INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL

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1 INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA SECCIÓN D E ESTUDIOS DE POSGRADO E INVESTIGACIÓN DISEÑO DE UNA MÁQUINA DESFIBRADORA DE DESPERDICIO TEXTIL (TELAS BASE ACRÍLICO O POLIÉSTER) PARA OBTENER UN PRODUCTO CONOCIDO COMO BORRA. T E S I S QUE PARA OBTENER EL GRADO DE M A E S T R O E N C I E N C I A S C O N E S P E C I A L I D A D E N I N G E N I E R Í A M E C Á N I C A P R E S E N T A ING. RICARDO RODRÍGUEZ ALARCÓN DI RECTOR: DR. LUIS HÉCTOR HERNÁNDEZ GÓMEZ MÉXICO, D. F. JUNIO 2005

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4 D E D I C A T O R I A: A dios y a mis padres por darme la existencia. Principalmente dedico este trabajo a mi esposa Susana Rodríguez Rodríguez por su paciencia, comprensión y su gran sacrificio para crear y educar a mis hijos. A mis hijos: Perla, Cristal y Ricardo; ustedes son mi motivación e inspiración para este y otros muchos proyectos, gracias por su cariño. A mi suegra María Rodríguez Villegas, mí hermana Irma Rodríguez Alarcòn y a mí cuñada Osbelia Rodríguez Rodríguez gracias por su apoyo incondicional y comprensión hacia mí familia.

5 A G R A D E C I M I E N TO Primeramente mí agradecimiento especial al C. Rector de la Universidad Tecnológica de la Sierra Hidalguense M. en C. Sergio Figueroa Balderas por su apoyo incondicional y por la oportunidad brindada para incorporarme a este proyecto de maestría del padrón de excelencia del Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología(CONACYT). Al Ing. Martín Escudero Campos director de la carrera de procesos de producción gracias por su apoyo. Al Instituto Politécnico Nacional, a la Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica unidad Zacatenco, principalmente a la Sección de Estudios de Posgrado e investigación por permitirme desarrollar mis estudios de maestría. Al Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (CONACYT) y a la Universidad Tecnológica de la Sierra Hidalguense (UTSH) por el apoyo económico en mis estudios de maestría. Mis más sincero agradecimiento al director de mí tesis Dr. Luís Héctor Hernández Gómez por sus consejos, apoyo y su valiosa ayuda durante toda mí instancia en la maestría. Mí respeto y agradecimiento a todos los miembros de la comisión revisora de mí tesis; especialmente al M. en C. Gabriel Villa y Rabasa y al Dr. Guillermo Urriolagoitia Calderón.

6 C O N T E N I D O ÍNDICE DE FIGURAS ÍNDICE DE TABLAS GLOSARIO SIMBOLOGÍA RESUMEN ABSTRACT JUSTIFICACIÓN OBJETIVO GENERAL ANTECEDENTES GENERALES PÁGINA VI IX X XII XIV XV XVI XVII XVIII INTRODUCCIÓN 1 CAPÍTULO I GENERALIDADES SOBRE LA INDUSTRIA TEXTIL. 1.1 Comprensión del problema Planteamiento del problema Antecedentes de la industria textil Época prehispánica Época colonial Materiales colorantes Los rezagos en la industria nacional Antecedentes de las fibras para la industria textil Clasificación de las fibras Propiedades de las fibras Estructura externa o morfológica Longitud Diámetro, tamaño o diner Forma de la sección transversal Contorno de la superficie Rizado I

7 1.8.6 Partes de las fibras Estructura interna o distribución molecular Identificación de las fibras Inspección visual Prueba de combustión Prueba al microscopio Pruebas de solubilidad Sumario Referencias bibliográficas CAPÍTULO II CICLO DE VIDA DEL PRODUCTO. 2.1 Concepto del ciclo de vida Ciclo de vida del producto Modelos del ciclo de vida Modelo lineal Modelo con prototipo Modelo en espiral La morfología del diseño del producto Estudio de factibilidad Diseño preeliminar Diseño detallado Ciclo producción-consumo Planeación para la producción Planeación para distribución Planeación para consumo Planeación para el retiro del producto II

8 2.9 Fases del ciclo de vida del producto en el mercado Introducción Desarrollo Madurez Declive Ciclo de vida de los productos textiles Ciclo producción-consumo de los textiles Ciclo producción-consumo de la borra Ciclo producción-consumo de la máquina desfibradora Sumario Referencias bibliográficas CAPÍTULO III METODOLOGÍA Y ANÁLISIS DEL CASO DE ESTUDIO. 3.1 Necesidad Alcances Metodología de diseño Enfoque de diseño Los diferentes problemas de diseño mecánico Proceso de diseño basado en el concepto de ciclo de vida del producto Desarrollo de especificaciones La técnica QFD (Quality Function Deployment) Identificación del cliente Determinación de los requerimientos del cliente Ponderación de los requerimientos del cliente Estudio de comparación (benchmarcking) Traducción de los requerimientos del cliente en términos III

9 mensurables de ingeniería Fijación de metas de diseño Metodología del diseño conceptual Revisión de los requerimientos del cliente Límites del sistema Descomposición funcional Generación de conceptos Evaluación de conceptos Sumario Referencias bibliográficas CAPÍTULO IV DISEÑO DE LA MÁQUINA. 4.1 Descripción de la máquina anterior Diseño funcional Sistema motriz de desfibrado Selección del motor adecuado Cálculo de la transmisión por correas Diseño del eje Diseño de las cuñas para el eje (polea y mamelon) Selección de rodamientos Propuesta de diseño para las puntas desfibradoras Cálculo de las uniones soldadas Sistema motriz de prensado Diseño del resorte Selección del motor adecuado Cálculo de la transmisión por correas Diseño de los ejes Diseño de las cuñas para los ejes (polea y rodillos) Selección de lo rodamientos Espesor del soporte omega resorte Cálculo de los tornillos del soporte IV

10 4.5 Sistema motriz de alimentación Selección del motor adecuado Cálculo de la transmisión por correas Diseño de los ejes Diseño de las cuñas para los ejes (polea y rodillos) Selección de lo rodamientos Banda alimentadora Estructura y laminación Selección de tornillería Uniones soldadas en la estructura Maestro de partes o estructura del producto Análisis económico EL costo de producción y el desarrollo del producto Valor presente neto (VPN) Rendimiento de la inversión Periodo de tiempo para la recuperación de la inversión Relación Beneficio/costo (B/C) Evaluación de resultados Sumario Referencias bibliográficas CONCLUSIONES RECOMENDACIONES PARA TRABAJO FUTURO ANEXOS I TABLAS CON ESPECIFICACIONES VARIAS ANEXOS II CATÁLOGOS DE BANDAS DODGE ANEXOS III ESTRUCTURA DEL PRODUCTO ANEXOS IV DIBUJOS DE LA MAQUINA DESFIBRADORA V

11 ÍNDICE DE FIGURAS Figura No. 1 Mapa de la República mexicana XIX Figura No. 2 Mapa del Estado de Hidalgo XIX Figura No. 3 Estructura del valor bruto de la producción de la sierra central-xx Figura No. 1.1 Malacate egipcio, Dinastía XVIII, Museo Británico Figura No. 1.2 Tiradero de basura Figura No. 1.3 Telas separadas y empacadas Figura No. 1.4 a) Venus de Lespugue original, Francia (20, 000 a. C.) Figura No. 1.5 b) Venus de Lespugue esquema, Francia (20, 000 a. C.) Figura No. 1.6 Fragmento de lino egipcio Figura No. 1.7 Representación egipcia del cultivo de lino Figura No. 1.8 Fragmento de un textil de Puebla Figura No. 1.9 Manto de San Miguel Zinacantepec, del s. XVIII Figura No Mujer mazahua bordando Figura No (Izquierda) Hilo de filamento texturizado (Derecha) Hilo de filamento normal Figura No Fibra corta elaborada por el hombre Figura No Cable de filamento Figura No Secciones transversales típicas y contornos de las fibras Figura No Polímeros cristalinos a) No orientados. b) Orientados Figura No Aspectos de la fibra antes y después del estirado Figura No. 2.1 Etapas en el desarrollo del producto Figura No. 2.2 Ciclo de vida del producto Figura No. 2.3 Ejemplo de ciclo lineal para un proyecto Figura No. 2.4 Sub-ciclo de prototipazo Figura No. 2.5 Ciclo de vida en espiral Figura No. 2.6 Ciclo producción-consumo Figura No. 2.7 Ciclo de vida del producto en el mercado VI

12 Figura No. 2.8 Ciclo de vida de los textiles Figura No. 2.9 Ciclo producción-consumo de la borra Figura No Ciclo producción-consumo de la máquina desfibradora Figura No. 3.1 Enfoque de diseño Figura No. 3.2 El proceso de diseño del producto Figura No. 3.3 Máquina Smith and Furbush (I) Figura No. 3.4 Máquina Foremost Grinder (II) Figura No. 3.5 Máquina MUDRICK 42" (III) Figura No. 3.6 Máquina ARP CS-3000 (IV) Figura No. 3.7 Función mecánica de la máquina Figura No. 3.8 Diagrama tipo pulpo de los límites y entorno del sistema Figura No. 3.9 Clacificación de las funciones de servicio Figura No Diagrama funcional A Figura No Análisis funcional descendiente Figura No Análisis funcional A 4, subfunciones A 41, A 42, y A Figura No Generación de conceptos de diseño Figura No Matriz morfológica para la máquina Figura No Evaluación de conceptos (opción No. 1) Figura No Evaluación de conceptos (opción No. 2) Figura No Evaluación de conceptos (opción No. 3) Figura No Matriz morfológica de decisión Figura No Esquema del concepto general de diseño Figura No. 4.1 Vista frontal del tambor y del mecanismo alimentador Figura No. 4.2 Par de rodillos estriados Figura No. 4.3 Esquema del diseño Funcional Figura No. 4.4 Vista frontal del mecanismo de desfibrado Figura No. 4.5 Detalle del mecanismo de desfibrado Figura No. 4.6 Geometría básica de una transmisión por correas Figura No. 4.7 Flecha sometido a par torsor por transmisión de potencia 109 VII

13 Figura No. 4.8 Representación del eje de transmisión Figura No. 4.9 Gráfica de las cargas Figura No Gráfica de la fuerza cortante en la estructura Figura No Gráfica del momento flexionante en la estructura Figura No Representación de la Fuerza en las puntas desfibradoras- 116 Figura No Vistas de las uniones soldadas del tambor Figura No a) Resorte helicoidal con carga axial b) Diagrama de cuerpo libre que indica que el alambre queda sometido a cortante directo y a cortante torsional Figura No Prueba de compresión en las telas Figura No Mecanismo alimentador Figura No Diagrama de cuerpo libre (sección transversal rodillo alimentador) Figura No Representación del eje de transmisión Figura No Gráfica de las cargas Figura No Soporte omega resorte Figura No Diagrama de cuerpo libre (banda alimentadora) Figura No Representación del eje de transmisión Figura No Gráfica de las cargas Figura No Banda transportadora Figura No Representación de la Fuerza de reacción en un rodamiento 141 Figura No Representación de la Fuerza en las uniones soldadas Figura No Gráfica de las cargas en la estructura Figura No Gráfica del momento flexionante en la viga Figura No Gráfica de las reacciones en la viga Figura No Gráfica de la fuerza cortante en la estructura Figura No Gráfica del momento flexionante en la estructura Figura No Estructura del producto Figura No Dibujo de la máquina desfibradora VIII

14 ÍNDICE DE TABLAS Tabla No. 1.1 Clasificación de de las fibras Tabla No. 3.1 Clasificación de los requerimientos Tabla No. 3.2 Ponderación de los requerimientos deseables Tabla No. 3.3 Traducción de los requerimientos Tabla No. 3.4 Casa de la calidad Tabla No. 4.1 Factores de servicio K m y K t Tabla No. 4.2 Tamaño de cuña VS Tamaño de flecha Tabla No. 4.3 Ingreso / desembolso anual Tabla No. 4.4 Evaluación de los resultados del diseño Tabla No. 4.5 Hoja de datos de la máquina desfibradora IX

15 GLOSARIO ACELERACIÓN ANGULAR. Se define como la rapidez de cambio de su velocidad angular con respecto al tiempo. AGLOMERADOS. Agregación natural de substancias minerales. ALOJAMIENTO. Acción y efecto de dar alojamiento a un viajero. ALTIPLANO. Llanuras altas en forma de macetas. ARQUEOLOGÍA. Ciencia que estudia las artes y los monumentos de la antigüedad. ASTA. Lanza o pica de los antiguos romanos, como el palo de una bandera. BUCLE. Rizo helicoidal del cabello. CABECERA. Parte de la cama donde se pone la cabeza. CENTROIDE. Es la ubicación del centro instantáneo para todas las fases posibles de un mecanismo, describiendo curvas o lujares geométricos. CESTERÍA. Taller o tienda de las personas que hacen canastas grandes. CORDEL. Cuerda generalmente delgada a línea recta. DEIDAD. Ser divino, es el nombre que recibieron los falsos dioses. DELIBERAR. Consultar y discutir una cosa o materia: los jueces deliberan a puerta cerrada. DELINEAR. Trazar dibujar una cosa. ESCARPADOS. Declives de terrenos con subidas muy empinadas. ESTRUCTURA. Son partes fijas sin movimiento alguno. ETIMOLOGÍA. Ciencia que estudia el origen de las palabras. FESTÓN. Guirnalda de flores, frutas y hojas. Bordado de cadeneta en forma de ondas o puntas. FILAMENTO. Cuerpo en forma de hilo. FUERZA. Acción de un cuerpo que actúa sobre otro con características de lugar de aplicación, dirección, sentido y magnitud. GLASTO. Planta crucífera de cuyas hojas se saca un color parecido al añil. INCIPIENTE. Es un mal comienzo, no convence con el objetivo. ÍNFIMA. Es cuando las cosas están por debajo de lo esperado. X

16 ISÓTROPO. Se les llama así los materiales que tienen las mismas propiedades en todas las direcciones. LIXIVIADOS. Acción y efecto de disolver en agua una sustancia alcalina. MACIZO. Grueso, fuerte, que no está hueco. MÁQUINA. Es un conjunto de mecanismos que transmiten movimientos, fuerzas y transforman un tipo de energía en otra. Es decir que transmiten fuerza desde la fuente de energía hasta la resiste. MÁQUINA DESFIBRADORA. Es la que realiza la operación de desfibrado que consiste en hacer pasar las telas a través de un par de rodillos o cilindros alimentadores acanalados, que hacen presión sobre las telas y un tambor giratorio que está rodeado de una gran cantidad de clavos con punta afilada, que deshacen la torsión de los hilachos de las fibras. MASA. Cantidad de materia de un cuerpo según lo miden su volumen y densidad. MORDENTE. Adorno del canto que consisten en una doble apoyadura o en especie de quiebre. MORO. De la antigua Mauritania, un guerrero indígena mahometano. MOVIMIENTO. Es el cambio de posición de un cuerpo con respecto a un sistema de referencia. MOVIMIENTO ABSOLUTO. Su punto de referencia es fijo. MOVIMIENTO RELATIVO. Se considera cuando se toma un punto de referencia en movimiento. PASTE. Planta cucurbitáceas, cuyo fruto contiene un tejido fibroso usado como esponja. Género de plantas parásitas filamentosas que viven en los árboles. PESO. Es la fuerza de gravedad que actúa sobre una masa. PRECEPTO. Mandato, orden, regla, obligación de servir con los mandatos de la iglesia en determinados días o fiestas. RASGADO. Muy abierto o muy grande en su línea o muy desenvuelto. VELOCIDAD ANGULAR. Se define como la cantidad vectorial ω cuya dirección es la misma que el eje instantáneo de rotación. VESTIGIO. Es una señal de un paseo, como dejar una huella. XI

17 SIMBOLOGIA A A a B B/C b BAN C D d E e F F s F 1 f F G g H H B h I i IT J K K s k L Área, coeficiente de intercepción, ingresos esperados Variante de área Distancia Coeficiente, vida o duración Relación Beneficio/Costo Distancia Beneficia Anual Neto Índice de resorte Diámetro medio Diámetro del alambre Energía, Módulo de elasticidad Distancia, excentricidad, eficiencia Fuerza Fuerza estática Cantidad futura de dinero Coeficiente de fricción, frecuencia Variante de fuerza, vector fuerza Módulo de rigidez Aceleración de la gravedad Potencia Grado de dureza Brinell Distancia, Espesor Momento de inercia de masa, segundo momento de área. inversión Inversión Total Segundo momento polar de área Coeficiente de torsión Factor de corrección de esfuerzo cortante Constante de rigidez, Factor de modificación de límite de fatiga. Longitud, duración o vida, avance XII

18 l longitud Ls L o M M m N n P p P/A P/F R R r Sy Sut S sy Ssw T t V ys Z Z p z Longitud libre Longitud comprimida Momento (de fuerza) Vector momento (de fuerza) Masa, pendiente de la recta, exponente de endurecimiento por deformación Fuerza normal, número, velocidad de rotación Factor de seguridad, factor de carga, velocidad de rotación Fuerza, presión, carga unitaria Paso, presión, probabilidad Factor de valor presente para serie de pagos uniformes Factor de valor presente para pago único Radio, fuerza de reacción, confiabilidad, grado de dureza Rockwell, relación de esfuerzo Vector fuerza de reacción Coeficiente de correlación, radio Resistencia a la cedencia Resistencia a la tensión Esfuerzo torsional máximo Esfuerzo permisible en soldadura Temperatura, Tolerancia, Momento de rotación ó torsión Espesor, distancia, tiempo Velocidad lineal, fuerza cortante Compresión del resorte Coordenada, módulo de sección Tensión por esfuerzo de corte Coordenada, desviación unitaria µ Coeficiente de fricción Esfuerzo cortante max ω Esfuerzo máximo Velocidad angular, frecuencia circular XIII

19 RESUMEN Se diseña una máquina desfibradora de desperdicio textil (telas base acrílico ó poliéster) para obtener un producto conocido como Borra con características especificas, en la que para su manufactura se puede usar procesos de manufactura convencionales y utilizar tanto materiales como mano de obra nacionales. Una máquina desfibradora realiza la operación de desfibrado que consiste en hacer pasar las telas a través de un par de rodillos o cilindros alimentadores acanalados, que hacen presión sobre las telas y un tambor giratorio que está rodeado de una gran cantidad de clavos con punta afilada, deshacen la torsión de los hilachos de las fibras, el mecanismo de desfibrado se encuentra montado sobre una armadura de perfil extruido de acero estructural mecano-soldada. El contenido del trabajo está formado por el desarrollo de los cálculos, selección de los materiales, diseño de los componentes, subensambles, ensambles y un análisis económico; que son resultado de haber utilizado la metodología de diseño por ciclo de vida. La metodología descrita es una combinación de métodos que involucra al QFD (Quality Function Deployment), y se aplica principalmente en la solución de problemas de diseño mecánico. El diseño se realiza para contribuir de manera directa a formar parte de la solución de la problemática que representa la contaminación ambiental principalmente en lo que respecta a los desperdicios de tela de las industrias textiles que al convertirlos en borra traerá un beneficio económico para los usuarios. Al diseñar la máquina se cuidó los aspectos de seguridad, economía y confiabilidad poniendo gran atención a los aspectos estéticos del ensamble, de tal manera que la forma y la apariencia sea lo más agradable posible. XIV

20 ABSTRACT In this work, it is designed a textil waste shredder machine (to processs clothes waste of acrylic and or poliéster material) in order to get a product called flock with especific characteristics, this machine, to be manufactured, will use conventional manufacturing processes and conventional materials. The task of a shredder machine consist in passing the wasted clothes through a pair of grooved feed rollers, that compress the clothes. This compressed pack of clothes, is projected against a gyratory drum, which has a large quantity of sharp nails around itself, that undo the torsion of the threaded fibres, this shreded mechanism is installed on a steel welded structure. The work comprises calculation development, material selection, components design, assemblies, subassemblies, and an economic analysis, which results from the aplication of a methogology emanated from the life cicle design. This methodology involved, among others, the QFD technology and is generally applied to the solution of Mechanical Design problems. The aim of this project is to become a solution of issues such as pollution, especifically waste that is generated by the textily industry. When this waste becomes flock, the agregated value turns into an economic benefit for the users. In designing this machine care, has been taken on matters such as safety, economics, reliability, aesthetics, assemblies, etc., so the machine`s shape and appearance is a good one. XV

21 J U S T I F I C A C I Ó N Gran cantidad de productos de uso diario, llegan a nuestros hogares, escuelas o lugares de trabajo. Existe una gran variedad de estos entre los cuales podemos encontrar latas, empaques, envolturas, botellas, objetos de vidrio, etc. El incremento de la población y el consumo exagerado de objetos innecesarios desechados, casi siempre en un periodo corto, acarrea la demanda cada vez mayor de bienes de consumo, muchos de los cuales se presentan envueltos en papel, plástico o cartón; a esto se suma la abundante propaganda y publicidad impresa en papel y repartida en la vía pública y que, casi siempre, es arrojada a la calle. La proporción de los diferentes materiales varía pero en nuestros días siempre predominan el papel, los textiles y los plásticos. Existen varias ideas de lo que significa el concepto de basura, pero la mayoría de ellas coinciden en que se trata de todos los desechos mezclados que se producen como consecuencia de las actividades humanas, ya sean domésticas, industriales, comerciales o de servicios. También se considera como basura los objetos de los que se deshace porque dejaron de prestarnos utilidad, tales como: grabadoras, cámaras fotográficas, licuadoras, y mucho más que, de hecho no son basura, porque podrían ser usados nuevamente, en forma total o parcial. Día a día, se aumenta la generación de desechos, ya sean sólidos o gaseosos. La contaminación de los suelos puede ser un proceso irreversible y, además, facilita la introducción de tóxicos en la cadena alimenticia. Los textiles son hermosos para su uso, son durables, cómodos y fáciles de conservar, satisfacen las necesidades primarias de cubrir el cuerpo humano, pero es necesario que se haga algo acerca de los sobrantes y desperdicios que se obtienen en la manufactura de éstos, ya que a través de un reproceso se pueden incorporar a la naturaleza o reutilizarlos en otros productos, y así evitar que sean arrojados a los basureros municipales ó a los ríos, en las calles convirtiéndose en verdaderos tapones en los drenajes públicos o en su defecto que sean quemados al aires libre arrojando partículas contaminantes. XVI

22 El diseño de una máquina desfibradora de desperdicio textil (telas base acrílico o poliéster) para obtener un producto conocido como Borra, abre un panorama para su uso; por este motivo en el siguiente trabajo de tesis se analizará la ingeniería de diseño de la máquina propuesta y este paso dará el inicio a la manufactura de la máquina, que será parte de la solución para que el desperdicio textil (telas base acrílico o poliéster) no sean tirados, ni quemados en los tiraderos municipales convirtiéndose en focos de contaminación como se ha venido haciendo en la actualidad, debido a que no contamos en nuestro país con empresas que se dediquen a la manufactura de máquinas desfibradoras de desperdicio textil, las máquinas desfibradoras que actualmente existen son unas enormes máquinas diseñadas para la manufactura sistematizada de cobijas y son de origen norteamericano, lo que hace difícil su adquisición para los clientes. OBJETIVO GENERAL: Diseñar una máquina desfibradora de desperdicio textil (telas base acrílico o poliéster) para obtener un producto conocido como BORRA, para evitar que estos sean quemados al aire libre o terminen en los tiraderos municipales de basura convirtiéndose en agentes contaminantes. OBJETIVOS ESPECÍFICOS: Establecer una metodología de diseño para la máquina desfibradora de desperdicios textiles. Dibujar y seleccionar los materiales requeridos en el diseño. Realizar un estudio económico. XVII

23 ANTECEDENTES GENERALES UBICACIÓN GEOGRÁFICA DE ZACUALTIPÁN DE ÁNGELES ESTADO DE HIDALGO. La sierra central es un macizo montañoso que se localiza en la zona centrooriente del estado de Hidalgo; abarca los municipios de Eloxochitlàn, Juárez Hidalgo, San Agustín Metzquititlàn, Molango de Escamilla, Tianguistengo, Xochicoatlàn y Zacualtipàn de Ángeles, mismos que en conjunto ocupan una superficie de 2, km 2 [1.1]; es decir, casi una séptima parte del total del estado. La sierra central, también denominada sierra alta, comienza a delinear sus escarpados cerros a escasas horas de transitar por el altiplano central que va de la ciudad de México hasta la salida del municipio de Atotonilco el Grande; denominada por elevaciones que llegan hasta los 2000 m.s.n.m. [1.1]. La zona presenta gran variedad de climas y ambientes ecológicos. Para el nombre de Zacualtipàn se consideran dos interpretaciones etimológicas: La primera la hace derivar de Tzacualli que significa montículo ò pirámide, pero, como no existen vestigios de montículos, se recurre a la interpretación del cronista Peñafiel del Instituto Hidalguense de Cultura (1990) quién dice que Tzacualli viene de Tzaloa ó Zaloa, que quiere decir hacer pared, y cualli, cosa buena, por lo que Tzacualpan significa: donde se hacen paredes, o donde se construye bien. El municipio colinda al norte con Tianguistengo y con el estado de Veracruz, al sur con Metzquititlán, al este con el estado de Veracruz y al oeste con Metztitlán y Xochicoatlán [1.2]. Desde principios del siglo XX, Zacualtipán era uno de los principales centros de población de la sierra central; en 1910 contaba con 21,087 habitantes [1.1], aunque Metztitlàn y Molango tenían una población ligeramente superior. A fines de los años cincuentas, se registra un descenso demográfico en todos los municipios de la sierra excepto en Zacualtipán, donde, por el contrario, hay un crecimiento poblacional que ha llegado actualmente a los aproximadamente XVIII

24 24, 899 habitantes[1.2], el crecimiento poblacional en este municipio se debe principalmente al desarrollo de una industria textil de pequeña dimensión, favorecido por su posición geográfica en la sierra central como puerto de tránsito de comerciantes y mercaderes hacia municipios del estado y más allá de sus fronteras. Figura No. 1 Mapa de la republica Mexicana. ZACUALTIPÁN PACHUCA Figura No. 2 Mapa del Estado de Hidalgo. XIX

25 E C O N O M Í A* Zacualtipán se ha construido en el centro de una industria textil que lo ubica en una dinámica económica semejante a la de otros municipios del estado. La manufactura textil es importante, pues representa casi el 90% de la producción industrial de la micro región y genera más de mil empleos permanentes [1.3], en más de 40 establecimientos que operan en una media de 25 trabajadores. A pesar del peso de la manufactura en Zacualtipán, ésta se ha desarrollado con base en la ocupación de una mano de obra esencialmente muy barata, ya que poco menos de un tercio de su población ocupada recibe ingresos menores a un salario mínimo y casi la mitad entre uno y dos salarios mínimos*. L A M A N U F A C T U R A La fabricación de ropa en pequeños talleres se remonta a la década de los cuarentas, cuando Gabriel Farah, emigrado sirio-libanés, estableció un negocio de confección de overoles [1.4]; más tarde, el Sr. Víctor Vera impulsó este sector productivo mediante el trabajo por encargo. A si mismo, muchos empresarios de la actualidad se formaron con la práctica en esta empresa de Víctor Vera, cuando adquirieron experiencia, crearon sus pequeños negocios textiles. La actividad manufacturera se ha concentrado en Zacualtipán; en este municipio en la actualidad operan cerca de 60 talleres o micro empresas maquiladoras especializadas en la producción de pantalones y camisa sport y de vestir para niños y adultos. Figura No. 3 Estructura del valor bruto de la producción de la sierra central*. *Fuente: Archivo del INEGI de los Censos Económicos de XX

26 CAPÍTULO I GENERALIDADES SOBRE LA INDUSTRIA TEXTIL I N T R O D U C C I Ó N El alimento, alojamiento y vestido son necesidades básicas del hombre. Todas las prendas de vestir están fabricadas de textiles y los alojamientos se hacen más cómodos y atractivos por el uso de estos materiales. Cada individuo está rodeado por textiles desde su nacimiento hasta su muerte. Se camina sobre productos textiles o se viste con ellos, se sienta en sillas y sofás cubiertos de tela; se duerme sobre telas y debajo de ellas; los textiles secan y mantienen secos a los individuos; le ayudan a estar caliente y lo protegen del sol, el fuego y la infección. Para cubrir las necesidades básicas de vestido y alojamiento del hombre surgen los procesos de producción para manufacturar los textiles; originando grandes cantidades de sobrantes, desperdicios y residuos provenientes de los procesos del manejo de materiales, corte, ensamble, empaquetado y el manejo final del producto, y que son arrojados a la basura. En la SEPI-ESIME-ZACATENCO, se han realizado varios trabajos de diseño de diferentes máquinas; en los cuales, se ha utilizado el QFD (Quality Function Deployment) como metodología de diseño, entre ellos se encuentran: El Diseño de una máquina tribologica para pruebas de desgaste abrasivo severo 1, Diseño de una máquina para estibar automóviles 2, Diseño del mecanismo de prensado para la fabricación de mosaicos 3, Fabricación de un tejo, para el proceso de manufactura de base para licuadora 4, entre otros más; pero no se ha diseñado ninguna máquina con las características de la máquina que se pretende diseñar en este trabajo; más sin embargo, estos trabajos sirvieron como fuentes de información. 1 Márquez Morales A. L., Diseño de una máquina tribologica para pruebas de desgaste abrasivo severo, Tesis de Maestría IPN (SEPI-ESIME), México D. F Anaya R. A., Diseño de una máquina para estibar automóviles, Tesis de grado IPN (SEPI-ESIME), México D. F Salinas Arroyo V. M., Diseño del mecanismo de prensado para la fabricación de mosaicos, Tesis de grado IPN (EPI-ESIME), México D. F Díaz Salcedo J. M., Utilización del Diseño Asistido por computadora, para la optimización de la fabricación de un dispositivo alimentador del tejo, para el proceso de manufactura de bases para licuadora, Tesis de grado IPN (SEPI-ESIME), México D. F

27 CAPÍTULO I GENERALIDADES SOBRE LA INDUSTRIA TEXTIL Por lo anterior, gracias al Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (CONACYT), a la Universidad Tecnológica de la Sierra Hidalguense (UTSH), a la Sección de Estudios de Posgrados e Investigación (SEPI-ESIME-ZACATENCO) del Instituto Politécnico Nacional (IPN) y a mis profesores por el apoyo brindado para la realización de mí Maestría; durante este periodo, se realiza el siguiente trabajo con el propósito de diseñar una máquina aplicando el método llamado diseño por ciclo de vida. Para este trabajo se toma como referencia las empresas textiles que se localizan en Zacualtipán de Ángeles Estado de Hidalgo. En el capítulo I se parte desde el planteamiento y comprensión del problema, así mismo se mencionan los antecedentes de la industria textil, cómo la naturaleza brinda una serie de recursos que el hombre aprovecha sin necesidad de alterarlos y que de acuerdo a su capacidad creativa al encontrarse con diferentes colorantes y formas, combinó toda esta información para adaptarla a su entorno. Al encontrar diferentes fibras naturales las utilizó para crear nuevas fibras y a través del tiempo con el cambio tecnológico y aunado con la moda se han creado las fibras artificiales, con nuevas formas, figuras y colores. En el capítulo II se representa el ciclo de vida de los textiles, considerado desde su origen hasta su retiro. Se describen los ciclos producción-consumo de los textiles, de la borra y de la máquina desfibradora, esta última surge como un herramienta para reciclar los desperdicios que se obtienen de la manufactura de las prendas de vestir y también para reciclar las prendas de vestir que se encuentran disponibles en la etapa de retiro. En el capítulo III se plantea a detalle las diferentes etapas del método de diseño por ciclo de vida, se presenta la información requerida conforme la metodología lo requiere, desde la obtención de la información, hasta la definición del plan a realizar, llegando a un resultado que es la opción más viable para la solución del caso de estudio originando un diseño que satisface los requerimientos de los clientes

