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FABRICACIÓN DE UNA MÁQUINA PARA AUTOMATIZAR EL PROCESO DE TRANSPORTE Y TERMOFIJADO DE LAS ETIQUETAS DE ROPA INTERIOR DE LA EMPRESA JOSSMAN

9029210 PEDRO VLADIMIR ALVARADO ROMERO 9011110 DANIEL FELIPE PEÑARETE MORENO

FUNDACIÓN UNIVERSITARIA AGRARIA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERIAS INGENIERIA MECATRÓNICA BOGOTÁ 2015 2


FABRICACIÓN DE UNA MÁQUINA PARA AUTOMATIZAR EL PROCESO DE TRANSPORTE Y TERMOFIJADO DE LAS ETIQUETAS DE ROPA INTERIOR DE LA EMPRESA JOSSMAN

9029210 PEDRO VLADIMIR ALVARADO ROMERO 9011110 DANIEL FELIPE PEÑARETE MORENO

Trabajo de grado aplicado para optar al título de Ingeniero Mecatrónico

Director: Ing. Fabio Roa

FUNDACIÓN UNIVERSITARIA AGRARIA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERIAS INGENIERIA MECATRÓNICA BOGOTÁ 2015 3


Notas de aceptaci贸n: ________________________________ ________________________________ ________________________________ ________________________________ ________________________________ ________________________________ ________________________________

_______________________________ Firma del jurado

_______________________________ Firma del jurado

_______________________________ Firma del jurado Bogot谩 D.C ___ de_____________ del 2015

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DEDICATORIA El esfuerzo que nos llevó realizar este trabajo, queremos dedicarlo en primer lugar a Dios, quien nos dio el don de la sabiduría, el entendimiento y la fuerza para realizar esta máquina, también queremos dedicar a nuestras familias, el resultado de su apoyo y de su fe en nosotros para culminar esta etapa de nuestras vidas como futuros ingenieros mecatrónicos, a todas aquellas personas que durante nuestra formación nos han apoyado con sus palabras, compañía y acciones, a nuestros futuros colegas, para que este documento y el resultado de nuestra labor, sea inspiración para que en Colombia hayan más ingenieros en pro del progreso e industrialización de nuestro país.

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AGRADECIMIENTOS Agradecemos a Dios quien nos da la oportunidad de medir nuestras capacidades en la formación como ingenieros mecatrónicos, a nuestros padres, quienes apoyaron nuestro proceso de formación en todos sus aspectos, por sus palabras de apoyo y entendimiento en este camino. Agradecemos a la Ingeniera Elizabeth Beltrán quien nos acompañó en toda nuestra formación académica y quien fue parte fundamental en la ejecución de este proyecto. Al señor José Maria Avilés, gerente general de la empresa JOSSMAN quien patrocino nuestro proyecto de grado con la compra de la PAP 1600. Y a todos quienes nos acompañaron en el proceso no solo de nuestro proyecto de grado, sino quienes han pertenecido a nuestras vidas de manera profesional y personal, a todos ellos agradecemos el apoyo y la fe en nosotros.

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CONTENIDO

Pag.

INTRODUCCIÓN ................................................................................................................14 PREGUNTA DE INVESTIGACIÓN.....................................................................................15  1.  OBJETIVO ...................................................................................................................16  1.1. 

Objetivo General ......................................................................................................16

1.2.

Objetivos Específicos...............................................................................................16

2. ANTECEDENTES Y MARCO REFERENCIAL. ..........................................................17  2.1. 

Industria textil en Colombia......................................................................................17

2.2.

Etiquetado en la ropa: ..............................................................................................18

2.2.1.

Reglamento técnico sobre etiquetado de confecciones. ......................................18

2.2.2

Norma ISO 3758 de 1991 Sobre simbología en las etiquetas. ............................19

2.3.

Norma de seguridad industrial y riesgos laborales en el sector textil ......................21

2.3.1

Riesgos por exposición al calor............................................................................21

2.3.2

Riesgos por exposición a sistemas mecánicos ....................................................22

2.4. 2.4.1  2.5.  2.5.1  2.6. 

Normas de seguridad industrial en máquinas del sector textil.................................23 Significado general de los colores y símbolos de seguridad................................24  Termofijadoras .........................................................................................................25  Clases de termofijadoras......................................................................................26  Sistemas manipuladores..........................................................................................32 

2.6.1

Clases de manipuladores .....................................................................................35

2.6.2

Método del Pick and Place ...................................................................................39

3. VARIABLES DEL PROCESO DE TERMOFIJADO DE ETIQUETAS. ........................42  3.1.  3.1.1.  3.2.  3.2.1. 

Temperatura para el termofijado..............................................................................42 Cálculo de transferencia de calor. ........................................................................43  Presión en el termofijado. ........................................................................................50  Sistemas neumáticos. ..........................................................................................51 

4. ELEMENTOS DE CONTROL Y VISUALIZACIÓN ......................................................61  4.1. 

Control de temperatura ............................................................................................61

4.2.

Control Lógico Programable. ...................................................................................63

4.3.

Pilotos y pulsadores .................................................................................................66

5. IMPLEMENTACIÓN DEL MÉTODO PICK AND PLACE. ............................................73  6.  DISEÑO DEL PROGRAMA DE LA MÁQUINA. ...........................................................78  7.  FABRICACIÓN DE LA ESTRUCTURA DE LA MÁQUINA. .........................................82  7.1. 

Análisis de tensión y desplazamiento de la estructura. ...........................................83

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES. ....................................................................90

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REFERENCIAS. .................................................................................................................94 ANEXO A ............................................................................................................................98  ANEXO B ............................................................................................................................99  ANEXO C..........................................................................................................................100  ANEXO D..........................................................................................................................101  ANEXO E ..........................................................................................................................102  ANEXO F ..........................................................................................................................103  ANEXO G .........................................................................................................................105  ANEXO H..........................................................................................................................107  ANEXO I ...........................................................................................................................109 

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LISTA DE FIGURAS Figura 1. Termofijadora para marquillas. .......................................................................................... 27 Figura 2. Termofijadora tipo prensa. ................................................................................................. 28  Figura 3. Termofijadora de rodillos. .................................................................................................. 28  Figura 4. Termofijadora Neumática ................................................................................................... 29  Figura 5. Termofijadora Neumática de bandeja con desplazamiento............................................... 30  Figura 6. Termofijadora neumática “BlueStamp 8.000”. ................................................................... 30  Figura 7. Prensa hidráulica para termofijado, corte y punzado. ....................................................... 31  Figura 8. Máquina troqueladora estampadora al calor. .................................................................... 32  Figura 9. Escena de la serie de TV R.U.R de 1938. ......................................................................... 33  Figura 10. Comparación del brazo humano a un robot PUMA. ........................................................ 33  Figura 11. Clasificación de los tipos de articulación según sus movimientos. ................................. 34  Figura 12. Clasificación según la AFRI de los manipuladores robóticos. ......................................... 36  Figura 13. Manipulador de estructura básica Cartesiana. ................................................................ 37  Figura 14. Manipulador se estructura básica Cilíndrica. ................................................................... 37  Figura 15. Manipulador de estructura básica tipo polar. ................................................................... 38  Figura 16. Manipulador de estructura básica tipo Angular. .............................................................. 38  Figura 17. Manipulador paralelo Stewart Gough. ............................................................................. 39  Figura 18. Pórtico en T EXCT. .......................................................................................................... 40  Figura 19. Sistema Pick and Place aplicado al transporte de etiquetas. .......................................... 40  Figura 20. Etiquetas de ropa interior de la empresa JOSSMAN. ..................................................... 42  Figura 21. Fusión del pegamento termo-adhesivo en la tela y entretela. ......................................... 43  Figura 22. Efecto Joule en un conductor eléctrico. ........................................................................... 44  Figura 23. Resistencia de mica blindada plana con recubrimiento en acero inoxidable. ................. 44  Figura 24. Plancha para la termofijación, sistema de calor. ............................................................. 45  Figura 25. Elemento químico Aluminio. ............................................................................................ 46  Figura 27. Teflón Plástico Laminado. ................................................................................................ 46  Figura 28. Asbesto en lámina............................................................................................................ 47  Figura 29. Transferencia de calor en una placa................................................................................ 48  Figura 30. Transferencia de calor en varias paredes en contacto. ................................................... 49  Figura 31. Preparación del aire sistema neumático. ......................................................................... 51  Figura 32. Compresor de dos estados y compresor de membrana.................................................. 52  Figura 33. Actuador neumático simple efecto con retorno por fuelle................................................ 52  Figura 34. Tipos de actuadores neumáticos. .................................................................................... 53  Figura 35. Simbología para actuadores neumáticos. ....................................................................... 54  Figura 36. Cilindro sobre efecto neumático con sistema anti giro. ................................................... 54  Figura 37. Plancha para la termofijación, sistema de calor. ............................................................. 55  Figura 38. Ábaco psicométrico para el cálculo de la fuerza de un cilindro neumático. .................... 55  Figura 39. Clasificación de las válvulas neumáticas. ........................................................................ 56  Figura 40. Válvula neumática 5/2 de accionamiento neumático....................................................... 56  Figura 41. Funcionamiento de un sensor final de carrera. ............................................................... 57  Figura 42. Finales de carrera. ........................................................................................................... 58  Figura 43. Funcionamiento de un interruptor magnético y su símbolo. ............................................ 59  Figura 44. Montaje de interruptores magnéticos para un cilindro neumático. .................................. 59  Figura 45. Montaje neumático para el transporte y termofijado de etiquetas ................................... 60  Figura 46. Termocupla. ..................................................................................................................... 61  Figura 47. Control de temperatura marca Autonics TC4S. ............................................................... 62  Figura 48. Tabla de datos del control de temperatura Autonics TC4S. ............................................ 62  Figura 49. Montaje del control de temperatura TC4S. ...................................................................... 63  Figura 50. Estructura Interna de un PLC. ......................................................................................... 64  Figura 51. PLC Marca Delta DVP SA2. ............................................................................................ 64  Figura 52. Proceso de transporte y termofijado de etiquetas. .......................................................... 65  Figura 53. Pantalla HMI Touch Screen Delta.................................................................................... 65  Figura 54. Montaje de la Pantalla táctil HMI. .................................................................................... 66  Figura 55. Piloto indicador................................................................................................................. 66 

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Figura 56. Montaje de los pilotos indicadores. .................................................................................. 67 Figura 57. Pulsador normalmente abierto. ........................................................................................ 67  Figura 58. Bloque de contacto normalmente abierto (NO). .............................................................. 68  Figura 59. Montaje de pulsadores y paro de emergencia................................................................. 68  Figura 60. Montaje de muletilla de encendido. ................................................................................. 68  Figura 61. Lógica Cableado de la máquina. ..................................................................................... 69  Figura 62. Norma de etiquetado de cableado eléctrico. ................................................................... 70  Figura 63. Conexión de borneras. ..................................................................................................... 70  Figura 64. Riel Omega. ..................................................................................................................... 71  Figura 65. Canaleta ranurada. .......................................................................................................... 71  Figura 66. Caja de control Máquina. ................................................................................................. 72  Figura 67. Actuador neumático rotante. ............................................................................................ 73  Figura 68. Sistema Pick and Place. .................................................................................................. 74  Figura 69: Secuencia del sistema Pick and Place. ........................................................................... 74  Figura 70. Funcionamiento de una ventosa. ..................................................................................... 75  Figura 71. Motor generador de vacío. ............................................................................................... 75  Figura 72. Generador de vacío por efecto Vernuli. ........................................................................... 76  Figura 73. Tipos de ventosas. ........................................................................................................... 76  Figura 74. Eyector compacto. ........................................................................................................... 77  Figura 75. Diagrama de guía GEMMA. ............................................................................................. 78  Figura 76. Diagrama guía GEMMA de la máquina. .......................................................................... 79  Figura 77. Lista de instrucciones....................................................................................................... 80  Figura 78. Programación en lenguaje Ladder. .................................................................................. 81  Figura 79. Composición química del acero. ...................................................................................... 82  Figura 80. Estructura de la máquina. ................................................................................................ 83  Figura 81. Análisis de tensión por peso de materiales. .................................................................... 84  Figura 82. Análisis de la primera tensión principal............................................................................ 84  Figura 83. Análisis del desplazamiento de la estructura en su estado estático ............................... 85  Figura 84. Tensión de Von Mises de la presión del cilindro de termofijado. .................................... 86  Figura 85. Tensión principal en el eje con mayor fluencia. ............................................................... 87  Figura 86. Desplazamiento por acción del cilindro termofijador ....................................................... 88  Figura 87. Especificaciones técnicas del control de temperatura TC4S. ......................................... 98  Figura 88. Especificaciones técnicas PLC Delta SS2 ....................................................................... 99  Figura 89. Pantalla Táctil Delta. ...................................................................................................... 100  Figura 90. Cilindro neumático compacto anti-giro........................................................................... 101  Figura 91. Ventosa neumática. ....................................................................................................... 102  Figura 92. Segmento de programación de la PAP 1600 ................................................................ 103  Figura 93. Interfaz de la PAP 1600. ................................................................................................ 105  Figura 94. Planos de la PAP 1600. ................................................................................................. 107  Figura 95. Vista isométrica de la PAP 1600.................................................................................... 108  Figura 96. Plano eléctrico de conexiones PLC ............................................................................... 109  Figura 97. Plano neumático de la PAP 1600. ................................................................................. 110  Figura 98. Fotografía panel de control Y HMI de la PAP 1600. ...................................................... 111  Figura 99. Conexiones neumáticas de la PAP 1600....................................................................... 112  Figura 100. Sistema pick and place de la PAP 1600. ..................................................................... 112  Figura 101. PAP 1600 en operación. .............................................................................................. 113 

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LISTA DE TABLAS. Tabla 1. Simbología en la industria textil. ......................................................................................... 20 Tabla 2. Enfermedades por exposición al calor. ............................................................................... 22  Tabla 3. Significado de los colores en la seguridad industrial. ......................................................... 24  Tabla 4. Significado de los símbolos en la seguridad industrial. ...................................................... 25  Tabla 5. Tabla de resultados del análisis de tensión. ....................................................................... 85  Tabla 6. Tabla de resultados de análisis de esfuerzos por acción del Cilindro neumático. ............. 88 

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RESUMEN Este trabajo expone el diseño, construcción y la puesta en marcha de una máquina semiautomática, para el termofijado de etiquetas de ropa interior. La máquina tiene la capacitad de transportar, ubicar y termofijar, la etiqueta a la prenda en 3.5 segundos de forma secuencial hasta que el operario culmine el proceso. Para la fabricación de la máquina, se desarrollaron los planos mecánicos, eléctricos y neumáticos, el algoritmo de programación del PLC (Control Lógico Programable) y el programa de la pantalla de control táctil, donde se aplican la gran mayoría de conocimientos adquiridos en el proceso de formación en Ingeniería Mecatrónica. Esta máquina utiliza el método “Pick and Place” (Recoger y colocar) y un proceso manual de termofijado, haciendo uso de un sistema de control, sensores y actuadores, se obtendrá un proceso semiautomático del termofijado de etiquetas de ropa interior, además de la visualización del control del proceso en una pantalla táctil.

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ABSTRACT This document describes the design, construction and commissioning of a semiautomatic machine to thermo heat and stamp underwear labels. The machine has the ability to carry, locate and place, setting the label to the garment in 3.5 seconds sequentially, until the process is completed by the operator. Mechanical, electrical and pneumatic cad drawings were created as well as the algorithm programming of PLC (Programmable Logic Control) and the programing of the touch screen control, all together were used for the manufacturing of the machine. This project was developed by applying the large majority of knowledge acquired during the training process in Mechatronics Engineering. This machine uses the "pick and place" method and a manual thermo heat stamping process, using a control system, sensors and actuators, obtaining a semiautomatic process of labeling underwear, additionally the process control is displayed on a touch screen.

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INTRODUCCIÓN Hoy en día dentro del mercado textil, el etiquetado de la ropa interior es de vital importancia para el proceso de fabricación de las prendas, para que el consumidor del producto pueda guiarse en las características de la misma, como lo es la talla, forma de lavado y empresa fabricante. Existen empresas de la industria textil que en la actualidad, colocan estas etiquetas mediante el proceso de termofijado, que consiste en aplicar calor a éstas marquillas que contienen un químico adhesivo, que reacciona al calor para adherirse a la prenda. Varias empresas fabricantes de ropa interior, realizan este proceso de forma manual, es decir, que un operario se encarga de colocar la etiqueta sobre la prenda y termofijar ésta manualmente, haciendo uso de un elemento que genere calor, como puede ser una plancha. Varias empresas del sector, no pueden acceder a máquinas especializadas para realizar este proceso de forma óptima, debido a los altos costos que tienen estas máquinas, por lo cual deciden seguir haciendo uso de estas técnicas rudimentarias, lo que en realidad está afectando la salud de sus operarios, por las posturas de trabajo, esfuerzos físicos repetitivos, como por ejemplo levantar una plancha en repetidas ocasiones durante 8 horas diarias, y la exposición a cambios de temperatura, limitando la eficiencia el proceso de termofijado de la etiqueta. Este proyecto está enfocado en optimizar el proceso de termofijado de las etiquetas de ropa interior, disminuyendo el tiempo que requiere esta etapa de fabricación de las prendas y evitando futuras lesiones laborales, causadas por el constante desgaste físico del operario en el transcurso del termofijado. La máquina combina dos procesos de la etapa de termofijado, los cuales son, el transporte de la etiqueta y la adhesión de la misma por calor a la prenda. Para el transporte se utiliza el método “pick and place” (recoger y colocar), el termofijado se realiza mediante la presión de un actuador neumático y una resistencia térmica para la transferencia de calor; la máquina le permitirá al operario, controlar la temperatura, los tiempo y velocidades del proceso.

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PREGUNTA DE INVESTIGACIÓN La empresa JOSSMAN es una empresa dedicada al diseño y fabricación de ropa interior para hombres y mujeres, constituida en el año 2000 por su gerente actual José María Avilés y su esposa Patricia Lizarazo, iniciando con trabajos desde su hogar y hoy en día ya son dueños de una fábrica con más de 60 empleados donde el 95% de su planta de talento humano son mujeres madres cabeza de familia. Durante la realización de un trabajo de seguridad electrónica en la empresa JOSSMAN, labor realizada por los autores de este documento, se evidencia una falencia dentro del proceso de termofijación de la empresa expresada por el gerente. Durante las conversaciones con él, se planteó la posibilidad de realizar una máquina capaz de optimizar el proceso de termofijado, debido a que en ese momento el proceso constaba de: una operaria con una plancha doméstica de gran peso, con una capacidad de subir su temperatura sobre las planchas actuales, llegando a los 200°C (valor obtenido con una termocupla de una pinza voltiamperimétrica). Colocando entre 15 a 20 prendas apiladas una sobre otra, alineando la costura del elástico de la prenda y colocando sobre cada una de ellas una etiqueta, para luego termo adherirla al elástico solo en la parte superior, que luego debía pasar a un sistema de termofijado que terminaba de adherir la etiqueta al elástico. Este proceso lograba un máximo de 4000 prendas termofijadas al día. A partir de la aprobación del gerente de la empresa JOSSMAN, para que se realizara un estudio y una cotización con el fin de optimizar este proceso, surgió la pregunta problema para este trabajo de grado. ¿Cómo automatizar el proceso de termofijado de las etiquetas de ropa interior de la empresa Jossman para optimizar el tiempo de producción, mejorar la calidad de termofijado y disminuir los riesgos laborales que este proceso representa para el operario?

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1. OBJETIVO 1.1. Objetivo General Fabricar una máquina capaz de automatizar el proceso de termofijado de marquillas de ropa interior de la empresa Jossman, para optimizar el tiempo de ejecución en el proceso de elaboración de las prendas de ropa interior y para disminuir los riesgos laborales de los operarios encargados de termofijar las marquillas de las prendas.

