las personas que participaron e hicieron posible este proyecto, muchas gracias

por su apoyo y enseñanzas: al Ingeniero Leonardo Rodríguez por ser el tutor del proyecto,

a los Ingenieros Alcy Blanco y Germán Castañeda por la colaboración y asesoría, a

Daniela Jara Marlés por su ayuda incondicional.

También a mi compañero de trabajo por sus ideas, apoyo que permitieran la realización

de esta tesis.

Un agradecimiento muy especial merece la comprensión, paciencia y el ánimo recibidos

de mi familia.

A todos ellos, muchas gracias.

Jairo Yesid Vargas Montaña y Héctor Gabriel Ochoa Loaiza