28 CAPÍTULO I GENERALIDADES SOBRE LA INDUSTRIA TEXTIL En el capítulo IV se lleva a cabo la selección de los materiales utilizados para cada elemento, su costo y se evalúan resultados comprobando los requerimientos del cliente con los resultados obtenidos al final del diseño. Se presenta la solución obtenida haciendo uso del Diseño Asistido por Computadora CAD, dibujos de detalle, subensambles y el ensamble final de la máquina. CAPÍTULO I GENERALIDADES SOBRE LA INDUSTRÍA TEXTIL. La naturaleza brinda una serie de recursos que el hombre puede aprovechar sin necesidad de alterarlos, importante sería poder explicar cuándo y cómo surge la cuestión de cambiarlas. Por ejemplo, cuando el hombre se encontró ante la carestía de alimento, tuvo que desarrollar determinados materiales, ya sea para pescar, recolectar, o cazar. También creó herramientas (figura No. 1.1) de piedra para cumplir con sus propósitos de forma más eficiente, hasta llegar a conocer otros con mayor resistencia, entre otros encontramos el sílex, el marfil, la obsidiana, etc. Figura No. 1.1 Malacate egipcio, Dinastía XVIII, Museo Británico. (E.J.W. Barber 1992:46) Para cubrirse, el hombre utilizó, en un principio, las pieles de animales hasta descubrir otra clase de materiales, probó con algunas fibras, las cuales le brindaron mayor comodidad. Al final, éstas terminaron por remplazar la piel. El ser humano es creativo y al observar los colores, las formas de las montañas, los ríos, la integración - 3 -

29 CAPÍTULO I GENERALIDADES SOBRE LA INDUSTRIA TEXTIL de los animales con su naturaleza y el sonido de algunas aves, combinó toda esta información para recrearlas con su entorno. La necesidad de encontrar alimento, como el cubrirse de las inclemencias del clima, le ayudó a progresar imitando algunos aspectos de la naturaleza y crear las primeras formas para contener alimentos, así como, herramientas, vestido y cobijo. 1.1 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA. El total de las empresas instaladas en Zacualtipán de Ángeles Estado de Hidalgo, arrojan un total de 5,000 kilogramos de desperdicios diarios (información proporcionada por los clientes), de los cuales, aproximadamente un 10% son quemados a cielo abierto y casi un 70% son arrojados en los tiraderos municipales (figura No. 1.2), que en temporada de lluvias son arrastradas hacia los ríos o drenajes obstruyendo el libre flujo del agua y en las temporadas de calor se convierten en un peligro de inflamación. Del 20% restante (1,000 kilogramos) de los desperdicios existen dos personas que se dedican a separarlos (van por los desperdicios a las empresas) de la siguiente manera: bolsas de plástico representan el 3%, conos con residuos de hilo el 4%, madera el 7%, basura en general el 9% y pedazos de las telas el 77%, estos son separados por colores realizando pacas de hasta 40 kilogramos (figura No. 1.3), posteriormente venden por separado el plástico, la madera, los conos, las pacas de tela y la basura en general se lleva al tiradero municipal. Para llevar acabo el proceso de reciclado del total de los desperdicios textiles, se generarían, 100 empleos directos y 30 empleos indirectos para separar cerca de 5,000 kilogramos de desperdicios diarios que arrojan las empresas manufactureras, con un salario base de $ 750 semanales; por lo tanto el costo de separa los desperdicios textiles es de aproximadamente $75,000 semanales; el no hacerlo representa enfrentar los costos que se le causarán a la naturaleza quemando los desperdicios a cielo abierto o tirándolos en el basurero municipal

30 CAPÍTULO I GENERALIDADES SOBRE LA INDUSTRIA TEXTIL Figura No. 1.2 Tiradero de basura Figura No. 1.3 Telas separadas y empacadas Las pacas de tela son vendidas a empresas que cuentan con enormes máquinas de procedencia extranjera que utilizan para fabricar un producto conocido como Borra la cual se reutiliza para la elaboración de cobijas, relleno de colchones, sofás y almohadas. Por todo lo anterior se pretende diseñar una máquina desfibradora que permita procesar los desperdicios de telas base acrílico ó poliéster y obtener un producto conocido en el mercado como borra para venderla directamente a las empresas que fabrican cobijas, colchones, sofá y almoadas obteniendo un beneficio económico para los dueños de la máquina desfibradora de $6.0 por cada kilogramo de tela desfibrada y el impacto esperado es de que los cerca de 4,000 kilogramos de desperdicios no sean quemados a cielo abierto o tirados al basurero municipal

31 CAPÍTULO I GENERALIDADES SOBRE LA INDUSTRIA TEXTIL 1.2 COMPRENSIÓN DEL PROBLEMA. El manejo de los desechos sólidos se resume a un ciclo que comienza con su generación, acumulación temporal, continuando con su recolección, transporte, transferencia y termina con la acumulación final de los mismos. Es a partir de esta acumulación cuando comienzan los verdaderos problemas ecológicos, ya que los basureros se convierten en focos permanentes de contaminación. Los principales generadores de desechos sólidos (textiles), en el municipio de Zacualtipán son los cerca de 60 talleres o microempresas especializadas en la confección de ropa [1.5], especialmente pantalón y camisa para caballeros y niños. La confección de ropa en Zacuatipán de Ángeles Estado de Hidalgo se realiza en pequeños talleres familiares y microempresas que emplean de 10 a 20 trabajadores, muy pocas pueden considerarse de tamaño mediano que emplean entre 50 y 150 trabajadores y solo existe una que puede considerarse de gran tamaño por emplear a poco más de 350 operarios. La mayor parte, de estos establecimientos se ha ubicado dentro de las viviendas, solo algunos de ellos cuentan con edificios construidos de manera expresa para realizar sus funciones. El equipo de uso más frecuente está conformado por máquinas muy elementales de costura y en la mayoría de los casos son obsoletas o se encuentran en mal estado, solo algunas empresas, principalmente las más grandes, han incorporado maquinaria de mayor complejidad. Los métodos de trabajo utilizados en los procesos de producción son determinados de manera empírica puesto que los encargados de producción son operarios que a lo largo de su estancia en la empresa se vuelven expertos en el manejo de maquinaria y sin ningún conocimiento técnico son utilizados como supervisores de línea o jefes de producción; poco conocimiento tienen acerca de los fenómenos que causan los problemas ambientales al arrojar los desperdicios ò sobrantes a los basureros

32 CAPÍTULO I GENERALIDADES SOBRE LA INDUSTRIA TEXTIL Entre los fenómenos que causan los problemas ambientales está la mezcla de los desperdicios textiles con la basura en general. Se calcula que se producen cerca de 5 toneladas de desperdicios textiles por día (información proporcionada por los clientes), y que la mayor parte de los industriales, incluyendo a los dueños pequeños de talleres, los queman a cielo abierto ó los entregan a los servicios municipales de recolección, donde son mezclados sin ninguna precaución con la basura doméstica y son transportados a tiraderos a cielo abierto. Los basureros causan problemas ambientales que afectan el suelo, el agua y el aire: la capa vegetal originaria de la zona desaparece, hay una erosión del suelo, contamina a la atmósfera con materiales inertes y microorganismos. Con el tiempo, alguna parte de ellos se irá descomponiendo y darán lugar a nuevos componentes químicos que provocarán la contaminación del medio, causarán que el suelo pierda muchas de sus propiedades originales, como su friabilidad, textura, porosidad, permeabilidad, intercambio catiónico, concentración de macro y micro nutrimentos. Se considera peligroso a cualquier desecho que sea inflamable, corrosivo, reactivo, tóxico, radioactivo, infeccioso, fototóxico, teratogénico o mutagénico. Se deben implantar tecnologías limpias, análogas a las de los productos naturales, que permitan seguir produciendo los satisfactores necesarios para el hombre moderno, pero con un bajo costo ambiental. Deben optimizarse los procesos, y minimizarse los volúmenes generados de residuos, el reciclado, el rehuso de los residuos y el intercambio de desechos entre fábricas. Es necesaria la transformación de los residuos a formas no peligrosas. La materia orgánica deberá ser composteada para su reintegración al ecosistema y además se deberán de tomar precauciones para la construcción del relleno, tales como la impermeabilización del suelo, y la captación del biogás y de los lixiviados. Es indudable que el mantenimiento de un ambiente que permita proporcionar a la población una calidad de vida digna y saludable tiene un costo elevado, pero el gasto que esto conlleva, siempre será menor que el costo de poner en peligro el - 7 -

33 CAPÍTULO I GENERALIDADES SOBRE LA INDUSTRIA TEXTIL medio y la salud de la población de cualquier ciudad. Para disminuir este problema de contaminación en el municipio de Zacualtipán de Ángeles estado de Hidalgo, se propone el diseño de una desfibrodara de los desperdicios textiles, utilizando la metodología de diseño de ciclo de vida del producto que involucra al QFD (Quality Function Deploiment), la metodología del diseño conceptual y el diseño de detalle. 1.3 ANTECEDENTES DE LA INDUSTRIA TEXTIL. Los primeros moradores del mundo tenían costumbres y necesidades no muy diferentes a las nuestras, existen descripciones de las rudimentarias formas de entierros[1.6], así como las primeras deidades a las que se rindió culto, incipientes formas de expresión como las pinturas rupestres, los colores que se utilizaron para crearlas, las figuras que se trataron de representar, así como los instrumentos que ayudaron a plasmar sus ideas, son detalles que muchas veces se escapan en la investigación, ya sea, debido a los cambios climáticos, o porque las capas estratigráficas se alteraron, lo cual no permitió que los restos se conservaran en óptimas condiciones para su estudio. Hay que tomar en cuenta que en todas las investigaciones surgen muchos pormenores, pues lo que se estudia son acontecimientos muy antiguos, de algunos se recupera información, pero la naturaleza no es estática, todo lo que vemos hoy en día no se compara con lo que rodeaba a los primeros hombres y con ello se hace más complicado el poder rescatar algunos datos que puedan ayudar a plantear nuevas teorías. Es importante delinear la metodología con la que se va a trabajar, en cualquier excavación se debe tener mucho cuidado con los materiales que se encuentran para evitar que algún tipo de accidente pueda fragmentarlos. Para la arqueología sería muy importante y de gran valor, descubrir todos los pequeños detalles de un proceso de trabajo, como la construcción de una estructura, una prenda de vestir, una herramienta, una pintura mural, etc. tal vez, para algunos sea información insignificante, pero es un aspecto importante - 8 -

34 CAPÍTULO I GENERALIDADES SOBRE LA INDUSTRIA TEXTIL para la arqueología tomar en cuenta todos los elementos posibles para descifrar algunas interrogantes que persisten en la actualidad. De gran relevancia sería descubrir los inicios de los textiles, o de algún tipo de trenzado incipiente, pero desafortunadamente en México no se tiene mucha información al respecto [1.7]. En la época prehispánica se encuentran solamente figurillas de varias culturas en las cuales se representa este arte. Los cronistas recabaron algunos datos, pero éstos también son insuficientes. En el año de 1953 en la cueva de Lascaux, en el sudoeste de Francia, el investigador Abbé Glory, al inspeccionar una sección del piso de la cueva, encontró una porción de arcilla y carbonato de cal, material que se rompió entre sus manos debido a un descuido, cuando la muestra fue analizada en el laboratorio, se identificó que el material correspondía a una pieza de cordel del periodo Paleolítico. Al parecer el cordel fue un textil que se utilizó desde fechas muy tempranas en la civilización. En la cueva de Alpera Albacete (fig. 1.4 y 1.5), se encuentra una pintura rupestre que representa a dos mujeres con faldas muy largas, los especialistas del tema plantean que corresponde a un periodo agrícola próspero y a un arte textil desarrollado. Algunos investigadores plantean que una de las representaciones más antiguas de hilo trenzado que se conocen, se encuentra en la figurilla de la Venus de Lespugue, cuya antigüedad es de 5,000 años [1.8]. Este tipo de figurillas se han encontrado al oriente y poniente de Europa, se piensa que representan la maternidad o algún tipo de deidad relacionada con el hogar. Figura No. 1.4 a) Venus de Lespugue original, Francia (20, 000 a. C.) - 9 -

35 CAPÍTULO I GENERALIDADES SOBRE LA INDUSTRIA TEXTIL Figura No. 1.5 b) Venus de Lespugue esquema, Francia (20, 000 a. C.) Las fibras más importantes y antiguas que se conocen del Viejo Mundo son el lino, la lana, el algodón y la seda. El primero [1.7], de acuerdo con numerosos estudios, es la más antigua de todas las fibras, pertenece a un amplio grupo, las cuales se obtienen de los tallos y hojas de las plantas. La investigadora y experta en textiles M. D. C. Crawford, señala que una de las muestras más antiguas de lino que se conocen fue encontrada en la primitiva cultura de Badarian del Nilo que data del 5000 a. c. Este material fue muy usado por los egipcios (figura 1.6), se encuentran representaciones del cultivo y de la forma en como era tratada esta fibra en algunas tumbas (figura 1.7). Los egipcios utilizaban el lino como elemento principal para confeccionar sus vestidos. Figura No. 1.6 Fragmento de lino egipcio. El algodón (Gossypium hisutum) se descubrió en el valle del Indo alrededor del 3000 a. C, es un material que tiene un origen muy oscuro debido a que existe una gran incógnita sobre su uso en las culturas asiáticas y americanas. Algunos investigadores como Crawford, (1924) señalan que en América existen muestras

36 CAPÍTULO I GENERALIDADES SOBRE LA INDUSTRIA TEXTIL muy antiguas, inclusive más que en Europa. En su libro: The heritage of cotton [1.7], señala que España fue la primera nación en conocer este material en sus dos aspectos más importantes; como cultivo y fibra textil. Los moros lo introdujeron en este país en los siglos IX y X. Figura No. 1.7 Representación egipcia del cultivo de lino. En América, el primer punto de origen del algodón se encuentra en el Perú. En Meso América fue reportado en las excavaciones que realizó McNeish en el valle de Tehuacan, encontró algodón (Gossypium hirsutum). Se han suscitado grandes debates al respecto, por lo que algunos investigadores sostienen que el algodón mesoamericano, es el resultado del cruce entre algodón silvestre americano y una especie doméstica de Asia traída a través del Pacífico por habitantes de Polinesia. Gerstel [1.7] estudió el problema desde un punto de vista genético, sugiere una ruta transatlántica de una especie del Viejo Mundo que llegó al continente americano y que a su juicio, habría contribuido a la hibridación. (Mastache, 1966:5). Algunos botánicos postulan que la hibridación es imposible, por las características tan diferentes, y porque no pertenecen a una misma especie. En cuanto a la lana, ésta proviene del valle del Eufrates, su uso se remonta a los años 4200 y 3500 a. C., aproximadamente [1.7]. Su uso tiene que ver con la domesticación de las ovejas. Los restos más antiguos de estos animales han sido encontrados en la cultura Bandaria, en Egipto y también, en los niveles neolíticos de la cultura que habitó el Lago suizo, sin embargo, no existen evidencias de que en este tiempo la lana haya sido aprovechada como textil, pues al parecer los animales solamente se desollaban para comerse

37 CAPÍTULO I GENERALIDADES SOBRE LA INDUSTRIA TEXTIL ÉPOCA PREHISPANICA. En México se han encontrado evidencias de textiles muy bien preservados, sobre todo en las zonas áridas, al norte del país [1.7]. En el interior de las cuevas es donde se han hallado los mejores restos, sin embargo, las alteraciones climáticas y los saqueos no permiten obtener datos importantes, como el de conocer el proceso de su especialización, el trabajo que se llevó a cabo con varios materiales vegetales y que después fueron remplazados por otros tipos de fibras. En algunas regiones, como en Durango, se han encontrado fragmentos conservados de textiles y de cestería muy incipiente. En el centro del país ocurre lo contrario, debido a que las condiciones climatológicas son muy diferentes. En Tlatelolco, por ejemplo, se encontró un fragmento de textil rescatado durante las excavaciones que realizó Barlow, Antonieta Espejo y Pablo Martínez del Río, entre otros. Su hallazgo fue un caso excepcional, pero no imposible, debido a que las condiciones del subsuelo en el centro de la ciudad de México permiten la conservación de esta clase de materiales. Su estudio, sin embargo, no se realizó con la precisión debida. Años más tarde, en este mismo sitio, se reportó un nuevo hallazgo durante la temporada de siembra en el campo de Por las condiciones de humedad, estos fragmentos se encuentran en situaciones críticas, ya que pierden su color y solidez. Además, en las muestras recuperadas es difícil encontrar la dirección que tuvieron los tejidos. Un material común que se empleó en México fue el ixtle, utilizado por los habitantes de la zona norte del país. Es una fibra que se extrae de plantas que crecen de forma silvestre y en todas las regiones semidesérticas. El ixtle que se extrae de las pencas del maguey es resistente y se hila de distintos gruesos, los filamentos son muy largos. El proceso de trabajo para obtener hilos no difiere mucho del algodón. El henequén es otra fibra noble y fácil de colorear, su cultivo se realiza principalmente en Yucatán

38 CAPÍTULO I GENERALIDADES SOBRE LA INDUSTRIA TEXTIL ÉPOCA COLONIAL. Durante la Colonia existió una industria textil que consistió en combinar textiles con plumas de aves preciosas. Esta técnica es de origen prehispánico, y continuó practicándose después de la Conquista debido a que fue muy apreciada por los españoles. Se tiene por ejemplo, un fragmento textil de Puebla, cuya historia desafortunadamente no se conoce (Fig.1.8); un manto de San Miguel Zinacantepec, del s. XVIII, [1.10] que se encuentra en el Museo Nacional del Virreinato, Tepozotlán. Este manto es muy importante, está hecho de tres lienzos que forman un manto de plumón, cuyo uso al parecer fue ceremonial. La trama del tejido básico lo componen: hilo de algodón torcido a mano, combinado con un material muy frágil. Se distinguen los elementos decorativos a manera de festón, o guía azul que ondea al borde de los cuatro lados de la tela combinados con ornamentos florales. A cada lado de los motivos florales se aprecian representaciones de lo que parecen ser tigres o leones con manchas; otras parecen ser de venados, con sus astas y cola pequeña, otra variante tiene la apariencia de un perro. Dentro de los espacios creados por la guía ondulante se distinguen pájaros con las alas extendidas con lo que parece ser una corona colocada en cada lado de la cabeza. Figura No. 1.8 Fragmento de un textil Figura No. 1.9 Manto de San Miguel de Puebla. Zinacantepec, del s. XVIII Cortés introdujo a México la seda (material proveniente de China, cuyo origen se remonta al año 1400 a. c.) y otros materiales como el lino. Sin embargo, no

39 CAPÍTULO I GENERALIDADES SOBRE LA INDUSTRIA TEXTIL se tiene mayor información, ya que fueron reemplazados por una gran variedad de especies naturales MATERIALES COLORANTES. El color es un elemento que permanece a lo largo de la historia textil y es aún más antiguo que la necesidad del vestido. Se tienen más referencias de tintes en Europa que en América, [1.7] pero no por esto, su importancia ha sido menor en este continente. Entre las principales plantas del Viejo Mundo que fueron utilizadas para realizar tintes se encuentra la hierba paste o glasto, la cual reproduce tonos azules y verdes; la rubia, que se obtiene de las raíces de algunas plantas. Los tonos son muy obscuros y rojos intensos. En el Lejano Oriente y en la India se aprovechó un gusanillo denominado quermés, el cual se engendra dentro del coco de lagrana. Los tonos que se obtienen son escarlatas. Los tonos amarillos se obtienen de algunas flores y el matiz púrpura, de algunas conchas. Figura No Mujer mazahua bordando (a colores)

40 CAPÍTULO I GENERALIDADES SOBRE LA INDUSTRIA TEXTIL Cada cultura extrajo colores de manera diferente, tal vez, porque las condiciones climáticas no fueron las mismas y por lo tanto los recursos cambiaron, pero el color siempre ha existido (Figura No. 1.10). En el Nuevo Mundo hay varias plantas y frutos que originan colores, en México y en Perú se cultivó la cochinilla, la cual crece en los cáctus. Su uso comercial prevaleció hasta la Colonia. Un aspecto importante para el teñido son los mordentes; sustancias químicas, naturales, o sintéticas que hacen posible que los colorantes se fijen. Pocos son los tintes que actúan sin el recurso de un mordente. Las fibras como el ixtle, primero son mordentadas con alumbre para que puedan teñirse, utilizando axote se obtiene sobre el ixtle un tono amarilloso. En México existe un algodón con tonalidad propia, se denomina "algodón café", "cayuche", "coyoichcatl" o "coyote", de agradable color avellana muy apreciado en la región de la mixteca baja, en Oaxaca. Otros materiales que se han utilizado para teñir son: el palo de Campeche, del cual sólo se aprovecha su centro. El añil y matlalxóchitl, que dan el azul; el achiote para el naranja; el xochiapalli; la dalia y el zacapallo, o pelo de la llorona (término empleado en Pachuca) para obtener el amarillo. Las semillas tuvieron un gran valor para los habitantes de nuestro país, entre éstas se encuentra la del aguacate, que sirvió para teñir y entonar. Las semillas de cacao y mamey, las cuales, al quemarse y molerse tiñen de negro. Para obtener tintes se empleaban también los moluscos que tiñen de azul, utilizados desde la época prehispánica entre los grupos étnicos cerca de la costa del Pacífico, desde Baja California hasta Colombia. El caracol del que se obtiene el tinte, vive adherido a las rocas que descuellan en las playas donde rompen las olas, la concha tiene nódulos en la superficie que es de color gris verdoso, el interior es azul con visos blancos y naranjas

41 CAPÍTULO I GENERALIDADES SOBRE LA INDUSTRIA TEXTIL 1.4 LOS REZAGOS EN LA INDUSTRIA NACIONAL. A pesar del Tratado de Libre Comercio, la industria nacional se encuentra desfasada y sin opciones ante la competencia internacional. En buena medida el atraso se debe a la ínfima inversión tanto gubernamental como privada ante las actividades científicas y tecnológicas [1.9]. Es una realidad que los empresarios mexicanos aún siguen pagando el precio del proteccionismo que el gobierno concedió a la industria nacional por medio siglo. En este contexto, uno de los mayores retos que enfrentan las empresas consiste en determinar cómo elevar sus índices de competitividad, para poder participar de manera más eficiente en los mercados en que operan, caracterizándose éstos, cada vez más, por un proceso de innovación permanente para estar en condiciones de adaptarse a las preferencias de los consumidores y ofrecer los productos que éstos demandan. En la actualidad los resultados del TLC han sido desventajosos para los industriales mexicanos por las enormes deficiencias en la productividad y en la capacidad tecnológica. Hasta ahora es muy limitada la modernización de los distintos sectores del país, los cambios que reclama el desarrollo del país es de suma importancia para las empresas, si tomamos en cuenta que hasta hace unos años su participación exitosa en el mercado dependía de otros factores no relacionados directamente con su productividad y competitividad. En una economía cerrada, como la que caracterizó a nuestro país por casi medio siglo, quienes imponían las condiciones y reglas para el funcionamiento del mercado eran los productores, se encontraba en un aislamiento la economía nacional, con respecto a la internacional la cual, no permitía a los consumidores contar con opciones para sustituir productos que cubrieran sus expectativas en términos de precio, tiempo de entrega y calidad. Después de la firma del TLC, todo lo anterior ha ido cambiando, con la apertura económica, se han revertido las cosas y quien hoy determina los tipos de

42 CAPÍTULO I GENERALIDADES SOBRE LA INDUSTRIA TEXTIL productos, así como sus características de precio, tiempo de entrega y calidad, para ofrecerse en el mercado, son los propios consumidores, los cuales demandan, cada vez más, artículos nuevos que resuelvan de manera satisfactoria sus expectativas. Un paso importante que se debe dar es la de construir una mentalidad empresarial que conciba el desarrollo tecnológico como algo permanente que se debe lograr en los objetivos que percibe una empresa. Son muchos y muy variados los problemas que enfrenta la modernización tecnológica de las empresas, los cuales se generan al interior de los distintos actores que intervienen en este proceso: empresa, las universidades y centros de investigación y desarrollo tecnológico; así, como los agentes de enlace y el papel que lleva a cabo el sector gubernamental. En la actualidad existe una gran vinculación entre los sectores productivos, las instituciones de educación superior y centros de investigación y desarrollo tecnológico, para establecer actividades de colaboración de manera tecnológica. Esta situación se debe a los siguientes problemas [1.9]: Estructurales, donde el proceso de industrialización inhibió una mayor demanda de capacidades tecnológicas por parte de las empresas y, por ende, disminuyó la disponibilidad de oferta nacional tecnológica. Valorativos, donde las diferentes percepciones de uno y otro sector respecto a sus fines, propósitos, funciones y atribuciones, no están del todo bien comprendidas. Organizativos, inherentes tanto a las empresas como a los generadores de productos, servicios tecnológicos e instituciones gubernamentales, en materia de administración, planeación, gestión e identificación de necesidades y oportunidades tecnológicas. Lo más importante que se destaca es lo siguiente:

43 CAPÍTULO I GENERALIDADES SOBRE LA INDUSTRIA TEXTIL 1. Existe un escaso interés por la tecnología al interior de las empresas, propiciado por un largo periodo de proteccionismo hacia el sector industrial, lo cual condujo a que las empresas fincaran sus permanencias en fuentes distintas al aprovechamiento del conocimiento técnico. 2. Escasa inversión por parte de las empresas en actividades de investigación y desarrollo tecnológico. 3. Diversidad de necesidades tecnológicas por parte de las empresas que van desde la formalización u optimización de sus operaciones diarias, en las de menor tamaño, en todos los ámbitos. 4. Poco aprovechamiento de los distintos mecanismos e instrumentos de fomento y apoyo a la modernización tecnológica establecidos por el Estado, debido, en muchos casos, a la falta de interés, desconocimiento y en ocasiones, a obstáculos burocráticos. 5. Escasa utilización de sistemas de información tecnológica disponible para las empresas, que les permita conocer el avance del estado de la técnica para adelantarse a una posición más ventajosa frente a sus competidores, debido, en la mayoría de los casos, al desconocimiento de la existencia de los mismos. 6. Composición del gasto destinado a fincar actividades de investigación y desarrollo, se considera que en nuestro país, sólo del 10 al 15 % del gasto total en actividades científicas y tecnológicas provienen del sector privado, mientras que en países de reciente industrialización, como es el caso de Corea del Sur, este porcentaje es alrededor del 50%; sin hablar de países desarrollados, donde la participación del sector privado en este rubro es mayor

44 CAPÍTULO I GENERALIDADES SOBRE LA INDUSTRIA TEXTIL 1.5 ANTECEDENTES DE LAS FIBRAS PARA LA INDUSTRIA TEXTIL. La industria textil se desarrolló desde ser una artesanía perpetuada por los gremios en los primeros siglos, a través de la revolución industrial en los siglos XVIII y XIX, [1.10] cuando se trataba de mecanizarlo todo con producción masiva, hasta el siglo XX con su adelanto científico y tecnológico. En este siglo se desarrollan fibras artificiales y se crearon hilos con textura modificada. Se inventaron nuevos métodos de fabricación de telas y se incrementó la producción de tejidos de punto. Además se crearon muchos acabados y la producción textil se hizo compleja estableciéndose nuevos sistemas de comercialización. En los últimos 5,000 años, las fibras textiles se han empleado para fabricar telas; fue hasta 1885, cuando se produjo en forma comercial la primera fibra artificial, ya que sólo se obtenían de plantas y animales como la lana, lino, algodón y seda. La seda siempre ha sido una fibra de alto precio debido a las telas lustrosas y suaves que se elaboran con ella; su costo siempre es elevado y es escasa en comparación con otras telas. El rayón (llamado seda artificial hasta 1925) fue la primera fibra artificial y se produjo en filamentos hasta principio de la década de 1930, cuando un obrero textil, con iniciativa, descubrió que el rayón roto de desperdicio podía utilizarse como fibra corta; se empezó a utilizar el acetato y nylon como filamento para sustituir a la seda. Durante la primera mitad del siglo veinte se produjeron muchas fibras artificiales y desde entonces se ha avanzado considerablemente en la industria de las fibras artificiales, principalmente modificando las primeras fibras para obtener las mejores combinaciones de propiedades que cubran los usos específicos que se buscan

45 CAPÍTULO I GENERALIDADES SOBRE LA INDUSTRIA TEXTIL Muchas de las fibras proteicas naturales tienen gran prestigio en la actualidad como: la seda, vicuña, la cachemira y el pelo de camello. La lana que alguna vez fue la fibra de más uso, ha sido sustituida en muchos productos por los acrílicos, el nylon y el poliéster. Las fibras proteicas están compuestas por varios aminoácidos que se encuentran en la naturaleza en forma de cadenas de polipéptidos de alto peso molecular; contiene los elementos carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno. La lana contiene además azufre. El cultivo de la seda, de acuerdo con la leyenda china, empezó en el año 2640 a. C., cuando la emperatriz china Si-Ling-Chi se interesó en los gusanos de seda y aprendió a devanar la seda transformándola en tela; la sericultura se extendió a Japón y Corea, al oeste hacia la India y finalmente a España e Italia. Las telas de seda importadas de China eran codiciadas por otros países, en 1975 los Estados Unidos de Norteamérica importaron dos terceras partes de su seda de la República Popular de China y Brasil. El algodón es la fibra textil de mayor uso; los habitantes de China antigua, Egipto, India y Perú utilizaban las telas de algodón. Las telas de Egipto dan cierta evidencia de que el algodón se utilizó desde el año 1200 a.c. antes de que se conociera el lino. El hilado y el tejido de algodón como industria se iniciaron en la India y ya en el año 1500 a.c. se producían telas de algodón de buena calidad. Los indios Pima cultivaban el algodón cuando los españoles llegaron al Nuevo Mundo. Uno de los objetos que Colón presentó a la reina Isabel fue una madeja de hilo de algodón. En 1793 Eli Whitney inventó la despepitadota de dientes de sierra para algodón; anteriormente las fibras tenían que separarse a mano de las semillas, trabajo lento y laborioso. Los Estados Unidos entraron al mercado mundial del algodón en