1.2. Objetivos Específicos 

Analizar y determinar, en el proceso de termofijado, las variables que lo afectarán, para lograr decidir los materiales necesarios en la fabricación de la máquina.

Determinar los elementos o dispositivos de control y visualización con los que contará la máquina.

Implementar el método de “Pick and Place” para realizar el desplazamiento de las marquillas de las prendas hasta el lugar de termofijado.

Diseñar un programa para el PLC que controlará la máquina.

Trazar y fabricar la estructura de la máquina.

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2. ANTECEDENTES Y MARCO REFERENCIAL. La ropa interior es un elemento de uso diario, que desde años atrás los seres humanos han usado con diferentes propósitos, desde evitar el contacto de las prendas de vestir con partes sensibles del cuerpo humano, como también el de proporcionar al usuario comodidad con sus partes íntimas. A través de los años se han introducido varias empresas en el sector de producción textil y específicamente en la producción de ropa interior, puesto que la demanda de estas prendas es constante ya que la gran mayoría de personas usan ropa interior y su desgaste es diario. El proceso de fabricación de ropa interior, tiene factores que hacen de la prenda un elemento de calidad y comodidad, las costuras, pliegues, dobladillos, etiquetas, caucho, barrillas, broches, tirantas, botones, cremalleras, etc. Las etiquetas generan incomodidad al contacto con la piel, debido a su material y a su forma geométrica, que por lo general tiene un diseño cuadrado. Cuando se cosen las etiquetas a la prenda, los vértices del cuadrado se levantan con el tiempo, provocando una molestia al contacto con la piel. Por lo anterior, el proceso de etiquetado de las prendas de ropa interior, ha evolucionado en busca de fusionar la etiqueta con la prenda, en consecuencia la industria textil llegó eventualmente al método del termofijado. En la actualidad, las empresas que han optado por el termofijado como su método de etiquetado, no cuentan con máquinas especializadas que realicen esta labor, haciendo este proceso rudimentario y poco eficaz. Con la implementación de máquinas automatizadas, el termofijado se optimiza brindando a la empresa una mayor producción con mejor calidad en el producto. 2.1. Industria textil en Colombia Colombia desde años atrás ha sido un país de producción textil, siendo este sector un principal índice de crecimiento para el PIB (producto interno bruto), además de ser exportador de gran parte de sus productos. El sector textil en el país ha ido creciendo y evolucionando a través de los años, durante los cuales ha participado de forma activa en la generación de empleos, como lo ratifica la revista dinero: La Cámara Colombiana de Confección y Afines (CCCyA) ratificó el éxito del decreto 074 de 2013 el cual, a tan solo un año de implementación, ha incrementado el empleo del sector en 21,9% en todas las regiones del país, demostrando un notable incremento de la confianza que tienen los consumidores en los productos de origen nacional, el decreto que subió la tarifa arancelaría de las prendas terminadas e importadas desde otros países, con el fin de que los grandes industriales volvieran a mirar la confección nacional de calidad como una alternativa válida para el comercio, le multiplicó los ingresos a Colombia, constituyéndose, además, como el sector más fuerte en generación de empleo en los últimos años.1 El sector textil Colombiano, ha incrementado su producción en los últimos años, pero debido a las importaciones y contrabando de prendas, la tecnificación de sus procesos de fabricación ha sido un requisito para poder competir contra las adversidades del mercado 1 REVISTA DINERO. Industria textil-confección resucitó en 2013. DINERO.COM. [En línea] 20 de ENERO de 2014. http://www.dinero.com/pais/articulo/industria-textil-confeccion-resucito2013/190736.

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actual. Para los pequeños productores y fabricantes de prendas de vestir, la tecnificación es una opción que les representa grandes inyecciones financieras a sus empresas, inversiones que por sus ventas anuales y sus ganancias netas, no son posibles de hacer, lo que los deja fuera de la competencia a gran escala, estancando su proceso de crecimiento empresarial. La calidad de las prendas de vestir nacionales, especialmente de la ropa interior, en comparación con la calidad de productores extranjeros, es de notarse en la forma en que empresas del exterior acaparan el sector textil en el país. En el 2012 Colombia ratifica la incursión de la marca de ropa interior femenina “Victoria´s Secret”2. De esta forma se evidencia que Colombia debe competir de forma eficiente y optima contra los mercados internacionales de prendas de ropa interior. 2.2. Etiquetado en la ropa: 2.2.1. Reglamento técnico sobre etiquetado de confecciones. El Ministerio de Comercio, Industria y Turismo, publica un reglamento técnico para la producción textil y específicamente, el etiquetado o marcación de las prendas, con el fin de entregar a los productores del sector textil, una guía para unificar la información que contienen las prendas de vestir, información que llega a los consumidores finales. Este reglamento contiene una aclaración de términos donde se define la etiqueta como: “Etiqueta que es cosida o adherida en los productos por un proceso de termofijación o cualquier otro que garantice la permanencia de la información en el producto, por lo menos hasta el momento de su comercialización al consumidor. Marquilla, marbete o rótulo impreso, tejido, bordado, estampado u otro, que se coloca en el producto con información específica sobre las características del artículo”3. 

Artículo 5o. Requisitos del etiquetado de los productos confeccionados.

Teniendo en cuenta el literal e) del artículo 2o del Decreto 2269 de 1993 y el literal c) del numeral 3 del artículo 9o de la Decisión 562 de la Comisión de la Comunidad Andina, la información veraz y completa suministrada por los fabricantes en Colombia e importadores, y las demás prescripciones contenidas en el presente reglamento técnico, serán de obligatorio cumplimiento para las confecciones tanto de fabricación nacional como importados, previamente a su comercialización en Colombia, dentro del campo de aplicación especificado por el presente reglamento técnico. -

5.1 Fundamento del Etiquetado y de las Instrucciones: El cumplimiento de estos requisitos busca prevenir la inducción a error al consumidor, al indicarle la información de manufactura de los productos e instrucciones para su cuidado.

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ROLANDO, L. (2 de JULIO de 2012). Victoria’s Secret tendrá tiendas en Colombia. Obtenido de PORTAFOLIO.CO: http://www.portafolio.co/detalle_archivo/DR-53455 3

MIN COMERCIO, INDUSTRIA Y TURISMO. (2009). REGLAMENTO TÉCNICO SOBRE ETIQUETADO DE CONFECCIONES.,MIN COMERCIO, INDUSTRIA Y TURISMO, 45.

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5.2 Requisitos Generales: La información del etiquetado de los productos que suministre el fabricante como el importador, la cual podrá estar en una o más etiquetas, deberá cumplir con los siguientes requisitos generales:

1. La Etiqueta que contenga los datos requeridos en este reglamento deberá ser permanente. 2. Las letras escritas en la Etiqueta permanente deben ser durables. 3. La etiqueta deberá ser legible a simple vista, estar colocada en un sitio visible del producto, o en un lugar de fácil acceso. 4. Cuando las prendas de vestir se comercialicen como pares confeccionados del mismo material y diseño, como por ejemplo pares de calcetines o guantes, la etiqueta debe presentarse en al menos una de las piezas. 5. Cuando las prendas de vestir se elaboren en los llamados “conjuntos”, compuestos por dos (2) o más piezas o partes, la etiqueta tendrá que ir en cada una de tales piezas. 6. Los artículos confeccionados, que por su naturaleza, delicadeza o tamaño, al adherirles directamente el etiquetado, se les perjudique en su uso, estética, o se les ocasione pérdida de valor, y los que se comercialicen en empaque cerrado que no permita ver el contenido, deberán llevar pegada en su empaque la etiqueta con la información requerida en este reglamento técnico. A manera de ejemplos se menciona casos como las pantymedias, medias veladas, medias, tobimedias, calcetines, calcetas, bandas elásticas para la cabeza y otros artículos para el cabello, muñequeras, corbatas, prendas de vestir desechable y prendas reversibles (doble faz), prendas de vestir diminutas como vestidos de baño o ropa interior, etc. 7. La información de la etiqueta o de las instrucciones, deberá estar como mínimo en idioma español, excepto aquella que no sea posible su traducción al español. En todo caso, deberá estar como mínimo en alfabeto latino.4

2.2.2 Norma ISO 3758 de 1991 Sobre simbología en las etiquetas. A continuación se muestra la norma que contiene el sistema de símbolos para determinar, de forma fácil y sencilla, la información que recibirá el usuario final de la prenda, como lo es el tipo lavado, blanqueado, planchado, cuidado textil y otros. Los símbolos básicos se pueden evidenciar en la Tabla 1.

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MIN COMERCIO, INDUSTRIA Y TURISMO. (2009). REGLAMENTO TÉCNICO SOBRE ETIQUETADO DE CONFECCIONES, MIN COMERCIO, INDUSTRIA Y TURISMO, 45.

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Tabla 1. Simbología en la industria textil. 

Fuente: (ORGANIZACIÓN INTERNACIONAL DE NORMALIZACIÓN, 1991)5

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ORGANIZACIÓN INTERNACIONAL DE NORMALIZACIÓN. (1991). ISO 3758 1991. ISO, 42. 20


2.3. Norma de seguridad industrial y riesgos laborales en el sector textil En la industria textil la higiene y la seguridad es un proceso de gran importancia, con el paso de los años el hombre ha descubierto estos peligros asociados a los procesos industriales. En la industria textil se utilizan un sinnúmero de procesos en los cuales está expuesta la seguridad e integridad física del trabajador. Por otro lado la mecanización y la automatización de los procesos también ha traído con ellos altos riesgos a los que se encuentran sometidos los trabajadores de este sector, entre ellos están los riesgos eléctricos, mecánicos, térmicos, sonoros, explosivos, incendiarios, etc. El peligro que representan este tipo de riesgos, especialmente en el sector textil, han dado lugar a que se emitan leyes, normas y reglamentos que controlan las condiciones de trabajo previniendo las enfermedades y los accidentes, mejorando sustancialmente la calidad de vida de los trabajadores y su entorno. Analizando los accidentes desde el punto de vista de los efectos en los trabajadores, costos de los accidentes, estadísticas, etc., se quiere mejorar la gestión de la higiene y seguridad, tratando de conseguir el mejoramiento en nuevos diseños de máquinas para el beneficio del empleador y de la empresa. Por medio de unos estudios realizados, existen metodologías que permiten categorizar el nivel y tipo de seguridad que se deben llevar a cabo en cada una de las empresas, para ello se tendrá en cuenta algunas normas y leyes que se tienen en la industria textil. A continuación se expondrán dos tipos de riesgos comunes en la industria textil. 2.3.1

Riesgos por exposición al calor

La industria textil requiere procesos en los cuales se involucra el calor como en el termofijado, procedimiento en el que se fija la entretela al tejido por medio de calor. El calor se obtiene con el uso de energía eléctrica, la cual es convertida en calor por medio de una resistencia blindada, haciendo que circule electricidad por filamentos de alambre, que se calientan por el paso de los electrones, finalmente obteniendo calor. Esta resistencia está puesta en una plancha que calienta un metal como el aluminio. Es importante resaltar que en estos procesos los trabajadores pueden estar sometidos a considerables sobrecargas térmicas causando daños físicos, estas lesiones suceden por factores tales como falta de aislamiento de los equipos, no seguir los procedimientos de trabajo establecidos, la falta de señalización, etc. Los daños que pueden producirse por contacto térmico implican la aparición de quemaduras por calor o por frío que pueden convertirse en accidentes leves, graves o muy graves, en función de su extensión y profundidad, algunas de las enfermedades por exposición al calor se pueden observar en la Tabla 2, que está a continuación:

21


Tabla 2. Enfermedades por exposición al calor.  CATEGORIA ETIOLÓGICA

DESIGNACIÓN CLÍNICA Golpe de Calor Apoplejía debida al Calor

Falla Termorregulatoria Hipotensión ortostática (Inestabilidad Circulatoria)

Sincope por el Calor

Desequilibrio entre la Sal y el Agua

Calambres por el Calor Postración Hidrotónica por el Calor con Depleción de sal Postración por el Calor sin especificar Edema por el Calor.

Perturbación del Comportamiento

Fatiga transitoria por el Calor Fatiga crónica por el Calor

Perturbaciones de la piel y daño en las glándulas sudoríparas

Miliaria. Agotamiento anhidro tónico por el Calor.

Fuente: (PUNTE CARRERA, 2001)6 Apoplejía: Síndrome neurológico de aparición brusca que comporta la suspensión de la actividad cerebral y un cierto grado de parálisis muscular; es debido a un trastorno vascular del cerebro, como una embolia, una hemorragia o una trombosis. Sincope: Pérdida pasajera del conocimiento que va acompañada de una parálisis momentánea de los movimientos del corazón y de la respiración, que se debe a una falta de irrigación sanguínea en el cerebro. Miliaria: Se debe a la acumulación de sudor en los conductos ecrinos obstruidos, que acaba produciendo la disrupción del conducto glandular (favorecida por la inmadurez de la glándula del neonato) y la acumulación intraepidérmica de la secreción. Los recién nacidos tienen una dotación completa de glándulas ecrinas que se distribuyen con mayor densidad que tras el crecimiento. Es probable que el calentamiento exagerado, por el exceso de ropa o por la fototerapia, contribuya a la patogenia del cuadro. 7

2.3.2

Riesgos por exposición a sistemas mecánicos

En la industria textil son utilizados varios sistemas mecánicos, que al ser usados de forma incorrecta son causantes de muchos de los accidentes laborales, donde se ven comprometidas extremidades del operario. Por tal motivo, la seguridad industrial, el

6

PUNTE CARRERA, M. (2001). HIGIENE Y SEGURIDAD EN LA INDUSTRIA TEXIL. Universidad Tecnica del Norte, 42.

7

RODRIGUEZ FERNÁNDEZ, C. (29 de jULIO de 2014). familiaysalud. Obtenido de http://www.familiaysalud.es/podemos-prevenir/otras-medidas-preventivas/que-esy-que-produce-el-golpe-de-calor 22


seguimiento de normas y la prevención juegan un papel indispensable para los trabajadores. Los aditamentos de seguridad de las máquinas (estructuras de protección), son primordiales para evitar accidentes como: lesiones por golpe, atrapamientos o cortes. En consecuencia las máquinas deben contar con elementos de protección que cumplan los requisitos y normas recomendadas para la seguridad del operario. El riesgo de choque y golpes contra objetos móviles o inmóviles en el sector textil, tiene lugar en desplazamientos por zonas con espacios reducidos, carentes de orden, con falta de visibilidad o zonas donde hay presencia de maquinaria. Entre las lesiones graves que se pueden presentar, principalmente en manos, brazos y piernas, están: cortes, desgarros, heridas, contusiones, rozaduras, etc. En algunos casos, los accidentes laborales pertenecientes al sector de producción textil, pueden darse por aplastamiento o cortes de alto nivel, llegando incluso a la pérdida o amputación de algún miembro. Algunas de las precauciones o medidas que se deben implementar para evitar accidentes en zona de producción, es que los elementos móviles de máquinas e instalaciones deben estar provistos de los correspondientes sistemas de protección por medios mecánicos (pantallas, resguardos, etc.), que impidan el acceso a los puntos críticos de las máquinas, donde las extremidades de los operarios están en riesgo.8 (CORTÉZ DÍAZ, 2007) 2.4. Normas de seguridad industrial en máquinas del sector textil. Algunas de las normas de seguridad definen aspectos que se deben tener en cuenta para las máquinas del área de textil, estos son:

8

La señalización: es un conjunto de elementos que estimulan o condicionan la actuación de quien los recibe frente a unas circunstancias que se pretenden resaltar; es decir que la señalización en la maquinaria industrial es aquella que suministra una indicación relativa a la seguridad de personas y/o bienes de las máquinas. Ver Tabla 3 y 4.

Distancia entre máquinas: La distancia entre máquinas, aparatos, equipos y otros, será la necesaria para que el trabajador pueda realizar su labor sin dificultad e incomodidad, evitando los posibles accidentes por falta de espacio. No será menor, en ningún caso, de 0.80 metros.

Altura mínima para transitar: Todo lugar por donde deben transitar los trabajadores, tendrá una altura mínima de 1.80 metros, entre el piso y el techo. La señalización para los lugares de trabajo está reglamentada por la Norma Icontec 1461, la cual establece cuáles son los colores y señales de seguridad utilizados para la prevención de accidentes y riesgos contra la salud y situaciones de emergencia. La aplicación de una señalización adecuada y oportuna ayuda a prevenir la accidentalidad, realizar los trabajos con más seguridad indicando buena

CORTÉS DÍAZ, J. (2007). TÉCNICAS DE PREVENCIÓN DE RIESGOS LABORALES. MADRIID, ESPAÑA: Tébar S.I.

23


organización. Es importante anotar, que las reglamentaciones internacionales difieren, en algunos aspectos de las normas nacionales; sin embargo es importante tener en cuenta que el Instituto Colombiano de Normas Técnicas ICONTEC ha venido emitiendo normas de seguridad para que sean aplicadas en las empresas de nuestro país.

2.4.1

Significado general de los colores y símbolos de seguridad.

Tabla 3. Significado de los colores en la seguridad industrial.  COLOR DE SEGURIDAD SIGNIFICADO U OBJETO EJEMPLO DE USO  Señales de pare    Paradas de Emergencia    Señales de Prohibición    Equipos contra incendios. 

PARE ROJO PROHIBICIÓN

AZUL

Acción de mando

AMARILLO

Precaución, riesgo de peligro

VERDE

Condición de seguridad

Obligación de usar equipo de protección  personal  Indicación de peligro (Fuego, explosión,  radiación, intoxicación, etc.). Prevención  de escalones hacia arriba o hacia abajo.  Salida de emergencia, estación de  primeros auxilios y rescate. 

Fuente: (NORMAS DE SEGURIDAD INDUSTRIAL Y SALUD OCUPACIONAL, 2009)9

9

NORMAS DE SEGURIDAD INDUSTRIAL Y SALUD OCUPACIONAL. (20 de ABRIL de 2009). uliethley-yulieth.blogspot. Obtenido de uliethley-yulieth.blogspot 24


Tabla 4. Significado de los símbolos en la seguridad industrial. 

(Incluye

Fuente: (NORMAS DE SEGURIDAD INDUSTRIAL Y SALUD OCUPACIONAL, 2009)10

2.5. Termofijadoras Para el desarrollo de este proyecto, uno de los procesos más importantes es el de la termofijación, como se ha enfatizado durante este documento, es norma que las prendas de vestir como la ropa interior, tengan su respectiva etiqueta de información para los usuarios finales, y es prioridad que estas marquillas permanezcan en la prenda de forma integral y duradera. Por esta razón una de las técnicas utilizadas es la de termofijar estas etiquetas en las prendas, para lo cual existen diferentes máquinas que desarrollan la actividad de fijar con calor las marquillas. El termofijado consiste en unir un elemento a un tejido utilizando el calor, teniendo en cuenta que las entretelas deben ser adhesivas, lo que quiere decir que pueden pegarse a una estructura de tela en el momento en que se les proporciona calor. Las entretelas están fabricadas de tejidos que funcionan como soportes y una resina termoplástica. Para elegir el tipo de tejido que estará termofijado en la prenda, se debe tener en cuenta: a) b) c) d)

El peso del tejido base. El grosor del artículo. Elasticidad y recuperación. Encogimiento y cayente (forma en que se despliega el tejido por su peso).

NORMAS DE SEGURIDAD INDUSTRIAL Y SALUD OCUPACIONAL. (20 de ABRIL de 2009). uliethley-yulieth.blogspot. Obtenido de uliethley-yulieth.blogspot

10

25


La resina de la entretela deberá contar con dos características principales: deberá ser sintética y termoplástica. Para la elección de la entretela se deben tener en cuenta la compatibilidad con el tejido exterior, el costo de la entretela, el tipo de resina, el equipo de termofijado y el proceso de recubrimiento (si lo tiene). Para la termofijación se debe tener en cuenta la posición de la tela y la entretela, donde pueden existir diferentes tipos de fusión, como son: la fusión simple, donde la entretela está sobre la tela externa; la fusión inversa, donde al tela externa es posicionada sobre la entretela; la fusión emparedada, donde no solo existe la tela y la entretela, sino que también pueden existir más elementos en el momento de la termofijación; la fusión doble, donde dos entretelas son usadas para pegarse al tejido; y la fusión alta, donde las entretelas se colocan sobre el tejido al que se le aplica calor directamente. Es importante tener en cuenta que el termofijado tiene componentes específicos que hacen parte de este proceso, los hasta ahora tratados son: la temperatura, que depende de la resina y pegamentos termo-adhesivos que se usan en las entretelas y las telas. Sin embargo, existen otros componentes que hacen parte de ese proceso, los cuales son: La presión: es la fuerza con la que se debe prensar la entretela al tejido al que se va a adherir el elemento, en este caso la etiqueta, esta fuerza dependerá del tamaño de la entretela y del tipo de resina o pegante termo-adherible, lo que indicará las libras o Newtons que se deben aplicar. El tiempo de fijación está directamente relacionado con la presión y la temperatura, entre mayor calor y presión, menor tiempo de fijación, aunque esto dependerá también del tipo de pegante utilizado en la entretela, en algunos casos de termofijación es necesario tener en cuenta un tiempo de enfriamiento, donde la resina logra cristalizarse fijando los tejidos de la entretela con la tela. Existen promedios de medida para estos componentes del termofijado, para el caso de la resina y la temperatura de fusión, se deben tener como temperaturas limites, entre 110 °C y 170 °C, pero para la empresa donde fue desarrollado este proceso, tienen límites de temperatura para la fijación de 100 °C hasta los 240 °C, pero esto depende también del tiempo en que se ejecuta la fijación. En promedio la fijación se realiza en un lapso de 10 a 12 segundos de contacto, pero en la empresa JOSSMAN, por el volumen de producción, lo realizan en 1.3 segundos, por tanto es necesario aumentar la temperatura y presión de fijación, en promedio se aplican entre 30 a 40 Kg, pero para la empresa JOSSMAN se usa una presión de 40 a 80 Kg.11 2.5.1

Clases de termofijadoras

En la industria del termofijado existen gran cantidad de modelos de máquinas especializadas para este fin, estas se dividen en máquinas manuales y automáticas. A continuación se describe cada una de ellas y se dan algunos ejemplos de las máquinas que se utilizan para termofijar.

11

UNIVERSIDAD DE BUENOS AIRES. (2009). TECNOLOGIA DEL TERMOFIJADO. BUENOS AIRES: UNIVERSIDAD DE BUENOS AIRES FACULTAD DE ARQUITECTURA, DISEÑO Y URBANISMO. 26


Termofijadoras manuales Las termofijadoras manuales, son todas las máquinas que se manipulan mecánicamente por la acción del operario, es decir que quien opera la máquina, debe accionar el mecanismo correspondiente, para que ésta prense el objeto a termofijar y realice la presión adecuada. Algunas termofijadoras manuales son: 

Termofijadora semi-industrial tipo leva

Esta termofijadora es utilizada para termofijar etiquetas de tamaño mediano. El mecanismo consiste en una manija la cual se debe bajar, para que una leva en la parte inferior del brazo accione un cilindro mecánico sujeto a la plancha que contiene las termo resistencias, el cilindro tiene un resorte que se encuentra en compresión, por tanto una vez el operario suba de nuevo la manija, el cilindro volverá a su posición superior. (Ver Figura 1). Figura 1. Termofijadora para marquillas. 

FUENTE (MAQUI TRANSFER, 2014)12 Esta máquina cuenta con un sistema de temporizador para determinar el tiempo de termofijación, adicional a eso el sistema indica de forma sonora y lumínica cuando el tiempo ha finalizado, también tiene un sistema de control de temperatura digital para ajustar al nivel correcto de termofijado.

Termofijadora tipo prensa.

La máquina tipo prensa, cuenta con un sistema de manija con la cual se levanta la plancha: El mecanismo es un sistema de cuatro barras que permite subir y bajar la plancha sin mayor esfuerzo, teniendo en cuenta que una vez está abajo, el mecanismo se ajusta para generar la presión adecuada para realizar el termofijado. (Ver Figura 2).

12

MAQUI TRANSFER. (2014). TERMOFIJADORAS.COM.CO. http://www.termofijadoras.com.co/termomarquilla.html 27

Obtenido

de


Figura 2. Termofijadora tipo prensa. 

Fuente: (BUESTAN SERIGRAFIA, 2014)13. Esta máquina cuenta con un sistema de temporizador digital o análogo, para determinar el tiempo de termo adhesión, adicional a eso tiene un caucho térmico, que mantiene el calor uniforme en toda la plancha, dando un área perfecta de termofijación. Con un mecanismo de tornillo, se puede ajustar el nivel de presión al momento de bajar la plancha. 

Termofijadoras tipo Rodillo

Las termofijadoras que tiene un sistema de rodillos para termo adherir las telas con las entretelas, son usualmente utilizadas para fijar estampados a telas de longitudes mayores al metro. Estos sistemas facilitan el trabajo de termofijar estas telas, ya que no es necesario cortarlas y además de eso se pueden hacer gran cantidad de metros en solo minutos. El sistema cuenta con una serie de rodillos primarios, como se observa en la Figura 3, que garantizan que la tela y la entretela no se van a atascar durante el recorrido. Los rodillos principales y secundarios tiene un diseño especial con una termo resistencia interna que calienta toda el área de estos cilindros. Mientras rotan en sus ejes, ejercen una presión entre las entretelas y la tela. Figura 3. Termofijadora de rodillos. 

Fuente: (TECO HARD, 2014)14 Esta termofijadora cuenta con un sistema mecánico, donde se debe inicialmente colocar la entretela y la tela de forma lineal, teniendo un especial cuidado de alinear perfectamente ambas partes de la tela final: Cuenta un motor AC (Corriente Alterna) sin variador de velocidad, un control digital para ajustar la temperatura al nivel necesario según la resina o BUESTAN SERIGRAFIA. (2014). Serigrafiabuentan. Obtenido de http://www.serigrafiabuestan.com/serigraf/index.php/productos/maquinaria 14 TECO HARD. (2014). tecnohard. Obtenido de http://www.tecnohard.com/productos.php?id=197 13

28


pegamento termo adhesivo de la entretela y un mecanismo de tornillo para ajustar la presión de los rodillos. Aunque esta máquina cuenta con un motor que hace del proceso algo autónomo, no pertenece al grupo de termofijadoras automáticas, debido a que el operario debe ajustar gran parte del proceso, es decir, organizar la tela y la entretela, ajustar la presión de los cilindros, alinear constantemente la tela y la entretela, verificar que la temperatura sea la correcta para la presión utilizada. Por lo anterior se considera como una máquina semiautomática. Termofijadoras automáticas Las termofijadoras automáticas, son máquinas que cuentan con actuadores que eliminan la manipulación manual de algunos de los procesos de termofijación. A continuación se expondrán los tres tipos de máquinas automáticas que existen en el mercado actual: 

Neumática

Las termofijadoras neumáticas, como su nombre lo indica, son máquinas que cuentan con actuadores neumáticos, lo que ayuda a eliminar los accionamientos mecánicos manuales que deben hacer los operarios en los dispositivos manuales. Estas máquinas tienen como ventajas, que permiten la optimización en tiempos y recursos de la fabricación de prendas donde la termofijación hace parte del proceso, garantizan variables exactas en el proceso, como presión, tiempo y temperatura, y al reducir el nivel de esfuerzo físico de los operarios, mitiga los riesgos de enfermedades laborales que puedan presentar en un futuro los trabajadores. En general las máquinas de termofijación neumáticas presentan el mismo patrón de fabricación, donde un cilindro ubicado verticalmente, es el encargado de bajar y presionar la plancha por el tiempo ajustado previamente, para termofijar la tela y la entretela. Un ejemplo de esta, es la termofijadora que se observa en la figura 4. Figura 4. Termofijadora Neumática 

Fuente: (SERVICONFECCIONES, 2014)15

SERVICONFECCIONES. (2014). serviconfecciones. Obtenido de http://www.serviconfecciones.com/acabado.htm

15

29


Esta máquina cuenta con un cilindro neumático, control de temperatura y de tiempo análogos, una plancha de 40X40 cm. El operario simplemente debe colocar entre la plancha y la base de termofijado, las telas y entretelas a termo adherir, con lo cual se reduce el esfuerzo físico que debe realizar el trabajador y garantiza la presión, el tiempo y la temperatura correctas, para un buen termofijado. Dentro del proceso de mejorar los sistemas de fabricación textil, algunas empresas han desarrollado mecanismos y diseños de máquinas que facilitan la termofijación, como por ejemplo, el de la máquina de termofijado neumático de bandeja con desplazamiento, la cual cuenta con un sistema que permite mover la base de termofijado, que tiene el doble de tamaño que la plancha, con el fin de alistar una tela y entretela mientras que otra ya está siento termofijada (ver Figura 5). Figura 5. Termofijadora Neumática de bandeja con desplazamiento. 

Fuente: (SITOMACO, 2014)16 Con el fin de optimizar el espacio de termofijado y la cantidad de operarios por máquina, en el 2014 salió al mercado la “Blue Stamp 8000”, esta termofijadora tiene una medida de plancha de 10X9 cm, lo que la hace uno de los sistemas de menor tamaño en plancha, adicional a eso cuenta con una estructura que permite tener dos cilindros neumáticos con dos sistemas independientes de control, lo cual hace posible que dos operarios trabajen al mismo tiempo. Su diseño se aprecia en la Figura 6. Figura 6. Termofijadora neumática “BlueStamp 8.000”. 

Fuente: AUTOR.

16

SITOMACO. (2014). Sitomaco. Obtenido de www.sitomaco.es/product_info,php/829 30


Hidráulica

En general las empresas que se dedican a fabricar estampadoras hidráulicas, no solo tienen como propósito termofijar algún tipo de tela y entretela o en algunos casos otro tipo de termo adhesivos, sino que tiene funciones que requieren de fuerzas mecánicas grandes, es decir, que al utilizar los sistemas hidráulicos como actuadores lineales o motores, no solo obtienen grandes presiones para el termofijado, sino que también pueden utilizar esas fuerzas, para troquelar, cortar o moldear metales o plásticos dúctiles. En la Figura 7, se muestra una Termofijadora hidráulica que tiene la función de termo-adherir, cortar y troquelar productos en aluminio. Figura 7. Prensa hidráulica para termofijado, corte y punzado. 

Fuente: (MECLUX LOGISMARKET, 2015)17 Esta máquina de marca Iturrospe, cuenta con control numérico, acceso remoto vía internet, sistemas automáticos de carga y descarga de piezas, amortiguadores de impacto y sistemas de prensa-chapas proporcionales. 

Mecánica

Algunas máquinas que aún se fabrican, son las termofijadoras mecánicas, las cuales no cuentan con actuadores hidráulicos ni neumáticos, su mecanismo se compone de actuadores mecánicos-eléctricos, es decir motores, los cuales se fusionan con mecanismos como levas, bielas, tornillos sin fin y otros, con el fin de obtener movimientos lineales con el propósito de termofijar, troquelar y cortar algunas piezas: En la Figura 8, se observa una máquina troqueladora y estampadora al calor.

17

MECLUX LOGISMARKET. (2015). logismarket. Obtenido de http://www.logismarket.com.ar/iturrospe/prensa-hidraulica-de-estampado-corte-ypunzonado/1433794872-1449391047-p.html

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Figura 8. Máquina troqueladora estampadora al calor. 

Fuente: (CBADEN MACHINERY GROUP, 2014)18 Estas máquinas son especiales para el estampado al calor y el troquelado de algunos materiales como: papel normal, cartón, cartón corrugado, plástico y cuero entre otros. Dentro de sus características, se encuentra su construcción en aceros reforzados para garantizar su durabilidad, lubricación automatizada para garantizar la buena relación de los mecanismos internos (piñones, poleas, engranajes y cadenas). 2.6. Sistemas manipuladores Antes de hablar acerca de los sistemas manipuladores robóticos, es necesario entender el concepto de robótica, el cual es un conglomerado de diferentes sistemas que trabajan juntos para realizar una función o funciones específicas: sistemas mecánicos, eléctricos, electrónicos, de instrumentación y control, todos éstos realizan una labor especifica dentro de un conjunto y el resultado es una función semi automática o automática. Aníbal Ollero Baturone en su libro “Robótica, manipuladores y robots móviles” define a un sistema robótico como: “El termino robot confluye las imágenes de máquinas para la realización de trabajos productivos y de imitación de movimientos y comportamientos de seres vivos”19. Desde la antigüedad los hombres han sentido una gran fascinación por las máquinas, que son capaces de sustituir los esfuerzos humanos, superando las capacidades de los hombres, en fuerza, rapidez y exactitud. Este interés ha llevado desde la edad media a grandes científicos a fabricar complejos mecanismos capaces de realizar trabajos que sustituían a hombres o aumentaban las capacidades físicas de ellos mismos, desde los griegos hasta nuestra época la robótica ha dado un avance tecnológico y de desarrollo para el mundo. En el siglo XVIII científicos franceses y suizos ya incorporaban tecnologías mecánicas para realizar un control con autómatas de movimientos en la industria de la época. El término robot aparece por primera vez en 1921, en la obra teatral R.U.R (Rossum´s Universal Robots) del novelista y autor dramático checo Krel Capel, en cuyo idioma la palabra “robot” significa fuerza del trabajo o servidumbre. Por aquellos años la producción en grandes series se había introducido en numerosas fábricas, ya se discutía del poder de 18 19

CBADEN MACHINERY GROUP. (2014). printpack-machine. Obtenido de http://www.printpackmachine.es/3-1-hot-stamping-machine.html OLLERO BATURONE, A. (2001). Robótica, manipuladores y robots móviles. Barcelona España: marcombo.

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las máquinas y la dominación de los seres humanos por los robots, argumento de ésta y otras obras teatrales y películas de los años veinte en los que parecen trabajadores robóticos. 20 Figura 9. Escena de la serie de TV R.U.R de 1938. 

Fuente: (KIGER, 2013)21 Los robots manipuladores cuentan con una serie de partes que los componen, entre ellas se encuentran los brazos, bases, articulaciones y efectores finales. Cada una de estas partes se inspiran en los movimientos de un cuerpo humano, especialmente de un brazo. Como se observa en la Figura 10, cada parte del brazo humano es relacionada a un robot manipulador PUMA (Programmable Universal Machine for Assembly) lo que en español significa “Máquina universal programable para el ensamble”. Figura 10. Comparación del brazo humano a un robot PUMA. 

Fuente: (SAN JUAN TERRONES, 2011)22 Se puede observar que en la Figura 10, el robot PUMA tiene similitudes con el brazo humano, siendo sus partes: la cintura que es la base del robot, en algunos casos también llamado tronco comparado con el del hombre; el hombro que es la articulación principal del Robot, el cual sostiene todo el brazo robótico; el codo que es la segunda articulación del robot, ante brazo que sostiene la última articulación y el efector final, la muñeca que es la 20

OLLERO BATURONE, A. (2001). Robótica, manipuladores y robots móviles. Barcelona España: marcombo. 21 KIGER, P. (1 de febrero de 2013). science.howstuffworks. Obtenido de http://science.howstuffworks.com/10-evil-robots1.htm 22 SAN JUAN TERRONES, T. (2011). “ROBOTS MANIPULADORES Y SU IMPORTANCIA EN LA INDUSTRIA”. UNIVERSIDAD DEL VALLE DE MEXICO, 18.

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última articulación la cual sostiene al efector final, la mano y dedos que son el efector final del robot, el cual tiene la habilidad de mover o sostener objetos para transportar o realizar alguna función específica como por ejemplo, soldar una pieza un automóvil. Los robots manipuladores cuentan con varias clases de articulaciones que les permiten tener distintos grados de libertad, los cuales son las partes móviles o articulaciones mecánicas que poseen los robots para poder interactuar con los artefactos externos. Estas articulaciones tienen una clasificación según el tipo de movimiento que proporcionan al robot, las cuales se relacionan y explican a continuación: 

Articulación de Rotación: Otorga un grado de libertad consistente en una rotación alrededor del eje de la articulación. Es la articulación más usada.

Articulación Prismática: Su grado de libertad consiste en una traslación a lo largo del eje de la articulación.

Articulación Cilíndrica: Cuenta con dos grados de libertad. Una rotación y una traslación.

Articulación Plana: Se caracteriza por el movimiento de desplazamiento en un plano, con dos grados de libertad.

Articulación Esférica: Combina tres giros en tres direcciones perpendiculares en el espacio.

En la Figura 11, se puede observar cada uno de los tipos de articulación. Figura 11. Clasificación de los tipos de articulación según sus movimientos. 

Fuente: (SAN JUAN TERRONES, 2011)23 Los robots manipuladores entran en la clasificación tipo A según la AFR (Asociación Francesa de Robótica) que corresponde a la descripción hecha en un artículo publicado por la revista Metalactual que lleva por nombre “Robótica, hacia la automatización industrial” la 23

SAN JUAN TERRONES, T. (2011). “ROBOTS MANIPULADORES Y SU IMPORTANCIA EN LA INDUSTRIA”. UNIVERSIDAD DEL VALLE DE MEXICO, 18.

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descripción dice: “Manipulador con control manual o telemando: son robots multifunción, que operan con sistemas mecánicos básicos, y permiten gobernabilidad en sus movimientos. Deben ser utilizados en funciones sencillas y repetitivas, como levantar mercancía y manipular objetos como cajas, botellas, bultos entre otros. Su operatividad puede realizarse en forma manual, es decir se controla por una o más personas a través de control remoto y cuentan con tres y cuatro grados de libertad. Capacidad de carga máxima 5.0 kg. Alcance del brazo: entre 190 y 500 mm”. 24 (METALACTUAL, 2014) La importancia de la robótica es difícil de ocultar con los grandes desarrollos que ha proporcionado a toda la humanidad, con saltos agigantados en el tema de manipuladores, dado a la economía mundial y a la tecnificación de las grandes industrias un avance notorio. Dentro de este trabajo se busca demostrar que no solo se pueden realizar grandes avances en las mega industrias sino que los datos del crecimiento económico en las industrias, que gracias a la robótica, también puede verse reflejada en las microempresas y favorecer a los microempresarios que producen artículos para el consumo mundial. El número total de robots de servicios profesionales que se vendieron en el 2013 (21.000) se incrementó en un valor relativamente bajo del 4% en comparación al 2012 donde se vendieron 20.200 unidades. El valor de las ventas disminuyó ligeramente en un 1,9% a US $ 3.57 mil millones. Desde 1998, un total de alrededor de 150.000 robots de servicio para uso profesional se han contado en estas estadísticas. No es posible estimar cuántos de estos robots están aún en funcionamiento debido a la diversidad de estos productos y de su vida útil. Algunos robots (por ejemplo, robots submarinos) podrían funcionar durante más de 10 años en funcionamiento (en comparación con un promedio de 12 años en la robótica industrial). Otros, como los robots de defensa militar sólo pueden servir por un corto tiempo.25 Estas cifras estadísticas de la IFR solo demuestran que es necesario empezar a rediseñar el ¿cómo? se están distribuyendo los robots industriales y manipuladores robóticos, con el fin de atacar las microempresas que necesitan empezar a ser parte de la economía industrial mundial. 2.6.1

Clases de manipuladores

Existen gran variedad de manipuladores robóticos en el mundo, en este sub capítulo se explicarán los más usados en la industria de fabricación de productos a nivel mundial. La clasificación de manipuladores se define de acuerdo a sus características físicas, mecánicas, de programación y externas. Inicialmente se expondrá la clasificación por el método de control que pueden tener los manipuladores: 

24 25

Manipuladores clase A: Son los robots tele-manipulados, lo que indica que el manipulador es controlado por una persona, mediante un sistema de control tipo joystick.