46 CAPÍTULO I GENERALIDADES SOBRE LA INDUSTRIA TEXTIL El lino es una de las fibras textiles más antiguas; se encontraron restos de tela de lino en los asentamientos prehistóricos lacustres en Suiza; en Egipto las memorias estaban recubiertas de telas de lino de más de años de antigüedad. La industria de lino floreció en Europa hacia el siglo XVIII, con la invención de la hilatura mecánica, el algodón desplazó al lino como la fibra más importante y de mayor uso. 1.6 CLASIFICACIÓN DE LAS FIBRAS. De las muchas fibras naturales que existen, las de uso más generalizado son lana, algodón, lino y seda. Hay 19 familias de fibras artificiales y muchas modificaciones, variantes o fibras de la segunda y tercera generaciones. Las fibras se dividen en familias genéricas en base a su composición química. Clasificación: Las materias primas textiles se clasifican en fibras naturales y fibras químicas [1.11]. Fibras naturales. Fibras vegetales. Fibras sintéticas. Fibras animales. Lino. Algodón. Rayón. Lana. Cáñamo. Fibra de Ceiba. Nylon. Pelos de camello. Yute. Ramio. Tergal. Pelo de cabra Algodón Abacá. Pelo de alpaca Seda Henequén. Tabla No. 1.1 Clasificación de de las fibras. 1.7 PROPIEDADES DE LAS FIBRAS. Las propiedades de las fibras contribuyen a las de la tela. Por ejemplo, una fibra resistente producirá telas durables que pueden ser de peso ligero, las fibras absorbentes son buenas para prendas que estén en contacto con la piel y para toallas y pañales; las fibras que extinguen la combustión por sí solas, son convenientes en ropa de dormir para niños y en prendas protectoras

47 CAPÍTULO I GENERALIDADES SOBRE LA INDUSTRIA TEXTIL Para analizar una tela y conocer su comportamiento, normalmente se empieza investigando el contenido de fibra [1.10]. Estar familiarizado con las propiedades de las fibras ayuda a anticipar la parte que esta desempeña en el comportamiento de telas y prendas que se fabrican con ella. Algunas de estas características son deseables y otras no. Consecuentemente, las propiedades de una fibra están determinadas por la naturaleza de la estructura externa, composición química y estructura interna. 1.8 ESTRUCTURA EXTERNA O MORFOLOGÍA Longitud. El fabricante de fibras las vende como filamento, fibra corta o cable de filamentos continuos. Los filamentos son hebras continuas y largas con longitud indefinida, que se miden en yardas o metros [1.11]. Pueden ser monofilamentos (una fibra) o multifilamento (varios filamentos). Los filamentos pueden ser lisos o texturizados (con cierta ondulación) como lo muestra la figura No Figura No (Izquierda) Hilo de filamento texturizado. (Derecha) Hilo de filamento normal. Las fibras cortas se miden en pulgadas o centímetros y su longitud varía de tres cuartos de pulgada a 18 pulgadas. En la figura No.1.12 aparecen fibras cortas

48 CAPÍTULO I GENERALIDADES SOBRE LA INDUSTRIA TEXTIL Figura No Fibra corta elaborada por el hombre. Todas las fibras naturales excepto la seda se encuentran en forma de fibra corta. Las fibras artificiales se transforman en fibras cortas cortando un cable de filamentos continuos en tramos menos largos. El cable de filamentos continuos es una cuerda o un haz con varios miles de fibras artificiales sin torsión definitiva. Normalmente, ese cable se ondula después de hilarlo; como se puede observar en la figura No Figura No Cable de filamento. Los filamentos se utilizan en telas suaves semejantes a la seda; las fibras cortadas se emplean en telas parecidas al algodón o a la lana Diámetro, tamaño o denier. El tamaño de la fibra tiene gran importancia para determinar el funcionamiento y el tacto de una tela (cómo se siente). Las fibras largas son rígidas, ásperas dan cuerpo y dureza. También resisten el arrugamiento, propiedad importante por ejemplo en las alfombras. Las fibras

49 CAPÍTULO I GENERALIDADES SOBRE LA INDUSTRIA TEXTIL finas dan suavidad y facilitan los dobleces. Las telas hechas con fibras finas tendrán mejor caída. Las fibras naturales están sujetas a irregularidades en su crecimiento y por lo tanto no son de tamaño uniforme. En las fibras naturales, la finura es uno de los Principales factores que determinan la calidad. Y por otra parte, la finura se mide en micras (una micra equivale a 1/1 000 milímetro o 1/25400 plg). En las fibras artificiales, el diámetro está controlado por el tamaño de los orificios de la hilera y por el estiramiento que se produce durante la hilatura y después de ésta. La finura de las fibras artificiales se mide en diner. Esta unidad se determina pesando metros de hilo (o fibra). Es el peso en gramos de esta unidad de longitud. La fibra corta se vende por denier y por longitud de la fibra; el filamento se vende por denier del hilo o de la cuerda. La medida de 1 a 3 denier corresponde al algodón fino, al cashmere o a la lana; 5 a 8 denier es similar al algodón común, la lana o la alpaca. Las fibras para vestidos; varían de 1 a 7 denier y las fibras para alfombra; varían de 15 a 24 denier Forma de la sección transversal. La forma es importante por lo que se refiere al lustre, volumen, cuerpo, textura tacto y sensación que produce una tela. La figura No.1.14 muestra las formas típicas de las secciones transversales

50 CAPÍTULO I GENERALIDADES SOBRE LA INDUSTRIA TEXTIL Figura No Secciones transversales típicas y contornos de las fibras Contorno de la superficie. El contorno de la superficie se define como la superficie de la fibra a lo largo de su eje. Este puede ser rizo, dentado, cerrado, estriado o áspero. Es importante para el tacto y la textura de la tela Rizado. En los materiales textiles es posible encontrar cierta ondulación que puede ser: Rizado molecular; que es la configuración flexible de la cadena molecular. Rizado en la fibra; quiebres y ondas a lo largo de la fibra. Rizado en el hilo o tejido: dobleces que se producen por el entrelazamiento de los hilos en una tela

51 CAPÍTULO I GENERALIDADES SOBRE LA INDUSTRIA TEXTIL Partes de las fibras. Las fibras naturales, excepto la seda, tienen tres partes distintas: una cubierta externa, llamada cutícula o piel; un área interna y un núcleo central que puede ser hueco. O alternativamente las fibras artificiales no son tan complejas casi siempre se componen de la piel y un núcleo sólido. 1.9 ESTRUCTURA INTERNA O DISTRIBUCIÓN MOLECULAR. Las fibras están compuestas por millones de cadenas moleculares: La longitud de estas varía a medida que cambia la longitud de la fibra, se describe como grado de polimerización, [1.11] el cual es el proceso de unión de pequeñas moléculas o monómeros entre sí. Las cadenas largas indican un alto grado de polimerización y también una gran resistencia de la fibra. Las cadenas moleculares se describen en ocasiones en términos de peso. El peso molecular influye en propiedades como resistencia de la fibra, extensibilidad y formación de frisas en la tela. Cuando la cadena molecular es casi paralela al eje longitudinal de la fibra, se dice que están orientadas; cuando se encuentran distribuidas al azar, se consideran amorfas. El término cristalino se usa para describir fibras cuyas cadenas moleculares son paralelas entre sí, pero no necesariamente paralelas al eje de las fibras como se muestra en la figura No Figura No Polímeros cristalinos a) No orientados. b) Orientados

52 CAPÍTULO I GENERALIDADES SOBRE LA INDUSTRIA TEXTIL El estirado alargamiento aumenta la cristalinidad la distribución ordenada, reduce el diámetro y agranda las moléculas juntándolas más como se puede ver en la figura No Sin estirar ni alargar Estirado Figura No Aspectos de la fibra antes y después del estirado. La cantidad de cristalinidad y orientación se relaciona con las propiedades físicas de la fibra, como son resistencia, elongación, absorción de humedad y resistencia a la abrasión así como a la receptividad de la fibra a los colorantes. Las cadenas moleculares se mantienen unidas entre sí por enlaces cruzados o por fuerzas intermoleculares llamadas enlaces de hidrógeno y fuerzas de VANDER WALS IDENTIFICACIÓN DE LAS FIBRAS. Una fibra es un filamento plegable parecido a un cabello, cuyo diámetro es muy pequeño en relación con su longitud. Las fibras son las unidades fundamentales que se utilizan en la fabricación de hilos textiles y telas: Contribuyen al tacto, textura y aspecto de las telas; influyen y contribuyen en el funcionamiento de las mismas, determinan en un alto grado la cantidad y tipo de servicio que se requiere en una tela y repercuten en su precio [1.12]. Para que una fibra textil tenga éxito debe estar disponible, su suministro debe ser constante a bajo costo. Debe tener suficiente resistencia, elasticidad, longitud y cohesión para poder hilarla formando hilos. El contenido de fibra en una tela depende de la naturaleza de la muestra, la experiencia del analista y el equipo disponible. Como las leyes requieren que en la etiqueta de las prendas y textiles domésticos se especifique el contenido de fibras, el consumidor sólo buscará las etiquetas de identificación

53 CAPÍTULO I GENERALIDADES SOBRE LA INDUSTRIA TEXTIL Inspección visual. La inspección visual del aspecto y el tacto de una tela siempre es el primer paso en la identificación de una fibra. Ya no es posible hacer una identificación del contenido de fibras basándose únicamente en estas características, porque las fibras artificiales se asemejan considerablemente a las naturales Prueba de combustión. La prueba de combustión se utiliza para identificar la composición química como celulósica, proteica, mineral o química e identificar el grupo que al pertenece la fibra. Las mezclas no se identifican aplicando la prueba de combustión Prueba al microscopio. Al observar las fibras al microscopio se puede conocer su estructura y si se estudia algunas diferencias entre las fibras de cada grupo, se comprenderá mejor el comportamiento de las fibras y de las telas. En el caso de la mayoría de las fibras naturales, el uso de esta prueba dará una identificación positiva. Las fibras artificiales son más difíciles de identificar, porque algunas de ellas se parecen y su aspecto cambia al variar el proceso de fabricación Pruebas de solubilidad. Las pruebas de solubilidad se emplean para identificar las fibras artificiales por clase genérica y confirmar la identificación de las fibras naturales. Se pueden hacer a nivel doméstico: la prueba de acetona para el acetato y la prueba de los álcalis para la lana. Para hacer las pruebas el espécimen se coloca en el líquido, se agita durante cinco minutos y se observa el objeto

54 CAPÍTULO I GENERALIDADES SOBRE LA INDUSTRIA TEXTIL 1.11 SUMARIO. En este capítulo se expusieron los conocimientos de los orígenes de los textiles, cómo los primeros moradores tendían a satisfacer sus necesidades y costumbres de cubrir sus cuerpos, a través de las formas y colores descubrieron las diferentes fibras naturales existentes como la lana, el algodón, el lino y la seda, los cuales, se fueron adaptando para satisfacer sus propias necesidades. Se pudo observar que a través del tiempo y que gracias a los cambios tecnológicos se fueron obteniendo nuevos tipos de fibras ya sea mezclando las fibras naturales para lograr otras conocidas como compuestas, y así también, se fueron descubriendo otras nuevas fibras llamadas fibras artificiales como el acrílico y el poliéster que son las telas tomadas como base para la máquina a diseñar en la solución del problema planteado. Para la solución del problema en este capítulo se establecieron dos parámetros, por una parte son los 4000 Kg de telas que se requieren procesar y por otro lado está el tipo de fibra de la tela; es importante conocer que dependiendo del tipo de fibra que se trate, ya sea natural o artificial, cada una de ellas tiene una propiedad diferente que contribuye mucho a la formación de las telas. Cada una de las fibras tiene una estructura diferente la cual se puede observar interna o externamente, para poderlas identificar es necesario realizar ciertas pruebas de laboratorio como: la inspección visual, de combustión, al microscopio y de solubilidad. Las fibras naturales pueden ser devueltas a la naturaleza, ya que su periodo de desintegración es menor que el de las fibras artificiales. En el capítulo II se hablará de estas fibras compuestas y artificiales pero ya en su carácter de telas que se convertirán en borra, analizando su desarrollo y ciclo de vida. De acuerdo a su composición química, en el caso de las telas de fibras artificiales, su ciclo de vida es diferente para cada tela; por lo que en el presente trabajo se hará referencia a las telas base acrílico o poliéster, de las cuales se obtendrá la borra como un nuevo producto

55 CAPÍTULO I GENERALIDADES SOBRE LA INDUSTRIA TEXTIL 1.12 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS. 1.1 Madueño R. y Ortega S; Economía y sociedad en la planeación universitaria, IHEMSyS; Marzo de p Ángeles Contreras J. (1993), Monografías del municipio de Molango, Instituto Hidalguense de cultura/gobierno del Estado de Hidalgo, colección: Lo nuestro, Hidalgo. 1.4 Madueño R. y Ortega S; Economía y sociedad en la planeación universitaria; IHEMSyS; Marzo de p. 1.5 M. Escudero C.; Fabricación y mejoramiento de la máquina pegadora de ganchos de pretina en el pantalón de vestir; UTSH; octubre del Hollen N, Jone Saddler y L. Langford A; Introducción a los Textiles, Edt. Limusa; p 1.7 Hollen N, Jone Saddler y L. Langford A; Introducción a los Textiles, Edt. Limusa; p 1.9 Hollen N, Jone Saddler y L. Langford A; Introducción a los Textiles, Edt. Limusa; p 1.10 Hollen N, Jone Saddler y L. Langford A; Introducción a los Textiles, Edt. Limusa; p 1.11 Martínez M. J., Contrapuntos, Publicaciones del periódico Síntesis del Estado de Hidalgo del día 15 de octubre del Rodríguez L. I.; Vestigios de la Industria Textil, Actualidades Arqueológicas, Escuela Nacional de Antropología e Historia, Revista de Estudiantes de Arqueología de México; No

56 CAPÍTULO II CICLO DE VIDA DEL PRODUCTO CAPÍTULO II CICLO DE VIDA DEL PRODUCTO. Al hablar del concepto de producto, no se debe de pasar por alto un aspecto de suma importancia, que es el ciclo de vida del mismo. Y así como todos los seres humanos pasamos por diferentes etapas en nuestra vida, un producto también lo hace; en el presente capítulo, se explicarán estas distintas etapas por las que pasa un producto, desde que es detectado como una necesidad, planteado como una idea que solucione esa necesidad, concebido como un elemento físico y fabricado o producido, considerando sus principales características. La obtención del producto, se logrará a través de la generación de diferentes actividades. Algunas de estas pueden agruparse en fases porque globalmente contribuyen a obtener los elementos intermedios necesarios para continuar hacia el producto final y facilitar su gestión. La forma de agrupar las actividades, los objetivos de cada fase, los tipos de elementos intermedios que se generan, etc. puede ser muy diferente dependiendo del tipo de producto a generar o proceso a aplicar, así como de las tecnologías empleadas. La definición de un ciclo de vida facilita el control sobre los tiempos en que es necesario aplicar recursos de todo tipo (personal, equipos, suministros, etc.), a la manufactura del producto. Si éste incluye subcontratación de partes a otras organizaciones, el control del trabajo subcontratado se facilita en la medida en que esas partes encajen bien en la estructura del proyecto

57 CAPÍTULO II CICLO DE VIDA DEL PRODUCTO 2.1 CONCEPTO DEL CICLO DE VIDA. El concepto de Ciclo de Vida es un proceso real, para el cual se requiere hacer consideraciones teóricas con el objetivo de explicar la evolución en el desarrollo de un producto y, lo más interesante, predecir las etapas que experimentará la vida del mismo [2.1]. El ciclo de vida comienza con el conocimiento de una necesidad y la concepción de una idea para cubrir esa necesidad. El proceso de solución comienza por definir el problema, continua con un programa dirigido a la búsqueda y desarrollo de principios técnico-prácticos y conduce a la construcción y distribución efectiva de un producto o sistema, en forma tal que se cubre la necesidad original donde quiera que exista, terminando el ciclo con la disposición del producto para su retiro. Por lo tanto un ciclo de vida, es una actividad cuyo objetivo es cubrir las necesidades humanas, particularmente aquellas que pueden ser resueltas por los factores tecnológicos de nuestra cultura, partiendo de un conjunto de elementos que dan información. La recolección y organización de la información juega un papel muy importante, ya que tanto para diseños nuevos como para rediseños, la información se obtiene de ciertos componentes, materiales, procesos, medio ambiente y algunas otras especificaciones. La tarea de mantener información útil y al día con respecto a todo esto es sumamente importante

58 CAPÍTULO II CICLO DE VIDA DEL PRODUCTO 2.2 CICLO DE VIDA DEL PRODUCTO. Esta etapa está relacionada a la secuencia de actividades entre las que se incluyen la detección de la necesidad del cliente, su desarrollo, lanzamiento, fabricación, mantenimiento, madurez, evaluación e innovación (comercial), bajo la forma de productos de nueva generación hasta su retiro. El desarrollo de los productos orientados al mercado comprende desde la detección de la necesidad hasta la consecución y distribución del objeto físico con el que se da satisfacción a tal necesidad. A partir de esta detección, el desarrollo de los productos pasa por tres grandes etapas: el estudio de mercado, el diseño de los productos y la manufactura [2.2]. Las tres etapas deben realizarse en estrecha colaboración una con la otra. Para el diseño del producto se deben considerar, todos los requerimientos que surgen durante el ciclo de vida del producto, incluyendo aquellos que tienen relación con su gestación hasta su retiro Estudio del mercado Detección de la necesidad Diseño del producto Manufactura Figura No. 2.1 Etapas en el desarrollo del producto. El éxito económico del lanzamiento del producto, dependerá en gran medida de la capacidad para detectar las necesidades de los clientes, así como de crear, producir a bajo costo y ofrecer oportunamente el producto que cubra esas necesidades [2.3]. El logro de estos objetivos no depende únicamente de un buen

59 CAPÍTULO II CICLO DE VIDA DEL PRODUCTO estudio de mercado, o de un diseño correcto, o de procesos de manufactura modernos y altamente productivo. El diseño del producto involucra a todas las funciones consideradas en la figura No. 2.1 y algunas más que se discuten a continuación, que involucran el ciclo producción-consumo, lo cual, podría ser ilustrado conforme se muestra en la figura No. 2.2 y definido como ciclo de vida del producto. Estudio de mercado Comprensión del problema Generación y evaluación de conceptos Necesidad Reincorporación a la naturaleza Reciclado Diseño de detalle Uso Distribución Retiro Residuos Validación del diseño Ensamble Fabricación Preparación de la fabricación Figura No. 2.2 Ciclo de vida del producto. La gestación de un producto comienza con la detección de la necesidad, el estudio del mercado y la comprensión del problema [2.4]. El proceso de diseño incluye la comprensión del problema, la generación y evaluación de conceptos, el diseño de detalle y la validación del diseño. La manufactura involucra a los tres productos mencionados anteriormente incluye la preparación de la fabricación, la fabricación y el ensamble. Más adelante el proceso continúa con la distribución y su uso, con que se debe satisfacer la necesidad inicial. Al final, con el retiro del

60 CAPÍTULO II CICLO DE VIDA DEL PRODUCTO producto; en función de la naturaleza de los materiales utilizados, se pueden reincorporar a la naturaleza, reciclarlos o consérvalos controladamente como residuos. Como se puede observar en la figura No. 2.2, el ciclo de vida del producto se compone de fases sucesivas, compuestas por tareas planificables [2.1]. La sucesión de cada fase, se amplia con bucles de retroalimentación, de manera que, lo que conceptualmente se considera una misma fase, se pueda ejecutar más de una vez a lo largo de todo el trabajo, recibiendo en cada pasada de ejecución, aportaciones de los resultados intermedios que se van produciendo (retroalimentación). De manera general las fases que se pueden considerar en el ciclo de vida del producto, se detallan a continuación. Fase de definición ( qué hacer?). Conocer los requisitos que debe satisfacer el sistema (funciones y limitaciones de contexto). Asegurar que los requisitos son alcanzables. Formalizar el acuerdo con los usuarios. Realizar una planificación detallada. Fase de diseño ( cómo hacerlo? Soluciones en coste, tiempo y calidad). Identificar soluciones tecnológicas para cada una de las funciones del sistema. Asignar recursos materiales para cada una de las funciones. Proponer (identificar y seleccionar) subcontratadas. Establecer métodos de validación del diseño. Ajustar las especificaciones del producto

61 CAPÍTULO II CICLO DE VIDA DEL PRODUCTO En el trabajo de diseño que se realiza, solo se abarca hasta la segunda fase, partiendo del qué hacer? hasta llegar decidir el cómo hacerlo?, dejando para trabajos posteriores las fases de manufactura y de mantenimiento y operación. Fase de construcción. Generar el producto o servicio pretendido con el proyecto. Integrar los elementos subcontratados o adquiridos externamente. Validar que el producto obtenido satisface los requisitos de diseño previamente definidos y realizar, si es necesario, los ajustes necesarios en dicho diseño para corregir posibles lagunas, errores o inconsistencias. Fase de mantenimiento y operación. Operación: asegurar que el uso del proyecto es el pretendido. Mantenimiento, (se refiere a un mantenimiento no habitual, es decir, aquel que no se limita a reparar averías o desgastes habituales (este es el caso del mantenimiento en productos software, ya que en un programa no cabe hablar de averías o de desgaste). La figura No. 2.2 muestra, de manera general, lo que es el ciclo de vida del producto, sin embargo, todo producto tiene características especiales que requieren, así mismo, el considerar condiciones particulares, es claro que, si se considera producción masiva, los procesos de fabricación tienen características particulares propias de la producción de grandes volúmenes, mientras que, si se requiere producir tres ó cuatro piezas, ó inclusive un prototipo, las características

62 CAPÍTULO II CICLO DE VIDA DEL PRODUCTO de proceso de producción variarán notablemente. A continuación se da una descripción de diversos modelos para el desarrollo de un producto. 2.3 MODELOS DE CICLO DE VIDA. Las principales diferencias entre distintos modelos de ciclo de vida [2.1] están en: o o o El alcance del ciclo, dependiendo de hasta dónde se quiera llegar. Las características. Es el contenido de las fases en que se dividen el ciclo. La estructura a seguir se basa en un ciclo de vida lineal MODELO LINEAL. Es aplicable para este trabajo, como se podrá observar en la figura No. 2.1, precisamente por ser el más sencillo y consiste en descomponer la actividad global en fases que suceden de manera lineal, es decir, cada una se realiza una sola vez, cada una se efectúa tras la anterior y antes que la siguiente. Cada actividad se descompone de manera que una fase no necesite resultados de las siguientes (realimentación), aunque pueden admitirse ciertos supuestos de realimentación correctiva. Desde el punto de vista de la gestión (para decisiones de planificación), requiere también que se sepa bien de antemano lo que va a ocurrir en cada fase antes de empezarla. Figura No. 2.3 Ejemplo de un modelo lineal para un proyecto

63 CAPÍTULO II CICLO DE VIDA DEL PRODUCTO MODELO CON PROTOTIPO. Es posible optar por este tipo de modelo y puede o no aplicarse a este diseño, ya que se pretende fabricar pero no como un prototipo, y este modelo a menudo ocurre en desarrollos de productos con innovaciones importantes, o cuando se prevé la utilización de tecnologías nuevas o poco probadas, que las incertidumbres sobre los resultados realmente alcanzables, o las ignorancias sobre el comportamiento de las tecnologías, impiden iniciar un proyecto lineal con especificaciones cerradas. Si no se conoce exactamente cómo desarrollar un determinado producto o cuales son las especificaciones de forma precisa, suele recurrirse a definir especificaciones iniciales para hacer un prototipo, o sea, un producto parcial (no hace falta que contenga funciones que se consideren triviales o suficientemente probadas) y provisional (no se va a fabricar realmente para clientes, por lo que tiene menos restricciones de coste y/o prestaciones). Este tipo de procedimiento es muy utilizado en desarrollo avanzado. La experiencia del desarrollo del prototipo y su evaluación deben permitir la definición de las especificaciones más completas y seguras para el producto definitivo. A diferencia del modelo lineal, puede decirse que el modelo con prototipo repite las fases de definición, diseño y construcción dos veces: para el prototipo y para el producto real, es por esto que no es aplicable al diseño a realizar. Figura No. 2.4 Sub-ciclo de prototipado

64 CAPÍTULO II CICLO DE VIDA DEL PRODUCTO MODELO EN ESPIRAL. A un cuando este tipo de modelo no se aplica, se considera conveniente mencionarlo, en el diseño a realizar, ya que se considera como una generalización del anterior, para los casos en que no basta con una sola evaluación de un prototipo, para asegurar la desaparición de incertidumbres y/o ignorancias. El propio producto a lo largo de su desarrollo puede así considerarse como una sucesión de prototipos que progresan hasta llegar a alcanzar el estado deseado. En cada ciclo (espirales) las especificaciones del producto se van resolviendo paulatinamente. A menudo la fuente de incertidumbres es el propio cliente, que aunque sepa en términos generales lo que quiere, no es capaz de definirlo en todos sus aspectos sin ver como unos influyen en otros. En estos casos, la evaluación de los resultados por el cliente no puede esperar a la entrega final y puede ser necesaria su repetición varias veces. En el diseño de la máquina desfibradora, no se tendrá este problema, ya que los clientes son solo dos personas y describieron ellos mismos sus necesidades y expectativas, las cuales se analizarán en el siguiente capítulo. Figura No. 2.5 Ciclo de vida en espiral

65 CAPÍTULO II CICLO DE VIDA DEL PRODUCTO El esquema del ciclo de vida para estos casos puede representarse por un bucle en espiral, donde los cuadrantes son, habitualmente, fases de especificación, diseño, realización y evaluación (o conceptos y términos análogos). En cada vuelta, el producto gana en madurez (aproximación al final deseado) hasta que en una vuelta, la evaluación lo apruebe y el bucle pueda abandonarse. Cualquiera que sea el modelo de desarrollo del producto, es absolutamente necesario prever la secuencia de actividades que, en orden cronológico, conducen a obtenerlo. Esto lo podemos definir como la morfología del diseño del producto. 2.4 LA MORFOLOGÍA DEL DISEÑO DEL PRODUCTO. Todo producto tiene su propia historia individual, no obstante, la secuencia de eventos de cualquier producto presenta cierto orden cronológico que sigue cierto lineamiento, es decir un modelo común para todos lo productos. En este punto se examinará y se expondrá la metodología del diseño por medio de la cual las ideas acerca de las necesidades son proyectadas creativamente en ideas físicas (cosas) y a su vez estas son traducidas en recetas de ingeniería para transformar recursos disponibles en recursos útiles. Un producto pasa por una serie de etapas principales. A continuación se enumeran y definen estas etapas, resumiendo los pasos de que están compuestas

66 2.5 ESTUDIO DE FACTIBILIDAD. CAPÍTULO II CICLO DE VIDA DEL PRODUCTO El propósito en esta etapa, es el de obtener un conjunto de soluciones útiles al problema de diseño a resolver. Cuando un equipo de diseño es asignado a un proyecto para el cual el concepto de diseño ya ha sido establecido. Esto implica una de las tres posibilidades: Un estudio de factibilidad ha sido hecho previamente. La gerencia técnica ha tenido tanta experiencia con el problema de diseño particular que estudio adicional sobre él, sería superfluo. La gerencia al omitir el estudio de factibilidad está procediendo intuitivamente sin ninguna base. 1er. Paso en este estudio es demostrar si la necesidad primaria, que se supuso valida, efectivamente existe o cuando menos hay evidencia suficiente de su existencia latente. 2do. Paso es explorar el problema de diseño engendrado por la necesidad e identificar elementos tales como: parámetros limitaciones y criterios principales de diseño. 3er. Paso se debe uno esforzar para concebir el mayor número posible de soluciones al problema. 4to. Paso las soluciones potenciales útiles son seleccionadas en tres etapas y considerando lo siguiente: físicamente practicable; valor económico y financialmente factible. En conclusión, el estudio completo indica si una necesidad actual o potencial existe, cual es el problema de diseño y si soluciones útiles pueden ser encontradas; es decir, investigar la factibilidad del proyecto propuesto

67 2.6 DISEÑO PRELIMINAR. CAPÍTULO II CICLO DE VIDA DEL PRODUCTO En esta etapa del proceso comienza con el conjunto de soluciones útiles que fueron desarrolladas en la etapa anterior. El propósito de este diseño preliminar es establecer cual de las alternativas propuestas es el mejor concepto de diseño. Cada una de las soluciones esta sujeta a un análisis de orden de magnitud hasta que la evidencia sugiere que la solución particular es inferior a alguna de las otras o que es superior a todas las otras. La solución sobreviviente es tentativamente aceptada para examen más detallado. Estudios de síntesis son iniciados para establecer en primera aproximación el rango en el cual los principales parámetros de diseño del sistema, deben ser controlados. Otros estudios investigarán las tolerancias en las características de los componentes principales y materiales críticos que serán requeridos para asegurar compatibilidad y los ajustes propios del sistema. Estudios posteriores examinarán hasta que grados las perturbaciones del medio ambiente o fuerzas internas afectarán la estabilidad del sistema. Las condiciones socio-económicas tales como el gusto del consumidor, ofertas de la competencia, disponibilidad de materias primas críticas pueden cambiar; las condiciones artístico-técnicas pueden evolucionar y eventualmente corrosión, fatiga y deterioro de ejecución pueden presentarse; el tiempo casi seguramente afectara la calidad del producto, la pregunta es Qué tan rápido? El valor de obsolescencia o uso debe ser tomado en cuenta como una de las principales consideraciones de diseño y su impacto económico debe ser considerado. Finalmente, aspectos críticos del diseño deben ser puestos a prueba para evaluar el concepto de diseño y proporcionar información esencial para la etapa subsecuente

68 2.7 DISEÑO DETALLADO. CAPÍTULO II CICLO DE VIDA DEL PRODUCTO Esta etapa comienza con el concepto de desarrollo en el diseño preliminar. Su objetivo es proporcionar a la descripción de ingeniería, un diseño probado y producible. Hasta este punto el proyecto fue caracterizado por una gran fluidez. Grandes cambios en conceptos pueden ser acomodados sin una gran perdida de material. De hecho, para las dos etapas anteriores, la fluidez es esencial ya que son de naturaleza exploratoria con objeto de revelar un rango adecuado de posibles soluciones. Sin embargo, en esta etapa la exploración debe conducir a una decisión final para el concepto de diseño particular o bien el proyecto debe ser abandonado por no ser factible. Con el concepto de diseño en mente y la información de la síntesis preliminar a la mano, una síntesis general pero provisional es obtenida y es desarrollado como un proyecto general. Con este como base, el diseño detallado o especificación de componentes es continuado. De tiempo en tiempo, exigencias en el trabajo de detalle a nivel de los componentes obligará a cambios en el proyecto en general; por lo tanto, este tiene condición provisional. Conforme el diseño de gabinete progresa, el diseño experimental es indicado. Modelos experimentales son construidos para analizar otras ideas que no pueden ser checadas analíticamente. Componentes prototipos parciales y finalmente prototipos completos son probados conforme la necesidad por información incrementa. Esta información, resultante de los programas de prueba, proporciona una base para el rediseño y refinamiento hasta que una descripción de ingeniería de un diseño justificado es obtenida