METALACTUAL. (2014). TECNOLOGIA "ROBOTICA. HACIA LA AUTOMATICACIÓN INDUSTRIAL". METALACTUAL, 8. IRF INTERNATIONAL FEDERATION OF ROBOTICS. (15 de ENERO de 2015). IFR.ORG. Obtenido de http://www.ifr.org/service-robots/statistics/

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Manipuladores clase B: Son los robots prereglados, lo cual consiste en un tener un autómato programable o cerebro programable, que se le pueden dar instrucciones mediante una consola o interfaz.

Manipuladores clase C: Son los robots programables de primera generación. Aquellos que ya tienen programada una o varias rutinas. El sistema de programación consiste en un autómata programable o cerebro programable y un sistema de retroalimentación que permite realizar un control avanzado en el robot para reajustar posiciones, velocidad y otras características de trabajo del manipulador.

Manipuladores clase D: Son la segunda generación de los manipuladores de clase C, llamados también “Inteligentes” debido a que tienen la capacidad de interactuar e interpretar el entorno para poder tomar decisiones frente a su función específica. Los sensores con los que cuenta le permiten dar una clara mirada a las variables físicas que están en su entorno de trabajo. Al igual que la clase C cuenta con un sistema de retroalimentación para realizar un control avanzado y contiene un parámetro de programación que le permite ser monitoreado externamente de forma local o remota.26

Las clasificaciones de la AFRI (Asociación Francesa de Robótica Industrial) se puede observan en la Figura 12.

Figura 12. Clasificación según la AFRI de los manipuladores robóticos. 

Fuente: (SASS, 2015)27 Otro tipo de clasificación se establece según la morfología de los manipuladores, especialmente por los tipos de articulaciones. A continuación se describen cada uno de los tipos de manipuladores. 26 27

SASS, L. (2015). ROBÓTICA DE MANIPULADORES. Universidad San Francisco de Quito, 283. SASS, L. (2015). ROBÓTICA DE MANIPULADORES. Universidad San Francisco de Quito, 283.

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Manipulador de estructura básica Cartesiana: Estos robots cuentan con 2 o 3 articulaciones prismáticas, lo que le proporciona una buena rigidez para cargas pequeñas que en general no sobrepasen los 200 kg. Tienen una accesibilidad limitada a las cargas, por tanto son preferibles las cargas de volúmenes de forma cúbica. En la industria abarcan un promedio del 21% del mercado. Como se observa en la Figura 13, estos manipuladores pueden moverse en los tres ejes tridimensionales, algunas de sus funciones más usadas son la de almacenamiento, corte en 3D y “Pick and Place” para transporte de piezas. Figura 13. Manipulador de estructura básica Cartesiana. 

Fuente: (SASS, 2015)26  

Manipuladores de estructura Básica Cilíndrica: Estos robots cuentan con una articulación rotacional y 2 articulaciones prismáticas, al igual que los manipuladores cartesianos, tienen un volumen de trabajo pequeño y el peso es de máximo 200 kg por carga. Estos robots son usualmente usados para el método Pick and Place, tomando piezas de una banda transportadora o de un lugar de almacenamiento, para alimentar otra banda transportadora o algún tipo de proceso que requiera de las piezas que el manipulador puede transportar. Este robot en general es puesto en medio de un proceso, de forma central, obteniendo un acceso en 360° a todo el sistema de producción. Como se muestra la Figura 14, la articulación rotacional del centro es la que permite este grado de libertad que le da un mayor acceso al proceso. Figura 14. Manipulador se estructura básica Cilíndrica. 

Fuente: (SASS, 2015)28  28

Manipulador de estructura básica tipo Polar: Estos robots cuentan con dos articulaciones de rotación y una articulación prismática. Es un manipulador que tiene

SASS, L. (2015). ROBÓTICA DE MANIPULADORES. Universidad San Francisco de Quito, 283.

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un muy buen alcance, puede trabajar cargas de tamaños medianos de forma cubica y esférica, pero a pesar de sus buenas características, otros tipos de manipuladores han desplazado este robot del mercado industrial. En la Figura 15, se observa los grados de libertad de este manipulador tipo polar. Figura 15. Manipulador de estructura básica tipo polar. 

Fuente: (SASS, 2015)27 

Manipulador de estructura básica tipo angular: Este robot cuenta con un total de 3 articulaciones de rotación, lo que le permite un acceso superior a cada uno de los procesos a los que esté sometido. Por lo general este manipulador cuenta con un efector final con una articulación rotacional o esférica, para darle un mayor acceso a los sistemas de producción. Su control es complejo, debe hacerse mediante cinemática directa e inversa, para lograr darle coordenadas de movimiento precisas, sus cargas son de grandes pesos y de grandes volúmenes, en general de forma esférica. Este manipulador abarca el 67% del mercado industrial, su aplicación más utilizada es la de soldadura de automóviles y ensambles de los mismos. En la Figura 16, se observan sus grados de libertad. Figura 16. Manipulador de estructura básica tipo Angular. 

Fuente: (SASS, 2015)29 Todos los manipuladores expuestos en este documento, son llamados manipuladores seriales, debido que sus eslabones y articulaciones son consecuentes una tras otra, y en general todas dependen de la anterior y afectan a la siguiente. En la Figura 10¸ se muestra la similitud del brazo humano con un manipulador. Desde la base del manipulador hasta el efector, cada una de sus partes es lineal, luego de la base o tronco, está el brazo, el antebrazo, luego la muñeca y por último el efector final, cada una de estas partes depende de la anterior para realizar de forma correcta su función. Otro tipo de manipuladores son lo que pertenecen al grupo de los Robots Paralelos, los cuales tienen al igual que un

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SASS, L. (2015). ROBÓTICA DE MANIPULADORES. Universidad San Francisco de Quito, 283.

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manipulador serial, eslabones y articulaciones, solo que cada actuador puede actuar de forma independiente, pero coordinada, de los otros eslabones. En la Figura 17, se observa un manipulador paralelo tipo “Stewart Gough” Figura 17. Manipulador paralelo Stewart Gough. 

Fuente: (LUNG WEN, RAVANI, WALDRON, & DUBOWSKY, 2000)30 En general estos manipuladores son usados para el transporte de piezas, impresiones 3D, soldadura de piezas y mecanizados. En la actualidad los robots paralelos han tenido una incursión en el mundo de la medicina, debido a que las operaciones de cerebro ahora son hechas por robots paralelos controlados por médicos especializados. “Unos de los primeros prototipos de robot quirúrgico lo constituye el Minerva, construido en 1991. Fue diseñado para intervenciones en neurocirugía”.31 2.6.2

Método del Pick and Place

El sistema “Pick and Place”, consiste en llevar de un lugar a otro piezas de un proceso, como su nombre traducido al español lo indica, se trata de “tomar y colocar”. Este método es el más usado para los robots manipuladores. Las aplicaciones de pick and place robotizadas están diseñadas para trabajar a gran velocidad y con una enorme precisión. Muchas veces incluyen un sistema de visión y realizan infatigablemente numerosos movimientos repetitivos que permiten ofrecer soluciones fiables para líneas de producción. Los robots de pick and place reducen los tiempos de ciclo y realizan la tarea deseada con mayor precisión y consistencia que los humanos. Además, incrementan la calidad y la producción y permiten ahorrar espacio mejorando la rentabilidad a largo plazo.32 El método “Pick and Place” ofrece una gran cantidad de posibilidades para los productores industriales del país, con estos sistemas es posible lograr un aumento de producción, calidad en los productos, precisión en la operación, reducción de riesgos para los operarios y un bajo costo de inversión. En la Figura 18, se puede observar uno de los varios modelos que tiene la empresa FESTO dentro de su catálogo de productos de manipuladores avanzados. 30

LUNG WEN, T., RAVANI, B., WALDRON, K., & DUBOWSKY, S. (2000). JOURNAL OF MECHANICAL DESING. THE AMERICAN SOCIETY OF MECHANICAL ENGINNERS, 149. 31 ñROMERO, J. (12 de JUNIO de 2012). ROBÓTICA EN LA INDUSTRIA. ROBÓTICAMECATRÓNICAMGJ, pág. 1. 32 ñYASKAWA. (29 de SEPTIEMBRE de 2011). MOTOMAN.ES. Obtenido de http://web.archive.org/web/*/http://www.motoman.es/es/soluciones/aplicaciones/pick-and-place/

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Figura 18. Pórtico en T EXCT. 

Fuente: (FESTO)33 Este sistema tiene la capacidad de mover 90 piezas por minuto, un rendimiento 30% mayor al de las soluciones convencionales del mercado, aprovechamiento del espacio, movilidad en los ejes YZ y una instalación de forma fácil y segura. Los sistemas “Pick and Place” ha sido inspirados por las necesidades del mercado. Desde el inicio de los robots manipuladores, se han creado con características de funcionamiento neumático, hidráulico y mecánico, con un sinfín de mecanismos que hacen parte de ellos: tornillos sin fin, carros móviles en un eje, cilindros neumáticos e hidráulicos, poleas y cadenas con carros guiados por bujes, entre otros mecanismos. En la Figura 19, se observa el concepto del “Pick and Place” aplicado a dos cilindros neumáticos, con un movimiento restringido en los ejes YZ, con el objetivo de tomar una pieza de un contenedor y llevarla hasta la segunda posición.

Figura 19. Sistema Pick and Place aplicado al transporte de etiquetas. 

Fuente: (AUTOR). Así mismo se observa en la Figura 19, que en la posición A los dos cilindros del sistema están en sus posiciones iniciales, en el paso B el cilindro horizontal sale hasta su máximo desplazamiento de carrera, en el paso C el cilindro vertical sale hasta su máximo desplazamiento y el efector final de este manipulador, se encarga de tomar el objeto que se encuentra en el contenedor, luego el cilindro vertical entra y vuelve a su posición como en el paso B, el cilindro horizontal entra y queda en la posición inicial como en el paso A, 33

FESTO. (s.f.). SISTEMAS AVANZADOS DE MANIPULACIÓN. SISTEMAS AVANZADOS DE MANIPULACIÓN. FESTO.

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por Ăşltimo el cilindro vertical nuevamente sale en su mĂĄximo desplazamiento de carrera, como se muestra en el paso D y el efector final suelta la pieza tomada y el sistema nuevamente regresa al paso A.

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3. VARIABLES DEL PROCESO DE TERMOFIJADO DE ETIQUETAS. Para la ejecución de este proyecto y la construcción de la máquina es necesario analizar el proceso de termofijado de la empresa JOSSMAN, junto con las variables que se encuentran relacionadas a la termofijación de etiquetas en esta empresa. Se dedicarán los siguientes numerales para analizar el proceso termofijado de etiquetas de la empresa JOSSMAN, desglosando cada uno de los elementos que son parte fundamental de éste. Dentro del proceso de etiquetado de la ropa de la empresa JOSSMAN, se utilizan las etiquetas de tela con un pegamento termo-adherente, estas etiquetas tienen una medida de 3X3 centímetros, estas etiquetas cumplen las normas que se han mencionado anteriormente en este documento. Como se observa en la Figura 20, donde se evidencia los tratamientos que deben tener las prendas de vestir, las precauciones y la empresa fabricante del producto. Nota: se omite el número de NIT por petición de la empresa. Figura 20. Etiquetas de ropa interior de la empresa JOSSMAN. 

Fuente: (AUTOR). Estas etiquetas tienen un pegamento termo-adherente que necesita de una temperatura promedio de 120 a 180 °C para pasar de estado sólido a líquido y así lograr fusionarse de la etiqueta a la tela, adicional a eso, la entretela con la que se fabrican necesita de una presión de aproximados 50 a 80 Kg, para poder fusionar las fibras de la entretela con el pegamento a la tela de la prenda de ropa interior, en este caso llamado caucho. 3.1. Temperatura para el termofijado. El pegamento con el que se fabrican las etiquetas, sufre un proceso de fusión cuando experimenta temperaturas directas entre los 120 °C hasta los 290 °C, una vez pasa de estado sólido a estado líquido, se adhiere a la tela de la prenda y crea una unión entre los tejidos de la entretela, que es la etiqueta. Al dejar de aplicar calor directamente, debido a su corto contacto con la fuente de calor, su temperatura desciende rápidamente por debajo de los 80°C, con lo cual el pegamento se solidificará creando una unión permanente entre la entretela y la tela. En la Figura 21, se observa como el pegamento termo-adhesivo se encuentra fusionado con la entretela, ya que en la fabricación de ésta, el pegamento se aplica en forma líquida y de esta forma se distribuye entre los orificios de la entretela creados por sus tejidos. En 42


la misma imagen, se puede ver que cuando el pegamento sufre su fusión, también se distribuye de manera similar entre la tela, pasando por los orificios de ésta uniendo permanentemente la tela y la entretela. Figura 21. Fusión del pegamento termo‐adhesivo en la tela y entretela. 

Fuente: (AUTOR). 3.1.1. Cálculo de transferencia de calor. Dentro del proceso de termofijación, es importante calcular muy bien la temperatura que tendrá el sistema de termo-adhesión partiendo de la fuente de calor, la cual debe ser puede variar de ± 5 °C. Adicional a eso se requiere una superficie plana, debido a que la presión con la que se debe realizar la termofijación debe ser totalmente uniforme en toda el área de la etiqueta. Entre el análisis de las diferentes fuentes de calor que el marcado ofrece para aplicaciones industriales, existen resistencias eléctricas, tubos de calor por gas y tubos de calor por agua; debido al bajo consumo de energía y la versatilidad con la que las resistencias eléctricas se pueden ajustar al sistema de termofijado para esta aplicación, por esa razón se decidió trabajar con una éstas resistencias, también llamadas resistencias eléctricas calentadoras. Al saber que se necesitaba de una presión uniforme y plana para el termofijado, las resistencias planas laminadas muestran la mejor forma para ajustarse a un sistema de calor, mientras que las resistencias tubulares representan una dificultad en la forma de anclarse al sistema y también por su forma física no transfieren el calor uniformemente, esta deducción llevo a la decisión de trabajar con la resistencia plana. 

Resistencia Calentadora: Una resistencia termo eléctrica o calentadora es un dispositivo que se compone de un conductor eléctrico que cuenta con una alta resistividad eléctrica, lo que indica que tiene una gran fuerza para oponerse al paso de los electrones, lo cual genera calor por los choques internos que tienen los iones, dando una gran cantidad de energía cinética que al final se transforma en calor. Al haber un voltaje en los extremos de un hilo conductor, hay un campo eléctrico en el interior del material. Este campo acelera las cargas libres del material, hasta que éstas chocan (frenándose) con alguno de los iones fijos en la red cristalina que forman al 43


conductor. En esos choques, las cargas ceden su energía cinética a los iones de la red, lo que corresponde a una disipación de calor desde el material al medio que le rodea.34 Este fenómeno se conoce como el efecto Joule, que enuncia que los electrones que recorren por un circuito eléctrico, seden energía por los choques con los átomos que hacen parte del conductor como se observa en la Figura 22. Joule estudió este fenómeno enunciando así la ecuación siguiente: ∗

∗ ∗ 0.24

Donde Q es el calor emitido por el circuito medido en calorías, R es la resistencia eléctrica del conductor medido en ohm (Ω), I es la corriente que se eleva al cuadrado medida en amperios (A), t es el tiempo medido en segundos (s) y 0.24 es la constante de la ecuación que corresponde a 1 joules de trabajo. 35 Figura 22. Efecto Joule en un conductor eléctrico. 

Fuente: (SCIARINI, 2007)36 La resistencia eléctrica con la cual se decidió para trabajar, es una resistencia térmica blindada con recubrimiento en acero inoxidable laminada, como se observa en la Figura 23. Debido a la practicidad de este tipo de resistencia, que al ser plana otorga una distribución de calor uniforme en superficies planas. Como ya se mencionó anteriormente las etiquetas deben ser termofijadas en una superficie plana, adicional a esto el material en el que está recubierta esta resistencia, que es aluminio inoxidable, garantiza que por cambios de temperatura y el oxígeno del ambiente, no se tendrán líquidos generados por la oxidación del medio, evitando que las prendas puedan quedar impregnadas. Figura 23. Resistencia de mica blindada plana con recubrimiento en acero inoxidable. 

Fuente: (ACIM‐JUANIN, 2010)37  34

ñGIORDANO, J. (27 de NOVIEMBRE de 2005). PROFISICA. Obtenido de http://www.profisica.cl/comofuncionan/como.php?id=20 35 SANTAMARIA, G., & CASTEJÓN, A. (2010). ELECTROTECNIA. MADRID, ESPAÑA: EDITEX. 36 ñSCIARINI, E. (16 de MAYO de 2007). CIENCIAS NATURALES. Obtenido de http://cienciasnaturales-fisica.blogspot.com/2007/03/electrodinmica.html 37 ñACIM-JUANIN. (24 de MAYO de 2010). Obtenido de http://www.acimjouanin.fr/espagnol/calefaccion_de_solidos_chauff_solides.html

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Los elementos utilizados para realizar el ejercicio de mover el sistema térmico que cumplirán la función de fuente de calor, son cilindros neumáticos los cuales tienen una restricción muy específica sobre las temperaturas de trabajo, que es de un máximo de 80°C, por lo cual es necesario incluir un disipador de calor entre la plancha, el cilindro y la fuente de calor. En la Figura 24, se observa el montaje realizado para el sistema de calor en la máquina de este proyecto. Mediante la investigación en los diferentes mercados proveedores de aislantes térmicos, se determinó que los materiales con las mejores características térmicas para realizar una buena disipación del calor. Figura 24. Plancha para la termofijación, sistema de calor. 

Fuente: (AUTOR). Iniciando por la placa en aluminio que se encuentra en la parte inferior, que se encarga de transferir el calor a la entretela para lograr la fusión del pegamento termo adherente y así lograr que las fibras de la entretela se fijen a la tela de la prenda. Este evento será el primer objeto de análisis para calcular la transferencia de calor que se genera entre la fuente de calor, es decir la resistencia y la pared opuesta de la placa de aluminio. Antes de realizar el análisis de transferencia de calor, se tratará un poco más a fondo el aluminio y la razón de por qué la elección de este elemento. 

Aluminio: Es uno de los elementos químicos básicos de la tabla periódica con símbolo Al; es un elemento metálico y uno de los más abundantes en la corteza terrestre; tiene como numero atómico 13 y se encuentra en el grupo 13 de la tabla periódica.38

38

ñUniversidad Tecnologica de Pereira. http://www.utp.edu.co/~publio17/aluminio.htm

(2006).

45

http://www.utp.edu.co/.

Obtenido

de


Figura 25. Elemento químico Aluminio. 

Fuente: (DESCUBRIRLAQUIMICA, 2014)39 El aluminio es un elemento que muestra, por su conformación molecular y atómica, una relación de resistencia/peso que es realmente útil para trabajos pesados donde se necesita resistencia y un peso liviano para labores rápidas y de poco esfuerzo mecánico, adicional a eso su durabilidad y resistencia a la corrosión, son dos características adicionales del aluminio, que lo hacen un elemento perfecto para la aplicación del termofijado. El aluminio tiene una buena conductividad térmica, que garantiza una transferencia uniforme en el área del material y así mismo en el área a termofijar. Su conductividad es de 209-230 W/m*K, la cual varía según la aleación que contenga el aluminio en su estado a utilizar, por este alto coeficiente de conductividad térmica, el aluminio es considerado un súper conductor de calor, por esto y su bajo peso en comparación con otros elementos conductores de calor, se decidió utilizar el aluminio como las dos paredes primeras que sostendrán la fuente de calor, como se observa en la Figura 24.40 

Teflón: El teflón plástico en lámina, también conocido como politetrafluoroetileno, es un polímero similar al polietileno, solo que los átomos de hidrogeno se han sustituido por átomos de flúor. Figura 26. Teflón Plástico Laminado. 