69 CAPÍTULO II CICLO DE VIDA DEL PRODUCTO 2.8 CICLO PRODUCCIÓN-CONSUMO. Basado en la influencia socio-ecológica, este ciclo esta compuesto por cuatro procesos: Producción, distribución, consumo y retiro. Este ciclo es de particular importancia para el diseñador, ya que los productos que diseña deben entrar en este ciclo y sin excepción, ser compatible con los cuatro procesos. Cada proceso establece sus propias demandas sobre el diseño, con frecuencia estas son contradictorias, de tal manera que la satisfacción total de una, desbalancea completamente el ciclo. PRODUCCIÓN DISTRIBUCIÓN USO RETIRO Figura No. 2.6 Ciclo producción-consumo PLANEACIÓN PARA LA PRODUCCIÓN. Es el primer proceso en el ciclo producción-consumo figura No Mucha de la responsabilidad en esta fase será compartida con otros elementos y la decisión de producir es responsabilidad de la gerencia. Un conjunto de habilidades, aquellas de diseño de herramientas e ingeniería del producto, entran en acción. La decisión de producir con frecuencia, involucra una enorme responsabilidad económica. El nivel de confidencia en el éxito del producto, debe ser muy alto para apoyar una decisión positiva. La decisión misma debe ser hacia aquel nivel de la gerencia en el cual descanse la responsabilidad final para el éxito del proyecto. La etapa de planeación para producción involucra muchos pasos que varían en forma y detalle según el tipo de producción a realizar (artesanal o industrial):

70 CAPÍTULO II CICLO DE VIDA DEL PRODUCTO Planeación detallada de los procesos de manufactura según se requiera para cada parte, cada sub-ensamble y el ensamble final: la información es usualmente exhibida sobre hojas de proceso. Diseño de herramientas y bancos de sujeción. Planeación, especificación y facilidades de la planta. Planeación del sistema de control de calidad. Cuando se toca el tema de la calidad surgen algunas frases como: la mejora continua, cero defectos, hacer bien las cosas desde la primera vez, respetar las tolerancias, cumplir las normas, etc. [2.8]. Se necesita estructurar un sistema que se alimente de la opinión de los clientes, sobre la manera en que se satisfacen sus expectativas [2.9]. Para ello se utilizan cuestionarios que se contestan con facilidad, las respuestas permiten conocer, tanto los aspectos que no satisfacen plenamente al cliente, como aquellos que le resultan satisfactorios. Esta información, debidamente organizada, será de suma importancia para el proceso de mejora continua del equipo de diseño. Planeación para el personal de producción. Las especificaciones de trabajo son desarrolladas, y son estimados tiempos estándar, así como costos de mano de obra. Planeación para control de producción. Horarios de trabajo y controles de inventarios son desarrollados. Son establecidos estándares para el costo de mano de obra, materiales y servicios e integrados al sistema contable en una base de datos. Planeación del sistema de flujo de información. Es determinada la información necesaria para transmisión de instrucciones y se

71 CAPÍTULO II CICLO DE VIDA DEL PRODUCTO prevé retroalimentación de datos para control. Son diseñadas bases de datos manejadas con computadoras. Planeación financiera. Normalmente, son requeridas grandes cantidades de dinero para iniciar la producción de un producto nuevo. La fuente de este financiamiento debe ser cuidadosamente establecida y la forma y rango de recuperación del capital. Desde la perspectiva de un inversionista, un desarrollo exitoso de un producto es aquel en que ha tenido que invertir poco capital, el tiempo de manufacturarlo ha sido mínimo, el costo de producción es bajo, y se puede vender a un precio alto; es decir, es aquel en el que puede lograr la mayor utilidad. Fabricación del producto. Comienza con la secuencia de transformaciones de los distintos materiales y energía, que incluye la extracción y procesamiento de los materiales, fabricación, ensamblaje, distribución interna, utilización de las herramientas, y manejo de los materiales [2.10]. Después a la fabricación del producto, cualquier empresa desearía que su producto permanezca en el mercado proporcionando ganancias permanentemente o al menos durante mucho tiempo. En el siguiente tema se describen las fases del ciclo de vida del producto, cada fase depende de muchos factores [2.4]. Entre otros se pueden mencionar los siguientes: Cambios en la distribución demográfica. Avances tecnológicos. Restricciones ambientales. Situación económica de la población. Aparición de competidores con productos más baratos o de mejor calidad

72 CAPÍTULO II CICLO DE VIDA DEL PRODUCTO PLANEACIÓN PARA LA DISTRIBUCIÓN. Es el segundo proceso en el ciclo producción consumo, del sistema socioecológico. En esta etapa el diseñador encontrará que los problemas de distribución tienen una influencia importante sobre el diseño original, lo cual es con frecuencia, de primera importancia. El propósito de esta etapa es el de planear un sistema efectivo y flexible de distribución del producto diseñado. La siguiente lista indica dicha planeación: Distribución y empaque del producto. Planeación del sistema de almacenamiento. Planeación de actividades promocionales. Diseño del producto para condiciones originales en distribución. (Vida del anaquel, exhibición, atractividad y acondicionamientos finales antes de entrega). Podría haber la necesidad de suficiente flexibilidad en el diseño para permitir modificaciones especiales de acuerdo a las necesidades del cliente, o adición de formas opcionales disponibles, que sean requeridas por el consumidor, o bien adiciones modulares al sistema para aumentar su capacidad PLANEACIÓN PARA EL CONSUMO. Es el tercer proceso en el ciclo producción-consumo. Su dominio sobre el diseño es profundo, ya que tiene influencia en todas las fases [2.11]. Esta etapa debe ser considerada en los primeros pasos del diseño para que tenga un impacto temporal adecuado. Separada de las demás, es principalmente una etapa difusa, concerniente a las utilidades del consumidor, así como mezclada y unida a las etapas precedentes. Se menciona por separado de las otras etapas, únicamente para enfatizar alguna de las contribuciones especiales que esta hace, además de sus influencias más generales sobre los otros procesos. Su propósito

73 CAPÍTULO II CICLO DE VIDA DEL PRODUCTO es incorporar en el diseño ejemplos de servicio adecuados y proporcionar una base racional para mejoría del producto y rediseño aplicando los siguientes pasos: Diseño para mantenimiento. Diseño por confiabilidad. Diseño por seguridad. Diseño por conveniencia en uso. Diseño estético. Diseño para economía operacional. Diseño para duración adecuada de servicio. Obtención de datos de servicio que puedan proporcionar una base para mejoría del producto y para próximos productos PLANEACIÓN PARA EL RETIRO DEL PRODUCTO. Es el cuarto proceso en el ciclo producción-consumo. Es en esta etapa en la que se establece la disposición del producto retirado [2.11]. Una de las principales preguntas originadas por un estudio económico de ingeniería es: Qué es lo que determina cuando una comodidad económica en uso, ha llegado a una edad en la cual debe ser retirado? Si el producto ha sido utilizado hasta el punto en el cual ya no rinde un servicio adecuado, entonces la necesidad de reemplazo es clara. Sin embargo, el mismo paso acelerado de la tecnología que presiona sobre el diseñador también acelera el proceso de envejecimiento de las cosas en uso. En el diseño de cosas suaves, tales como ropa, el cambio de moda es una práctica aceptada y respetada, ya que el valor intrínseco de tales cosas, reside con mucho en la apariencia estética, pero graves cuestiones éticas, son ocasionadas cuando una obsolescencia de estilo no acompaña por mejorías técnicas significativas es usada como un medio para inducir el retiro de productos de diseño de ingeniería. El propósito en esta etapa, es tomar en consideración los problemas asociados con su retiro y disposición de un producto. Al final, con el retiro del producto, y

74 CAPÍTULO II CICLO DE VIDA DEL PRODUCTO en función de la naturaleza de los materiales, se pueden reutilizar o reincorporarlos a la naturaleza, su recuperación por reciclado, o su conservación controlada como residuo. Las decisiones que se tomen en esta etapa de diseño, tienen que considerar lo que sucede en cada etapa del ciclo de vida del producto. A continuación se describen algunas consideraciones a tomar para esta etapa de diseño: Diseño para reducir el grado de absolescencia, tomando en consideración los efectos anticipados de desarrollo técnicos. Diseño de la vida física de acuerdo con la vida de servicio esperado. Diseño para distintos niveles de uso. Diseño del producto en forma tal, que materiales de desperdicio y de larga vida puedan ser recuperados. Examen y pruebas en laboratorio, de productos que han terminado su vida activa, para obtener información útil del diseño. Dentro del ciclo producción-consumo y específicamente en el proceso de planeación para la distribución, es muy importante considerar la introducción del producto al mercado, claramente esta fase de introducción del producto al mercado no debe esperar para su ejecución, hasta el punto en el que se tiene el producto físicamente disponible, es necesario prever campañas publicitarias, en las cuales se describa el producto, sus aplicaciones y sus ventajas, en forma tal que, en el momento en que este disponible, se tenga una certeza razonable de aceptación en el mercado. De manera general y basados en la experiencia sobre la vida del producto, es posible predecir que cuando, este es introducido al mercado, pasa por tres periodos, aceptación, posicionamiento y declinación, esto será discutido ampliamente en el siguiente tema

75 CAPÍTULO II CICLO DE VIDA DEL PRODUCTO 2.9 FASES DEL CICLO DE VIDA DEL PRODUCTO EN EL MERCADO. El ciclo de vida del producto, se puede entender como una sucesión de varias fases, en las que en cada una de ellas se tiene un comportamiento distinto [2.5]. Este ciclo se puede dividir en las siguientes fases: Introducción Figura No. 2.7 Ciclo de vida del producto en el mercado INTRODUCCIÓN. Cuando se lance el producto al mercado, las ventas normalmente no se disparan el primer día. El mercado no conoce el producto y por tanto hay que hacer un esfuerzo en darlo a conocer y captar los primeros clientes. A pesar de ello, muchas veces el rendimiento de este producto es negativo y hay que seguir invirtiendo en dar a conocerlo y obtener los primeros clientes. Por lo tanto, en esta fase es importante asumir estas posibles pérdidas y luchar más por el reconocimiento del producto que por los posibles beneficios. Desde luego, esto no implica que las pérdidas a asumir deban ser ilimitadas. El margen de confianza para el producto debe ser amplio pero no a costa de la supervivencia del negocio DESARROLLO. Cuando el producto comienza a ser aceptada en el mercado, las ventas empiezan a crecer y los beneficios también tienden a crecer. Esto es debido a que los costos de fabricación por unidad se

76 CAPÍTULO II CICLO DE VIDA DEL PRODUCTO reducen, bien por una mayor experiencia en la producción, bien por una producción de gran volumen. Aparecen clientes fieles que repiten la compra y se añaden otros más y, lo que es peor, aparecen los competidores que se han dado cuenta del interés del producto y su crecimiento. Es el momento de decidir cómo reaccionar ante esta nueva competencia. Las alternativas son múltiples pero en todo caso deben ser cuidadosamente analizadas: repercutir la reducción de costes en el precio, reinvertir todos los recursos generados en seguir promocionando el producto, diferenciar el producto de los imitadores, etc. Es importante observar que gestionar la etapa de crecimiento sea tal vez la parte más compleja del proceso de explotación MADUREZ. Llegará un momento en el que los productos han captado un mercado, incluso para los competidores. La demanda es más o menos amplia y los costos probablemente, han seguido reduciéndose. En esta fase, inicialmente los recursos generados son altos y se comienza a recoger sus frutos no reinvirtiendo el total de fondos generados. Más tarde, las ventas se estabilizan y, dada la intensa competencia que se ha generado, incluso los beneficios pueden llegar a reducirse. Ante esto, puede elegir la especialización en un segmento, el rediseño del producto, etc. Sin embargo, tarde o temprano, el producto va a perder su atractivo, ya sea para los clientes o para las empresas DECLIVE. Finalmente, ante la saturación del mercado, algunos competidores empiezan a retirarse y aparecen productos substitutivos que, como mínimo, compiten por la captación de clientes. Los beneficios pueden convertirse en pérdidas y las ventas empiezan su descenso, anunciando la muerte del producto, si no se toman medidas a propósito

77 CAPÍTULO II CICLO DE VIDA DEL PRODUCTO 2.10 CICLO DE VIDA DE LOS PRODUCTOS TEXTILES. En el punto 1.6 del capítulo I; se describió la clasificación de las fibras de acuerdo a su origen, este puede ser natural ó químico. Dentro de las fibras de origen natural se tienen las fibras vegetales (algodón, lino, seda, albaca, yute, cáñamo, entre otras.) y las fibras animales (lana, pelos de camello, pelo de cabra, pelos de alpaca, etc.). Dentro de las fibras de origen Químico se encuentran las sintéticas como: el rayón, nylon, tergal, poliéster, entre otras. Las fibras de origen vegetal para obtenerlas se siembran, cosechan, empacan y se hacen llegar al hilado. Las fibras origen animal, su proceso de obtención es el siguiente: se realizan los criaderos de animales, se trasquila, empaca y se traslada al proceso de hilado. Las fibras sintéticas, se obtienen de productos derivados del petróleo y una combinación de diferentes compuestos químicos en un laboratorio, posteriormente se empaca dependiendo el tipo de fibra y se envían al proceso de hilado. El ciclo de vida de los textiles se considera desde el origen de las fibras, cualquiera que sea este, su proceso continúa con: hilado, tejidos (telas), manufactura, distribución, uso y retiro. Y es en la fase de manufactura donde se obtienen dos productos: por un lado están las prendas de vestir, que brindan estética, comodidad y protección contra las inclemencias del tiempo al cuerpo humano; y por el otro lado están los desperdicios o sobrantes. Los desperdicios o sobrantes, conjuntamente con aquellas prendas de vestir que se encuentran a disposición en la fase de retiro, a través de un reproceso se pueden convertir en un otro producto, conocido como borra con un valor agregado; para llevar acabo esta operación se requiere de una herramienta, la cual, es el objeto de estudio de este trabajo. En la figura No. 2.8 se describe el ciclo de vida de los textiles

78 CAPÍTULO II CICLO DE VIDA DEL PRODUCTO Figura No Ciclo de vida de los textiles

79 CAPÍTULO II CICLO DE VIDA DEL PRODUCTO Etapa de hilado es muy variada, dependiendo el tipo de fibra que se trate y de su origen; el objetivo es formar un hilo, este es el nombre genérico de un conjunto de fibras que se tuercen juntas y juega un papel muy importante en la determinación del tacto y el comportamiento de la tela. Los hilos pueden reforzar el buen comportamiento de la fibra o compensar con algunas propiedades deficientes; la efectividad de un acabado depende de la selección adecuada del hilo, la mayoría de estos pueden reconocerse e identificarse con facilidad. La máquina de hilatura enreda el hilo sobre una bobina; más tarde, el hilo se enreda en carretes o conos y se considera como producto terminado, a menos que requiera algún tratamiento adicional, como ondulado, torcido, texturizado o acabado. El hilo se encuentra listo para utilizarlo en la unión de cortes para dar vida a diferentes formas ó para el proceso de tejido. Etapa de tejido. Una tela es una estructura más o menos plana, lo bastante flexible como para transformarse en prenda de vestir y en textiles de uso domestico, así como para usos industriales en donde se requiere cierta flexibilidad. Las telas se fabrican a partir de soluciones, directamente de fibras, hilos y de la combinación de estos elementos junto con una tela o material hecho previamente. El proceso de fabricación de las telas determina el aspecto y la textura, su aspecto durante el uso y la conservación y el costo. Las telas tejidas se elaboran con dos ó más conjuntos de hilos entrelazados perpendicularmente, los que corren en dirección longitudinal se les llama hilos de urdimbre y los que van en dirección transversal son los hilos de trama o de relleno. Los hilos de urdimbre se sostienen entre dos soportes y los hilos de trama se insertan y compactan para formar la tela. El tejido consiste en las siguientes etapas: Formación de la colada. La elevación de uno ó más lisos para separar lo hilos de urdimbre y formar una colada

80 CAPÍTULO II CICLO DE VIDA DEL PRODUCTO Picada. Pasar la lanzadera a través de la colada para insertar la trama. Ajuste de la trama. El peine empuja el hilo de trama para acomodarlo y apretarlo en su sitio en la tela. Enrollado. La tela termina enrollada sobre el enjulio delantero de enrollado CICLO PRODUCCIÓN-CONSUMO DE LOS TEXTILES. Etapa de manufactura. Es el 1er. proceso en el ciclo producción-consumo de los textiles. Consiste en dar forma a tan variadas formas y figuras, a través de un proceso que consiste en: seleccionar la tela, tender la tela en las mesas de corte, cortar las telas, unir ó coser los cortes utilizando diferentes máquina dependiendo del modelo de la prenda, empacar en cajas ó en bolsas según sea el caso y trasladar el producto al almacén para su distribución. Etapa de distribución. Es el 2do. proceso en el ciclo producción-consumo de los textiles. Consiste en transportar el producto a los puntos de distribución y venta a usuario. Etapa de uso. Es el 3er. proceso en el ciclo producción-consumo de los textiles. Los usos de los productos son muy variados; en la industria automotriz, en la medicina, en la militar, etc. El objetivo principal es el de cubrir el cuerpo humano, dando estética, comodidad a los lujares de trabajo y el hogar. Etapa de retiro. Es el 4to. Proceso en el ciclo producción-consumo. Una vez que el producto ha finalizado su etapa de utilización, se puede reciclar para obtener la borra, manejar controladamente como desperdicio que se tira, utilizarlo como combustible o reutilizarlo para la limpieza

81 CAPÍTULO II CICLO DE VIDA DEL PRODUCTO 2.12 CICLO PRODUCCIÓN-CONSUMO DE LA BORRA. La borra es un nuevo producto que se obtiene del reciclado de los desperdicios o sobrantes textiles. Su ciclo producción-consumo se divide en cuatro fases, las cuales se describen de la siguiente manera: Selección del desperdicio Manufactura Corte de los desperdicios en tramos de 10x10 cm. Alimentación de la máquina. Desfibrar las telas seleccionadas. Recolectar, prensar y empaquetar la borra. Distribución Transportación de la borra Distribución y venta a usuario. Usos En relleno de colchones, Colchonetas, sofá, almohadas La fabricación de cobijas. Retiro Una vez que el producto ha finalizado su etapa de utilización, se puede manejar controladamente como desperdicio que se tira o se reutiliza. Figura No Ciclo producción-consumo de la borra

82 CAPÍTULO II CICLO DE VIDA DEL PRODUCTO 2.13 CICLO PRODUCCIÓN-CONSUMO DE LA MAQUINA DESFIBRADORA. La máquina desfibradora, surge dentro del ciclo de vida de los textiles como una herramienta para reciclar los sobrantes o desperdicios. En la figura No se describe su ciclo producción-consumo. Corte (s. circular, cizalla) Torno, fresa, dobladora Taladro, soldadura, Detallado y pintura Las piezas de madera se pueden reutilizar o incorporar a la naturaleza y las partes de acero se reciclan en una fundidora. MANUFACTURA RETIRO DISTRIBUCIÓN USO Transportar la máquina al área de operación Instrucciones de operación y mantenimiento para el desfibrado Figura No Ciclo producción-consumo de la máquina desfibradora SUMARIO. En este capítulo, se ha mencionado específicamente el ciclo de vida de los textiles, ya que el tema central de este trabajo de tesis es precisamente un producto textil, ha quedado claro que este ciclo de vida esta compuesto en general por: el origen de la borra, hilado, tejido, manufactura, distribución, uso y retiro. De una manera más particular la fase de manufactura del producto textil es particularmente importante ya que en esta fase, se obtiene material de desperdicio que puede ser reciclado para su reutilización. También en la fase del retiro del producto sería posible obtener material de desperdicio para su reciclado. En le figura No. 2.8; se

83 CAPÍTULO II CICLO DE VIDA DEL PRODUCTO propone la fabricación de borra, como un subproducto del reciclado del textil original, y se muestra verticalmente como un ciclo de vida secundario. Así mismo en la figura No. 2.8; se considera como herramienta de transformación una máquina de desfibrado, la cual, en su momento deberá ser utilizada como una máquina con un ciclo de vida. Tanto el proceso de elaboración de la borra como el proceso de diseño de la máquina desfibradora serán tema de estudio de los siguientes capítulos. Por otro lado el punto relativo a la morfología del diseño en el cual se mencionan las 7 etapas de diseño como: estudio de factibilidad, diseño preliminar, diseño de detalle, planeación para la producción, planeación para la distribución, planeación para el uso y planeación para el retiro, es conveniente mencionar que las primeras tres fases de diseño que forman un conjunto primario y son la preocupación principal del grupo de diseño, mientras que las otras cuatro, que concluyen una parte secundaria, emanada del ciclo producción-consumo, tienen una influencia tan fuerte en el diseño, que deben ser consideradas en detalle en el esfuerzo total del diseño. Todo lo anteriormente descrito en este capítulo, da origen a considerar entre otros, los siguientes parámetros: La confiabilidad. La conveniencia en uso. Estética del diseño. La economía operacional. La Seguridad. Para su operación. Duración adecuada del servicio. Costos de fabricación y de venta. Tipo de controles y energía requerida para su operación. Tipo de mantenimiento. Para salvaguardar la vida de la máquina

84 CAPÍTULO II CICLO DE VIDA DEL PRODUCTO 2.15 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS. 2.1 http// 2.2 Morris Asimov; Introducción al proyecto, Herrero Hnos. sucs S. A.; 5 a edición; pp 2.3 Ramos W. J.; Diseño Mecánico; 2 a edición; IPN SEPI-ESIME, agosto del pp 2.4 Morris Asimov; Introducción al proyecto, Herrero Hnos. sucs S. A.; 5 a edición; pp 2.5 Elwood S. Buffa, Rakesh K. Sarin; Administración de la producción y de las operaciones; 1 a Edición; Edt. Limusa; ,38 y 42pp 2.6 Elwood S. Buffa; Administración de operaciones, 1 a Edición; Edt. Limusa; pp 2.7 Ramos W. J.; Diseño Mecánico; 2 a edición; IPN SEPI-ESIME; agosto del pp 2.8 Ibáñez G. J. M.; La Gestión del diseño en la empresa; Edt. McGraw Hill; ,178 y185pp 2.9 J. Hopeman R.; Administración de la producción y operaciones; 12 a Edición; Edt. CECSA; pp 2.10 Ibáñez G. J. M.; La Gestión del diseño en la empresa; Edt. McGraw Hill; pp 2.11 Urriolagoitia C. Guillermo; Apuntes de Diseño Mecánico; 1 a edición; IPN SEPI- ESIME; pp

85 CAPÍTULO III METODOLOGÍA Y ANÁLISIS DEL CASO DE ESTUDIO CAPÍTULO III METODOLOGÍA Y ANÁLISIS DEL CASO DE ESTUDIO. En el capítulo II, se describió el ciclo de vida de los textiles, en el cual, la máquina desfibradora surge como una herramienta para reciclar los desperdicios y sobrantes, así también aquellas prendas de vestir que se encuentran en la etapa de retiro. Con la operación de reciclaje se obtendrá un nuevo producto conocido como borra, lo importante del ciclo de vida que experimenta este producto en el mercado, radica en lo siguiente; entre mayor sea el consumo de los textiles mayor será la cantidad de desperdicios que se obtendrán y como consecuencia se requerirá de una mayor capacidad de desfibrado; en la actualidad se requiere de una capacidad de desfibrado de 4,000 kg-día. Durante el desarrollo del capitulo III, se hace uso del método de diseño, llamado diseño de ciclo de vida, para obtener una máquina que satisfaga las expectativas y necesidades de las dos personas que se dedican a separar los desperdicios textiles (telas base acrílico o poliéster); dicho método puede agruparse dentro de los llamados modelos descriptivos, ya que proporciona información muy detallada acerca de lo que se debe realizar durante el proceso de diseño. No obstante esto, abarca en buena medida a los llamados procedimientos sistemáticos. Lo importante de este método es que se aplica solamente para el diseño mecánico e integra dentro de la metodología que propone, varios de los diferentes métodos de diseño (la técnica QFD (Quality Function Deployment), el método de diseño conceptual y el diseño de detalle); abarcando el problema en forma general, esto es independientemente del tamaño del diseño y de las personas que lo realizan [3.1]. Dada la amplia variedad de métodos que lleva involucrados el modelo por ciclo de vida, sugiere inicialmente identificar el tipo de problema a resolver para posteriormente elegir solo aquellos métodos que se consideran adecuados para solucionar el problema de diseño planteado

86 CAPÍTULO III METODOLOGÍA Y ANÁLISIS DEL CASO DE ESTUDIO 3.1 NECESIDAD. En los puntos anteriores se describió los destinos que se le dan a los desperdicios textiles (telas base acrílico y poliéster), surgiendo la necesidad de diseñar una herramienta que sea capaz de reciclarlas y convertirlas en otro producto, con un valor agregado como lo es la borra. 3.2 ALCANCES. Los trabajos de diseño de la máquina desfibradora se limitan únicamente a la realización de los planos de construcción de cada uno de los elementos mecánicos de la máquina, de los subensambles y del plano general de ensamble final; incluyendo en cada plano la selección del material y elementos correspondientes, así mismo se realizará un maestro de partes para facilitar la identificación de partes compradas y manufacturadas. La máquina a diseñar debe tener una capacidad de desfibrado de 250 Kg/hra. Con las siguientes características generales: aspectos de seguridad, economía y confiabilidad poniendo gran atención a los aspectos estéticos del ensamble, de tal manera que la forma y la apariencia sea lo más agradable posible. Por último de acuerdo a los costos de los materiales de cada elemento y de la mano de obra a utilizar se estimará un costo final de la máquina

87 CAPÍTULO III METODOLOGÍA Y ANÁLISIS DEL CASO DE ESTUDIO 3.3 METODOLOGÍA DE DISEÑO. En la figura 3.2, se formula un plan para satisfacer una necesidad [3.4]. En principio la necesidad que habrá de ser satisfecha esta bien determinada y clara, la cual no requiere un esfuerzo mental considerable para enunciarla claramente como un problema que demanda solución. Diseñar es un conjunto de actividades que apoyadas en los conocimientos, la experiencia, el ingenio y el intelecto; pretende resolver necesidades humanas, anticipando a través de las ideas, los medios con los cuales se busca satisfacer esas necesidades [3.5]. Al aplicar la metodología de diseño basada en el ciclo de vida. Los problemas de diseño que se enfrentarán están sujetos siempre a determinadas restricciones para su resolución; la solución obtenida para este problema de diseño podría ser la óptima, el cual tiene un propósito concreto, la obtención de un resultado final al que se llegará mediante una acción determinada que es el diseño de la máquina desfibradora. 3.4 ENFOQUE DE DISEÑO. El dibujo a obtener en este trabajo se considera creativo por que busca la representación anticipada de algo que no existía todavía y no se considera reiterativo por que no busca repetir o modificar para adecuar lo ya existente [3.5]. Según el tipo de conocimiento que se empleará para la realización de este trabajo, el dibujo puede ser completamente empírico como lo hacían los hombres en las culturas antiguas, ó científico-tecnológico como se hace en la actualidad, o una combinación de la experiencia y el conocimiento obtenido de la ciencia. De acuerdo a la función del producto, el diseño puede considerarse artístico cuyos productos pretenden cumplir una función de estima y técnico cuyos productos tienen una finalidad de uso [3.5] como lo es la máquina desfibradora

88 CAPÍTULO III METODOLOGÍA Y ANÁLISIS DEL CASO DE ESTUDIO Tomando en cuenta las tecnologías previstas para la fabricación de los productos, el diseño puede estar enfocado a la producción artesanal o a la producción industrial en la que se encuentra enfocado el diseño a obtener. En la artesanal no se puede esperar que las características del producto se repitan idénticamente y que exista intercambiabilidad entre ellos. Por otra parte en la producción industrial se pretende asegurar la intercambiabilidad de los productos a través de la normalización y la reproducción idéntica utilizando maquinaria. Diseño empírico Diseño científico Por los conocimientos empleados Diseño artístico Diseño técnico Por la función del producto ENFOQUE DE DISEÑO Diseño artesanal Diseño industrial Por la tecnología de fabricación Figura No. 3.1 Enfoque de diseño. 3.5 LOS DIFERENTES PROBLEMAS DE DISEÑO MECÁNICO. En la actualidad se puede encontrar con dispositivos mecánicos que gracias a los avances tecnológicos, en la computación y en los componentes mecánicos, electrónicos, eléctricos y de programas de control, aunado con la inteligencia humana se realizan varias interrelaciones entre los elementos anteriores, logrando armar objetos altamente sofisticados [3.6]. No obstante a tan cambiante tecnología, prevalece la importancia del diseño desde el punto de vista mecánico; debido a ésto a continuación se mencionan los diferentes problemas típicos de diseño mecánico

89 CAPÍTULO III METODOLOGÍA Y ANÁLISIS DEL CASO DE ESTUDIO 1.- DISEÑO DE SELECCIÓN.- Éste se refiere a seleccionar entre varias opciones existentes y que están disponibles en el mercado, la que puede referirse a una pieza cómo un rodamiento, un tornillo, hasta conjuntos completos. 2.- DISEÑO DE CONFIGURACIÒN.- Es una forma de diseño más complicada ya que todos los elementos han sido diseñados y el problema es como ensamblarlos; se trata de acomodar una serie de elementos seleccionados o diseñados para elaborar un conjunto; en las que las restricciones más importantes son el espacio disponible y la facilidad de tener acceso a su interior para una posible reparación. Por Ejemplo, los componentes de una computadora, juguetería y muebles entre otros. 3.- DISEÑO PARAMÉTRICO.- Consiste en encontrar valores para las variables o parámetros que caracterizan al objeto que se está estudiando. Por Ejemplo, un tanque de almacenamiento cilíndrico que está dado por las variables de longitud, volumen y radio. 4.- DISEÑO ORIGINAL.- Es cualquier proceso, componente o producto, ensamble que no haya existido antes. 5.- REDISEÑO.- Consiste en modificar un producto ya existente que cumpla requerimientos ya existentes como base para generar un nuevo producto. 6.- DISEÑO POR EXTRACCIÒN DE TECNOLOGÍA.- Se lleva a cabo cuando se toma como referencia otro objeto ya existente para reproducirlo total o parcialmente; desarmándolo, midiéndolo cuidadosamente y analizando sus materiales. De acuerdo al objetivo trazado en este trabajo de tesis el diseño a obtener se considera como un diseño original ya que no ha existido una máquina desfibradora anterior con las características requeridas. Una de las personas que se dedican a separar los desperdicios textiles, ensamblo empíricamente una máquina, la cual dejo de funcionar hace aproximadamente 15 años por resultar

90 CAPÍTULO III METODOLOGÍA Y ANÁLISIS DEL CASO DE ESTUDIO inoperante; en la actualidad no existen planos, cálculos o diagramas físicos que cumplan con los requerimientos para tomarlos como base para este trabajo. Por lo anterior, no puede considerarse este trabajo como rediseño. 3.6 PROCESO DE DISEÑO BASADO EN EL CONCEPTO DE CICLO DE VIDA DEL PRODUCTO. Un método es una manera de decir o hacer con orden una cosa, planteando una serie de actividades a realizar para lograr el propósito, basándose en principios o preceptos lógicos y coherentes aplicándose con gran generalidad [3.1]. La metodología es la ciencia del método, es el conjunto de métodos que se siguen durante el desarrollo de un trabajo o una investigación. Para proceder en el diseño mecánico se requiere de la aplicación de varios métodos en sus diferentes etapas, es por ello que se refiere como metodología del diseño; la cual plantea los pasos a seguir, para que, con la aplicación de los diferentes conocimientos y experiencias provenientes de otras fuentes, se puede llegar al desarrollo y construcción del producto desde la comprensión del problema hasta llegar a generar toda la información requerida para que se haga factible su fabricación, uso, conservación y retiro. El proceso de diseño basado en el concepto de ciclo de vida del producto que se describirá a continuación consiste en seis fases; de acuerdo a este método independientemente si el producto es diseñado para una pieza simple ó para un equipo de producción el producto tiene un ciclo de vida; de lo cual ya se habló en el Capítulo II. FASE No. 1.- Desarrollo de especificaciones/planeación. FASE No. 2.- Diseño conceptual. FASE No. 3.- Diseño del producto. FASE No. 4.- Producción. FASE No. 5.- Servicio. FASE No. 6.- Retiro del producto

91 CAPÍTULO III METODOLOGÍA Y ANÁLISIS DEL CASO DE ESTUDIO De acuerdo al objetivo planteado en este trabajo, se aplicarán las tres fases primeras, las cuales se enfocan al diseño del producto, y se debe enfatizar lo suficiente en cada una de ellas como fundamento metodológico para la solución del problema de diseño, a medida que se hace referencia a las diferentes técnicas de diseño utilizadas siempre se asumirá lo referente al ciclo total con la finalidad de que exista la debida retroalimentación entre cada fase. Haciendo referencia a las fases de producción, servicio y manufactura. 3.7 DESARROLLO DE ESPECIFICACIONES. En esta fase se representan las técnicas utilizadas para establecer las especificaciones del proceso de diseño [3.7]. El objetivo es establecer claramente los requerimientos del producto en términos de funcionalidad y otras especificaciones. En la siguiente figura No. 3.2; se muestra la estructura de las especificaciones, basada en los elementos y modelos del ciclo de vida descritos en los puntos 2.6 y 2.7 del capítulo anterior; las cuales son: La primera es formar un grupo de trabajo; en el que se involucre por lo menos un representante de las diferentes áreas (ventas, planeación y control de la producción, producción, diseño, manufactura y mercadotecnia entre otras) coordinados por un líder con conocimientos de la metodología de diseño. En segundo lugar esta la utilización de las seis etapas de la técnica QFD (Quality Function Deployment). Los cuatro pasos de la metodología del diseño conceptual. Y por último el uso del diseño de detalle

92 CAPÍTULO III METODOLOGÍA Y ANÁLISIS DEL CASO DE ESTUDIO Figura No. 3.2 El proceso de diseño del producto

93 CAPÍTULO III METODOLOGÍA Y ANÁLISIS DEL CASO DE ESTUDIO Las tareas del equipo de diseño deben desarrollarse bajo los siguientes objetivos: Comprender el problema a resolver. Descomponer el problema en partes lo suficientemente simples para su manejo. Generar y controlar la información que se produzca. Planificar las actividades LA TÉCNICA QFD (QUALITY FUNCTION DEPLOYMENT). El objetivo de esta técnica es integrar los requerimientos y expectativas de los clientes al proceso de diseño, la cual se inicia desarrollando los requerimientos del cliente para el producto, los requerimientos y expectativas del cliente son utilizados para que el producto sea competitivo en el mercado y para generar requerimientos de ingeniería ó especificaciones. Por otra parte, las funciones de calidad son todas las actividades que contribuyen a formar la calidad del producto: la planificación, el diseño, la producción, el control, etc. A continuación se describen las seis etapas para la comprensión del problema, según la técnica del QFD. Esta técnica fue desarrollada en Japón a mediados de 1970, se sistematizó originalmente en los astilleros Kobe de Mitsubishi, y se introdujo en Estados Unidos de Norte América a fines de 1980 [3.8], por Yiji Asao uno de los creadores, desde entonces se ha venido considerando en la industria Norte Americana como la metodología más poderosa para poner en relieve los requerimientos de calidad del producto. Toyota utilizó esta técnica para uno de sus productos y fue capaz de reducir los costos de introducir un nuevo modelo de automóvil alrededor de un 60% y reduciendo a una tercera parte el tiempo para su desarrollo. Estos resultados se obtuvieron mientras trabajaban en la mejora de la calidad del producto

94 CAPÍTULO III METODOLOGÍA Y ANÁLISIS DEL CASO DE ESTUDIO IDENTIFICACIÓN DEL CLIENTE. Para este proyecto de investigación los clientes son las personas que se dedican a la separación de los desperdicios de las industrias manufactureras textiles en Zacualtipan. La máquina desfibradora tendrá más de un cliente externo o interno [3.9]; los clientes externos son los que venden las refacciones, los distribuidores, almacenistas y los clientes internos son: los operarios, el personal de mantenimiento, supervisores; y son estos los que harán comentarios de la calidad o la falta de la misma; acerca de lo que él quiere (necesidades) y espera (expectativas) de la máquina y de la forma en que se van satisfaciendo. La técnica del QFD recomienda que se debe considerar lo que los clientes quieren y no la visión ó experiencia del diseñador; y si los requerimientos y expectativas de los clientes son los datos de entrada para la aplicación del QFD, lo primero que se define es a quienes se considerarán como clientes DETERMINACIÓN DE LA REQUERIMIENTOS DEL CLIENTE. Los medios que se utilizaron para obtener la información de los clientes es a través de las encuestas directas [3.10]; lo importante de esto, es que la información obtenida es efectivamente lo que los clientes esperan del trabajo de diseño. A continuación se enlistan una serie de requerimientos y expectativas de los clientes de acuerdo a los parámetros descritos en el capítulo II. Bajo costo de fabricación. Que su operación sea sencilla. Debe ser fácil de fabricar. Que la operación sea segura. Las reparaciones y el mantenimiento deben ser sencillos. Los costos de reparar y del mantenimiento deben ser bajos

95 CAPÍTULO III METODOLOGÍA Y ANÁLISIS DEL CASO DE ESTUDIO Debe ser de un precio competitivo. Aceptable tiempo de recuperación de la inversión. Que su volumen de producción sea rentable PONDERACIÓN DE LOS REQUERIMIENTOS DEL CLIENTE. El objetivo de este punto consiste en ordenar la información y ponderar los requerimientos y expectativas de los clientes para identificar cuáles son aquellos que entran en la clasificación de obligatorios y cuales en la de deseables [3.11]. Los requerimientos obligatorios son aquellos cuyo cumplimiento es indispensable, sin ellos el producto seria no satisfactorio. Los requerimientos deseables son los que admiten cierta flexibilidad, pueden cumplirse o no en su totalidad y el producto se considera como satisfactorio [3.5]. REQUERIMIENTOS OBLIGATORIOS A. Bajo costo de fabricación. B. Que su operación sea sencilla. C. Aceptable tiempo de recuperación de la inversión. D. Debe ser de un precio competitivo. E. Que su volumen de producción sea rentable. REQUERIMIENTOS DESEABLES a) Debe ser fácil de fabricar. b) Que la operación sea segura. c) Las reparaciones y el mantenimiento deben ser sencillos. d) Los costos de reparar y del mantenimiento deben ser bajos. Tabla No. 3.1 Clasificación de los requerimientos. Uno de los parámetros a considerar, como requerimiento obligatorio en el diseño de la máquina para la solución del problema (descrito en el capítulo I), es la capacidad de desfibrado, que es igual a 2,000 Kg/día (para cada cliente) entre 8 horas (1 turno de trabajo), es igual a 250 kg/hora. A los requerimientos obligatorios se les asigna el mismo grado de prioridad, ya que todos son importantes por lo que se dedicará todo el esfuerzo para poderlos cumplir totalmente [3.12]. Son los requerimientos deseables los que

96 CAPÍTULO III METODOLOGÍA Y ANÁLISIS DEL CASO DE ESTUDIO se ponderarán basándose en una comparación por pares, comparando cada uno con el resto y determinar cual es el más o menos importante. La cantidad de comparaciones C = N(N-1)/2 donde: N es el número de requerimientos deseables; por lo tanto: C = 4(4-1)/2 = 6. Para determinar la Importancia Relativa (IR) se considera la sumatoria de los signos (+) dividida entre la cantidad de comparaciones y multiplicada por 100. a b c d (+) IR (%) a b c d Total = Tabla No. 3.2 Ponderación de los requerimientos deseables. El requerimiento deseable con mayor importancia es el identificado con la letra b (que al operar la máquina sea segura), los requerimientos deseables a, c, y d tienen una importancia gradualmente menor uno del otro, los resultados son la base para que sean tomados en cuenta de acuerdo a su grado de importancia ESTUDIO DE COMPARACIÓN (BENCHMARCKING). La máquina objeto de diseño de este trabajo, no tiene competencia, es decir, no existe una empresa nacional o internacional que fabrique máquinas con las características aquí descritas; la idea surge de las figuras No , que fueron tomadas de un taller de reparación de una empresa que fabrica cobijas, estas máquinas forman parte de un mecanismo automatizado ensamblado en serie para fabricar grandes cantidades de borra para cobijas;

97 CAPÍTULO III METODOLOGÍA Y ANÁLISIS DEL CASO DE ESTUDIO por lo que aquí solo se plantea la existencia de estas máquinas como una referencia que podría contribuir al desarrollo de ideas propias aplicables en la metodología de diseño ya que el análisis comparativo consiste en estudiar los productos de la competencia para determinar, en qué grado, estos productos satisfacen todos los requerimientos y expectativas de los clientes, es decir, determinar los puntos fuertes y débiles de los productos de la competencia, en relación con los que los clientes esperan encontrar [3.13]. Figura No. 3.3 Máquina Smith and Furbush (I). Figura No. 3.4 Máquina Foremost Grinder (II). Figura No. 3.5 Máquina MUDRICK 42" (III). Figura No. 3.6 Máquina ARP CS-3000 (IV) TRADUCCIÓN DE LOS REQUERIMIENTOS DEL CLIENTE EN TÉRMINOS MENSURABLE DE INGENIERÍA. Este es un punto en el que se requiere la mayor atención por parte del equipo de diseño ya que es una etapa decisiva dentro del proceso de diseño ya que se busca integrar los requerimientos de los clientes en dicho proceso [3.8]. Se trata de convertir un lenguaje que generalmente es subjetivo (requerimiento del cliente) en otro mucho mas objetivo, que pueda medirse y controlarse. En

98 CAPÍTULO III METODOLOGÍA Y ANÁLISIS DEL CASO DE ESTUDIO algunos casos los requerimientos de los clientes están planteados en términos técnicos perfectamente mensurables, para los cuales no es necesario hacer ninguna traducción. Ref. Requerimiento no mensurable Requerimientos traducidos Valor Unidad a b c d Debe ser fácil de fabricar. Que la operación sea segura. Las reparaciones y el mantenimiento deben ser sencillos. Los costos de reparar y del mantenimiento deben ser bajos. - Utilizar procesos y equipos de manufactura convencional. - El operario debe conocer los puntos de entrada y salida del producto así como las partes en movimiento. - Usar el equipo básico de protección personal. - Desmontar como máximo tres piezas para dar el servicio de mantenimiento. - $ 5, Por reparación o Mantenimiento una por año 100 % 100 % < 3 Pzas. <$5,000 Pesos Tabla No. 3.3 Traducción de los requerimientos. Requerimientos deseables Máquina fácil de fabricar [3.15]. En la medida de lo posible, evitar procesos especiales de manufactura. Se deben considerar tanto las tolerancias de los elementos críticos como de los elementos no esenciales. No diseñar elementos difíciles con tolerancias muy cerradas. Que la operación sea Segura. Proteger las partes en movimiento (guardas de protección), se debe considerar la localización de los mandos de control y puntos de entrada y salida del producto. Además, se debe evitar posiciones incómodas del usuario durante la operación. Las reparaciones y el mantenimiento deben ser sencillos. Debe tomarse en cuenta, la cantidad de puntos de servicio; así como la cantidad de elementos a desmontar, para dar mantenimiento a un sistema o elemento, tanto preventivo como correctivo. Los costos de reparación y del mantenimiento deben ser bajos. Se considera,

99 CAPÍTULO III METODOLOGÍA Y ANÁLISIS DEL CASO DE ESTUDIO principalmente, el nivel del técnico de mantenimiento, el equipo y herramientas necesarias para proporcionar el servicio, así como los consumibles utilizados. Los $5, o menos considerados incluye salario del técnico ($1,500.00), y los $3,500 o menos restantes para refacciones (datos obtenidos de la experiencia de los clientes) FIJACIÓN DE METAS DE DISEÑO. Cada meta de diseño debe expresar una característica mensurable que debería tener la máquina a diseñar y que se debe alcanzar a través del proceso de diseño. Si los requerimientos y expectativas de los clientes son lo suficientemente precisos, se convierten directamente en metas de diseño. En este punto se determina si la máquina podría llevar incorporadas características, que aunque no fueron expresadas como requerimiento por los clientes, podrían aumentar el valor agregado [3.16]. En la construcción de la casa de la calidad tabla No. 3.4, los datos de entrada son los requerimientos y expectativa de los clientes. Aporta un gran número de beneficios, ya que ayuda a obtener un producto de calidad, eliminando el tiempo de introducción, facilitando el trabajo en equipo involucrando a los clientes, estos retroalimentan al equipo con información que se traduce en requerimientos específicos, que después de evaluarse se obtienen las metas de diseño que posteriormente se convertirán en especificaciones que se deben cumplir. Como se puede observar, el primer requisito que se debe cumplir es que la máquina sea segura para su operación, el segundo es que la máquina sea sencilla para fabricarla, el tercero es de que al realizar el mantenimiento no exista ninguna complicación para desmontar y montar las piezas y por último se debe cuidar que las refacciones y la mano de obra para dar el mantenimiento no sean costosas y que estén al alcance (mercado). Los requerimientos deseables tienen la misma prioridad, por lo que se irán cumpliendo a través del desarrollo de diseño

100 CAPÍTULO III METODOLOGÍA Y ANÁLISIS DEL CASO DE ESTUDIO Realizando una mejora: Se mantiene o se reduce. Se mantiene Se mantiene o aumenta Reduce Aumenta Tabla No. 3.4 Casa de la calidad

101 CAPÍTULO III METODOLOGÍA Y ANÁLISIS DEL CASO DE ESTUDIO 3.8 METODOLOGÍA DEL DISEÑO CONCEPTUAL. Esta metodología se basa en la siguiente frase Primero la función y después la forma, es decir, antes de comenzar con la definición de las formas (el como ), es necesario tener identificadas todas las funciones (el que ) que debe realizar el producto para que pueda responder a las expectativas de nuestros clientes. El que son todas las funciones que se espera que la máquina realice y que a continuación se determinaran. El como se refiere a la generación de conceptos que ayuden a dar la forma y a la posible solución de cada función. A continuación se describen los tres diferentes pasos REVISIÓN DE LOS REQUERIMIENTOS DEL CLIENTE. El objetivo consiste en establecer el enlace entre la primera etapa del proceso de diseño del QFD y la etapa conceptual, realizando la revisión de los resultados y la comprensión completa de las metas de diseño, con la finalidad de establecer la función global de servicio [3.17]. La función global de servicio de la máquina representa la utilidad que desempeña un elemento o un conjunto completo, la cual lleva implícita una acción, es decir alguna transformación que se puede describir en flujos lógicos de materia, de energía, de información o una combinación de ellas. Estado inicial - Desperdicio textil telas (base acrílico o poliéster) - Motor de CC, - Motor de CA. - Información de la operación. Desfibrar las telas (base acrílico o poliéster) para obtener un producto conocido como Borra. Estado final - Tela desfibrada (Borra) - Energía mecánica. - Temperatura - Información de seguridad e higiene. Figura No. 3.7 Función mecánica de la máquina

102 CAPÍTULO III METODOLOGÍA Y ANÁLISIS DEL CASO DE ESTUDIO Las líneas dobles representan los flujos de material, las líneas continuas representan los flujos de energía y las líneas punteadas representan los flujos de información. De la figura No. 3.7; se concluye que, la función global de servicio que realizará la máquina se ve como una caja negra, por un lado se tiene la entrada de los flujos de energía, material e información, estos son convertidos para cumplir con la función global, en otros flujos de energía, material e información de salida. Dicha función global de servicio, ayudará a reducir el problema ambiental planteado en el capítulo I LÍMITES DEL SISTEMA. La máquina a diseñar, debe ser visto como un sistema por medio del cual debe poderse llevar a cabo la función global prevista [3.18]. El entorno de la máquina es todo aquello que lo rodea que tiene incidencia sobre la función global, es el conjunto de los elementos físicos y humanos (energía, materia, operario, atmósfera, etc.) que están en relación con la máquina durante su ciclo de vida. Por lo anterior, se realiza un diagrama tipo pulpo figura No. 3.8 para representar los limites y el entorno que rodea la máquina y con los cuales, tendrá que interactuar para llevar acabo las subfusiones que le darán sentido a la función global de servicio de la máquina desfibradora

103 CAPÍTULO III METODOLOGÍA Y ANÁLISIS DEL CASO DE ESTUDIO Telas Mantenimiento Energía eléctrica. A1 A2 Desfibradora de desperdicio textil (telas base acrílico o poliéster) Refacciones A3 A 5 A 4 Operador Medioambiente Descarga de la Borra. Figura No. 3.8 Diagrama tipo pulpo de los límites y entorno del sistema. Las funciones de servicio se enlistan acontinuación: A1 A2 A 3 A4 A5 Dar mantenimeinto y utilizar las refacciones. Conectar y Encender la máquina. Evitar fugas de polvos. Desfibrar las telas para obtener la Borra. Operación eficiente de la máquina. De esta lista de funciones, la función A4 llamada Desfibrar las telas para obtener la Borra, es la que da sentido a la existencia de la Máquina desfibradora y por lo tanto es la que se determina como la función global de servicio, las otras cuatro restantes se les denomina funciones complementarias. A continuaciòn se realiza una clasificación por su naturaleza e importancia:

104 CAPÍTULO III METODOLOGÍA Y ANÁLISIS DEL CASO DE ESTUDIO A1 A 2 A3 A 4 A5 Clasificación por naturaleza A1-A5 Clasificación por su importancia A1-A5 Función de uso A1-A5 Función de estima A5 Función global A4 Función complementaria A 1, A 2, A 3 y A 5 Figura No. 3.9 Clasificación de las funciones de servicio. Con lo anterior se concluye, que cuando se establecieron los límites del sistema fue importante tomar en cuenta tanto los elementos del entorno que tienen relación con la máquina, como el tipo de relación entre la máquina y cada uno de los elementos, obteniendo varias funciones de servicio, las cuales se clasificaron por su naturaleza e importancia DESCOMPOSICIÓN FUNCIONAL. El modelo funcional consiste en el conjunto de funciones que es necesario que realice la máquina para que sea capaz de proveer el servicio que los clientes esperan. Se determinan con la ayuda de una técnica llamada Análisis funcional descendente. Control de alimentación Orden de inicio Presencia de las telas Control de contaminación y ruido Energía Eléctrica Desperdicio textil (telas) Información de operación DESFIBRAR EL DESPERDICIO TEXTIL (TELAS BASE ACRÍLICO O POLIÉSTER) A-0 Energía mecánica Tela desfibrada (Borra) Polvo y ruido Seguridad e higiene Máquina desfibradora de desperdicio textil (telas base acrílico o poliéster) Figura No Diagrama funcional A

105 CAPÍTULO III METODOLOGÍA Y ANÁLISIS DEL CASO DE ESTUDIO Control de alimentación Orden de inicio Presencia de las telas Control de contaminación y ruido Energía Eléctrica A 2 A 3 Seguridad e higiene Polvo y ruido Desperdicio textil (telas) A 4 Tela desfibrada (Borra) Información de operación Refacciones A 1 A 5 A 0 Información de salida Energía mecánica Refacciones usadas Máquina desfibradora de desperdicio textil (telas base acrílico o poliéster) Figura No Análisis funcional descendente. En la figura No se muestra el diagrama funcional descendente A 0 construido a partir de los subsistemas de la Máquina desfibradora de desperdicio textil (telas base acrílico o poliéster); estos subsistemas corresponden a las funciones complementarias a la función global. Control de alimentación Presencia de las telas Energía Eléctrica A 41 Energía mecánica Desperdicio textil (telas) A 42 Información de salida Información de operación A 43 A 4 Tela desfibrada (Borra) Desfibrar las telas para obtener la Borra. Figura No Análisis funcional A 4, subfunciones A 41, A 42, y A

106 CAPÍTULO III METODOLOGÍA Y ANÁLISIS DEL CASO DE ESTUDIO En la figura 3.12 se mencionan los nombres de las subfunciones de la función A4. Como en este nivel fueron cumplidos los objetivos deseados no es necesario continuar con ninguna otra descomposición funcional. Este proceso ha permitido descomponer el problema total en un subsistema para comprender mejor el problema y manejarlo con mayor facilidad por lo que posteriormente se proceda a la generación de conceptos. En conclusión la información obtenida de la descomposición funcional descendiente permite descomponer el problema de diseño en una serie de subsistemas que se pueden manejar con mayor facilidad, preparando el terreno para llevar acabo la generación de conceptos a partir de las subfunciones que se identificaron en los diferentes niveles de la descomposición funcional, centrando la atención en definir nada más a las funciones necesarias para lograr cumplir con el objetivo planteado para la solución del problema GENERACIÓN DE CONCEPTOS. El objetivo de este punto es el de generar el mayor número de conceptos de diseño con la finalidad de estimular el hallazgo de soluciones innovadoras [3.19]. Al finalizar se debe tener claro un concepto de diseño que sirva de referencia para la siguiente fase del diseño de detalle de la máquina desfibradora. Conociendo los diferentes sistemas y sus funciones, lo siguiente es generar o proponer todas las soluciones posibles de diseño para cada sistema; con el objetivo de tener alternativas, para poder seleccionar la más factible. El método utilizado para generar conceptos del diseño es la tormenta de ideas o brainstorming [3.20], la cual se llevó a cabo por separado haciendo de cada función y subfunción una pregunta general como se realiza la función?

107 CAPÍTULO III METODOLOGÍA Y ANÁLISIS DEL CASO DE ESTUDIO Funciones y Subfunciones Idea o concepto A1 = Dar mantenimeinto y utilizar las refacciones. Como será el mantenimiento de la máquina? Mantenimiento general Mantenimiento diario Mantenimiento durante la operación Limpiar la máquina después de la operación Mantenimiento mensual Mantenimiento anual A2 = Conectar y Encender la máquina. Como se conectará o apagará la máquina para su funcionamiento? Control manual Control mecánico Control electromecánico Control neumático Como se transformará una energía en energía mecánica? Con un motor eléctrico Cómo se transmitirá la energía mecánica a Con un motor de combustión interna Con una turbina Con aire Con un volante y una polea Con un motor neumático. Con polea y banda. los Con catarina y engranes. mecanismos? Con polea y correa. Con catarina y cadena. A3 = Evitar fugas de polvos. Con extractor de polvo Cómo se controlara la cantidad de polvo cuando la Limpiando la máquina máquina esta trabajando? Mojando el área durante la operación Aislar la máquina A4 = Desfibrar las telas para obtener la Borra. A41 = Alimentar y mover las telas. Cómo se alimentará la máquina? Flujo constante, Por cargas, Por piezas. Con aire para empujarla Con un tornillo sin fin Cómo moverán las telas hacia la máquina? Con un mecanismo de empuje A42 = Desfibrar las telas Cómo se desfibrarán las telas? A43 = Descargar las telas desfibradas o la Borra. Cómo se descargarán las telas desfibradas o la Borra? A5 Operar eficientemente la máquina. Cual será el equipo de seguridad a usar? Utilizando banda transportadora Con husillo y tambor. Rodillos opresores y tambor Rodillo dentado y tambor peinador. Cepillo y rodillos opresores. Banda transportadora. Con aire para empujarla Con un tornillo sin fin. Con un ducto. Equipo básico Guantes, Lentes, Zapatos y Overol Figura No Generación de conceptos de diseño. Hasta aquí se han generado los conceptos que darán solución a cada función o subfusión de la máquina posteriormente se discutirán cuales son las mejores propuestas para que sean utilizadas en el proyecto de diseño. A continuación se

108 CAPÍTULO III METODOLOGÍA Y ANÁLISIS DEL CASO DE ESTUDIO genera una tabla morfológica [3.22] en la que podemos observar, el número de posibles combinaciones para obtener una propuesta de diseño general. La morfología es el estudio de la forma y de sus transformaciones, las cuales permiten la búsqueda de nuevas formas de conceptos de diseño, construyéndose a partir de dos entradas: lado izquierdo las funciones y subfunciones (el que) y en las filas centrales las propuestas de solución (el como). A partir de esto se realizan las diferentes combinaciones para obtener tres conceptos nuevos que son: OPCIÓN No. 1 OPCIÓN No. 2 OPCIÓN No

109 CAPÍTULO III METODOLOGÍA Y ANÁLISIS DEL CASO DE ESTUDIO FUNCIONES PROPUESTAS DE SOLUCIÓN PARA CADA FUNCIÓN Y SUBFUNCIONES A B C D A 1 Limpieza de maquina Limpieza general Mantenimiento general Combinación Mando de control Mecánico Mando de control Electromecánico Mando de control Electrónico Mando de control Neumático A 2 Motor eléctrico Motor combustión interna Turbina Motor Neumático Polea-banda Engranes Catarina-cadena Combinación A 3 Extractor de polvo Superficies húmedas Aislamiento de la máquina limpieza de la máquina A 41 Flujo constante. Por cargas Por piezas. Combinación A 4 A 42 Flujo de aire Tornillos sin fin Mecanismo de empuje banda transportadora A 43 Con husillo y tambor. Rodillos opresores y tambor Rodillo dentado y tambor peinado. Cepillo y rodillos opresores. A 5 Básicos Figura No Matriz morfológica para la máquina

110 CAPÍTULO III METODOLOGÍA Y ANÁLISIS DEL CASO DE ESTUDIO EVALUACIÓN DE CONCEPTOS. Es la parte final de la fase de diseño conceptual, el objetivo en este punto consiste en seleccionar el mejor concepto de diseño de entre los que se generaron en el punto anterior, con la meta de invertir la menor cantidad de recursos para decidir cual es el concepto idóneo, que en la etapa de diseño de detalle, se desarrollará hasta que sea convertido en un diseño definido. Existen dos tipos de comparación dependiendo de qué se tome como referencia, si la referencia consiste en un conjunto de requerimientos, la comparación es absoluta; si los conceptos se comparan entre ellos mismos, la comparación es relativa [3.7]. En este trabajo de diseño se realizará una comparación absoluta. La comparación absoluta considera tres tipos de análisis: 1.- Factibilidad del concepto. Es la primera impresión que produce un concepto y que se puede catalogar en una de las siguientes reacciones: El concepto no es factible: antes de desechar un concepto es conveniente identificar las causas que motivan su rechazo, contestando la pregunta: por qué no es factible? Factibilidad condicional: en ocasiones se considera que el concepto podría funcionar a condición de que algo suceda. Concepto digno de consideración: son aquellos conceptos que de entrada reúnen las características necesarias. 2.- La disponibilidad de la tecnología. El objetivo consiste en determinar si la tecnología implicada en el concepto está: Desarrollada y madura: Si la tecnología implica formar parte del producto, esta tecnología debe estar suficientemente desarrollada y

111 CAPÍTULO III METODOLOGÍA Y ANÁLISIS DEL CASO DE ESTUDIO madura. Con el objetivo de no caer en la situación de que sea la investigación sobre la tecnología la que se convierta en el objetivo del proyecto. Tecnología disponible: Puede tratarse de tecnología de uso reservado a instituciones de seguridad nacional o restringida por razones del medio ambiente. Tecnología al alcance para la utilización: Puede ocurrir que la tecnología esté desarrollada, madura pero que no esté disponible por que los derechos sobre su uso le corresponden a una empresa ó puede suceder que esté disponible pero por razones políticas o económicas no se pueda utilizar. 3.- En los requerimientos del cliente: filtro pasa o no pasa: cada concepto debe confrontarse con todos los requerimientos del cliente para saber si cumple o no con ellos. Su aplicación se describe en la siguiente matriz morfológica, la cual se califica con 1 para saber que cumple con la calificación y 0 para determinar que no se calificará con el concepto determinado

112 CAPÍTULO III METODOLOGÍA Y ANÁLISIS DEL CASO DE ESTUDIO Propuestas de diseño OPCIÓN No. 1 Factible Tal vez es factible con cambios No es factible Tecnología desarrollada y madura Tecnología disponible Tecnología al alcance Cumple con requerimientos del cliente No cumple con requerimientos del cliente Mantenimiento general Mando de control Electromecánico Motor eléctrico Polea-banda Extractor de polvo Por cargas banda transportadora Rodillo dentado y tambor peinado Básico Figura No Evaluación de conceptos (opción No. 1)

113 CAPÍTULO III METODOLOGÍA Y ANÁLISIS DEL CASO DE ESTUDIO Propuestas de diseño OPCIÓN No. 2 Factible Tal vez es factible con cambios No es factible Tecnología desarrollada y madura Tecnología disponible Tecnología al alcance Cumple con requerimientos del cliente No cumple con requerimientos del cliente Limpieza general Mando de control Mecánico Motor combustión interna Catarina-cadena limpieza de la máquina Flujo constante Mecanismo de empuje Rodillos opresores y tambor Básico Figura No Evaluación de conceptos (opción No. 2)

114 CAPÍTULO III METODOLOGÍA Y ANÁLISIS DEL CASO DE ESTUDIO Propuestas de diseño OPCIÓN No. 3 Factible Tal vez es factible con cambios No es factible Tecnología desarrollad a y madura Tecnología disponible Tecnología al alcance Cumple con requerimien tos del cliente No cumple con requerimien tos del cliente combinación Mando de control Electrónico Motor Neumático Engranes Superficies húmedas Combinación Tornillos sin fin Con husillo y tambor Básico Figura No Evaluación de conceptos (opción No. 3) Como se puede observar, terminado la calificación de las opciones de diseño anteriores, la opción uno es la que más se acerca a las características deseables para poder diseñar, ya que contiene conceptos que cumplen con los

115 CAPÍTULO III METODOLOGÍA Y ANÁLISIS DEL CASO DE ESTUDIO requerimientos del cliente, su manufactura es factible por que no se requiere de una tecnología avanzada; esto es que tiene muchos conceptos fáciles de encontrar o diseñar y no tiene mayor dificultad para su manufactura. La comparación relativa se basa en matrices de decisión conocida como el método Pugh [3.18], y consiste en calificar cada concepto con relación a otro en su capacidad para cumplir con los requerimientos de los clientes. La comparación de los resultados proporciona las bases para identificar las mejores opciones y permitir contar con una referencia para tomar decisiones. REQUERIMIENTOSDE CLIENTE PONDERACION OPCION No. 1 OPCION No. 2 OPCION No. 3 OBLIGATORIOS DESEABLES A Bajo costo de fabricación. 10 R - 0 B Que su operación sea sencilla. 10 E + - C Aceptable tiempo de recuperación de la inversión. 10 F - 0 D Debe ser de un precio competitivo 10 E 0 0 E Que su volumen de producción sea rentable. 10 R - 0 a Debe ser fácil de fabricar N 0 - b Que la operación sea segura C 0 - c d Las reparaciones y el mantenimiento deben ser sencillos I 0 0 Los costos de reparar y del mantenimiento deben ser bajos. 0 A 0 0 SUMA DE POSITIVOS SUMA DE NEGATIVOS DIFERENCIA DE POSITIVOS Y NEGATIVOS PESO DE REQUERIMIENTOS Figura No Matriz morfológica de decisión. + Cuando es superior al objetivo. - Cuando es inferior al objetivo. 0 Si ambos conceptos cumplen de la misma manera con el requerimiento