Fuente: (ALIBABA, s.f.)41  El teflón tiene características térmicas que resaltan, al momento de realizar un sistema de transferencia térmico, en este caso, el teflón es capaz de soportar temperaturas hasta los 260°C, trabajando continuamente, con sistemas de ventilación puede llegar a trabajar intermitentemente en un rango de los 316°C. El 39

DESCUBRIRLAQUIMICA. (1 de enero de 2014). descubrirlaquimica.wordpress.com. Obtenido de https://descubrirlaquimica.wordpress.com/2013/12/31/el-aluminio/ 40 AIM ASOCIACIÓN DE INGENIEROS DE MADRID. (19 de JUNIO de 1999). AIM.COM. Obtenido de http://www.aim.es/publicaciones/bol2/16_Aluminio.pdf 41 ALIBABA. (s.f.). Alibaba.com. Obtenido de http://spanish.alibaba.com/product-gs-img/tefl-n-hojade-datos-l-mina-de-ptfe-565051604.html

46


teflón plástico en lámina, tiene una conductividad térmica de 0.25 W/m*°C, lo que resulta atractivo para el sistema de transferencia de calor de este proyecto de la máquina porta y termofijadora de etiquetas, especialmente en el proceso de termofijado. El teflón también tiene una alta capacidad de dureza, característica que es perfecta para la aplicación de termofijado debido a la presión que se requiere para este proceso. Este material tiene una dureza entre un rango de 27 a 32 N/mm2. 42 

Asbesto: El nombre del asbesto proviene de los minerales que contienen fibras largas y delgadas en su composición física-química, desde años atrás se ha utilizado como aislante térmico. Aunque la exposición al asbesto tiene complicaciones médicas y hasta es de carácter toxico y cancerígeno, el asbesto 40, tiene en él una propiedad de fabricación que permite utilizarlo como un excelente aislante térmico sin provocar complicaciones médicas a quienes se exponen a él. Figura 27. Asbesto en lámina. 

Fuente: (HOSEBELLT, s.f.)43 

El asbesto 40 (ver Figura 28), es uno de los sub grupos de asbestos fabricados para utilizarse en condiciones extremas como aislante térmico, es capaz de soportar hasta temperaturas de 500°C, sobre los 800°C a 1000°C este material, al igual que todos los amiantos, se descomponen y pueden liberar las fibras que lo componen al aire. Éstas al ser de tamaño microscópico, son más fáciles de ser aspirados por los operarios que trabajan cerca al punto en el que se desempeña el asbesto, claramente para nuestra aplicación que no supera los 200°C, el asbesto representa un buen aislante siento la etapa final de la transferencia de calor como se observa en la Figura 24, donde sus propiedades elásticas, proporcionan también un amortiguamiento en el trascurso del cilindro en su operación de termofijado.44 Para realizar el cálculo de transferencia de calor que se desarrolla entre la resistencia fuente de calor y la placa de aluminio, se contextualiza el concepto de transferencia de calor por conducción y así mismo las formulas necesarias para realizar este análisis.

42

ñBRUNSSEN. (19 de JUNIO de 2010). BRUNSSEN.COM.MX. Obtenido de http://www.comercioindustrial.net/productos.php?id=tprop&mt=ptfe 43 HOSEBELLT. (s.f.). hossebellt.com. Obtenido de www.hosebellt.com/productplanchaasbesto 44 ñPETROLEOS DE VENEZUELA S.A. (1997). Obtenido de http://www.pdv.com/lexico/museo

47


Transferencia de calor: Siempre que existe un gradiente de temperaturas en un sistema o siempre que dos cuerpos con diferentes temperaturas se ponen en contacto, se transfiere energía. Este proceso se conoce como transferencia de calor. Desde el punto de vista de la Ingeniería, el problema es determinar, dada una diferencia de temperatura, cuánto calor se transfiere. En ese sentido, se reconocen tres modos distintos de transferencia de calor: conducción, convección y radiación. En los tres procesos la temperatura del sistema es una variable que depende tanto de la posición como del tiempo T(r,t) y por lo tanto un análisis matemático de esos procesos involucra ecuaciones diferenciales de varias variables.45 Como se observa en la Figura 24, el proceso de transferencia de calor en este proyecto, de la fabricación de una máquina para el transporte y termofijado de las etiquetas de ropa interior de la empresa JOSSMAN, es de tres paredes constituidas de aluminio, teflón y asbesto 40, lo que deja claro que el tipo de transferencia de calor se realiza por conducción. La transferencia de calor por conducción, es la forma en que un material determinado es expuesto una fuente de calor en su superficie, y en el trascurso del volumen del material, el calor ira pasando de un lado de la pared al otro, teniendo al final una cantidad Q de calor transferida como se observa en la Figura 28. La transferencia de calor se da debido a que la fuente de calor hace reaccionar a los átomos de un material a una velocidad mayor a la que vibran en condiciones ambientales normales, pero cuando el material es expuesto, las partículas vibran alcanzando así a transferir el calor mediante la energía cinética de sus átomos, del punto donde se aplica el calor al material y este se va propagando hasta el lado opuesto del material, algunos materiales tiene la capacidad de no reaccionar de forma inmediata a la fuente de calor, haciendo que sus átomos aumenten en una diferencial mínima su cantidad de vibraciones, a estos materiales se le conocen como aislantes. Figura 28. Transferencia de calor en una placa. 

Fuente: (Senway & Faughn, 2001)46 La ecuación de transferencia de calor se define como:

45 46

KAHAN, S. (2002). TRANFERENCIA DE CALOR. Universidad De la república, 19. Senway, R., & Faughn, J. (2001). Física. En Física (págs. 350-352). Barcelona, España: Pearson Educación.

48


Donde: Q es la cantidad de calor transferida. K es el coeficiente térmico del material. A es el área del material. T1 es la temperatura inicial. T2 es la temperatura al otro lado del material, o temperatura final. L es la longitud de material.47

Ahora bien para un grupo de varios elementos o paredes en contacto para realizar la transferencia de calor, como se observa en la Figura 29, la fórmula es:

Figura 29. Transferencia de calor en varias paredes en contacto. 

Fuente: (UNIVERSIDAD NACIONAL DEL TACHIRA , 2012)47

∑ Donde q es la cantidad de calor transferida. T1 es la temperatura inicial. Tn+1 es la sumatoria de las temperaturas desde n=1 hasta la cantidad de paredes, o la temperatura al final de las capas. ∑ Es la sumatoria de las longitudes, coeficientes y áreas de cada pared y material correspondiente.48 Para el cálculo de transferencia del sistema de termofijado de la máquina son: T1=393.15°K Tfinal= 343.15°K Kaluminio = 205 W/m*K 47

Senway, R., & Faughn, J. (2001). Fascia. En Física (págs. 350-352). Barcelona, España: Pearson Educación. 48 UNIVERSIDAD NACIONAL DEL TACHIRA. (21 de junio de 2012). unet.edu.vo. Obtenido de http://www.unet.edu.ve/sobre-la-unet/nuestra-universidad.html

49


Kteflon = 0.35 W/m*K Kasbesto = 0.08 W/m*K Laluminio = 0.02 m Lteflon = 0.02 m LAsbesto = 0.01 m AAluminio = 0.01 m2 ATeflón = 0.01 m2 AAsbesto = 0.000625 m2 Información obtenida de libro “Fundamentos de transferencia de calor” 49 (P. INCROPERA & P. DEWITT, 1999) Con todos los valores se puede calcular la cantidad de calor transferida. 393.15° 0.02 205

∗°

∗ 0.01

343.15°

0.02 0.35

∗°

0.01 ∗ 0.01

0.08

∗°

∗ 0.000625

Resolviendo la ecuación anterior el resultado es: 0.24 En comparación con algunos ejercicios sobre transferencia de calor, dedicados a los aislantes térmicos, representa un valor pequeño, ya que se encuentran valores entre los 10 a los 30 w/m2 como por ejemplo el de un sistema de manda térmica que tiene una perdida final de 15.06 w/m2 con una temperatura de 3.76°K y 0.00497 °K 50. Esto se debe a la combinación entre el aluminio, que es un gran conductor de calor, teflón y asbesto que son aislantes térmicos. 3.2. Presión en el termofijado. Otra variable fundamental a considerar en el proceso de termofijado es la presión, la cual juega un papel muy importante, debido a que al generar una buena presión, es posible fusionar la entretela de la etiqueta con la resina y las fibras de la prenda. Por eso para este proyecto se optó por elegir un actuador neumático logrando generar los 53 kg de presión que se necesitan alcanzar la fusión perfecta de termo adhesión, teniendo en cuenta la velocidad y fuerza que puede generar un actuador lineal neumático, en comparación con un sistema mecánico. Adicional a eso, para la toma de la decisión, se tuvo en cuenta que el sistema de automatización en el que se profundizó durante el proceso académico de formación, fue inspirado en sistema neumáticos e hidráulicos, por la velocidad con la que un actuador neumático puede realizar un movimiento, la presión adecuada calculando su diámetro y presión de aire, y la facilidad de utilizar la red neumática con la que ya cuenta la empresa JOSSMAN.

49 50

P. INCROPERA, F., & P. DEWITT, D. (1999). FUNDAMENTOS DE TRANSFERENCIA DE CALOR. MÉXICO: PRENTICE HALL. IDAE, I. (2007). DISEÑO Y CÁLCULO DEL AISLAMIENTO TERMICO DE CONDUCCIONES, APARATOS Y EQUIPOS. MADRIR, ESPAÑA: MIN INDUSTRIA, TURISMO Y COMERCIO.

50


3.2.1. Sistemas neumáticos. Antes de entrar a hablar de sistemas neumáticos es necesario aclarar el concepto de qué es la neumática, la cual se refiere al estudio del movimiento del aire. Su nombre proviene del griego pneuma que significa aire. La neumática desde la antigüedad ha sido utilizada en diversas actividades que el hombre ha desarrollado, entre ellas el movilizarse haciendo uso de las corrientes de aire o utilizar el aire para generar movimiento mecánico y así poder moler maíz, “Todos los sistemas neumáticos proporcionan movimientos controlados con el empleo de motores neumáticos, y se aplica en herramientas, cálculos de control y posicionadores, pistolas para pintar, motores neumáticos, sistemas de empaquetado, elevadores, herramientas de impacto, prensan neumáticas, robots industriales, vibradores, frenos etc” 51 Los sistemas neumáticos son conformados por una serie de elementos que permiten hacer del aire una herramienta perfecta para realizar una actividad determinada, como lo son: actuadores, válvulas, sensores, etc. El primer paso para realizar un buen sistema neumático es tener el elemento que permite preparar el aire para que este haga parte del sistema como tal, este elemento se conoce como compresor. En general la preparación del aire se debe realizar en el marco de los siguientes elementos: un compresor, un pulmón o depósito, un filtro, un lubricador, un regulador de presión, un secador y una red neumática en tubería por donde se moverá el aire, que ya está listo para ser utilizado, (Ver Figura 30).Figura 30. Preparación del aire sistema neumático. 

Fuente: (CREUS SOLE, 2011)48 El sistema de compresor integrado, es aquel que se encarga de tomar el aire del ambiente y comprimirlo, generando una presión de aire que permite mover los sistemas de los actuadores neumáticos. También deben filtrar el aire ya que en diferentes lugares viene con partículas que pueden afectar el rendimiento y hasta la vida útil de los elementos de una red neumática. Entre menor sea el calibre de partícula a filtrar, mejor será la calidad del aire. Los compresores han venido evolucionando a través de los años, en sus mecanismos,

51

CREUS SOLE, A. (2011). NEUMÁTICA E HIDRÁULICA. En A. CREUS SOLÉ, NEUMÁTICA E HIDRÁULICA (pág. 10). Barcelona, España: MARCOMBO S.A.

51


existen compresores de émbolo o pistón, de émbolo rotativo, de diafragma, rotativo multicelular, de tornillo helicoidal de dos ejes, compresor roots, etc. 52 Figura 31. Compresor de dos estados y compresor de membrana. 

Fuente: (SAPIENSMAN, 2012)53

Dentro de los sistemas neumáticos, existen elementos eléctricos que ayudan a realizar, en conjunto con actuadores y sistemas de control, mecanismos de automatización, a esto se le conoce como sistemas electroneumáticos. 

Sistemas Electroneumáticos: Estos sistemas son los que se encargan de darle un propósito al aire que ya ha sido tratado y puede ser utilizado por actuadores neumáticos, los cuales son elementos especialmente diseñados para aprovechar el aire comprimido y realizar acciones controladas, que pueden desarrollar diversas actividades o funciones, dentro de un proceso de automatización. Los actuadores neumáticos más representativos en la industria son los actuadores lineales y actuadores rotantes, también conocidos como motores neumáticos. Como se observa en la Figura 33, los actuadores lineales son aquellos que mediante una cavidad llamada camisa, se sella un émbolo, una vez se introduce aire en la camisa el émbolo empezará a desplazarse por acción de la fuerza que ejerce el aire sobre el área del émbolo, de esta forma se genera un movimiento rectilíneo. En la Figura 32, se observa un actuador compacto de simple efecto con retorno por fuelle, lo que indica que el actuador solo tiene una entrada de aire por lo cual una vez se quita la fuente de aire en el actuador, éste retorna a su posición original gracias al fuelle que cumple la función de un resorte.

 

52

ñSAPIENSMAN. (27 de junio de 2012). http://www.sapiensman.com/neumatica/neumatica2.htm 53 ñSAPIENSMAN. (27 de junio de 2012). http://www.sapiensman.com/neumatica/neumatica2.htm

52

sapiensman.com.

Obtenido

de

sapiensman.com.

Obtenido

de


Figura 32. Actuador neumático simple efecto con retorno por fuelle. 

Fuente: (ESCALERA TORNERO & RODRÍGUEZ FERNÁNDEZ, 2015)54  Los tipos de actuadores lineales que son comunes en la industria, se observan en la Figura 33. Figura 33. Tipos de actuadores neumáticos. 

Fuente: (MICRO PNEUMATICS, 2014)55 La simbología en los sistemas neumáticos también juega un papel muy importante dentro del desarrollo de este proyecto, con el fin de proporcionar un plano con el cual sea posible guiarse y darse a una previa, de cómo está conformada la red electroneumática del sistema. Como se observa en la Figura 34, existen diversos símbolos para cada uno de los cilindros y actuadores, con los cuales es posible diseñar un plano con el cual se pueden realizar montajes o servir de guía en sistemas que se pueden encontrar en el mercado o en la industria.

54 55

ESCALERA TORNERO, M., & RODRÍGUEZ FERNÁNDEZ, A. (2015). Actuadores neumáticos. Universidad de Hueleva, 17. MICRO PNEUMATICS. (2014). PROGRAMA INTEGRAL DE PRODUCTOS Y SERVICIOS. Buenos Aires, Argentina: Micro pneumatics.

53


Figura 34. Simbología para actuadores neumáticos. 

Fuente: (MICRO PNEUMATICS, 2014)52 

Para el proyecto del transporte y termofijado de etiquetas de ropa interior de la empresa JOSSMAN, se utilizó un cilindro compacto con sistema anti giro, el cual, como se observa en la Figura 35, es un cilindro robusto que proporciona un movimiento rectilíneo sin movimientos rotativos sobre el eje, lo que mejora las posibilidades de anclar piezas especiales en su base anti-giro, ubicadas al final del émbolo. Figura 35. Cilindro sobre efecto neumático con sistema anti‐giro. 

Fuente: (MICRO PNEUMATICS, 2014)56 Este cilindro permite colocar en su base anti giro, el sistema que se observa en la Figura 36, el cual es el encargado de realizar la termofijación. Realizando los cálculos con ayuda del ábaco psicométrico que se observa en la Figura 37, es posible determinar que según el cilindro de termofijación, el cual tiene un diámetro de 32 mm, y opera con una presión barométrica de 8 bares, la fuerza obtenida por este actuador es de 550 N, lo que traducido en Kgf (kilogramo fuerza), teniendo en cuenta que 1N= 0.102 kgf, son 56.1 Kgf. Valor necesario para el proceso de termofijado como ya se ha mencionado en este documento.

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MICRO PNEUMATICS. (2014). PROGRAMA INTEGRAL DE PRODUCTOS Y SERVICIOS. Buenos Aires, Argentina: Micro pneumatics.

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Figura 36. Plancha para la termofijación, sistema de calor. 

Fuente: (AUTOR). 

Figura 37. Ábaco psicométrico para el cálculo de la fuerza de un cilindro neumático. 

Fuente: (MICRO PNEUMATICS, 2014)57

Para controlar el estado del cilindro, es necesario aplicar un caudal de aire ya sea bien por su racor de salida o su racor de entrada. Los cilindros neumáticos de doble efecto, como el utilizado en este proyecto, deben alternar el aire ya sea por la entrada o salida, por lo cual es necesario usar una válvula neumática, la cual tiene la función de intercambiar el suministro de aire según sea el caso, las válvulas se clasifican según sus vías y sus

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MICRO PNEUMATICS. (2014). PROGRAMA INTEGRAL DE PRODUCTOS Y SERVICIOS. Buenos Aires, Argentina: Micro pneumatics.

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posiciones como se puede observar en la Figura 38, donde se identifican en este dispositivo puede tener entre 1 vía y una posición, como puede tener 5 vías y hasta tres posiciones.58 Figura 38. Clasificación de las válvulas neumáticas. 

Fuente: (CREUS SOLE, 2011)59

Las electroválvulas también pueden tener diferentes accionamientos para cambiar su posicionamiento. Como representa la Figura 39, una válvula 5/2 de accionamiento neumático, la cual consiste en mover un eje central mediante la fuerza de presión del aire, y este eje tiene un retenedor en el centro que intercambia la vía por la cual el aire será suministrado al siguiente dispositivo de esta válvula. Figura 39. Válvula neumática 5/2 de accionamiento neumático. 