116 CAPÍTULO III METODOLOGÍA Y ANÁLISIS DEL CASO DE ESTUDIO Como podemos observar los resultados obtenidos en la figura No la opción de diseño que se tomará en cuenta será la opción No. 1 que se consideró como referencia, por que satisface la mayor parte de los requerimientos de los clientes y da una idea de cómo formarse un bosquejo general para el producto final, la máquina desfibradora de desperdicio textil (telas base acrílico ó poliéster). 3.9 SUMARIO. Los resultados obtenidos en este capítulo, es consecuencia de la aplicación de las 3 primeras fases de la metodología de diseño basado en el concepto de ciclo de vida del producto. En lo que corresponde a la 1era. Fase Desarrollo de especificaciones/planeación se involucran las seis etapas de la técnica del QFD (QUALITY FUNCTION DEPLOYMENT) [3.16] y en la 2da. Fase Diseño conceptual, se aplica los cuatro pasos de la metodología del diseño conceptual. Obteniendo una opción de diseño que se desarrollará en el capítulo IV cumpliendo con la 3era. Fase Diseño del producto, a si mismo se realizará la selección de materiales, la evaluación de resultados y una estimación del costo de la máquina desfibradora. A un cuando en los alcances punto 3.4 de este capítulo; se describió que solo se diseñará la máquina y no se aplicarían las fases de producción, Servicio y Retiro del producto, se considera conveniente mencionarlas y mantenerlas presentes en el desarrollo del diseño. La facilidad de fabricación de la máquina estará siempre presente durante el diseño y selección de los componentes en el capítulo VI, considerando que tanto la mano de obra y los materiales a utilizar deben ser nacionales, así como los procesos de manufactura deben ser convencionales (torno, fresa, taladro, soldadura, sierra circular, entre otros). Se concluye que la propuesta de diseño No. 1; evaluada en la matriz morfológica de decisión figura No. 3.18; de la cual, se obtuvieron algunos parámetros

117 CAPÍTULO III METODOLOGÍA Y ANÁLISIS DEL CASO DE ESTUDIO descritos a continuación y que se tomarán como referencia para el diseño de detalle en el capítulo IV. 1. Tipo de mantenimiento: General (trapo húmedo, brocha, engrasadora y escoba) 2. Mando de control: Electromecánico 3. Tipo de motor: Eléctrico CC. 4. Transmisión: Polea-banda 5. Extractor de polvo 6. Alimentación: Con cargas y con banda transportadora. Figura No Esquema del concepto general de diseño

118 CAPÍTULO III METODOLOGÍA Y ANÁLISIS DEL CASO DE ESTUDIO 3.10 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS. 3.1 J. M. Díaz Salcedo, Utilización del Diseño Asistido por Computadora, para la Optimización de la Fabricación de un Dispositivo alimentador del tejo, para el proceso de Manufactura de base para Licuadora, Tesis de Grado de Maestría, ESIME-IPN, México D.F Capitulo II. 3.2 Madueño R. y Ortega S.; Economía y sociedad en la planeación universitaria, Instituto Hidalguense de Educación Media Superior y Superior; Marzo de p. 3.4 E. Shigley J., D. Mitchell L., Diseño en Ingeniería Mecánica, McGraw Hill, 4 a Edición, México D.F Ramos W. J.; Diseño Mecánico; 2 a edición; IPN SEPI-ESIME; agosto del 2003; 24-25pp 3.6 Barry Hyman; Fundamentals of Engineering Design; Edt. Prentice Hall pp 3.7 Stuart Pugh; Total Design Integrated Methods for Successful Product Engineering; Addison-Wesley Publishing Company; Barry Hyman; Fundamentals of Engineering Design; Edt. Prentice Hall pp 3.9 Juran J. M.; Juran y la Calidad por el Diseño, Nuevos pasos para planificar la calidad de bienes y de servicios; Edt. Díaz de Santos pp 3.10 H. Wright P.; Introducción a la Ingeniería; Edt. Addison-Wesley Iberoamericana, pp 3.11 Nigel Cross; MÉTODOS DE DISEÑO Estrategias para el diseño de productos; Edt. Limusa Wiley; pp 3.12 Nigel Cross; MÉTODOS DE DISEÑO Estrategias para el diseño de productos; Edt. Limusa Wiley; pp 3.13 Don Clausing; Total Quality Development; Edt. ASME Press, New York; pp

119 CAPÍTULO III METODOLOGÍA Y ANÁLISIS DEL CASO DE ESTUDIO Márquez Morales A. L., Diseño de una máquina tribologica para pruebas de desgaste abrasivo severo, Tesis de Maestría IPN (SEPI-ESIME), México D. F Cáp Capuz R. S.; Introducción al Proyecto de Producción, Ingeniería Concurrente para el Diseño del Producto; Edt. Alfa omega; Universidad Politécnica de Valencia, pp 3.17 Gómez E. y Martínez S.; Introducción al Proyecto; Universidad Politécnica de Valencia, pp 3.18 Gómez E. y Martínez S.; El Proyecto Diseño en Ingeniería; Edt. Alfa omega; Universidad Politécnica de Valencia, pp 3.19 John R. Dixon; Diseño en Ingeniería Inventiva Análisis y Toma de decisiones; Edt. Limusa; 1 a Edición pp 3.20 John Chris Jones; Design Methods; 2 a Edición; Edt. Van Nostraind Reinhold New York pp 3.21 George E. Dieter; Engineering Design a Materials and Processing Approach; Edt. McGraw-Hill; pp 3.22 Robert L. Norton, Diseño de Maquinaría, McGraw Hill, 2 a Edición Virgil Moring Faires, Diseño de elementos de Máquinas, Montaner y Simona, S.A. Barcelona, 1 a Edición Allen S. may, Jr., M.S.M.E, Ph. D. Teoría y Problemas de Diseño de Máquinas, McGraw Hill, 1 a Edición Ertas, Atila and Jones, Josse C., The Engineering Design Process, Inc. Texas Tech University, USA

120 CAPÍTULO IV DISEÑO DE LA MÁQUINA DESFIBRADORA CAPÍTULO IV DISEÑO DE LA MÁQUINA DESFIBRADORA. Después de haber obtenido una opción de diseño en el capítulo III, a continuación se realizarán los cálculos correspondientes, para obtener los datos necesarios para realizar el diseño de detalle de los elementos de la máquina desfibradora; así también, seleccionar los materiales que nos proporcionen la resistencia necesaria para cada caso. Aun cuando el reglamento de estudios de posgrado del IPN, hace obligatorio el uso del sistema métrico decimal; en el presente trabajo se decidió utilizar indistintamente, tanto el sistema métrico como el inglés, esto debido a que se manejarán una serie de constantes que se pueden sustituir inmediatamente en las ecuaciones; facilitando el desarrollo del trabajo, sin necesidad de estar convirtiendo las unidades. Conociendo las condiciones de operación y manufactura, se realizarán los dibujos de los elementos unitarios, los dibujos de los subconjuntos de ensamble y el conjunto de ensamble final de la máquina desfibradora; partiendo de la consideración de que no todos los elementos son calculados, ya que algunos se tendrán que seleccionar de catálogos de productos comerciales, por lo que no se realizarán los dibujos correspondientes. Para el mecanismo de desfibrado, se seleccionarán los materiales de cada elemento, elaborando un maestro de partes o estructura del producto, en el que se puedan asociar los precios de las partes compradas y los tiempos del proceso de producción de las partes manufacturadas, para llegar al costo final de la máquina desfibradora y por último, se realizará un análisis económico. 95

121 CAPÍTULO IV DISEÑO DE LA MÁQUINA DESFIBRADORA 4.1 DESCRIPCIÓN DE LA MÁQUINA ANTERIOR. La operación de desfibrado se venía realizando con una máquina, ésta fue armada empíricamente por las personas que separan los desperdicios y dejó de funcionar hace aproximadamente 15 años. En la actualidad no existe la máquina; sin embargo a través de entrevistas directas y de algunas partes físicas de la máquina, se obtuvieron los siguientes datos: 1. La máquina tenía un largo de 2.5 m por 1.7 m de ancho por 1.8 m de alto, montada en una base de acero fundido. 2. Un tambor giratorio de m de diámetro exterior (medido desde las puntas desfibradoras) por m de ancho, como se muestra en la figura No. 4.1, compuesto por: Clavos Madera Soporte Lamina rolada Resorte y Rodillo estriado superior Bloque de tela Banda Eje Rodamiento y Rodillo estriado inferior Motor Rodillo liso Figura No. 4.1 Vista frontal del tambor giratorio y del mecanismo alimentador Duelas de madera (triplay) de 6.35 cm de espesor por 6.98 cm de ancho por cm de largo; con 6 hileras de puntas desfibradoras (3 hileras de 39 y 3 hileras de 40). 96

122 CAPÍTULO IV DISEÑO DE LA MÁQUINA DESFIBRADORA Una lámina rolada de cm de diámetro exterior por cm de espesor, soldada en su unión. Dos soportes interiores de fundición (collarín con un diámetro interior de 5.08 cm, por cm de diámetro exterior, por 2.54 cm de largo y soleras radiales a 60º de separación, de cm de espesor, por 2.54 cm de ancho, por cm de largo). Un eje con un diámetro exterior de 6.35 cm y un largo de cm, con dos poleas, una de 50.8 cm de diámetro exterior y otra de 25.4 cm de diámetro exterior, con un rodamiento en cada extremo. El eje transmitía la potencia al tambor giratorio, al rodillo alimentador y a la banda alimentadora, el largo del eje daba la facilidad de poder voltear el tambor (cada 6 meses aproximadamente) cuando se gastaban las puntas desfibradoras desmontando únicamente las poleas. 3. Un motor de 40 HP con una polea de 25.4 cm de diámetro exterior, que a través de una banda tipo V transmitía la potencia a la polea del tambor giratorio. 4. Un mecanismo de alimentación de los bloques de tela, que se muestra en la figura No. 4.2, y que está compuesto por: Dos rodillos estriados de 5.08 cm de diámetro exterior, uno es rodillo flotante con un resorte y rodamiento en sus extremos y un eje de cm de largo y el otro rodillo es fijo, con un rodamiento en cada extremo y un eje de cm de largo, con dos poleas de 12.7 cm de diámetro exterior, una recibe la potencia del motor y la otra la transmite hacia la banda alimentadora. 97

123 CAPÍTULO IV DISEÑO DE LA MÁQUINA DESFIBRADORA Dos resortes de 50.8 cm de diámetro exterior, por 15.5 cm de largo a escuadra y aplanados, con 10.0 espiras, como se muestra en la figura No Rodillo estriado superior Resorte Poleas Rodamiento Rodillo estriado inferior Figura No. 4.2 Par de rodillos estriados 5. Una banda alimentadora improvisada, como se observa en la figura No. 4.1, de tela (mezclilla) de 1.0 m de largo por m de ancho, dos rodillos lisos, uno motriz con una polea de 12.7 cm de diámetro exterior y otro mandado; ambos de 6.35 cm de diámetro, por m de largo, con un eje de 2.54 cm de diámetro por 76.2 cm de largo para el rodillo motriz y de 2.54 cm de diámetro por 68.6 cm para el rodillo mandado. Los rodillos tienen en sus extremos unos rodamientos colocados a presión en unas bases. 4.2 DISEÑO FUNCIONAL. La máquina a diseñar deberá realizar la operación de desfibrado de las telas base, acrílico ó poliéster, que se venía realizando con la máquina anterior; la operación de desfibrado consiste en hacer pasar el bloque de telas sobre una banda alimentadora y a través de un par de rodillos estriados, que al girar hacen presión sobre el bloque de telas y lo impulsan hacia un tambor giratorio que está coronado de una gran cantidad de puntas desfibradoras, las cuales, al engancharse al bloque de telas, deshacen la torsión de los hilachos de las fibras, obteniendo un producto final, conocido en el mercado como borra. 98

124 . CAPÍTULO IV DISEÑO DE LA MÁQUINA DESFIBRADORA La alimentación de la máquina deberá realizarse con recortes de tela no mayores de 10 x 10 cm. (Dato obtenido con la experiencia de uno de los clientes). En la figura 4.3 se observa la representación de un esquema funcional de la máquina desfibradora. Guarda de protección tambor giratorio Estructura Sistema de prensado del bloque de telas Banda alimentadora Ducto de descarga Motor de la máquina Figura No. 4.3 Esquema del diseño Funcional Para realizar el diseño, se utilizará información del punto 4.1; como paso inicial para el diseño de la máquina, partiendo de los parámetros descritos en el sumario del capitulo III, los cuales se utilizarán para satisfacer los requerimientos del cliente como se indica en el QFD (Despliegue de la Función de Calidad); a continuación se describen las partes que integrarán la máquina y las funciones de cada una de ellas, así como los elementos que integran cada parte: Sistema motriz de desfibrado. Su función es realizar el desfibrado de los bloques de tela que se encuentran prensados por el par de rodillos estriados, como se observa en la figura

125 CAPÍTULO IV DISEÑO DE LA MÁQUINA DESFIBRADORA Sistema motriz de alimentación. Su función principal es la de transportar los bloques de tela hacia el punto de prensado. Sistema motriz de prensado. Mantener prensados los bloques de tela entre el rodillo estriado flotante, y el rodillo estriado impulsor, mientras se realiza la operación de desfibrado, como se observa en la figura 4.4. Estructura y laminados. Su función consiste en soportar el peso del tambor giratorio, las fuerzas que ejercerán los motores y el peso de los recortes de tela. Ducto de producto terminado. Con el aire que generará el tambor giratorio saldrá disparada la borra y con el ducto de descarga se le dará una dirección para su empaque. En la figura 4.4, se representa el sistema motriz de desfibrado y el sistema motriz de alimentación y prensado; sin embargo, para que se lleve a cabo la operación de desfibrado surgen algunas necesidades, estas son: La fuerza que necesita el resorte para que el rodillo superior ejerza presión sobre los bloques de tela y el rodillo inferior. La velocidad y el peso que transportará la banda alimentadora. La relación de velocidad del desfibrado. La fuerza de desgarre para los bloques de telas. La transmisión de la potencia hacia los ejes: Del tambor giratorio, del rodillo alimentador y al rodillo de la banda alimentadora. 100

126 CAPÍTULO IV DISEÑO DE LA MÁQUINA DESFIBRADORA Después de conocer las necesidades que el mecanismo desfibrador requiere para llevar acabo la operación de desfibrado; a continuación se realiza el cálculo para la manufactura o compra de los elementos de la máquina: SISTEMA MOTRIZ DE DESFIBRADO SISTEMA MOTRIZ DE PRENSADO Soleras de madera Brazos radiales Puntas desfibradoras Resorte Rodillo estriado blotante Buje Eje Lamina rolada Bloque de tela Rodillo estriado impulsor Rodamiento Figura No.4.4 Vista frontal del mecanismo de desfibrado. 4.3 SISTEMA MOTRIZ DE DESFIBRADO. La propuesta de diseño en este punto consiste en integrar este sistema con los siguientes elementos: Motor, polea, transmisión por bandas, polea, eje central, cuñas, rodamientos, buje, soleras radiales, placa rolada, soleras de madera y puntas de desgarre. 101

127 CAPÍTULO IV DISEÑO DE LA MÁQUINA DESFIBRADORA SELECCIÓN DEL MOTOR ADECUADO. Para el cálculo de la potencia del motor que impulsará la transmisión del tambor giratorio, se necesita conocer la fuerza tangencial que el tambor experimentará para realizar la operación de desfibrado. Por lo que, con el apoyo del personal encargado del laboratorio de pruebas físicas de la Escuela Superior de Ingeniería Textil del Instituto Politécnico Nacional; se realizaron las pruebas físicas de RASGADO. En un péndulo libre se cargaron especímenes cortados de acuerdo a la norma NMX-A INNTEX y el péndulo se proyecta contra estos especímenes para efectuar el corte. El péndulo está graduado en gramos, por lo que, al dejarlo caer, el valor de la fuerza de impacto fluctuaba, aproximadamente entre 9 y 11 gramos, por lo que se tomo el valor más alto. La altura de la pila de los especímenes es de 9.0 cm, dado que cada espécimen tiene un espesor medio de mm, se obtenienen 216 especímenes de 6 x 12 cm, como el ancho de la banda es de 60 cm se tiene un total de 2,160 especímenes; multiplicados por 11 gramos, que es la fuerza que necesita cada espécimen para ser rasgado, obteniendo un total de 23,760 gramos. SUPOSICIONES PARA CALCULAR LA POTENCIA DEL EJE, DEL SISTEMA MOTRIZ DE DESFIBRADO: Para la selección del motor adecuado, se deben tomar en cuenta los siguientes factores: el tipo de trabajo a realizar, las condiciones de servicio, Voltaje, etc. pero sobre todo se debe seleccionar el motor que de el mejor rendimiento y al menor precio, tomando en cuenta lo anterior se encuentro que un motor para la potencia requerida, cualquiera que sea esta, y que de 750 ó 1750 RPM en la flecha son los más económicos y comerciales. Velocidad del motor = 1750 rpm. El diámetro del tambor = m. 102

128 CAPÍTULO IV DISEÑO DE LA MÁQUINA DESFIBRADORA La relación de velocidad = 1:2 (la que se arreglará con dos poleas y transmisión por bandas). La velocidad de rotación del eje = 875 rpm. De acuerdo a la capacidad de desfibrado, descrita en el punto No y de la masa a transportar calculada en el punto La velocidad para el sistema de prensado y alimentación; es de m-min. SISTEMA MOTRIZ DE DESFIBRADO υ l υo SISTEMA MOTRIZ DE PRENSADO Y DE ALIMENTACIÓN Figura No. 4.5 Detalle del mecanismo de desfibrado. La relación de velocidad entre el sistema motriz de prensado y alimentación v s. el sistema motriz de desfibrado, se analiza a partir de la figura No. 4.5, con el objetivo de evitar que se produzca un atascamiento. Dónde: υ l υ o Velocidad en las puntas desfibradoras. Velocidad en el prensado y alimentación. La distancia entre el punto A y el punto B es de metros. ν = rω (4.1) 103

129 CAPÍTULO IV DISEÑO DE LA MÁQUINA DESFIBRADORA ω = 2πn (4.2) Utilizando las ecuaciones 4.1 y 4.2; ω = 2πn = 2( π )(875) 5, 498 RPM y υ 1 = rω = (0.489)(5,498) = 2,688.5m min 1 = La velocidad tangencial de las puntas desfibradoras es de 2,688.5 m-min. Por lo anterior, el tiempo en el que la puntas desfibradoras recorrerán la distancia del punto A al punto B es de 2.64 x 10-5 minutos. La velocidad de desfibrado es de mm-min. Por lo tanto, se puede decir, que la relación de velocidad adecuada es de 1: 194 para que no se produzca atascamiento. Utilizando la información anterior, se procede a calcular la potencia del eje del sistema motriz de desfibrado. Datos: F = Fuerza = Kg. l = distancia entre el punto A y el punto B =.071 m. Tr = Trabajo realizado (Kg-m). t = tiempo = 2.64 x 10-5 minutos. El trabajo realizado es: T r = (23.76)(0.071) = 1.69 Kg-m. Y la potencia que se necesita en el eje es: Tr HP = = t 1.69 = 64, 015kg m 2.64x10 s 5. Convirtiendo la potencia en hp, se procede a convertir los kg m a Watts y s los Watts en hp. ( W = Kg-m/s y 1 hp = 746 W). La potencia necesaria en el eje es: HP = 14 hp. 104

130 CAPÍTULO IV DISEÑO DE LA MÁQUINA DESFIBRADORA CALCULO DE LA POTENCIA EN EL EJE, UTILIZANDO EL MOMENTO TORSIONANTE: T = Fr (4.3) Dónde: T momento de torsión, F Fuerza en la superficie = Kg = lb r radio = m = in Sustituyendo valores en la ec. 4.3; T = ( 52.38)(19.25) = lb in =11.62 Kg m. La potencia del eje está dada por: Tn H = (4.4) 63,000 Dónde: n Velocidad de rotación del eje, = 875 rpm. Sustituyendo valores en la ecuación 4.4; *875 H = = hp 63,000 Tomando en cuanta la eficiencia de las partes del mecanismo se tiene: Eficiencia de la transmisión por bandas...98% Eficiencia del motor..98% Eficiencia Total = 0.98 * 0.98 = Por lo que se necesita un motor con una potencia de: H = / = 14.6 hp. 105

131 CAPÍTULO IV DISEÑO DE LA MÁQUINA DESFIBRADORA Comparando este resultado con el anterior, se concluye que son iguales ya que en el anterior no se consideraron las eficiencias de la transmisión y del motor. Por lo tanto se selecciona un motor con las siguientes especificaciones: Potencia = 15 hp. Voltaje = 220/440 Volts. Frecuencia = 60 Hertz. Fases = 3 Velocidad = 1750 RPM. Factor de servicio = 1.15 Nema = B CÁLCULO DE LA TRANSMISIÓN POR BANDAS. Para el diseño de la transmisión, se utilizan bandas trapeciales de tipo estrecho. Se toma el manual de Dodge para seleccionar las bandas y las poleas; en la Figura 4.6 se muestra la geometría básica de una transmisión por bandas [4.1]. 106

132 CAPÍTULO IV DISEÑO DE LA MÁQUINA DESFIBRADORA Figura 4.6 Geometría básica de una transmisión por bandas. Datos del diseño: Potencia del motor = 15 hp, Velocidad de salida del motor = 1750 rpm y Velocidad del eje impulsado 850 rpm. Por lo que la relación de velocidad entre el eje motriz y el impulsado es de La máquina se diseña para accionamientos continuos tipo pesado que es lo recomendado para este tipo de máquinas textiles, por lo que se utiliza un factor de servicio de 1.4 del ANEXO II Tabla No.1. HP de diseño = (Potencia del motor) x (Factor de servicio)= 15 * 1.4 = 21 hp. 107

133 CAPÍTULO IV DISEÑO DE LA MÁQUINA DESFIBRADORA Del ANEXO II Tabla No. 2 se sugiere una banda 3v o 3VX, ahora, de acuerdo a la relación de velocidad, el manual propone un Ø de 10.6 plg mm para la polea impulsada y un Ø de 5.3 plg mm para la polea motriz, con una potencia por banda de 6.82 HP, del ANEXO II Tabla No.3. La distancia entre centros de acuerdo a las poleas predeterminadas es la siguiente: D + d C = + d = = 13.25p lg 2 2 El motor se anclará sobre el piso; por lo que, la distancia entre centros es de 27.4 plg. Ahora con el dato anterior se selecciona la banda a utilizar, una 3VX800 del ANEXO II Tabla No. 4. De acuerdo al ANEXO II Tabla No.5, se usa la ecuación para calcular el factor de corrección y así obtener el número de bandas a utilizar. Potencia de diseño 21 Numero de bandas = = = 2.96bandas (Potencia por banda)x(factor de corrección) 6.82x bandas DISEÑO DEL EJE. Para calcular los diámetros del eje del sistema motriz de desfibrado, se toma en cuenta la potencia del motor, ya que estará en función de ésta; para ello es necesario conocer las cargas que soporta el eje, para poder diseñarlo por cargas. Se propone un material SAE 4140 TCMo 4 con esfuerzo a la tracción de 1030 MPa. (149.34ksi), resistencia a punto cedente de MPa, Dureza Brinel 217 HB. (MANUAL DE ACEROS FORTUNA). Potencia = 15 hp, Velocidad del motor = 1750 rpm y Velocidad del eje 875 rpm. 108

134 CAPÍTULO IV DISEÑO DE LA MÁQUINA DESFIBRADORA De acuerdo a la teoría del esfuerzo cortante máximo, la resistencia de fluencia del material en cortante esta dada por: S sy = 0.50S y (4.5) Dónde: S sy Resistencia de fluencia en cortante = τ MAX en MPa (Ksi). S y Resistencia ultima a la tensión en MPa (Ksi). Sustituyendo en la ecuación No. 4.5; τ MAX = 0.50 (149.34) = Ksi. Eje del tambor giratorio T Figura No.4.7 Eje sometido a par torsor por transmisión de potencia. Cambiando la potencia al sistema ingles para proceder a determinar el momento torsor máximo. T H 63,000 = (4.6) n (15)(63,000) Utilizando la ecuación 4.6; T = = 1, lb-plg = Kg-m. 875 Para determinar el diámetro mínimo para soportar el par torsor, se utiliza la siguiente ecuación: 16 T d = (4.7) τπ Utilizando los datos para esta ecuación se tiene que: 109

135 CAPÍTULO IV DISEÑO DE LA MÁQUINA DESFIBRADORA 16(1080) d = 3 = 0.42 p lg (74,670) π = mm. El código americano para el diseño de ejes de transmisión recomienda el uso de factores de servicio K m y K t aplicados al momento máximo flexionante y de torsión respectivamente según la tabla No Ejes estacionarias Ejes rotatorias VALORES DE K m y K t Naturaleza de la carga Km Kt 1. Gradualmente aplicada Repentinamente aplicada 1.5 a a Gradualmente aplicada Repentinamente aplicada Choques pequeños 3. Repentinamente aplicada Choques pequeños 1.5 a a a a 3.0 Tabla No. 4.1 Factores de servicio K m y K t. El diámetro mínimo que soportará el par torsor para el material seleccionado y utilizando un factor de seguridad de 3, según tabla No. 4.1; será de mm DISEÑO DE LAS CUÑAS PARA EL EJE (POLEA Y MAMELON). El diámetro de la flecha del rodillo es de mm (1 1/4 in), la dimensión de la cuña, según tabla No. 4.2 [4.3], es de 3/16 x 3/16 (t x b), si se considera un SAE 1010 rolado en frío, con una resistencia a la cedencia de 370 MPa. Los esfuerzos a que trabajará la cuña serán: Por cortante: Por la teoría de la energía de distorsión, la resistencia permisible al cortante es: S sy = 0.577S y = (0.577) (370) = MPa. 110

136 CAPÍTULO IV DISEÑO DE LA MÁQUINA DESFIBRADORA Por compresión: La cuña tendrá un largo de 44 mm igual al espesor de la polea; la falla por compresión, entre las áreas en contacto, originará un esfuerzo de aplastamiento, ( = F/tl), según la Figura No. 4.11; Despejando la ecuación 4.3, F T = = = 778. kg r Dónde: T r F Momento de torsión = kg-m radio del mamelón = mm. Fuerza Kg. S sy = F/tl = 778/(0.05 x 4.4) = 3,534 kg/cm Mpa SELECCIÓN DE LOS RODAMIENTOS. La magnitud de la carga es uno de los factores que determina el tamaño del rodamiento a utilizar. Por lo general, los rodamientos de rodillos pueden soportar mayores cargas que los rodamientos de bolas de tamaño similar y los rodamientos llenos de elementos rodantes, sin jaula, pueden soportar mayores cargas que los rodamientos con jaula correspondientes [4.2]. Los rodamientos de bolas son los más utilizados cuando las cargas son ligeras o moderadas. Para cargas elevadas y ejes de grandes diámetros, la elección más adecuada son los rodamientos de rodillos. En este mecanismo se producen cargas consideradas ligeras, por lo que se utilizarán rodamientos de bolas para los ejes. Para realizar la selección del rodamiento adecuado es necesario conocer cual es la carga que soporta cada uno de ellos, por lo que se realiza el planteamiento tomando en cuenta las 111

137 CAPÍTULO IV DISEÑO DE LA MÁQUINA DESFIBRADORA siguientes hipótesis; para conocer las reacciones en cada punto donde se requiere el rodamiento. El peso del eje, del tambor y de los rodillos en general son despreciables. Los rodamientos son autoalineables, se admite que el eje es una viga simplemente apoyada y que las cargas y las reacciones en los rodamientos son fuerzas concentradas. Se considera que el esfuerzo normal por flexión, manda el diseño en cuanto a la ubicación del momento máximo de flexión. y mm mm mm mm 40.2 mm x Figura No. 4.8 Representación del eje de transmisión. y F 0 = 778 kg R 2 0 A B C D x R 1 F 1 = kg F 1 = kg Figura No. 4.9 Gráfica de las cargas. La fuerza F0 se obtiene realizando el despeje de la ecuación 4.3, Dónde: T F = r 112

138 CAPÍTULO IV DISEÑO DE LA MÁQUINA DESFIBRADORA r radio del eje = in = 16 mm F = = 1, 728lb = 778 Kg Tomando momentos con respecto a D, se calcula la reacción en R 1: M D = 778(850.62) R1 (680.44) 11.88(556.52) 11.88(123.92) = (4.8) + Despejando R 1 de la ecuación 4.8, se obtiene que: R 1 = 961 kg Para determinar R 2, se realiza una sumatoria de fuerzas en Y: Fy = R2 = (4.9) Despejando R2 de la ecuación 4.9, se tiene que: R2 = kg. Los diagramas de esfuerzo cortante y de momento flexionante maximo son: V x x x x10 3 x Figura No Gráfica de la fuerza cortante en la estructura. M 0 x x x x10 3 Figura No Gráfica del momento flexionante en la estructura. 113

139 CAPÍTULO IV DISEÑO DE LA MÁQUINA DESFIBRADORA Como se puede observar el momento flexionente máximo de diseño en la estructura es x10 3 Kg-mm. Las fuerzas que soportarán los rodamientos son R1 y R2, utilizando la más grande que es R 1 = 961 Kg 9.50 KN, el diámetro de la flecha es de mm; se selecciona del catálogo de SKF [4.12]; un soporte de pie con rodamiento en Y designación SYJ 1 ¼ TF, con rodamiento YAR F; que soporta una capacidad de carga dinámica de 25.5 KN. La Antifri-Frictión Bearing Manufacturers Association (AFBMA) ha realizado pruebas extensas y análisis estadísticos en baleros y han demostrado que la carga y la vida de un balero están estrechamente relacionadas y definidas con las siguientes expresiones: a C L = (4.10) P Ó 1,000,000 L10 = L (4.11) 60n Dónde: L Vida en millones de revoluciones L10 n C a P Horas de trabajo a una velocidad constante dada n en rpm. Velocidad de la flecha en rpm. Capacidad de carga básica kn Constante (3 para rodamientos de bolas y 10/3 para rodamiento de rodillos) Carga equivalente kn P = Fr cuando Fa/Fr e P = XF r + YF a cuando F a /F r e ; dónde: F r es la fuerza radial aplicada. 114

140 CAPÍTULO IV DISEÑO DE LA MÁQUINA DESFIBRADORA Los factores X e Y necesarios para el cálculo de la carga dinámica del rodamiento, para determinar la carga equivalente para los rodamientos Y, depende de la relación f 0 F a /C 0. Dónde: C 0 es la capacidad de carga estática, F a el componente axial de la carga y f 0 un factor de cálculo (estos datos vienen especificados según el rodamiento). En este caso no se tienen cargas axiales por lo que P = F r ; por lo tanto sustituyendo los valores en las ecuaciones 4.9 y 4.10 se tiene que: L = = Mrev x10 L 10 = = Horas = 1.5 años de servicio a 875 rpm. (60)(875) PROPUESTA DE DISEÑO PARA LAS PUNTAS DESFIBRADORAS. La propuesta de diseño consiste en montar las puntas desfibradoras sobre duelas de madera de 6.00 cm de ancho por 6.35 cm de espesor por cm de largo, en 6 hileras, 3 hileras con 39 puntas desfibradoras y 3 hileras con 40 puntas; para el análisis se tomará la hilera con el menor número de puntas, suponiendo que dichas fuerza es absorbida uniformemente por una hilera de puntas desfibradoras se obtiene una fuerza individual de kg entre 39 puntas que es igual a 0.61 kg. 115