Fuente: (FERNÁNDEZ BERNAL, 2014)60

58

CREUS SOLE, A. (2011). NEUMÁTICA E HIDRÁULICA. En A. CREUS SOLÉ, NEUMÁTICA E HIDRÁULICA (pág. 10). Barcelona, España: MARCOMBO S.A. 59 CREUS SOLE, A. (2011). NEUMÁTICA E HIDRÁULICA. En A. CREUS SOLÉ, NEUMÁTICA E HIDRÁULICA (pág. 10). Barcelona, España: MARCOMBO S.A. 60 ÑFERNÁNDEZ BERNAL, J. (20 de junio de 2014). euskalnet.net. Obtenido de http://www.euskalnet.net/j.m.f.b./neunatica.htm

56


También existen electroválvulas, que tienen la misma clasificación expuesta en la Figura 38, pero su diferencia está en el tipo de accionamiento, ya que estas, al igual que en la Figura 39, mueven un eje central encargado de restringir o permitir el paso del aire, solo que ese movimiento es dado por una bobina que imanta el eje de tal forma que lo mueven hacia el lado que sea necesario. Las electroválvulas pueden tener bobinas desde los 24 VDC (voltios en corriente directa) hasta los 220 VAC (Volteos en corriente alterna), para los actuadores que utilizados en la aplicación del transporte y termofijado de etiquetas para ropa interior de la empresa JOSSMAN, se utilizaron electroválvulas biestables, lo que significa que tienen accionamiento para pasar de un estado al otro, mientras que las válvulas monoestables son las que tienen un solo accionamiento y el otro es un retorno propio de la electroválvula por un fuelle, que actúa como un resorte moviendo el eje central para que siempre que no esté accionada la electroválvula, retorne a su posición original. Realmente no solo basta controlar la posición del cilindro, para realizar un sistema de control correcto, de tal forma que el sistema neumático sea un mecanismo capaz de automatizar un proceso, es necesario también saber en qué posición se encuentra el cilindro, para eso se utilizan sensores de posición que permiten saber si el cilindro tiene su émbolo afuera o dentro, “un sensor es un dispositivo que a partir de la energía del medio, da una señal de salida transductible que es función de la variable medida”61 Existen varios tipos de sensores de posición, pero para este proyecto, se tuvieron en cuenta los sensores mecánicos y los interruptores magnéticos, los cuales se explican a continuación: 

Sensor de posición mecánico: los sensores de posición mecánicos o también conocidos como finales de carrera, son dispositivos que tienen en general tres conexiones en las cuales tienen contactos internos en cobre por lo regular, los cuales dan un común y dos contactos: un contacto normalmente abierto (NO normal open) y un contacto normalmente cerrado (NC normal close), cuando el interruptor es accionado, es decir cuando su palanca es modificada de posición, los contactos reaccionan cambiando su estado al estado contrario, de tal forma que es posible indicar o enviar una señal, cuando el sensor sea modificado, ya sea enviando la señal o interrumpiéndola. El funcionamiento de estos sensores se observa en la Figura 40. Figura 40. Funcionamiento de un sensor final de carrera. 

Fuente: (MUGIWARA SILVA, 2011)62   61

PALLÁS ARENY, R. (2003). SENSORES ACONDICIONADORES DE SEÑAL. En R. PALLÁS ARENY, SENSORES ACONDICIONADORES DE SEÑAL (págs. 2-3). Barcelona, España: MARCOMBO S.A. 62 ñMUGIWARA SILVA, J. (14 de junio de 2011). http://clasificaciondetemporizadores.blogspot.com. Obtenido de http://clasificaciondetemporizadores.blogspot.com/2011/06/finales-de-carrera.html

57


En la Figura 41, se observan algunas de las clases de finales de carrera comunes en la industria. Figura 41. Finales de carrera. 

Fuente: (MUGIWARA SILVA, 2011)63 Las ventajas de un sensor mecánico de posición o final de carrera son:    

En general son de bajo costo. Son fáciles de instalar. Son intercambiables. Vienen adecuados para cualquier función y dispositivo accionador.

Las desventajas de los sensores de accionamiento mecánico son:    

Tienen una vida útil corta. Se desajustan con facilidad. Están expuestos a manipulación externa y a dar falsas señales. En espacios pequeños no se ajustan a la perfección.

Interruptor Magnético: estos dispositivos son elementos eléctricos que reaccionan ante la presencia de un campo magnético. En los sistemas neumáticos, se utilizan como detectores de posición sin contacto físico, de los cilindros neumáticos, previstos para adaptar este tipo de captadores. Adaptados sobre el tubo magnético de los cilindros, los captadores de posición detectan la presencia del campo magnético creado por el imán, puesto sobre el émbolo, tal como se observa en la Figura 42, cerrando o abriendo un contacto que permite saber en cuál posición está el cilindro como se observa en el montaje de la Figura 43.

63

ñ MUGIWARA SILVA, J. (14 de junio de 2011). http://clasificaciondetemporizadores.blogspot.com. Obtenido de http://clasificaciondetemporizadores.blogspot.com/2011/06/finales-de-carrera.html

58


Figura 42. Funcionamiento de un interruptor magnético y su símbolo.

Fuente: (JOUCOMATIC, 2015)64 

Figura 43. Montaje de interruptores magnéticos para un cilindro neumático.

Fuente: (DIRECTINDUSTRY, 2015)65  Las ventajas de los sensores magnéticos tipo interruptor para la aplicación en sistemas neumáticos con cilindros son:     

Su vida útil es larga. Son muy precisos Son totalmente ajustables según el tipo de sensor y de cilindro. Son de tamaño pequeño que no ocupa gran parte del montaje neumático. Pueden ser ajustados en cualquier parte del recorrido del cilindro.

Las desventajas de los sensores magnéticos tipo interruptor para montajes neumáticos son:   

Son costosos en comparación son los sensores mecánicos. Son muy sensibles a cortos circuitos o sobre tensiones de corriente. En general traen un cable adaptado que es muy delgado para ciertas aplicaciones lo que dificulta su conexión

Para el transporte y termofijado de las etiquetas para ropa interior de la empresa JOSSMAN, se utilizó el montaje con sensores magnéticos del tipo interruptor como se observa en la Figura 44, debido a sus ventajas de montaje, en cuanto a posición y vida útil.

64

JOUCOMATIC. (2015). Detectores de posición "uni" de interruptor (ILE) y magnético-resistivos (MR). JOUCOMATIC, 10. 65 ÑDIRECTINDUSTRY. (2015). directindustry.es. Obtenido de http://www. directindustry.es /prod/turck/sensor-campo-magnético

59


Figura 44. Montaje neumático para el transporte y termofijado de etiquetas.

Fuente: (AUTOR).

60


4. ELEMENTOS DE CONTROL Y VISUALIZACIÓN Para el desarrollo de la máquina de transporte y termofijado de las etiquetas de ropa interior de la empresa de JOSSMAN, los componentes que se utilizaron para la automatización, control y visualización de toda la máquina elementos que se explicaran en los siguientes numerales. 4.1. Control de temperatura Dentro del sistema de termofijado, como ya se ha mencionado en capítulos anteriores, se utiliza una resistencia térmica capaz de generar calor y transferirlo, pero para su debido control, con el objetivo de garantizar una temperatura estable entre +/- 5°C, es necesario saber la temperatura actual del sistema. Para eso se utilizó el transductor más común en la industria, que es la termocupla (ver Figura 45). Figura 45. Termocupla. 

Fuente: (MRCONTROL, 2015)66 La termocupla es un sensor de temperatura que es fabricado con dos alambres de distinto material, unidos en un extremo (soldados generalmente). Al aplicar temperatura en la unión de los metales se genera un voltaje o amperaje del orden de los milivolts o miliamperios. La señal incrementa con el aumento de la temperatura. Por ejemplo, una termocupla "tipo J" está hecha con un alambre de hierro y otro de constatán (aleación de cobre y níquel), al exponer la unión de estos metales a 750 °C, debe aparecer en los extremos de los alambres una señal de 42.2 milivolts, la cual será procesada para realizar un control mediante un dispositivo fabricado para tal fin. 67 El control de temperatura utilizado para este proyecto es un sistema Autonics referencia TC4S, debido a su precio en el mercado y su recomendación por diferentes proveedores, como Eéctricas de Bogotá, Dimelectricos ltda y Conelec ltda además de su sistema digital y precisión en la temperatura entre +/-5 °C, se seleccionó entre los diferentes dispositivos del mercado para adaptarlo en este proyecto. (Ver Figura 46).

66

ñMRCONTROL. (2015). MRCONTRLLTDA.COM. Obtenido de www.mrcontrolltda.com/temperatur ARIAN CONTROL & INSTRUMENTACIÓN. (2015).que son y cómo funcionan las termocuplas? ARIAN, 10.

67

61


Figura 46. Control de temperatura marca Autonics TC4S. 

Fuente: (TEMOZONE, 2014)68 El control de temperatura Autonics TC4S tiene una dimensión de (48x48 mm) una capacidad de visualización de 4 dígitos, su display es de funcionamiento con leds, es multi sensor lo que permite obtener señales de varios sensores como termocuplas tipo J o tipo K. Tiene salida de relé que permite el cierre o apertura de los contactos cuando alcanza el rango indicado en el control de temperatura. Su voltaje de alimentación es de 100 VAC a 220 VAC. Figura 47. Tabla de datos del control de temperatura Autonics TC4S. 

Fuente: (TEMOZONE, 2014)64 Como se observa en la Figura 47, la alimentación del control de temperatura de 100 a 220 VAC en los pines 1 y 2, el sensor de temperatura está en los pines 10 y 11, los contactos del relé normalmente abiertos se localizan en el pin 3 y 4, los relé multi contacto se ubican en los pines 9,8 y 7 donde le pin 8 es la entrada del voltaje y los pines 9 y 8 son salidas. Para el montaje del control de temperatura el paso a seguir fue alimentar los 110 VAC desde el panel de borneras que está en la parte superior de la máquina, hasta los pines 5 y 6. Luego del control de temperatura se conectaron los cables de la termocupla a los pines 10 68

ñTEMOZONE. (1 de JUNIO de 2014). http://tempzone.com.mx/. http://tempzone.com.mx/control-de-temperatura-marca-autonics-tc4s-14r

62

Obtenido

de


y 11, la termocupla se ajustó al sistema de termofijado obteniendo la temperatura real del sistema. Enseguida a esto se energizó la resistencia plana al pin 4 del relé para que esta controlara el paso de energía hacia la resistencia para ajustar la temperatura. Figura 48. Montaje del control de temperatura TC4S. 

Fuente: (AUTOR). 4.2. Control Lógico Programable. En la automatización y control de la máquina del proceso de transporte y termo fijado de las etiquetas de ropa interior para la empresa de JOSSMAN, se utilizaron varios procesos autónomos como el proceso del transporte de la etiqueta por medio del método pick and place, explicado en el capítulo 1. También se utilizaron herramientas como una pantalla táctil (touch screen) la cual permite la entrada de datos y órdenes al dispositivo, y a su vez muestra los resultados introducidos previamente. Para la máquina se utilizó un sistema de control generalizado de marca DELTA, obteniendo así la mejor compatibilidad de elementos adicional de los costos del mercado y su calidad en productos. Para el control de la máquina, se decidió trabajar con un PLC (controlador lógico programable) encargado del funcionamiento de los elementos de transporte y termofijado de la máquina, debido a su practicidad y funcionamiento en los sistemas automatizados en general de la industria. Un PLC es un sistema basado en un microprocesador, lo que permite que sea programable por cada usuario buscando satisfacer las necesidades concretas de control, lo que lo convierte en una herramienta sumamente útil y flexible. Su desarrollo a lo largo del tiempo ha experimentado mejoras en el sentido de aumentar sus prestaciones, que han sido consecuencia directa del avance de la tecnología y necesidades de los microprocesadores.69 La estructura de un PLC, como se observa en la Figura 49, está formada por un sistema externo que se encarga de programar al dispositivo, en general un computador con un software que se comunica con el equipo, entradas de señales que pueden ser análogas o digitales, una CPU (Unidad Central de Procesamiento) la cual es la encarga de realizar las operaciones internas propias del PLC, para que éste funcione de manera adecuada, un procesador encargado de recibir las señales externas y realizar las operaciones necesarias según la programación hecha en el equipo, una memoria donde se guardan valores y registros que permiten ejecutar programas especiales o simplemente retener datos 69

PEÑA, J., GÁMIZ CARO, J., GRAU I SALDES, A., & MARTÍNEZ GARCÍA, H. (2003). Introducción a los autómatas programables. Araón: ouc.

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mientras el programa lo requiera, la fuente de alimentación, la interfaz con el operador que pueden ser pilotos indicadores, testigos o una pantalla HMI (Interfaz Máquina Humano) con la que es posible modificar de manera controlada la programación del PLC o introducir señales a éste, y por último las salidas, que también pueden ser análogas o digitales, que son el resultado de la programación combinada con las señales externas, evidenciadas en procesos de actuadores en movimiento controlado, indicadores o testigos, modificaciones en temperaturas, etc. Figura 49. Estructura Interna de un PLC. 

Fuente: (APLICACIONESDEPLC, 2011)70 Los PLC marca delta, tienen una versatilidad al momento de su instalación, debido que un equipo simple, puede tener hasta 10 módulos adicionales cuando requieren de entradas, salidas, entradas de termocupla, salidas y entradas análogas, etc. Estos dispositivos también tienen la característica de tener contacto tipo relé o tipo transistor, permitiendo escoger según la aplicación la mejor configuración. Los precios son muy competitivos en comparación con las marcas que se nivelan a la calidad de estos equipos DELTA, (como lo son equipos FESTO, SIMENS, THINGET entre otros) además de su interfaz de programación que es interactiva y persuasiva, facilitando el trabajo del programador del equipo, a diferencia de los equipos THINGET, donde el software de programación es plano y poco interactivo. En la Figura 50, se muestra el tipo de PLC utilizado en la máquina para el transporte y termofijado de etiquetas para ropa interior de la empresa JOSSAN. Figura 50. PLC Marca Delta DVP SA2. 

Fuente: (DIRECTINDUSTRY, 2015)71

70

ñAPLICACIONESDEPLC. (15 de Marzo de 2011). http://aplicacionesdeplc.blogspot.com/2011/03/estructura-de-un-plc.html 71 lñDIRECTINDUSTRY. (2015). http://www.directindustry.es/. http://www.directindustry.es/prod/delta-electronics-inc

64

Obtenido Obtenido

de de


Este PLC de referencia DVP SA2 es el encargado de ejecutar las señales para que los cilindros realicen la secuencia de transporte y termofijado de las etiquetas. El proceso lógico del sistema se muestra en la Figura 51. Figura 51. Proceso de transporte y termofijado de etiquetas.  paso 1

Paso 2

Paso 3

¨Paso 4

Paso 5

•Tomar etiqueta del porta etiquetas. •Llevar la etiqueta a la cama de termofijado. •Mover el cilindro con la fuente de calor para termofijar la etiqueta •Retirar el mecanismo encargado de transportar la etiqueta. •Ejecutar una vez más el sistema de termofijado para termo adherir la etiqueta  por completo a la prenda.

Fuente: (AUTOR). Figura 52. Pantalla HMI Touch Screen Delta. 

Fuente: (ALIEXPRES, 2015)72 Para la máquina se utilizó una pantalla de dimensiones 3.5 pulgadas HMI (Human Machine Interface), como muestra la Figura 52. Este dispositivo es un medio para el intercambio de información y comunicación mutua entre el sistema y el usuario. Permite insertar valores a través de imágenes que se pueden tocar, ahorrando miles de botones y cableado, haciendo de la pantalla táctil un sistema de control rápido y cómodo.     72

ALIEXPRES. (2015). aliexpres.com. Obtenido de http://es.aliexpress.com/popular/hmi-touchscreen-delta.html

65


Figura 53. Montaje de la Pantalla táctil HMI. 

Fuente: (AUTOR). 4.3. Pilotos y pulsadores

La aplicación de interruptores de mando, pulsadores y pilotos, permiten la conexión y el control de aparatos eléctricos. Una señal de la posición de conexión garantiza la detección sencilla de los estados de funcionamiento y proporciona una buena vista general. La integración de los interruptores de mando, pulsadores y pilotos, aporta el beneficio adicional de una señalización fácil de comprender, y visualizar los modos de funcionamiento de los aparatos eléctricos. 

Indicador piloto

Estos indican al estar encendido cuando ocurre algún mando eléctrico dentro del circuito (ver Figura 54) Figura 54. Piloto indicador. 

(ELECTRICOS BOGOTA LTDA, 2015)73 En la máquina se utilizaron tres indicadores, el color rojo que indica que la máquina está detenida por algún bloqueo forzoso de la máquina ya sea una emergencia o simplemente está detenida, el indicador de luz amarilla que indica que sus elementos están en su 73

ñELECTRICOS BOGOTA /detalles/pilotos

LTDA.

(2015).

Obtenido

66

de

http://www.electricasbogota.com


respectiva posición para empezar a trabajar y el color verde indica que la máquina está en funcionamiento. Figura 55. Montaje de los pilotos indicadores. 

Fuente: (AUTOR) 

Pulsadores

Los pulsadores son mecanismos, como su nombre lo dice, para pulsar y accionar en su interior contactos mecánicos normalmente abiertos (NO) o normalmente cerrados (NC) que se usan para conectar o desconectar filamentos en cobre. Por lo general momentáneamente (mientras el pulsador se encuentre presionado o actuado). En la Figura 56 se observa un pulsador. Figura 56. Pulsador normalmente abierto. 

(ELECTRICOS BOGOTA LTDA, 2015)74 Se pueden hacer varios tipos de configuraciones con los pulsadores mediante adición de bloques auxiliares de contactos cerrados o abiertos observados en la Figura 57, estos al estar conectados a un mismo pulsador pueden realizar un accionamiento para operar combinaciones como NO y NC al pulsar, o cualquier combinación que se requiera de dos o más contactos NO o NC.

74

ñELECTRICOS BOGOTA /detalles/pulsadores

LTDA.

(2015).

Obtenido

67

de

http://www.electricasbogota.com


Figura 57. Bloque de contacto normalmente abierto (NO). 

Fuente: (ELECTRICOS BOGOTA LTDA, 2015)75 Para esta máquina se utilizaron dos pulsadores de color verde y rojo. El pulsador de color verde tiene como función en la máquina dar inicio al sistema y el pulsador rojo tiene como función la detención de su rutina lo que permite realizar un último ciclo antes de detener el proceso. Figura 58. Montaje de pulsadores y paro de emergencia. 

Fuente: (AUTOR). 

Muletilla

Para lograr energizar la máquina es necesario de una muletilla, ésta permite abrir o cerrar contactos internos cuando se gira una perilla a la posición de encendido. Internamente se cierran unos contactos y permite el paso de la corriente, la energía viaja por una línea de cable hasta la entrada de la muletilla y energiza el sistema. Al girar a la poción de apagado abre esos contactos impidiendo que la corriente circule y se energice la máquina (ver Figura 59). Figura 59. Montaje de muletilla de encendido. 

Fuente: (AUTOR) 75

ñELECTRICOS BOGOTA LTDA. detalles/pulsadores/bloques

(2015).

Obtenido

68

de

http://www.electricasbogota.com/


Lógica cableada

La lógica cableada o lógica de contactos, es una forma de realizar controles de un sistema, en la que el tratamiento de datos (pulsadores, pilotos, fines de carrera, sensores, termocupla, etc.), se efectúa en conjunto con contactores o relés auxiliares, frecuentemente asociados a temporizadores y contadores. La lógica cableada industrial consiste en el diseño de automatismos con circuitos cableados entre contactos auxiliares de relés electromecánicos, contactores de potencia, relés temporizados, diodos, relés de protección, válvulas óleo-hidráulicas o neumáticas y otros componentes. Los cableados incluyen funciones de comando y control, de señalización, de protección y de potencia. La potencia además de circuitos eléctricos comprende a los circuitos neumáticos (mando por aire a presión) u óleo hidráulicos (mando por aceite a presión). Crea automatismos rígidos, capaces de realizar una serie de tareas en forma secuencial, sin posibilidad de cambiar variables y parámetros. Si se ha de realizar otra tarea será necesario realizar un nuevo diseño. Se emplea en automatismos pequeños, o en lugares críticos, donde la seguridad de personas y máquinas, no puede depender de la falla de un programa de computación. En sistemas mayores también se emplea el autómata programable, entre los que se encuentran los PLC controlador lógico programable. 76 Figura 60. Lógica Cableada de la máquina. 

Fuente: (AUTOR). En la lógica cableada o control eléctrico se emplea la normativa sugerida por la IEC 10821 (International Electrotechnical Commission) donde se definen los símbolos gráficos y las referencias identificativas, cuyo uso se recomienda y están en conformidad con las publicaciones más recientes.

76

GÁROZON VÁSQUES, J. (13 de JUNIO de 2013). Repaso Sobre Nociones Básicas. Obtenido de http://logicacableadaceet.blogspot.com/

69


La norma IEC 1082-1 define y fomenta los símbolos gráficos y las reglas numéricas o alfanuméricas que deben utilizarse para identificar los aparatos, diseñar los esquemas y realizar los equipos eléctricos. El uso de las normas internacionales elimina todo riesgo de confusión y facilita el estudio, la puesta en servicio y el mantenimiento de las instalaciones. (Ver Figura 61) Figura 61. Norma de etiquetado de cableado eléctrico. 

Fuente: (CARLOS, 2008)77 En la lógica cableada se utilizan algunos elementos que son sometidos a las normas IEC que permiten el orden, anclamiento de algunos de sus elementos y conexiones que permiten una unión de sus cables para su buena circulación de energía. Para obtener la circulación de corriente adecuada, se encuentran elementos como los bornes que hace conexiones eléctricas con dos puntos que se usan para conectar dos partes de un circuito o generar puntos comunes mediante la unión eléctrica de dos o más bornes mediante peines o puentes ( uniones metálicas que se atornillan a cada borne y al atornillar dos o más bornes conforman uniones eléctricas de 4 o más puntos ) unas de las grandes ventas que tienen los bornes es que su montaje es modular y fácil de conectar como se muestra en la Figura 62. Para finalizar grupos de bornes se utilizan unos bornes llamados frenos que no dejan que se muevan y separen unos de otros. Figura 62. Conexión de borneras. 

Fuente: (PHOENIXCONTACT, 2015)78  77

ñCARLOS. (18 de Septiembre de 2008). robotico10.blogspot.com. Obtenido de http://robotico10.blogspot.com/2008/09/tecnologas-de-automatizacin-por-lgica.html 78 PHOENIXCONTACT.(2015).phoenixcontact.com. Obtenido de https://www.phoenixcontact.com /online/portal /es?1dmy&urile=wcm:path:/eses/web/main/products

70


El riel din o riel omega es creado con el fin de hacer una estandarización y un buen montaje de los componentes eléctricos que serán parte de un circuito por ejemplo los bornes, contactores bases de relés, PLC, guardamontes etc. (ver Figura 63) Figura 63. Riel Omega. 

Fuente: (CALVOS ELECTRONICA LTDA, 2015)79 

Canaleta ranurada.

Al realizar montajes de tableros de control o de potencia, es necesario mantener orden en el mismo, es por este motivo que existen canaletas que se cortan a medida de la caja y permiten llevar dentro el cable de las conexiones y además derivar cable mediante ranuras laterales. Esta se construye de materiales aislantes. Una sección de canaleta se muestra en la figura 64. Figura 64. Canaleta ranurada. 

(ELECTROSA CONTROL INDUSTRIAL , 2015)80 

Cajas de control

Con el objetivo de mantener los circuitos aislados del contacto humano, es necesario realizar el montaje del mismo en cajas destinadas a tal fin La caja se acondiciona con canaletas y riel Din u omega, algunas cajas de control traen predispuesto un conjunto de canaletas para conducir el cable, la mejor opción es comprar la caja, el riel y la canaleta por separado y realizar su montaje, como se muestra en la Figura 65.       79 80

CALVOS ELECTRONICA LTDA. (2015). http://www.calvoselectronica.com/. Obtenido de http://www.calvoselectronica.com/rieles/658-riel-din-perforado-11370.html ELECTROSA CONTROL INDUSTRIAL. (2015). http://electrosa-ecuador.es.tl. Obtenido de http://electrosa-ecuador.es.tl/Dexson.htm

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Figura 65. Caja de control Máquina.

Fuente: (AUTOR).

72


5. IMPLEMENTACIÓN DEL MÉTODO PICK AND PLACE. El transporte de las etiquetas es el primer paso dentro de todo el proceso del termofijado de etiquetas, para lo cual se estudió los diferentes métodos y mecanismos que podían hacer de este movimiento. Al observar cuidadosamente el tamaño y textura de las etiquetas de la empresa JOSSMAN, se logró identificar que éstas no podían ser sujetadas por una pinza como es común en los sistemas robóticos o los manipuladores, tratados anteriormente, por lo cual se partió del porta etiqueta, el cual sería el encargado de tener las etiquetas listas para que el sistema lograra llegar a ellas y llevar una a una de las etiquetas hasta la cama de termofijado. Inicialmente se pensó en usar un actuador rotante como sistema de movimiento, que se observa en la Figura 66, al cual se le anclaría un brazo en el eje logrando llevar las etiquetas desde el porta etiquetas hasta la cama de termofijado. Luego se evaluó la posibilidad de utilizar el método llamado “Pick and Place” que fue tratado dentro del numeral de manipuladores. Entre los dos sistemas se evaluaron aspectos como tiempo, espacio de instalación y costos, por lo cual se escogió al método “Pick and Place” como el sistema de movimiento. Debido al costo de un cilindro rotante, el espacio que ocupa para ser instalado y el tiempo que tarde en llevar la etiqueta de un extremo, en un movimiento rotante de 180°, se descartó la posibilidad de implementar este sistema. La opción de utilizar cilindro neumáticos compactos, en conjunto para tomar y llevar las etiquetas, resulto ser eficiente en el tiempo de ejecución del movimiento total, los costos ajustados al presupuesto y por su diseño y puntos de anclaje, facilitaron la sujeción de éstos a la estructura. Figura 66. Actuador neumático rotante. 

Fuente: (MICRO PNEUMATICS, 2014)81 Al sistema de movimiento, se le adaptaron un total de dos cilindros neumáticos compactos doble efecto con guía anti giro, un cilindro de diámetro 12 mm con carrera de 50 mm, y un cilindro de diámetro 24 mm con carrera de 125 mm, tal como se observa en la Figura 67.

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MICRO PNEUMATICS. (2014). PROGRAMA INTEGRAL DE PRODUCTOS Y SERVICIOS. Buenos Aires, Argentina: Micro pneumatics.

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Figura 67. Sistema Pick and Place. 

Fuente: (AUTOR). El cilindro de carrera de 125 mm es el encargado llevar el sistema con el efector final, encargado de tomar la etiqueta, hasta el porta etiqueta y de nuevo llevarla hasta la cama de termofijación, adaptando el cilindro de carrera 50 mm que tendría en el efector final. El proceso se observa en la Figura 68, entre los pasos de la A a la D indicando el recorrido de los cilindro. Figura 68: Secuencia del sistema Pick and Place. 

Fuente: (AUTOR) Teniendo claro el método de transporte de etiquetas, solo hacía falta definir qué tipo de efector final se utilizaría, para lo cual solo se evaluaron la opción de una pinza o una ventosa, debido a que las pinzas no podrían tomar de manera correcta las etiquetas, se optó por utilizar una ventosa neumática, ésta alternativa fue guiada por la estrategia que se venía trabajando de utilizar un sistema neumático. Las ventosas neumáticas, son elementos capaces de retener un objeto atrayéndolos por el efecto de vacío, tal como muestra la Figura 69. Por la corriente de aire que fluye por el ducto vertical y por el sellamiento que se genera en la campana de la ventosa por el contacto con la superficie el objeto, se crea un vacío logrando que la presión interna de la ventosa sea capaz de sostener un objeto que no supere la fuerza de presión interna con respecto a la fuerza de gravedad que atrae el objeto hacia el suelo.

74


Figura 69. Funcionamiento de una ventosa.  ASPIRACIÓN

FUERZA DE LA VENTOSA

POSICIÓN DE LA PIEZA PRESIÓN INTERNA DE LA VENTOSA PRESIÓN ATMOSFÉRICA

Fuente: (SEPELEM COMPOSANTS, 2015) Para el uso de una ventosa es necesario generar un corriente de aire opuesta como se observa en la Figura 69, esta técnica se le conoce como generación de vacío, en donde existen dos métodos conocidos, que son la generación de vacío con bombas de vacío que usan un motor eléctrico como se muestra en la Figura 70, donde un sistema de palas toma el aire por una de las boquillas y luego lo expulsa por otra boquilla de la bomba. Figura 70. Motor generador de vacío. 

Fuente: (SIMTECH, 2012) El otro método de generación de vacío, es el de los dispositivos que hacen uso de la física de Vernuli, estos elementos utilizan la presión del aire dada por un compresor, el cual se introduce por la entrada del generador de vacío neumático, éste luego tiene una estrangulación por la reducción del conducto, aumentando notoriamente su velocidad lo que produce una depresión en la cámara central de la reducción del conducto, aprovechando ésto para generar el vacío en la ventosa; por último el aire es expulsado por la salida del dispositivo. Este proceso de observa en la Figura 71. 82

82

A. SERRANO, N. (2009). Neumática Práctica. Madrid, España: Paraninfo S.A.

75


Figura 71. Generador de vacío por efecto Vernuli. 

Fuente: (A. SERRANO, 2009)79 Definido el sistema del efector final del transporte de etiquetas, se evaluaron los diferentes materiales y formas de las ventosas que ofrecen en el mercado (ver Figura 72), que se adaptaran especialmente a la forma de las etiquetas, a la textura y también que tuvieran una resistencia térmica debido a la cercanía de la ventosa con el sistema de termofijación. La ventosa que mejor se adaptó a los requerimientos fue una siliconada con fuelle uno y medio de diámetro 3 mm con capacidad de 60°C de trabajo continuo. El material de la ventosa también se adaptó de forma uniforme a la estructura de la etiqueta, sin doblar o dañar la etiqueta al generar el vacío y presionarla para poderla sostener en el recorrido hasta la cama de termofijado. Figura 72. Tipos de ventosas. 

Fuente: (MICRO PNEUMATICS, 2014)83 El generador de vacío utilizado para el control del efector final del método “Pick and Place”, fue un eyector (ver Figura 73). Éste es un generador de vacío que utiliza el mismo principio explicado anteriormente, adicional a esto este equipo combina un etapa de control que permite controlar el estado de succión o expulsión, lo que quiere decir que puede generar 83

MICRO PNEUMATICS. (2014). PROGRAMA INTEGRAL DE PRODUCTOS Y SERVICIOS. Buenos Aires, Argentina: Micro pneumatics.

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vacío como puede generar una presión de aire que sale por la misma vía de la ventosa, aplicación que se usa comúnmente para evitar que los objetos se queden adheridos a la ventosa. Figura 73. Eyector compacto. 

Fuente: (MICRO PNEUMATICS, 2014).80 Este eyector también tiene un vacuostato, que es un sensor de corte cuando la presión del aire es demasiado pequeña como para poder generar el vacío necesario para soportar una pieza con la ventosa. Cuando el nivel de la presión del aire está por debajo de 2 bares, el vacuostato envía una señal al PLC indicando la baja presión, lo que permite parar el proceso y lanzar una señal de emergencia para que se ajuste o detecte el error de la red neumática o la fuga en alguno de los actuadores o elementos neumáticos.

77


6. DISEÑO DEL PROGRAMA DE LA MÁQUINA. Dentro de la planeación de la máquina se utilizó la guía GEMMA para trazar un esquema de procesos lógicos que tendrá la máquina al momento de ser implementada, para diseñar el programa con el que el PLC operará y controlará el proceso de transporte y termofijado de etiquetas. La guía GEMMA (Duide d´Etudes des modes de marches et d´Arrêts) traduce al español “Guía de Estudio para los Modos de Funcionamiento y Paradas”, desarrollada por la ADEPA (Agence nationale pour le Développement de la Proctión Appliquée à l'industrie) “Agencia Nacional para el Desarrollo de la Producción Aplicada a la Industria”, con el fin de prever los estados posibles de una máquina en funcionamiento, estado manual, semi automático, automático, parada de emergencia, en marcha, etc. 84 En la Figura 74, se observa el diagrama de la guía GEMMA donde se tienen en cuenta un total de 4 estados de la máquina, demarcados por rectángulos donde dentro de cada uno de ellos se expresan los sub estados conectados por líneas que indican la dirección en que la máquina puede avanzar o retroceder según el caso. Figura 74. Diagrama de guía GEMMA. 

Fuente: (RODRÍGUEZ MONDEJAR, 2015)81 El diagrama de la guía GEMMA cuenta con los siguientes estados:  

 

84

Control sin alimentación: en general este estado significa que la máquina está apagada. A-Proceso en parada: una vez la máquina esta energizada, pero aún no ha empezado su proceso, se encuentran en general las que están en modo de espera de comando, también se encuentra el proceso de reinicio o reajuste, y en algunas es necesario un tiempo de preparación. F-Proceso en funcionamiento: en esta etapa la máquina ya se encuentra en funcionamiento, dentro de éste recuadro se deben mencionar los diferentes modos de funcionamiento de la máquina. D-Proceso en defecto: En esta etapa se encuentran las fallas que puede tener la máquina en su modo de operación, como también las vías de avance o retroceso de la máquina.

RODRÍGUEZ MONDEJAR, J. (2015). Guía GEMMA automatización industrial. Madrid, España: UPCO ICAI Departamento de Electrónica y Automática.

78


En la Figura 75 se observa el diagrama de la guía GEMMA, para la máquina de transporte y termofijado de etiquetas para ropa interior de la empresa JOSSMAN. Figura 75. Diagrama guía GEMMA de la máquina. 

Fuente: (AUTOR) La máquina funcionará dentro del marco de las siguientes etapas según la guía GEMMA:  CSA 1: En el control sin alimentación la máquina no realiza ningún tipo de acción  A1-Restablecer: en esta etapa la máquina pone los actuadores en su posición inicial verificando que los sensores estén indicando esta medida. El indicador de esta etapa es el piloto de color amarillo constante.  A2-En espera: mientras que ningún comando sea activado, la máquina permanecerá en espera de un comando para entrar a cualquiera de las rutinas programas. El indicador de esta etapa es el piloto amarillo titilando.  A3-Paro de emergencia: cuando el botón de emergencia sea activado, la máquina retornara todos los actuadores a su posición inicial, y esperará hasta que el paro de emergencia sea desactivado, para retornar inmediatamente hacia A2. El piloto indicador de esta etapa son los pilotos amarillo y rojo constantes.  F1-Termofijado: En esta etapa la máquina es accionada de dos maneras, en la pantalla táctil es necesario indicar que el proceso será el de termofijado, el cual consiste en activar únicamente el cilindro que tiene la fuente de calor, con el fin de fijar etiquetas que ya hayan sido previamente semi termofijadas. Con el proceso claro, se procede a indicar el tiempo de termofijado desde la HMI y se da inicio con un pulsador de color verde; para terminar el proceso se debe presionar el pulsador de color rojo para terminar el ciclo de termofijado y de esta etapa retornara a A2, o se puede enviar a A3, en caso de presentarse una emergencia para bloquear la máquina de inmediato. El indicador de esta etapa es el Piloto de Color verde titilando en frecuencia estable de 0.5 segundos.  F2-semi termofijado: en esta etapa, dando el comando de inicio desde un botón de la HMI, habiendo ingresado el tiempo de termofijado en la interfaz, el sistema “Pick and Place” inicia su recorrido hasta llevar el efector final a la etiqueta, donde la ventosa se activa y sostiene ésta mientras que el mecanismo la lleva hasta la cama de termofijado, donde previamente el operario debe tener el elástico de la prenda listo para su termofijación, coloca la etiqueta en el lugar para que el cilindro de termofijado pegue la parte superior de la etiqueta al elástico, una vez el cilindro de termofijado se encuentra con la etiqueta el efector final regresa a su posición inicial y nuevamente va por una nueva etiqueta. Terminado el tiempo de termofijado ingresado por el operario el cilindro con la fuente de calor regresa a su posición inicial para reiniciar el ciclo. Pulsando el botón de la HMI de paro, el sistema termina 79


su último ciclo. El indicador de este proceso es el piloto de color verde titilando de forma estable a 1 segundo.  F3-Termofijado Completo: Esta etapa totalmente similar a F2, solo que el cilindro de termofijado es accionado doblemente, con el fin de que cuando la etiqueta ya se encuentra termo adherida a la prenda en la parte superior, el operario ingrese todo el elástico al sistema de termofijado, adhiriendo en su totalidad la etiqueta a la prenda. El indicador de esta etapa es el piloto de color verde constante.  D1-Error: Si iniciado alguna de las tres etapas del funcionamiento y durante el proceso una de éstas, los sensores de los cilindro indica que éste no llego a su posición ideal para continuar con el proceso, se activa enviando un mensaje de error y verificación al operario. Si la presión que está entrando al eyector no es superior a los 3 bares, esta etapa también envía una señal de verificación de presión de aire al operario en la interfaz táctil. De esta etapa una vez verificado el proceso, retorna inmediatamente a A1, restableciendo todo el sistema para iniciar de nuevo con alguno de los programas. El indicador de esta etapa son los pilotos amarillo y rojo titilando. Con los programas definidos por el método GEMMA, el paso a seguir es la programación del PLC. El controlador lógico programable marca Delta, utiliza un software de programación llamado WPLSoft el cual solo tiene dos lenguajes de programación, Ladder y lista de instrucciones, La lista de instrucciones es un lenguaje de programación que usa en general la lógica booleana (0 y 1), tiene una semejanza con el lenguaje ensamblador; debido a que los valores que se guardan dentro de variables booleanas o numéricas, son operados entre comparadores y sistemas lógicos algebraicos como las operaciones AND (multiplicación), OR (suma) entre otras. En realidad la lista de instrucciones es el lenguaje que se introduce directamente en el PLC, por lo que los demás lenguajes deberán ser traducidos a éste. En la Figura 76 se muestra un ejemplo de programación con lista de instrucciones.85 Figura 76. Lista de instrucciones. 

Fuente: (AUTOR). En la figura anterior se observa que el proceso inicia con una memoria S0, la cual al tomar valor 1, pondrá a la memoria M0 en estado 1 y seteando la memoria M100, lo que significa 85

PEÑA, J., GÁMIZ CARO, J., GRAU I SALDES, A., & MARTÍNEZ GARCÍA, H. (2003). Introducción a los autómatas programables. Araón: ouc.

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que si S0 toma el valor de 0 nuevamente, la memoria M0 estará en estado 0, pero la memoria M100 quedara en estado 1 hasta que se reciba la orden de reset. En la línea 4 de la Figura 76, se observa que inicia con la memoria M0 y realiza una operación AND con una entrada del PLC X23, una memoria invertida S1, lo que significa que el estado de S1 se tomara en el valor contrario, si S1 está en 1 entonces el valor real es 0. El lenguaje Ladder o también conocido como logia de contactos, es la representación gráfica de la lista de instrucciones, añadiendo una herramienta de visualización que son líneas de energización, con las cuales se puede ver el proceso como si fuera un sistema de contactos reales. En la Figura 77, se muestra en la primera línea un contacto de memoria S0, si este contacto se cierra energizara a M0 y mantendrá energizado a la memoria M100, sin importar que S0 ya no esté presente; en la línea dos si está presente M0, X23, X5 y no está presente S1 ni S2 ni M22, se setearan las memoria sM1 y M21. Figura 77. Programación en lenguaje Ladder. 

Fuente: (AUTOR). Para este proyecto, la programación del PLC se realizó mediante el lenguaje Ladder (ver parte del programa en Anexos), con el fin de visualizar en tiempo real desde el software WPLSoft el procedimiento lógico que realiza el PLC y así poder corregir de manera inmediata los errores. La programación se realizó siguiendo el método paso a paso, el cual consiste en que una vez ejecutado el primer proceso, se prepara con éste al siguiente y se debe desenergizar el paso inmediatamente anterior para evitar nuevos anclamientos de memorias o salidas que no deben estar presentes. También se realizó un solo programa separando por rutinas, la programación de actuadores neumáticos para comando de activación de las electroválvulas dejando la etapa de potencia aparte de la parte de lógica, para obtener un proceso sin errores de energización doble o de contradicción en el programa, la etapa de pilotos indicadores y una etapa de emergencia.