141 CAPÍTULO IV DISEÑO DE LA MÁQUINA DESFIBRADORA Se propone como si fuera una viga empotrada se tiene: Madera F = 0.61 kg t ι mm Figura No Representación de la Fuerza en las puntas desfibradoras. El esfuerzo por flexión σ = My I = (11.62)(3.175) = 0.55kg / mm 2 Dónde: M = momento flexionante = kg-mm y = h/2 = ι/2 = 6.35/2 = I = momento de inercia = (tι 3 )/12 = mm 4 t = espesor = mm ι = ancho = 6.35 mm. Por lo que se puede utilizar un acero SAE 1018 que tiene una resistencia a la tracción de 60 kg/mm 2, con un límite de cedencia de 30 kg/mm 2 y una dureza Brinell máxima de CÁLCULO DE LAS UNIONES SOLDADAS. Una pieza soldada o ensamble soldado se manufacturan mediante la unión por soldadura de un grupo de elementos de metal cortados según los diseños respectivos; el proceso de soldadura debe ser expresado en los diseños de taller que lo requieran utilizando los símbolos normales de soldadura que han sido autorizados por la American Welding Society (AWS). 116

142 CAPÍTULO IV DISEÑO DE LA MÁQUINA DESFIBRADORA La fuerza que experimentarán los soportes en el perímetro del mamelon se muestra en la figura No F Figura No Vistas de las uniones soldadas del tambor. El momento flexionante es: Mx = ( 11.8)( ) = 5, kg mm Para calcular el esfuerzo en la soldadura se tiene que: 1 / F MxC σ = (4.12) L I x La altura del cordón de la soldadura de acuerdo a un esfuerzo admisible está dada por: σ h = (4.13) S sw Dónde: Mx L Momento flexionante, Largo total de la soldadura, C S sw distancia desde el eje perpendicular de la línea de acción de la carga hasta el punto más alejado de la soldadura y Esfuerzo permisible. 117

143 CAPÍTULO IV DISEÑO DE LA MÁQUINA DESFIBRADORA Para calcular la dimensión de la soldadura se puede observar que el centro de gravedad se localiza al centro de la sección transversal de las soleras radiales, calculando el momento de inercia I x. c A 4 A 1 A 2 b d X h 3 bh A1 = A2; 2( ) 12 A 3 = A 4 ; 2 ( (cd 3 )/12 + (h + d/2) 2 I x = 2((cd 3 )/12 + cd(h/2 + d/2) 2 ) A 3 Si b = d = a la unidad I x 3 h h = 2 + c Dónde: h = 25.4 mm c = 6.35 mm y C = ( c + b) = mm 2 Ix = 2(6.35) (12.7) 2 + 2(25.4) 3 /12 = 4, mm 3 L = 2( ) = 63.5 mm. 2 Sustituyendo valores en la ecuación 4.12; se tiene que: σ = / 2 2 ( 5, )( ) 2 4, = 4.74 kg / mm Seleccionando un electrodo revestido AWS No. E6018 con una resistencia última mínima a la tensión S u = 62 kpsi (427Mpa) y una resistencia mínima de cedencia de Syp = 50 kpsi (345Mpa). E1 reglamento AISC dice que los esfuerzos permisibles para una soldadura de filete sometida a cortante es de 0.40Sy con un factor de seguridad de 1.44 y S y = 0.5S u ; por lo tanto: S y = 0.5 (427Mpa) = Mpa así, se tiene que el 118

144 CAPÍTULO IV DISEÑO DE LA MÁQUINA DESFIBRADORA esfuerzo permisible Ssw =0.4Sy = 0.4 (213.5 Mpa)= 85.4 Mpa = kg/mm 2. Sustituyendo los valores en la ecuación 4.13; la altura necesaria del cordón será: 4.74 h = = 0. 77mm (8.7086) 4.4 SISTEMA MOTRIZ DE PRENSADO. El diseño del sistema motriz de prensado se propone que sea ensamblado con los siguientes elementos: resortes de compresión, Motor (impulsará también al sistema motriz de alimentación), polea, transmisión por bandas, polea, eje, cuñas, rodillo estriado de impulsión, soportes embalados, rodillo estriado flotante, eje y rodamientos DISEÑO DEL RESORTE. Los resortes se utilizarán en la máquina desfibradora con el objeto de ejercer una fuerza normal al bloque de tela que la comprime y sujete mientras es desgarrada para fabricada la borra, proporcionar flexibilidad y almacenar o absorber energía entre la tela y los rodillos alimentadores. Los resortes pueden clasificarse como resortes de alambre, planos o con formas especiales. Los primeros incluyen los resortes helicoidales de sección circular o redonda, fabricados con el fin de resistir cargas de tensión, de compresión o de torsión. Entre los resortes planos están comprendidos los tipos en voladizo y elípticos, los resortes de fuerza para máquina de reloj y los cónicos con forma de rondana, que se denominan generalmente como arandelas o muelles Belleville. El tipo de resorte que se utilizará será un resorte helicoidal de compresión, fabricados de alambre redondo, que soportará una carga axial F, la decisión de utilizar este tipo de resorte, se debe al tipo de trabajo que este realizará en 119

145 CAPÍTULO IV DISEÑO DE LA MÁQUINA DESFIBRADORA el mecanismo de alimentación de la máquina. Como se muestra en la figura 4.12ª, se le designará un diámetro medio del resorte (D), que depende del espacio donde será utilizado; y un diámetro del alambre (d); ambos datos nos ayudarán a calcular el índice de resorte, esfuerzo máximo y la carga axial. En la figura 4.12b se muestra una sección, en la que se indica una fuerza cortante directa F y un momento de torsión T derivado de la forma en que reaccione el material deque está fabricado el resorte en la parte restante. Figura No.4.14 a) Resorte helicoidal con carga axial b) Diagrama de cuerpo libre que indica que el alambre queda sometido a cortante directo y a cortante torsional. La ecuación para calcular el esfuerzo cortante F τ = A (4.14) 4 π La ecuación del momento polar de inercia para la torsión J = d - (4.15) 32 El esfuerzo máximo en el alambre puede calcularse con la siguiente ecuación: Tr F τ MAX = (4.16) J A Dónde: Tr Es la fórmula del esfuerzo cortante máximo para la torsión y J F Es el esfuerzo cortante directo (no flexional). A 120

146 CAPÍTULO IV DISEÑO DE LA MÁQUINA DESFIBRADORA Sustituyendo los términos FD T =, 2 d r =, 2 J 4 πd = y 32 2 A = πd en la ecuación ; se tiene: 8FD 4F τ = (4.17) 3 2 πd πd De la tabla No. 1 del ANEXO I, se selecciona un alambre estirado, duro, AISI 1066, calibre de 3.97 mm. Si se requiere un resorte con diámetro exterior de 38.1 mm. Se evalúa la resistencia a la tensión en función del diámetro del alambre: A S ut = (4.18) m d Sustituyendo valores en la ecuación 4.18: S ut = = = kpsi (0.1563) Datos: A = 137 kpsi (coeficiente de intercepción de la resistencia mínima a la tensión) m = (pendiente de la recta) fueron obtenidos de la tabla No. 2 ANEXO I para alambre estirado duro. La resistencia de fluencia en torsión del alambre de los resortes Joerres [4.4] se obtienen los siguientes valores; ésta, es la mejor y más confiable información disponible. 0.45Sut acero al carbono estirado en frío. S sy = τ adm = 0.50S ut acero al carbono templado y revenido, y acero de baja aleación. 0.35S ut acero inoxidable austenítico y aleaciones no férreas. 121

147 CAPÍTULO IV DISEÑO DE LA MÁQUINA DESFIBRADORA S ( ) = 0.450S = kpsi sy ut = El diámetro medio del resorte es D = = in, y el índice del mismo es C = = ( 8.6) 2C Por lo tanto: K s = = = C 2(8.6) Dónde K s es un factor de corrección de esfuerzo cortante. 8FD Ahora, ordenando la ecuación 4.17, τ = K s (4.19) π 3 d y despejando F, utilizando la resistencia a la fluencia torsional en vez del esfuerzo cortante, se tiene: 3 S syπd F s= (4.20) 8K D s Por lo tanto, 3 ( 89.48)( 10) ( ) 8( 1.06)( ) F s = π = = lb = Kg La longitud cerrada del resorte (Ls) se requiere que sea de aproximadamente 50 mm, con la finalidad de cuidar la longitud final del resorte y como consecuencia, la altura total del mecanismo alimentador. Según la tabla No. 5 ANEXO I, para un resorte con sus extremos a escuadra y aplanados ( ) L = d (4.21) s N t Dónde: N t No. de vueltas o espiras y d diámetro del alambre del resorte 5/32 pulgadas (3.97mm). Se despeja N t de la ecuación 4.21 Ls N t = (4.22) d 122

148 CAPÍTULO IV DISEÑO DE LA MÁQUINA DESFIBRADORA 50 y se sustituyen valores en la ec N t = = espiras En la tabla No. 3 ANEXO I, N = = espiras ya que N N + 2. a t = a Utilizando el módulo de rigidez del acero de la tabla No. 4 ANEXO I G = 11.5 Mpsi. La escala ó módulo de fuerza del resorte es: 4 d G = (4.23) K 3 8D N a Por lo tanto, K 4 ( ) ( 11.5)( 10) 3 8( ) ( 10.6) 4 d G = = = = 33.36lb / in. 3 8D N a 6 La compresión que originaría la aplicación de la carga en el resorte es: ys = Fs / k = / = 2. 82in = 7.1 cm. La longitud del resorte libre L = ys + Ls = = 4.774in cm. 0 = D Para evitar que exista pandeo L de la tabla No. 4.5 = 0.5 α Esto es, por lo que se puede asegurar que no 0.5 existirá pandeo. Por todo lo anterior se debe comprar un resorte con las siguientes especificaciones: 1. Material. Alambre estirado duro AISI Extremos. A escuadra y aplanados. 3. Diámetro del alambre. d = 5/32 in ó d = 3.97mm. 4. Diámetro exterior. D o = 1.5 in ó D o = 38.1mm. 5. Diámetro medio. D = In ó D = 34.13mm. 123

149 CAPÍTULO IV DISEÑO DE LA MÁQUINA DESFIBRADORA 6. Número total de espiras. N t = Longitud libre. L o = in ó L o = mm. 8. Longitud comprimida L s = = 50.00mm. 9. Índice del resorte. C = Módulo del resorte. k = lb/in ó k = kg/mm 11. Resistencia de fluencia a la torsión S sy = 6,291.83kg/cm SELECCIÓN DEL MOTOR ADECUADO. Después de haber calculado las especificaciones del resorte; al estar comprimido se tendrá una fuerza F de Kg. por cada resorte y la longitud que se deformará es de 7.1 cm., como se utilizan un par de resortes uno para cada extremo, se tiene una Fuerza total de Kg. Con este dato se procedió a realizar algunos ensayos en un durómetro Figura No. 4.13, en las instalaciones de la Universidad Tecnológica de la Sierra Hidalguense. Figura No Prueba de compresión en las telas. Los ensayos se realizaron de la siguiente manera: Se cortaron especímenes de tela de 6 x 12 cm y se apilaron hasta llegar a 15 cm de altura. F De la ecuación P = se determinó la presión. Si F = Kg y el vástago del A pistón hidráulico tiene un diámetro de 7.62 cm, se tiene que: 124

150 CAPÍTULO IV DISEÑO DE LA MÁQUINA DESFIBRADORA P = = πr π (3.81) = Kg / 2 2 cm 2 ó P = lb/in 2. Aplicando esta presión sobre el bloque de telas, se observó que se reducía la altura, pero no se logró llegar a los 7.1 cm que se requieren; por lo que se volvió aplicar la misma presión pero ahora a un bloque de telas de 9.0 cm y así se llego a comprimir a una altura de 7.1 cm; que es la compresión que sufrirá el resorte como se muestra en la figura No F = Kg. F F Figura No.4.16 Mecanismo alimentador. SUPOSICIONES PARA CALCULAR LA POTENCIA DEL EJE, DEL SISTEMA MOTRIZ DE PRENSADO: La velocidad de entrada del motor debe ser de 750 rpm. La velocidad del eje debe ser de 375 rpm. La relación de velocidad debe ser de 750/375 = 2; es decir, 1 a 2; lo cual se logra utilizando un par de poleas y una transmisión por bandas. Rodillos estriados con diámetros de m. 125

151 CAPÍTULO IV DISEÑO DE LA MÁQUINA DESFIBRADORA Como el rodillo siempre estará en contacto con la tela, se procede a calcular la fuerza de fricción (Fr), para lo cual se considera un coeficiente de fricción entre la tela y el acero µ s de 0.7, tomando en cuenta que el rodillo está estriado: F = Kg. Y X F r N Figura No Diagrama de cuerpo libre (sección transversal rodillo alimentador) Fr = N * µs = (85.42 Kg)* 0.7 = Kg 60.0 Kg. La fuerza tangencial que debe dar el motor es mayor, por lo que se consideró 1.5 veces mayor de tal manera que: FT = (60)(1.5) = 90 Kg 199 lb. Por lo tanto la potencia del motor a la velocidad requerida será: VF H = (4.24) 33,000 Dónde: H Potencia, hp, V velocidad = m/min ft/min descrita en el punto F Fuerza en 90 kg 199 lb. (45.55)(199) Sustituyendo valores en la ecuación 4.24; H = = hp Considerando la eficiencia de las partes del mecanismo se tiene [4.5]: Eficiencia de la transmisión por bandas...98% 126

152 CAPÍTULO IV DISEÑO DE LA MÁQUINA DESFIBRADORA Eficiencia del motor..98% Eficiencia Total = 0.98 * 0.98 = Por lo que se necesita un motor con una potencia de: H = 0.275/ = 0.29 hp 0.50 hp. Este dato se sumará con el resultado que se obtenga en el punto CALCULO DE LA TRANSMISIÓN POR BANDAS. Potencia del motor = 1 HP, nema B, Velocidad de salida del motor = 850 rpm y Velocidad de la flecha mandada 375 rpm; por lo que la relación de velocidad entre la flecha motriz y la flecha mandada es de La máquina se diseña para accionamientos continuos tipo pesado que es lo recomendado para este tipo de máquinas textiles, por lo que se utiliza un factor de servicio de 1.4 del ANEXO II Tabla No.1. La potencia de diseño es de 1.4 HP. Del ANEXO II Tabla No. 2 se sugiere una banda 3v o 3VX, ahora, de acuerdo a la relación de velocidad el manual no tiene una propuesta para esta velocidad del motor, por lo que se decide utilizar los datos del ANEXO II Tabla No. 3 con 1750 RPM y los datos se dividen entre 2, obteniendo las siguientes especificaciones: un Ø de plg mm para la polea motriz y un Ø de 5.3 plg mm para la polea mandada con una potencia por banda de HP. Calculando la distancia entre centros: D + d C = + d = = p lg mm

153 CAPÍTULO IV DISEÑO DE LA MÁQUINA DESFIBRADORA La banda a utilizar es una 3VX400 ANEXO II Tabla No. 3. De acuerdo al ANEXO II Tabla No. 5, se usa la fórmula para calcular el factor de corrección y así obtener el número de bandas a utilizar. Numerode bandas = Potencia de diseño (Potencia por banda)x(factor de corrección) = * 0.83 = 0.57bandas 1banda DISEÑO DE LOS EJES. Para el cálculo del diámetro de los ejes de los rodillos (impulsor y flotante), se procede igual que en el punto 4.3.3, utilizando el mismo material SAE 4140 TCMo 4. Potencia = 1 hp, Velocidad del motor = 750 rpm y Velocidad del eje 375 rpm. El esfuerzo cortante permisible máximo es: τ MAX = Ksi Cambiando la potencia al sistema ingles para proceder a determinar el momento torsor máximo, utilizando la ecuación No. 4.3: T = (1)(63,000) 375 = lb-plg = 9.50 N-m Para determinar el diámetro mínimo para soportar el par torsor se utiliza la ecuación 4.7; 16(168) d = = 0.23 (74,670) π 3 p lg = 5.73 mm. El diámetro mínimo que soportará el par torsor para el material seleccionado y utilizando un factor de seguridad de 3, según tabla No. 4.1; será de mm. 128

154 CAPÍTULO IV DISEÑO DE LA MÁQUINA DESFIBRADORA DISEÑO DE LAS CUÑAS PARA LOS EJES (POLEA Y RODILLOS). El diámetro de la flecha del rodillo es de mm (3/4 in), la dimensión de la cuña según tabla No. 4.2 es de 3/16 x 3/16 (t x b) si se utiliza el mismo material que en el punto Los esfuerzos a que trabajará la cuña serán: Por cortante: S sy = 0.577S y = (0.577) (370) = MPa Por compresión: La cuña tendrá un largo de 34 mm igual al espesor de la polea; la falla por compresión, entre las áreas en contacto, originará un esfuerzo de aplastamiento, ( = F/tl), según la Figura No. 4.14; F = kg. Ssy = F/tl = 124.5/( x 3.4) = 769 kg/cm Mpa SELECCIÓN DE LOS RODAMIENTOS. y mm mm mm 26.0 mm x Figura No Representación del eje de transmisión. 129

155 CAPÍTULO IV DISEÑO DE LA MÁQUINA DESFIBRADORA y F 0 = kg F 2 = kg 0 A B C x R 1 R 2 Figura No Gráfica de las cargas. La fuerza F 0 se obtiene realizando el despeje de la ecuación 4.24 dónde: F 33,000H 33,000(0.5) = = = lb = Kg. V Tomando momentos con respecto a C, se calcula la reacción en R 1: Mc = ( )(902.2) R1 (787.4) + (85.42)(393.7) = (4.30) Despejando R 1 de la ecuación 4.30, se obtiene que: R 1 = 231 kg = 2.3kN. Para determinar R 2, se realiza una sumatoria de fuerzas en Y: Fy = R2 = (4.31) Despejando R 2 de la ecuación 4.31, se tiene que: R 2 = kg = 1.4 kn Las fuerzas que soportarán los rodamientos son R 1 y R 2, utilizando la más grande que es R 1 = 4.1 kn y como el diámetro de la flecha es de mm; se selecciona del catálogo de SKF [4.12]; una chumacera designación SY 3/4 TF, con rodamiento designación YAR F, que soporta una capacidad de carga dinámica de 12.7 kn. 130

156 CAPÍTULO IV DISEÑO DE LA MÁQUINA DESFIBRADORA Utilizando la ecuación 4.9; servicio a 375 rpm L10 = = 746.5Mrev = 33, 177horas 5.53 años de 1.4 Para el rodillo alimentador superior se utiliza una unidad con rodamiento SKF [4.12]; un soporte tensor designación TU 20 TF, con rodamiento designación YAR 204-2F, que soporta una capacidad de carga dinámica de 12.7 kn y utilizando la misma fuerza que en el caso anterior R 1 = 1.4 kn. Utilizando la ecuación 4.9; servicio a 375 rpm L10 = = 746.5Mrev = 33, 177horas 5.53 años de ESPESOR DEL SOPORTE OMEGA RESORTE. La fuerza que ejerce el resorte sobre el soporte es de lb Kg y sus dimensiones son de 8.53 in mm de largo y 2.0 in 50.8 mm de ancho como se muestra en la figura No. 4.22, calculando el esfuerzo al que es sometido se obtiene que: F Figura No Soporte omega resorte 131

157 CAPÍTULO IV DISEÑO DE LA MÁQUINA DESFIBRADORA El esfuerzo cortante que deberá soportar la placa, en el área que se encuentra en contacto con la superficie del resorte es: τ = F A = = = lb / in ( 1 / 16 )( 4.71 ) = Mpa. Dónde: A área (in 2 ) = Espesor X perímetro de contacto. Conociendo el esfuerzo que debe soportar la placa, se puede seleccionar un material que soporte esos esfuerzos, debe ser un acero estructural A36 con un esfuerzo elástico de 36 ksi = Mpa. Para determinar el espesor de la placa, se usará la teoría de placas. De la cual se tiene que: t = ab W 2( a b )σ t Dónde: t = Espesor a = Lado corto de la placa b = Lado largo de la placa W = Esfuerzo de trabajo a realizar σt = Esfuerzo de trabajo soportable Por lo tanto: t = ( 2)( 8.53) = 0.13in mm ( ) Para el diseño este es el espesor mínimo, por lo que se puede utilizar un espesor de 6.35 mm, con un factor de seguridad de

158 CAPÍTULO IV DISEÑO DE LA MÁQUINA DESFIBRADORA CÁLCULO DE LOS TORNILLOS DEL SOPORTE. Las reacciones en los tornillos será la fuerza total del resorte en su posición tangencial divida en 2 tornillos; puesto que está apoyada en 2 puntos como se puede observar en la figura No. 4.22, por lo tanto, la reacción en cada apoyo es de lb Kg σ = F A = π (0.25) = lb / 2 in 2 Se sugiere utilizar dos tornillos ASTM A325 tipo 1, con un diámetro mayor de 12.7 mm, uno por cada extremo, con longitud total de L = mm y una longitud roscada de LT = mm; el material del tornillo es acero de mediano carbono, templado y revenido (T y R). Con carga de prueba 85 kpsi, fuerza de tensión mínima de 120 kpsi. 4.5 SISTEMA MOTRIZ DE ALIMENTACIÓN. La propuesta de diseño para el sistema motriz de alimentación, consiste en realizar un ensamble con los siguientes elementos: Motor, polea, transmisión por bandas, polea, ejes, rodamientos, cuñas, rodillos lisos banda, banda alimentadora y soportes, los cuales a continuación se diseñarán SELECCIÓN DEL MOTOR ADECUADO. Con referencia al punto 4.3.1, se procedió a pesar los bloques de tela de 6 x 12 x 9 cm, obteniendo una masa por pila de Kg, como en la banda caben 100 pilas, multiplicando x 100; se tiene una masa total de 44.5 Kg. Por lo tanto se obtiene una fuerza tangencial de 44.5 Kg. 133

159 CAPÍTULO IV DISEÑO DE LA MÁQUINA DESFIBRADORA F = 44.5 Kg y x F r N Figura No Diagrama de cuerpo libre (sección transversal rodillo banda alimentadora) Fr = F = 44.5 Kg 44.5 kg. La fuerza tangencial que debe dar el motor es mayor, por lo que se consideró 1.5 veces mayor de tal manera que: FT = (44.5)(1.5) = 67 Kg 148 lb. Sustituyendo los valores en la ecuación 4.24, la potencia del motor a la velocidad requerida será: H = (45.55)(148) = hp. Considerando la eficiencia de las partes del mecanismo se tiene [4.6]: Eficiencia de la transmisión por bandas...98% Eficiencia del motor..98% Eficiencia Total = 0.98 * 0.98 = Por lo que se necesita un motor con una potencia de: H = 0.204/ = hp 0.50 hp. Por lo tanto, sumando este resultado con el obtenido en el punto 4.4.2; el motor deberá tener las siguientes especificaciones: 134

160 CAPÍTULO IV DISEÑO DE LA MÁQUINA DESFIBRADORA Potencia = 1.0 hp. Voltaje = 110/220 Volts. Frecuencia = 60 Hertz. Fases = 2 Velocidad = 750 RPM. Factor de servicio = 1.15 Nema = B CALCULO DE LA TRANSMISIÓN POR BANDAS. Potencia del motor = 1 HP, nema B, Velocidad de salida del motor = 850 rpm y Velocidad de la flecha mandada 375 rpm; por lo que la relación de velocidad entre la flecha motriz y la flecha mandada es de La máquina se diseña para accionamientos continuos tipo pesado que es lo recomendado para este tipo de máquinas textiles, por lo que se utiliza un factor de servicio de 1.4 del ANEXO II Tabla No.1. La potencia de diseño es de 1.4 HP. Del ANEXO II Tabla No. 2 se sugiere una banda 3v o 3VX, ahora de acuerdo a la relación de velocidad el manual no tiene una propuesta para esta velocidad del motor por lo que se decide utilizar los datos del ANEXO II Tabla No. 3 con 1750 RPM y los datos se dividen entre 2, obteniendo las siguientes especificaciones: un Ø de plg mm para la polea motriz y un Ø de 5.3 plg mm para la polea mandada con una potencia por banda de HP. Calculando la distancia entre centros: D + d C = + d = = p lg mm

161 CAPÍTULO IV DISEÑO DE LA MÁQUINA DESFIBRADORA La banda a utilizar es una 3VX400 ANEXO II Tabla No. 3. De acuerdo al ANEXO II Tabla No. 5 se usa la formula para calcular el factor de corrección y así obtener el número de bandas a utilizar. Numerode bandas = Potencia de diseño (Potencia por banda)x(factor de corrección) = * 0.83 = 0.57bandas 1banda DISEÑO DE LOS EJES. Para el cálculo del diámetro de los ejes, se procede igual que en el punto 4.3.2, utilizando el mismo material SAE 4140 TCMo 4. Datos: Potencia = 1 hp, Velocidad del motor = 750 rpm y Velocidad del eje 375 rpm. El esfuerzo cortante permisible máximo es: τ MAX = Ksi Cambiando la potencia al sistema ingles para proceder a determinar el momento torsor máximo, utilizando la ecuación No. 4.3: T = (1)(63,000) 375 = lb-plg = 9.50 N-m Para determinar el diámetro mínimo para soportar el par torsor, se utiliza la ecuación 4.7; 16(168) d = = (74,670) π 3 p lg = 5.73 mm. El diámetro mínimo que soportará el par torsor, para el material seleccionado y utilizando un factor de seguridad de 3, según tabla No. 4.1; será de mm. 136

162 CAPÍTULO IV DISEÑO DE LA MÁQUINA DESFIBRADORA DISEÑO DE LAS CUÑAS PARA LOS EJES (POLEA Y RODILLOS). El diámetro de la flecha del rodillo es de mm (3/4 in), la dimensión de la cuña según tabla No. 4.2 es de 3/16 x 3/16 (t x b) si se utiliza el mismo material anterior. Los esfuerzos a que trabajará la cuña serán: Por cortante: S sy = 0.577S y = (0.577) (370) = MPa Por compresión: La cuña tendrá un largo de 17 mm igual al espesor de la polea; la falla por compresión, entre las áreas en contacto, originará un esfuerzo de aplastamiento, ( = F/tl), según la Figura No. 4.18; F = kg Ssy = F/tl = 87.74/( x 1.7) = kg/cm 2 11 Mpa. Tabla No. 4.2 Tamaño de cuña VS Tamaño de flecha 137

163 CAPÍTULO IV DISEÑO DE LA MÁQUINA DESFIBRADORA SELECCIÓN DE LOS RODAMIENTOS. y 63.0mm 340.2mm 340.2mm 26mm x Figura No Representación del eje de transmisión. y R 1 R 2 0 A B C x F 1 = kg F 2 = 71.2 Kg Figura No Gráfica de las cargas. En la fuerza F 2 = 71.2 kg ya está considerada la fuerza de fricción y el peso total de las telas que transportará la banda. + Tomando momentos con respecto a C, se calcula la reacción en R 1: Mc = 87.74(838.2) R1 (787.4) (393.7) = (4.32) Despejando R1 de la ecuación 4.32, se obtiene que: R1 = kg = 1.26 Kn Para determinar R2, se realiza una sumatoria de fuerzas en Y: Fy = R2 = (4.33) Despejando R 2 de la ecuación 4.33, se obtiene que: R 2 = kg = kn Las fuerzas que soportarán los rodamientos son R 1 y R 2, utilizando la más grande que es R 1 = 1.26 kn y como el diámetro de la flecha es de mm; se 138

164 CAPÍTULO IV DISEÑO DE LA MÁQUINA DESFIBRADORA selecciona del catálogo de SKF [4.12]; una chumacera designación SY 3/4 TF, con rodamiento designación YAR F, que soporta una capacidad de carga dinámica de 12.7 kn. Utilizando la ecuación 4.9 se obtiene que: L10 = = 1,024Mrev = 45, 511horas de servicio = 7.6 años a 375 rpm BANDA ALIMENTADORA. Una banda plana es el elemento flexible que consiste en un núcleo fuerte recubierto por un material elastómero; estas bandas tienen la ventaja de proporcionar un 98% de eficiencia aproximadamente, producen muy poco ruido y absorben mayor vibración torsional del sistema. La longitud de la banda se calcula sumando las dos longitudes de los arcos que forman los dos rodillos mandado y motriz respectivamente junto con la distancia entre los centros de dichos rodillos. Dónde: πd L = 2 π + 2l d 2 L = Longitud total de la banda. l = longitud entre centros de los rodillos. d1 = diámetro del rodillo motriz. d 2 = diámetro del rodillo mandado. 139

165 CAPÍTULO IV DISEÑO DE LA MÁQUINA DESFIBRADORA Figura No Banda transportadora Tomando los datos de la banda transportadora se calcula la longitud total. π (3.81) π (3.81) L = + 2(120.0) + = cm cm. 2 2 Consultando al proveedor Flujotecnia Industrial éste, recomendó una banda de PVC de 3 capas, 3 mm de espesor con grapas. 4.6 ESTRUCTURA Y LAMINACIÓN. Para el diseño de la estructura, la laminación de las guardas de protección y del ducto de descarga se propone que sus componentes se realicen con perfil de acero extruído mecano-soldada y con recortes de lámina de acuerdo a los diseños SELECCIÓN DE LA TORNILLERÍA. Después de haber calculado las reacciones que soportará cada rodamiento en los puntos anteriores se selecciona la fuerza que produzca el mayor efecto sobre los tornillos y se toma como referencia para seleccionar el tornillo más adecuado y utilizarlo conjuntamente con todas las chumaceras, esto debido a que las fuerzas que se obtuvieron en cada reacción no son muy 140

166 CAPÍTULO IV DISEÑO DE LA MÁQUINA DESFIBRADORA representativas en comparación con la resistencia limite mínima a la tensión de cada tornillo. F F R 1 R 2 Figura No Representación de la Fuerza de reacción en un rodamiento. Tomando la mayor fuerza de reacción (R1) en un rodamiento de la figura No. 4.9 que es de kg; se puede conocer cual es la fuerza a la que estarán sometidos los dos tornillos de la chumacera. Considerándola como una viga simplemente apoyada y haciendo suma de momentos en un tornillo: + M = 0 R1 M R = 968kg)(4.8cm) R (9.6cm) (4.34) 1 ( 2 = Despejando R 2 de la ecuación 4.34, se obtiene que: R 1 = R 2 = 484 kg Como no existe una fuerza que provoque un esfuerzo cortante sobre los tornillos, estos solo evitarán el movimiento de la chumacera, por lo que se puede seleccionar tornillos ASTM A307 con diámetros de 6.35 mm hasta mm, los cuales son de un acero de bajo carbono con una resistencia última a la tensión de KPa (60 kpsi) y una resistencia de fluencia de KPa (36 kpsi). 141

167 CAPÍTULO IV DISEÑO DE LA MÁQUINA DESFIBRADORA UNIONES SOLDADAS EN LA ESTRUCTURA. La estructura se realizará de perfiles de acero estructural Tipo C e I, mecano- soldados como se muestra en la figura No.4.24: Las fuerzas representadas son las fuerzas de reacción de cada rodamiento. La viga a resolver se representa en la figura No mm mm 60 mm 1465 mm mm mm mm mm Figura No Representación de la Fuerza en las uniones soldadas de la estructura. y F 1 = 778 kg F 2 = kg F 3 = 129 kg x A B C Figura No Gráfica de las cargas en la estructura. El diagrama de momentos de la viga se representa en la figura No

168 CAPÍTULO IV DISEÑO DE LA MÁQUINA DESFIBRADORA X V = R 1 y M = R 1 X X M A M A l 2 M B l M B M B l M C l M C V = R (X 314.2) 0 X V = R 2 y M = R 2 X X V = R Figura No Gráfica del momento flexionante en la viga. M = R 2 X (X ) 129(X ) Para resolver esta viga, se establecen 3 ecuaciones, para obtener los valores de M A, M B, y M C. Según el teorema de los tres momentos (Clapeyron), se tiene la ecuación No. 4.36: M l + 2M l + l ) + M ) = n 1 n n( n n+ 1 n+ 1( n+ 1 6 l in ln Analizando el primer tramo se tiene: d l in ln n+ 1 1 ( A ) + ( A ) + ( A ) + ( A ) n n+ 1 n+ 1 n1+ 1 n2+ 1 in2 ln+ 1 --(4.36) Datos: l n = 0 y l n+1 = An = 0 y An+1 = (778)( )/2 = 249, in = 0 y dn+1 = M n-1 = 0; M n = M A y M n+1 = M B Sustituyendo los valores en la ecuación No M = 0 + ( ) + M ( ) + A B ( 249,022.24)( ) M M =1, (4.37) A + B 143

169 CAPÍTULO IV DISEÑO DE LA MÁQUINA DESFIBRADORA Analizando el segundo tramo se tiene: Datos: ln = y ln+1 = An = (778)( )/2 = 249, A n1+1 = (183.5)( )/2 = 120,339.3 An2+1 = (129)( )/2 = 169,196.4 in1 = = dn1+1 in 2 = = d n2+1 Mn-1 = MA; Mn = MB y Mn+1 = MC Sustituyendo los valores en la ecuación No ( ,311.6 ) M A M B + MC1,311.6 = ( 249,022.24) ( 120,339.3 ) 6 ( 120,339.3 ) (169,196.4) M 6.1M M = 6, (4.38) A + B C Analizando el tercer tramo se tiene: Datos: l n = y l n+1 = 0 An+1 = 0 An1 = (183.5)( )/2 = 120,339.3 A n2 = (129)( )/2 = 169,196.4 in 1 = y d n1+1 = 0; in 2 = y d n2+1 = 0 Mn-1 = MB; Mn = MC y Mn+1 = 0 Sustituyendo los valores en la ecuación No M b + 2MC ( 1, ) + 0 = 6 ( 120,339.3 ) + ( 169,196.4 ) 1, M 2 M = (4.39) B + C 144

170 CAPÍTULO IV DISEÑO DE LA MÁQUINA DESFIBRADORA Como se puede observar se tienen tres ecuaciones, que se resolverán por el método de sustitución. Restando de la ecuación 4.37 la ecuación 4.39 se obtiene: 2 M 2M = ; despejando M A : A C MA = MC (4.40) Sustituyendo MA en la ecuación M + 6.1M M = 6,102.15; despejando M C : + C B C MC = 1, MB (4.41) Sustituyendo M C en la ecuación 4.39; M 2 ( 1, M ) = B + B MB = 1, Sustituyendo el valor de MB en las ecuaciones 4.37 y 4.41; MA = MC = Las reacciones en la viga se representan en la figura No. 4.27: M B, por lo tanto: M A M C R AC R 1BC R 2BC R CC R AMA R BMA R BMC R CMC R AMB R 1BMB R 2BMB R CMB R AT R BT R CT Figura No Gráfica de las reacciones en la viga. 145

171 CAPÍTULO IV DISEÑO DE LA MÁQUINA DESFIBRADORA Las reacciones debidas a la carga: RAC = (778)(325.96)/ = R 1BC = (778)(314.2)/ = R 2BC = (183.5)(1,146.51)/1, (129)(1,086.51)/1,311.6 = RCC = (183.5)(165.09)/1, (129)(225.09)/1,311.6 = Las reacciones debidas al momento M A : RAMA = MA/ = 75.71/ = RBMA = MA/ = 75.71/ = RCMC = MC/1,311.6 = /1,311.6 = RBMC = MC/1,311.6 = /1,311.6 = Las reacciones debidas al momento MB: R 1BMB = M B / = 1,022.74/ = 1.6 R 2BMB = M B /1,311.6 = 1,022.74/1,311.6 = 0.78 R AMB = M B / = 1,022.74/ = 1.6 R CMB = M B /1,311.6 = 1,022.74/ = 0.78 Las reacciones totales son: R AT = R AC + R AMA R AMB = = R BT = R 1BC R BMA + R 1BMB + R 2BC - R BMC R 2BMB = = R CT = R CC + R CMC R CMB = = Haciendo una sumatoria de fuerzas en Y se obtiene: F y = RAT + RBT + RCT = (4.42) 146

172 CAPÍTULO IV DISEÑO DE LA MÁQUINA DESFIBRADORA F y = 0 ; = 0 Los diagramas de esfuerzo cortante y de momento flexionante maximo son: V x x x x x x Figura No Gráfica de la fuerza cortante en la estructura. M 0 124x x x x10 3 x -1x10 3 Figura No Gráfica del momento flexionante en la estructura. Como se puede observar el momento flexionente máximo de diseño en la estructura es 124x10 3 Kg-mm. Las uniones soldadas estarán sometidas a tracción y compresión evitando el movimiento entre los elementos soldados, por lo que se selecciona un electrodo revestido AWS No. E6018 con una resistencia última mínima a la tensión Su = 62 kpsi (427Mpa) y una resistencia mínima de cedencia de S yp = 50 kpsi (345Mpa), sugiriendo una altura de mm; para el cordón de soldadura en las uniones a soldar de la estructura. 147

173 CAPÍTULO IV DISEÑO DE LA MÁQUINA DESFIBRADORA 4.7 MAESTRO DE PARTES O ESTRUCTURA DEL PRODUCTO. El despiece de cualquier conjunto complejo que se produzca es un instrumento básico de los departamentos de ingeniería de diseño para la realización de su cometido tanto para la especificación de las características de los elementos que componen el conjunto como para los estudios de mejora de diseños y de métodos en producción. Desde el punto de vista del control de la producción interesa la especificación detallada de las componentes que intervienen en el conjunto final, mostrando las sucesivas etapas de la fabricación. La estructura de fabricación es la lista precisa y completa de todos los materiales y componentes que se requieren para la fabricación o montaje del producto final, reflejando el modo en que la misma se realiza. Figura No Estructura del producto. Varios son los requisitos para definir esta estructura: Los números entre paréntesis indican las cantidades del componente para elaborar el subproducto o producto del siguiente nivel (de abajo hacia arriba). El nivel indica el grado de elaboración del producto. Cada componente o material que interviene debe tener asignado un código que lo identifique de forma biunívoca: un único código para cada elemento y a cada elemento se le asigna un código distinto. Debe de realizarse un proceso de racionalización por niveles. A cada elemento le corresponde un nivel en la estructura de fabricación de un producto, asignado en sentido descendente. Así, al producto final le 148

174 CAPÍTULO IV DISEÑO DE LA MÁQUINA DESFIBRADORA corresponde el nivel cero. Los componentes y materiales que intervienen en la última operación de montaje son de nivel uno. En el ANEXO III Tabla No. 1 se describe la estructura de partes de la máquina desfibradora de acuerdo a la figura No ANÁLISIS ECONÓMICO. La aplicación de los recursos financieros destinados al diseño de la máquina desfibradora, los cuales corresponden al conjunto de gastos que se realizan desde la etapa de desarrollo, hasta la aceptación de la borra en el mercado, involucran los recursos humanos, bienes materiales, tiempo y dinero. Todos los gastos representan por lo general cantidades de dinero que deben analizarse antes de realizar la inversión, la eficiencia del empleo de los recursos económicos destinados al desarrollo de este proyecto son muy importantes para no poner en riesgo la estabilidad económica EL COSTO DE PRODUCCIÓN Y EL DESARROLLO DEL PRODUCTO. Al observar la siguiente estructura del precio de venta; no es difícil de comprender la importancia que tienen las decisiones que se toman durante la fase de diseño del producto; el tipo y cantidad de material en bruto, la selección de piezas compradas, las formas de las piezas fabricadas, la cantidad y tipo de procesos de manufactura necesarios, la previsión de las superficies de apoyo para los montajes de maquinado, las tolerancias de fabricación, el grado de rugosidad de las superficies, los tratamientos térmicos y recubrimientos superficiales, la cantidad y tipo de elementos de sujeción, la necesidad de prever dispositivos de sujeción y de control, etc. son algunos tópicos que deben resolverse durante el proceso de diseño. El beneficio o la utilidad en la operación de una empresa productiva es la diferencia entre el precio de venta y el costo de producción. Para obtener la 149

175 CAPÍTULO IV DISEÑO DE LA MÁQUINA DESFIBRADORA mayor utilidad es necesario que el producto pueda venderse al mayor precio y que el costo de producción sea el mínimo. Por lo general el costo de producción se estructura a partir de los siguientes tres elementos [4.6]: Costo directo o primo Materiales Mano de obra directa Mano de obra indirecta Costos de Abastecimientos Fabricación Alquiler de la fábrica Calefacción Gastos de fabricación Luz P Fuerza R Seguros E Sueldos de dirección Depreciación de Maquinaria C Sueldos de personal Varios I Alquiler de la oficina O Gastos de Teléfono administración Depreciación de equipo de oficina D Papelería y artículos de oficina E Otros V Sueldo de vendedores E Gastos de Comisiones N Ventas Gastos de viajes T Propagandas A Utilidad Otros Costo de los componentes del producto. ANEXO III tabla No.1, cada componente tiene un costo, que depende de la materia prima que lo compone. El total que suman los componentes de la Máquina desfibradora es de $17, multiplicados por el 15% del IVA, se obtiene un total de $19, Costo del ensamble. ANEXO III tabla No. 2, los componentes manufacturados se costearon utilizando una lista de tiempos predeterminados y de un acuerdo tarifario de prestación de servicios publicado en el Diario Oficial del Gobierno del Estado de Hidalgo, el día 2 150

176 CAPÍTULO IV DISEÑO DE LA MÁQUINA DESFIBRADORA de agosto del 2004 para la Universidad Tecnológica de la Sierra Hidalguense. Obteniendo un total de $26, multiplicados por el 15% del IVA, se obtiene un total de $30, Gastos necesarios para apoyar a la producción. Estos ya vienen incluidos en el acuerdo tarifario, sin embargo, se consideró un 15% más del total para prevenir los errores e imprevistos que se puedan cometer en la manufactura, en la compra y en la planeación en general de todos los componentes. Por lo tanto, el costo total de la máquina desfibradora es de $19, de los materiales más $30, de la manufactura; esto es igual a $50, multiplicados por el 15% el costo final es de $58, más el 10% de utilidad $63, Los componentes del producto son piezas independientes que se pueden separar en dos categorías: Las que se compran como piezas elaboradas y están listas para ser integradas en el conjunto. Por ejemplo; tornillos, motores, rodamientos, bandas, chips electrónicos, etc., en lo sucesivo a estos componentes se les designará simplemente como piezas compradas. Las que se deben producir específicamente para aplicarse en el producto que se está diseñando. Que a estos componentes se les llamara piezas fabricadas. Este tipo de piezas se pueden fabricar en las instalaciones de la empresa que desarrolla el producto, o su fabricación se puede subcontratar para que la produzca un proveedor externo bajo especificaciones precisas. El menor costo y calidad del componente es el que determina si la pieza se produce en casa o fuera de ella. 151

177 CAPÍTULO IV DISEÑO DE LA MÁQUINA DESFIBRADORA El costo de una pieza fabricada se puede determinar a partir de los siguientes tres elementos: Costo del material en bruto Costo de las herramientas y dispositivos necesarios para la producción. Costo del proceso El proceso de ensamble implica costos por mano de obra y por dispositivos y herramientas. Finalmente todos los gastos que se requiere hacer para respaldar las actividades productivas; aseguramiento de calidad, compras, almacenes, ventas, administración, entran en una categoría de gastos generales que también inciden en el costo total de fabricación VALOR PRESENTE NETO (VPN). Se define como la sumatoria de los Flujos netos de caja anuales actualizados, menos la Inversión inicial [4.7]. Con este indicador de Evaluación se conoce el valor del dinero actual (hoy) que requerirá recibir el Proyecto en el futuro, a una tasa de interés y un periodo determinado, cuando la máquina se haya depreciado totalmente, a fin de comparar este valor con la Inversión inicial. Se usa con más frecuencia para determinar el valor presente de futuros ingresos o desembolsos de dinero; se realiza calculando el valor presente de los beneficios menos el valor presente de los costos, se debe cuidar el horizonte de planeación. El valor actual neto de una Inversión corresponde al Flujo neto de caja, actualizado con una determinada tasa de interés, la misma que tendrá un valor que puede ser calculado en función al aporte propio y al monto financiado. Previo al cálculo del VPN, es necesario precisar que el Flujo neto de caja puede ser constante anualmente o diferente; como también la tasa de actualización puede o no ser la misma cada año. 152

178 CAPÍTULO IV DISEÑO DE LA MÁQUINA DESFIBRADORA El valor presente neto de la máquina desfibradora, se calcula con la finalidad de determinar, el valor presente del desembolso de dinero que se realizará dentro de 10 años, que es la vida útil de la maquina; proponiendo una alternativa para administrar la cantidad de dinero que se debe invertir para comprar otra máquina en ese periodo. Por lo anterior, el VPN de la máquina se calcula de la siguiente manera: VPN = IT (1 + i) n Dónde; VPN = Valor Presente Neto, que formará una serie uniforme continua en n periodos, donde la serie completa es equivalente al cantidad presente invertida IT a una tasa de inflación i. Proponiendo una tasa de inflación fija del 7.5% anual. VPN = 63,802 ( ) 10 = $131,498.0 Esta cantidad representa el precio de venta que tendrá la máquina dentro de 10 años a una tasa de inflación fija del 7.5%. La alternativa que se sugiere para administrar esta cantidad cosiste en dividir los $131,498.0 entre los 10 periodos e invertirlos a una tasa fija del 8% anual y realizar los ajustes en el último periodo. En la tabla No. 4.3; en el punto 8 se hace mención del VPN del la máquina, dividiéndolo entre el número de periodos, como un desembolso que se tiene que realizar para ahorrar dicha cantidad. 153

179 CAPÍTULO IV DISEÑO DE LA MÁQUINA DESFIBRADORA No. D E S C R I P C I Ó N Ingreso anual ($) Desembolso anual ($) Renta del local de trabajo aprox. 800 m 2 = $ 7,500.0 mensuales x 12 meses Pago de nomina a 40 trabajadores x $750.0 semanales c/u x 52 semanas + 1 administrador ($1,500.0 semanales) Consumo de Energía eléctrica (alumbrado y motores de máquinas) = $23,000.0 p/mes Reparación y mantenimiento($5,000 desfibradora + $3,500 cortadora + $1,500 instalaciones) anuales 90, ,638, ,000 9, Seguros p/41 trabajadores x $250.0 c/u mensual. 123, Accesorio p/limpieza y equipo de seguridad (jabones, cepillos, escobas, trapeadores, cubre bocas, guantes, etc.) = $1,800 p/mes Gastos de distribución ($2,800 semanales = $11, mensuales.) Cantidad requerida anual mente para invertir en el último periodo ($131,498.00/10 años) para comprar la máquina. 21, ,400 13, Ingresos por la fabricación de la borra (250 kg/hora x turno = 8 Horas)x 220 días/año x $6.00 por kg. 2,640,000.0 T O T A L = 2,640, ,305,149.8 Beneficio anual neto = 334,850.2 Tabla No. 4.3 Ingreso / desembolso anual VPN = IT + BAN( P / A, i, n) + VTN( P / F, i, n) [4.9] (4.43) Sustituyendo valores en la ecuación 4.43; se tiene que: VPN = 63, ,850.2(4.625) + 5,959(0.2045) = 1,486, Dónde: IT = Inversión Total = $63,802 BAN = Beneficio anual neto uniforme; Si VPN > 0 ==> ACEPTAR PROYECTO 154

180 CAPÍTULO IV DISEÑO DE LA MÁQUINA DESFIBRADORA VTN = Valor terminal neto (chatarra) = $5,959. P/A = Factor de valor presente para serie de pago uniforme = n ( 1+ i) i( 1+ i) = P/F = Factor de valor presente para pago único = ( ) = i n i = interés = 17.2 % anual y n = años de duración del préstamo = 10 años. n RENDIMIENTO DE LA INVERSIÓN. Con la fabricación de la máquina desfibradora se tendrán ingresos provenientes del uso de la misma, que se estiman a partir de la producción obtenida anualmente, multiplicada por el precio a que se vende la borra en el mercado; de tal manera que aplicando la fórmula de economía de serie uniforme se tendrá que [4.8]: ( 1+ i) n 1 F1 = A (4.44) i Sustituyendo los valores en la ecuación 4.44; ( ) 10 1 F 1 = 334,850.2 = 7,572, F 1 Cantidad futura de dinero a n periodos de tiempo, que es equivalente a P con una tasa de interés i. A = Ingresos esperados, que formará una serie uniforme continua en n periodos, donde la serie completa es equivalente al capital o cantidad presente invertida P o una cantidad futura de dinero F a una tasa de interés i. 155

181 CAPÍTULO IV DISEÑO DE LA MÁQUINA DESFIBRADORA PERIODO DE TIEMPO PARA LA RECUPERACIÓN DEL CAPITAL. Para conocer el tiempo en que se recuperará la inversión, se utilizará la ecuación 4.44; y estimando un periodo de dos meses, se obtiene un monto un poco mayor a la inversión inicial [4.9]. n ( 1 i) ( ) F2 = A = 334,850.2 = i , RELACIÓN BENEFICIO / COSTO (B/C). Este indicador mide la relación que existe entre los ingresos de un Proyecto y los costos incurridos a lo largo de su vida útil, incluyendo la Inversión total [4.7]. / VPdelosbeneficios B C = 1 VPdel costo (4.45) 1,549,900.8 Sustituyendo los datos en la ecuación 4.45; B / C = = , por lo 63,802 tanto, el proyecto es aceptable ya que: 1) Si la relación B/C es mayor que la unidad, el Proyecto es aceptable, por que el beneficio es superior al costo. 2) Si la relación B/C es menor que la unidad, el proyecto debe rechazarse porque no existe beneficio. 3) Si la relación B/C es igual a la unidad, es indiferente llevar adelante el Proyecto, porque no hay beneficio ni pérdidas. 156

182 CAPÍTULO IV DISEÑO DE LA MÁQUINA DESFIBRADORA 4.9 EVALUACIÓN DE RESULTADOS. Después de haber terminado el diseño que resolverá la problemática planteada, se retomaron los requerimientos de los clientes considerados durante la etapa dos de la técnica del QFD (Quality Function Deployment), con los cuales se realiza una evaluación para verificar que si el diseño realizado cumplía o no con dichos requerimientos, de acuerdo con las diferentes etapas de interés descritas en la metodología de diseño por ciclo de vida. De lo cual, a continuación se realiza un reporte de los resultados en la tabla No OBLIGATORIOS DESEABLES REQUERIMIENTOS SOLUCIÓN CUMPLE A Bajo costo de fabricación. MO y Materiales Nacionales ($58, ) ok B Que su operación sea sencilla. Mando de control electromecánico. ok Aceptable tiempo de C recuperación de la inversión. Tres meses. Ok El montaje y desmontaje de los D componentes debe ser fácil. Hta. Básica (juego de llaves españolas) ok Debe ser de un precio E competitivo Un costo de venta de $63, ok Que su volumen de producción F sea rentable. Una producción de 250 kg/hora. Ok a Debe ser fácil de fabricar. Procesos de manufactura convencionales ok b Que la operación sea segura. Guardas de protección ok Las reparaciones y el mantto. c Deben ser sencillos. 3 piezas como máximo. Ok Los costos de reparar y del d mantenimiento deben ser bajos. Solo de limpieza y engrasado < $5,000. Ok Tabla No. 4.4 Evaluación de los resultados del diseño. Al evaluar los requerimientos y expectativas de los clientes con los resultados obtenidos en el presente capítulo se analizan los siguientes elementos: Los clientes esperaban que: El costo de fabricación fuera menor a $75,000.00; en el calculo se obtuvo un costo de fabricación de $58,

183 CAPÍTULO IV DISEÑO DE LA MÁQUINA DESFIBRADORA La máquina pudiera ser operada por dos personas y efectivamente puede ser operada por dos personas una alimentara la máquina con las telas y la segunda retirará la borra para su prensado y empaquetado. La recuperación de su capital fuera en un año; de acuerdo al análisis económico, se puede recuperar en tres meses. Al desmontar y montar un componente se utilizará un equipo de herramientas básico, de acuerdo al diseño realizado solo se necesita una llave española mixta de mm y 12.7 mm (7/16 in y ½in), un desarmador del No. 4 y una llave allen de (3/8 in). El precio de la máquina no excediera los $120, y después de realizar el análisis económico el costo final de la máquina es de $63, Un volumen de producción de 250 Kg-hora; este se tomo como referencia para realizar los cálculos. Los procesos de manufactura para realizar los componentes de la máquina no fueran especiales; de acuerdo a los cálculos y selección de materiales la máquina puede ser manufacturada en cualquier taller pailería que cuente con equipo y personal con experiencia en el manejo del torno, soldadura, pintura y esmerilado, corte y formado. Al operar la máquina no existieran partes en movimiento descubiertas, este fue una de las expectativas de mayor peso, por lo que, se le puso mayor atención y ninguna parte en movimiento estará descubierta, se diseñaron guardas de protección para cada punto de control. Al darle mantenimiento a la máquina no fuera necesario quitar más de tres elementos, y efectivamente para cualquier punto de control, con retirar una guarda de protección ya se tiene acceso para lubricar o limpiar según sea el caso. 158

184 CAPÍTULO IV DISEÑO DE LA MÁQUINA DESFIBRADORA El mantenimiento no resultará costoso, la limpieza y lubricación lo puede realizar el mismo operador y para cualquier cambio de rodamientos no se requiere de especialización alguna. Por todo lo anterior, se puede concluir que se cumplió con todas las expectativas y requerimientos de los clientes. Por lo tanto, al manufacturar y usar las dos máquinas que se requieren, se evitara que las telas sean quemadas a cielo abierto o tiradas a los basureros municipales reduciendo así un problema de contaminación ambiental. Por otra parte se termina con el ciclo de vida de las telas y se da vida a un nuevo producto conocido como la borra con un valor agregado y que experimentará su propio ciclo de vida como se describió en el sumario del capítulo II SUMARIO. Después de haber obtenido los resultados anteriormente descritos, se puede dar por terminado el diseño de la máquina, la cual, se representa en el dibujo mecánico figura No. 4.31; existen elementos o piezas auxiliares que, conforme se fueron detallando los elementos o conjuntos de ensamble, se llegó a la necesidad de ellos, estas piezas cumplen funciones específicas consideradas como secundarias; debido a esto no se consideró pertinente mencionarlas. Los cálculos realizados en el diseño de detalle, se utilizaron para seleccionar el tipo de material adecuado para cada elemento de la maquina desfibradora; el cual se describe en cada dibujo realizado con la ayuda del software AutoCad (Diseño Asistido por Computadora). 159

185 CAPÍTULO IV DISEÑO DE LA MÁQUINA DESFIBRADORA Figura No Dibujo de la máquina desfibradora. 160

186 CAPÍTULO IV DISEÑO DE LA MÁQUINA DESFIBRADORA SISTEMA MOTRIZ DE DESFIBRADO SISTEMA MOTRIZ DE PRENSADO Y ALIMENTACIÓN 1. Capacidad del motor: 15 HP 1. Capacidad del motor: 1 HP 2. Voltaje: 220/440 Volts. 2. Voltaje: 110/220 Volts. 3. Velocidad del motor: 875 RPM. 3. Velocidad del motor: 750 RPM. 4. Relación de velocidad: 2 a Relación de velocidad: 2 a Capacidad de desfibrado: 250 Kg. /hr. 5. Capacidad de carga: 44.5 Kg. 6. Desfibrado: con puntas desfibradoras. 6. Velocidad de alimentación: m/min. Tabla No. 4.5 Hoja de datos de la máquina desfibradora. En el ANEXO IV, se encuentran los dibujos de las piezas unitarias, subensambles y del conjunto final; todo esto en relación con la estructura del producto REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS. 4.1 Díaz Salcedo J. M., Utilización del Diseño Asistido por computadora, para la optimización de la fabricación de un dispositivo alimentador del tejo, para el proceso de manufactura de bases para licuadora, Tesis de grado IPN (SEPI- ESIME), México D. F Edward S. J. y R. Mischke C., Diseño en Ingeniería mecánica, Mc Graw Hill, 5ª. Edición, Cap. 9, 10, 11 y Deutschman A., Walter J. M. y E. Wilson C., Diseño de Máquinas teoría y práctica, Edt. CECSA, 8ª reimpresión, Cap E. Joerres R. y col., Standard Handbook of Machine Design, McGraw- Hill, New York, pp.24 y Urriolagoitia C. G., Diseño de una máquina para soldar perfiles, fabricados a base de placas de acero, Tesis Profesional 1966 ESIME. 161

187 CAPÍTULO IV DISEÑO DE LA MÁQUINA DESFIBRADORA 4.6 Ramos W. J.; Diseño Mecánico; 2 a edición; IPN SEPI-ESIME 16-20pp 4.7 Márquez Morales A. L., Diseño de una máquina tribologica para pruebas de desgaste abrasivo severo, Tesis de grado IPN (SEPI-ESIME), México D. F G. Newman D., Análisis Económico en Ingeniería, Edt. Mc Graw Hill, 2ª edición. 4.9 Baca U. G., Fundamentos de ingeniería Económica, Edt. Mc Graw Hill, 2ª Edición Anaya R. A., Diseño de una máquina para estibar automóviles, Tesis de grado IPN (SEPI-ESIME), México D. F Salinas Arroyo V. M., Diseño del mecanismo de prensado para la fabricación de mosaicos, Tesis de grado IPN (EPI-ESIME), México D. F

188 C O N C L U S I O N E S Durante el desarrollo del presente trabajo de tesis se llegó a las siguientes conclusiones: 1. Al describir una clasificación de las fibras, se observó que cada una tiene propiedades de interés para su consideración en diseño mecánico, como son: su estructura externa e interna, y a través de diferentes pruebas, en un laboratorio textil, se identifican las de interés específico, y que son estas fibras las que dan inicio al ciclo de vida de los textiles. 2. Se desarrollo el ciclo de vida de los productos textiles, desde su origen hasta su retiro remarcando el ciclo producción-consumo, observando que, de una manera más individual, la fase de manufactura del producto textil es particularmente importante para los fines de este trabajo, ya que en esta fase se obtiene el material de desperdicio que puede ser reciclado para su reutilización. También en la fase del retiro del producto sería posible obtener material de desperdicio para su reciclado; para llevar acabo esta operación, se considera como herramienta de transformación una máquina de desfibrado, la cual, en su momento deberá ser analizada como un elemento con un ciclo de vida propio. 3. Se observó que el impacto ambiental, aunque pequeño puede ser significativo, ya que las 4 toneladas de telas por día que actualmente son quemadas a cielo abierto ó en su defecto son arrojadas al tiradero municipal; al procesarse para convertirse en un nuevo producto con un valor agregado, disminuyen su acción contaminante. 4. En el desarrollo del presente trabajo fue factible aplicar la metodología de diseño basada en el concepto de ciclo de vida del producto, en la que se involucra al QFD (Quality Function Deployment), y considerar también aspectos del ciclo producción-consumo así como el diseño conceptual y el diseño de detalle con lo que se obtuvo un diseño optimizado de la máquina desfibradora. 163

189 RECOMENDACIONES PARA TRABAJOS FUTUROS. Este trabajo fue planeado y desarrollado de acuerdo al objetivo general y específicos planteados en un inicio, con el propósito de ser presentado como tema de tesis para obtener el grado de Maestro en Ciencias, derivado de este trabajo se han planteado temáticas que, por su extensión, no pudieron ser incluidas por lo que se propone para trabajos futuros lo siguiente: Realizar pruebas a las fibras textiles, para identificar y determinar valores de parámetros de interés en diseño mecánico, en un laboratorio textil. Hacer un análisis de los esfuerzos que se presentan en las puntas desfibradoras y en las flechas de los rodillos estriados, usando el método del elemento finito a fin de validar resultados obtenidos mediante los procedimientos tradicionales. Realizar estudios y análisis considerando parámetros relativos a tiempos de operación, costos de materiales, de mano de obra, entre otros, ya que en la realidad, para la determinación del costo final es absolutamente indispensable conocer a detalle estos parámetros y su influencia en la determinación del valor del producto. Fabricar la máquina, y someterla a pruebas de funcionalidad con cargas bajo condiciones normales, para analizar su comportamiento e identificar sus puntos débiles con objeto de optimizar el diseño. Desarrollar la ingeniería requerida para los procesos de manufactura, tomando en cuenta el diseño de fase, grupos tecnológicos, montaduras para ensambles, ajustes, tolerancias, etc. 164

190 A N E X O S

191 A N E X O S A N E X O I TABLAS CON ESPECIFICACIONES VARIAS Tabla No. 1 Aceros de alto carbono y de aleaciones para resortes. Tabla No. 2 Constantes para calcular resistencia de tensión mínimas de los aceros comunes para resortes

192 A N E X O S Tabla No. 3 Formulas para calcular las dimensiones de resortes de compresión (N a = Número de espiras activas). Tabla No. 4 Constantes elásticas y físicas de materiales. Tabla No. 5 Constantes de formas de extremos para resortes de compresión helicoidal

193 A N E X O S Materiales Tabla No. 6 Coeficientes de fricción. Coef. de Fricción Estática s Coef. de Fricción Cinética Acero - Acero Aluminio - Acero Cobre - Acero Latón - Acero Cinc - Hierro colado Caucho - Concreto Madera - Madera Madera - Cuero Vidrio - Vidrio Metal - Cuero Cobre - Vidrio Hielo - Hielo Teflón - Teflón Teflón - Acero Fuentes: Serway. Physics for Scientists and Engineers, Sears, Z & Y. Física Universitaria k

194 A N E X O S A N E X O I I CATALOGOS DE BANDAS DODGE Tabla No. 1 Factor de carga para accionamientos por correas trapeciales

195 A N E X O S Tabla No. 2 Norma para elegir el perfil de las correas trapeciales estrechas

196 A N E X O S Tabla No. 3 Diámetros de las poleas trapeciales

197 A N E X O S Tabla No. 4 Selección de las correas trapeciales estrechas