81


7. FABRICACIÓN DE LA ESTRUCTURA DE LA MÁQUINA. La estructura de la máquina para el trasporte y termofijado de etiquetas de ropa interior de la empresa JOSSMAN, se realizó en acero “cold rolled” calibre 14 (espesor de 1.90 mm), este material se escogió, debido a su bajo costo y alta rentabilidad en resistencia y facilidad para soldarla. Esta lámina se fabrica de acero caliente, usando laminación (proceso en el cual se unen dos o más láminas de un material) en frío con bobinas o bandas calientes, se obtiene la reducción mecánica del espesor. Es limpiada químicamente para cambiar sus propiedades físicas y químicas. Su peso es de 29.30 Kg por una lámina de 1000X2000 mm. La composición del acero en lámina calibre 14 utilizado en la fabricación de ésta máquina se observa en la Figura 78. Figura 78. Composición química del acero. 

Fuente: (SUMITEC, 2015)86 La lamina en acero calibre 14 con alta cantidad de carbono, es un elemento perfecto para la construcción de estructuras arquitectónicas, con el objetivo de realizar estructuras económicas y seguras que cumplan con las normas de calidad, resistencia y mecánicas. Este tipo de material es ideal para fabricar elementos con terminados estéticos debido a su compatibilidad con los tipos de soldadura.87 En la Figura 79 se muestra la estructura final de la máquina, teniendo en cuenta que se le hizo un encamisado en la lámina con el fin de mejorar la resistencia mecánica, también se usaron ángulos en Cold Rolled entre el cuarto de control la base vertebral y la base de la estructura. Con el encamisado en la base vertebral y la base de termofijado se logra disminuir el peso de la estructura en su totalidad.

86 87

SUMITEC. (2015). ACERO GRADO MAQUINARIA. LIMA DE CARTAGO, COSTA RICA: SUMITEC SUMINISTROS TECNICOS S.A. VALENCIA CLEMENT, G. (2006). ESTRUCTURAS DE ACERO INTRODUCCIÓN AL DISEÑO. Bogotá, Colombia: Universidad Nacional de Colombia.

82


Figura 79. Estructura de la máquina. 

Fuente: (AUTOR) El encamisado consiste en doblar la lámina para formar una estructura cuadrada, dejando un espacio hueco en el centro y mejorando la resistencia del material, es similar a la tubería cuadrada. La lámina que sostiene el sistema “Pick and Place” tiene la forma de un pie de amigo o un soporte vertical que sirve para mejorar la resistencia de la estructura, tanto para soportar el peso de la caja de control como para soportar la tensión cuando el sistema de termofijado realiza sus 56 Kg de presión. La lamina que sustenta la cama de termofijado se realizó en un calibre 1” (una pulgada) equivalente a 25.4 mm, con el fin de dar mejor rigidez a ésta para soportar los 56 Kg de presión que ejerce al cilindro de termofijación. 7.1. Análisis de tensión y desplazamiento de la estructura. En la Figura 80, se observa la simulación realizada en el software de diseño Autodesk Inventor Professional 2014.88 Esta simulación permite determinar que la estructura no supera sus límites mecánicos para los esfuerzos a los que estará sometida. Debido a que en el software no se encuentra específicamente el material Cold Rolled (ACERO AISI-SAE 1018 (UNS G10180), se realizó un ajuste de las características del material, ingresando los parámetros solicitados por el software para determinar la resistencia del material y extraídos de (SUMITEC, 2015)89, los cuales son:    

88 89

Límite de Fluencia: 370 MPa Factor de relación para corte: 1.99 (estándar para cero AISI 1015-1018) Límite de Elasticidad; 205 MPa. Densidad: 7.869 g/m2

AUTODESK INC. (2015). Autodesk Inventor Professional 2013. San Francisco, CA 94105, U.S.A. SUMITEC. (2015). ACERO GRADO MAQUINARIA. LIMA DE CARTAGO, COSTA RICA: SUMITEC SUMINISTROS TECNICOS S.A.

83


Figura 80. Análisis de tensión por peso de materiales. 

Fuente: (AUTOR) Al analizar la tensión de Von Mises, que hace referencia a la tensión calculada desde los tres ejes de una pieza 3D, donde en conclusión se logra realizar un promedio entre las deformaciones angulares o desplazamientos del material provocados por las fuerzas aplicadas a éste. La tensión resultante del análisis en el software es de 45.5 MPa, y teniendo en cuenta que para el material y su máxima elasticidad que resulta ser de 205 MPa, mencionado anteriormente, se encuentra por debajo de su límite, exactamente 22.2% del límite de elasticidad de este material. Figura 81. Análisis de la primera tensión principal 

Fuente: (AUTOR).

84


En la Figura 81, se observa que la tensión principal, el eje de la flexión o desplazamiento angular de la estructura es el vértice inferior derecho frontal, siendo esta tensión de 12.96 MPa, tensión que está muy por debajo de la tensión máxima de Cold Rolled de 205 MPa. Por último se observa el desplazamiento que sufre la estructura debido al peso de los materiales en su estado estático. (Ver Figura 82) Figura 82. Análisis del desplazamiento de la estructura en su estado estático 

Fuente: (AUTOR). El desplazamiento máximo que presenta la máquina en su estado estático, es de 0.104 mm, desplazamiento que se ajusta al proceso que se debe realizar para este proyecto. Tabla 5. Tabla de resultados del análisis de tensión.  Nombre

Mínimo

Volumen

1925920 mm^3

Masa

15,1551 kg

Tensión de Von Mises

0,000173497 MPa

45,4991 MPa

Primera tensión principal

-5,53536 MPa

12,9635 MPa

Tercera tensión principal

-49,7205 MPa

2,35624 MPa

Desplazamiento

0 mm

0,104468 mm

Coeficiente de seguridad

8,13203 su

15 su

Tensión XX

-37,9101 MPa

10,13 MPa

Tensión XY

-17,7483 MPa

6,40105 MPa

Tensión XZ

-14,3804 MPa

14,262 MPa

Tensión YY

-21,0922 MPa

7,23005 MPa

Tensión YZ

-4,39157 MPa

3,65608 MPa

Tensión ZZ

-7,95051 MPa

12,5295 MPa

85

Máximo


Desplazamiento X

-0,0780042 mm

0,0297824 mm

Desplazamiento Y

-0,0878919 mm

0,00649962 mm

Desplazamiento Z

-0,0309926 mm

0,0217418 mm

Deformación equivalente

0,000000000710852 su 0,000197382 su

Primera deformación principal -0,00000248983 su

0,0000735084 su

Tercera deformación principal -0,000230064 su

0,000000541037 su

Deformación XX

-0,000168647 su

0,0000409499 su

Deformación XY

-0,000108221 su

0,0000390308 su

Deformación XZ

-0,0000876854 su

0,0000869632 su

Deformación YY

-0,0000934396 su

0,000028154 su

Deformación YZ

-0,0000267779 su

0,0000222932 su

Deformación ZZ

-0,0000260376 su

0,000059873 su

Fuente: (AUTOR). En la Tabla 5, se observan los resultados generales de desplazamientos, tensiones, flexiones, etc. Se puede garantizar que según el resultado arrojado por el análisis de elementos finitos de Autodesk Inventor Professional 2014, la estructura está dentro del marco de límites para su propósito Ahora se analizará el efecto que genera el cilindro de termofijado al realizar la presión contra la cama de termofijado, lo que da como resultado 56 kg de presión.

Figura 83. Tensión de Von Mises de la presión del cilindro de termofijado. 

Fuente: (AUTOR)

86


En la Figura 83, se observa que la tensión máxima que soporta la estructura representativa a los 56 kg que ejerce el cilindro de termofijado, es de 192.1 MPa, situado en la esquina Inferior derecha de la base de la estructura. Debido a la fuerza que genera el cilindro sobre la cama de termofijado, separa el cuarto de control de la base ejerciendo mayor presión en el lado derecho de la estructura, puesto que la unión de la estructura es el soporte vertebral como se observa en la Figura 79, esto genera un desplazamiento en el eje X y Z con leve rotación además de un desplazamiento en el eje Y. En el momento en el que el cilindro actúa separando la estructura en repetidas ocasiones, se podría presentar un desgaste por fatiga del material, lo cual ocurre cuando un material es expuesto a esfuerzos que superan el límite elástico de manera cíclica. Cuando el material supera el límite elástico en repetidas ocasiones también se presenta un desgaste térmico ya que las partículas del material entran en un estado de movimiento cinético que debilitan la estructura y como resultado se pueden evidenciar grietas en el material o incluso la ruptura de éste. Para la estructura de este proyecto el ciclo es de 8.160 a 10.000 veces por día, pero al no superar el límite elástico en su máxima presión, no existirán desgastes mecánicos más que los propios de los materiales usados en la estructura ocasionados por el tiempo y vida útil de los mismos.90

Figura 84. Tensión principal en el eje con mayor fluencia. 

Ángulo calibre 12 20X20

Fuente: (AUTOR). En la Figura 84, se logra observar el refuerzo en ángulo de calibre 12 utilizado en la base del cuarto de control y en el soporte vertebral de la máquina, esto con el objeto de reforzar la estructura.

90

KALPAKJIAN, S., & SCHMID, S. (2002). MANUFACTURA INGENIERIA Y TECNOLOGIA 4TA EDICION. NAUCALPAN DE JUÁRES Z, MÉXICO: PEARSON EDUCACIÓN.

87


Figura 85. Desplazamiento por acción del cilindro termofijador 

Fuente: (AUTOR). Se observa que según los resultados del análisis de elementos finitos y tensión que se realiza en el software Autodesk inventor Professional 2014 (ver Figura 85), el desplazamiento máximo que experimenta la estructura por acción de la presión ejercida por el cilindro termofijador, se ve en la parte superior frontal de la estructura de color rojo, con un desplazamiento máximo de 0.3535 mm y un desplazamiento mínimo de 0.1304 en la base del soporte del sistema pick and place donde también actúa como un pie de amigo para dar soporte al peso del cuarto de control y a la tensión generada por el cilindro de termofijado.

Tabla 6. Tabla de resultados de análisis de esfuerzos por acción del Cilindro neumático.  Nombre

Mínimo

Volumen

2382260 mm^3

Masa

18,746 kg

Tensión de Von Mises

0,0267776 MPa

192,141 MPa

Primera tensión principal

-22,938 MPa

167,165 MPa

Tercera tensión principal

-141,991 MPa

41,2405 MPa

Desplazamiento

0 mm

0,774961 mm

Coeficiente de seguridad

1,92566 su

15 su

Tensión XX

-93,8253 MPa

154,99 MPa

Tensión XY

-59,5369 MPa

46,0936 MPa

Tensión XZ

-54,8194 MPa

59,0121 MPa

Tensión YY

-47,6516 MPa

76,0365 MPa

Tensión YZ

-36,8891 MPa

41,7031 MPa

Tensión ZZ

-139,106 MPa

109,407 MPa

88

Máximo


Desplazamiento X

-0,130394 mm

0,353493 mm

Desplazamiento Y

-0,0293029 mm

0,755078 mm

Desplazamiento Z

-0,202606 mm

0,0578357 mm

Deformación equivalente

0,000000136213 su 0,00079896 su

Primera deformación principal -0,0000126586 su

0,000840517 su

Tercera deformación principal -0,000677761 su

0,00000527268 su

Deformación XX

-0,000432638 su

0,00073765 su

Deformación XY

-0,00036303 su

0,000281059 su

Deformación XZ

-0,000334265 su

0,00035983 su

Deformación YY

-0,000248661 su

0,00030953 su

Deformación YZ

-0,000224933 su

0,000254287 su

Deformación ZZ

-0,00066017 su

0,000420257 su

89


CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES. 

En el proceso de termofijado, el sistema de calor que se implementó usando la resistencia blindada en lámina, cumplió con las expectativas de la calidad de termo adhesión de la etiqueta con la prenda, el resultado fue una tela y entretela pegadas uniformemente y con la resistencia adecuada para que no se separan por el uso diario de la prenda. Con la transferencia de calor entre la fuente de calor y el cilindro, el resultado fue satisfactorio dejando al cilindro trabajando en el rango de su temperatura máxima de uso, la recomendación es adicionar al sistema aislante un proceso de transferencia por convección, para ayudar a tener una diferencia considerable entre las temperaturas de la fuente de calor y el cilindro.

Por el uso de sistema de control de temperatura TC4S, la temperatura varía entre +/5°C, que para el proceso no es una variación considerable, pero es posible tener una temperatura más controlada, pues el equipo TC4S tiene una salida relé que se activa cuando la termocupla envía una señal proveniente de la fuente de calor, que es traducida a un valor por debajo del establecido, una vez el relé es activado, la temperatura empieza a subir hasta alcanzar su nivel ideal, pero por efecto de la respuesta sub amortiguada de la resistencia, esta incrementa en 5°C más de la temperatura establecida. Aunque como ya se dijo esta variación no perjudica el proceso de termofijación, es posible usar un módulo de PLC con salida PWM (Modulación por Ancho de Pulso), que consiste en oscilar la alimentación de la resistencia para alcanzar un control PID (control Proposicional, Integrado y Derivado) de tal forma que la resistencia generará una respuesta estable en su temperatura oscilando entre +/-0.5°C.

Por el movimiento del cilindro de termofijación, la termocupla que se encuentra adherida a la pared inferior del sistema de calefacción, sufre un desgaste en la unión de filamentos de la punta de ésta, provocando una falla del sistema de calor. Para su solución se utilizó un resorte que unificara el movimiento del cable de la termocupla con la punta de ésta, evitando que la unión tomara ángulos debilitando su conexión.

El cilindro que se utilizó para el sistema de termofijación, utilizando el ábaco psicométrico se calculó un valor ideal para la fuerza de presión de trabajo con 8 bares de alimentación de 56.1 Kg, cumpliendo con el requerimiento de presión de 56 Kg necesario para generar una buena adhesión entre la etiqueta y la entretela. La carrera del actuador es de 50 mm, pero también es recomendable disminuirla a 25 mm con el fin de evitar espacios donde el operario pueda sufrir atascamiento de extremidades o sufrir quemaduras graves.

Para el mejoramiento de la termofijación, la empresa JOSSMAN implementó un caucho térmico adicional a la cama de termofijado, dicho elemento tiene la capacidad de mantener el calor por un tiempo extendido, proporcionando calor no solo desde la fuente, sino que desde el caucho térmico ya que éste adquiere la temperatura promedio de la fuente de calor.

En la lámina de aluminio que constituye la pared inferior del sistema de termofijado se colocó cinta teflón, debido a que por el calor al termofijar la etiqueta parte de la tinta de impresión de ésta se quedaba imprecada a la lámina, manchando así las siguientes etiquetas: La cinta teflón se utiliza como un aislante, pero al ser tan delgada no afecto el proceso de termofijado y si cumplió con el objetivo de evitar manchar el producto final. 90


Dentro de los elementos de control y visualización, el PLC es el más significativo de este proyecto ya que constituye el control del proceso de transporte y termofijado de los actuadores neumáticos, para un total de 12 entradas y 8 salidas, fue necesario complementar el PLC con un módulo adicional de 8 entradas y 8 salidas, para lograr suplir los requerimientos de la máquina.

El cableado del PLC fue realizado con cable vehicular calibre 16 con terminal pin hueca del mismo calibre, pero las entradas de las bornes del PLC son para calibre 18 en adelante, lo que dificultó el cableado de salidas y entradas, se recomienda cablear el PLC con cable UTP categoría 6E certificado, el cual soporta el amperaje que recibe el PLC como el que envía con sus señales digitales a 24 VDC.

El uso de la pantalla táctil favoreció el proyecto, debido al ahorro del temporizador para el sistema de termofijado, el ahorro de los más de 10 botones para las tres etapas de funcionamiento de la máquina. El tamaño de la pantalla fue de 4.3” que fue suficiente para crear los botones de inicio y paro de ciclo de cada etapa, como también los botones para ingresar el tiempo de termofijado. El programa de la HMI, se realizó en el software DOPSoft guiados por diseñar una interfaz intuitiva para el operario.

El sistema de control de temperatura fue el dispositivo TC4S, pero se recomienda usar un PLC de la serie SA2 con el cual es posible realizar un control PID de la temperatura en la etapa de termofijado.

Los pulsadores utilizados adicionalmente, tienen la función de facilitar el rápido pulso de inicio cuando se encuentran en la etapa de termofijado explicada anterior mente, con eso se evita el desplazamiento del operario hasta la pantalla HMI cada vez que se vaya a iniciar este proceso.

En la máquina se colocaron dos paros de emergencia tipo hongo, uno para los procesos de semi termofijación y termofijación completa, y uno adicional para el proceso de termofijado, ya que en esta etapa la máquina se trabaja del lado izquierdo en vez de frente donde se encuentra posicionada la pantalla táctil, en caso de presentarse una emergencia cada paro de emergencia se encuentra posicionado en la parte de más fácil acceso para el operario.

Para cablear la máquina se utilizó cable vehicular calibre 16, con canaletas de 25X25 mm las cuales quedaron sub dimensionada para el numero de cables utilizado en la máquina, por lo que se recomienda incrementar la canaleta a una de 40X40 mm.

El cableado interno de la máquina no se etiquetó según la norma y la guía ECI, lo que dificultará los mantenimientos futuros así como los cambios de cables en caso de presentar una fisura en que impide la continuidad del mismo. Se recomienda utilizar la etiquetación de cableado según la norma para futuras fabricaciones y así facilitar el seguimiento de cables para su mantenimiento.

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El método “Pick and Place” resulto ser la mejor opción entre los diferentes sistemas de alimentación de etiquetas para la termofijación de la máquina, por su velocidad, practicidad en montaje y la capacidad de ajuste de los cilindros neumáticos compactos en su base de guía anti giro, lo que permitió acoplar todo el sistema.

El eyector utilizado para general el vacío que trabajaría la ventosa para sostener las etiquetas, trabaja con una presión de aire superior a los 3 bares; la unidad de mantenimiento de la máquina, daba una presión total de 8 bares, pero a esta presión la ventosa deformaba la etiqueta dañando el termofijado, por lo cual se utilizó un regular lineal de presión para disminuir la presión de aire que entraba al eyector a 3 bares, logrando hacer que la ventosa sostuviera la etiqueta sin doblarla.

Al implementar el método “Pick and Place” para transportar las etiquetas hasta la cama de termofijado, se evidenció que era necesario tener una guía para determinar con exactitud la posición donde se colocaría la etiqueta para ser termofijada, por lo cual se colocó una guía termo adhiriendo una de las etiquetas sobre la cama de termofijado.

Todos los ajustes del sistema “Pick and Place” fueron ranurados, para facilitar su reajuste en caso de realizar un cambio de marquilla en su tamaño, como también si se presenta un desajuste en el proceso de transporte.

Todo el sistema neumático se usó con reguladores de velocidad en tipo codo, para aumentar o disminuir la velocidad de trabajo de cada cilindro según cada operario que trabaje la máquina para su capacidad, estos reguladores de velocidad también tiene el beneficio de poder rotar sobre el eje del racor para mejorar el movimiento del tubo flexible.

Para el programa del PLC se utilizó el lenguaje Ladder ya que este permite visualizar en línea desde el software el proceso en tiempo real, además se realizó el programa divido en sub rutinas pero puestas en una sola hoja de programación para visualizar de manera rápida cada uno de los estados o rutinas de la máquina.

El programa de la pantalla táctil se realizó de forma intuitiva para que los operarios no tuviesen problemas con el manejo de la máquina, aun así se realizó una capacitación de 4 horas donde se explicaron los diferentes modos de trabajo de la máquina, como también las configuraciones y ajustes que se deben hacer para el buen funcionamiento y una explicación de los mantenimientos preventivos que pueden realizar los operarios para mantener la máquina en perfecto estado hasta su mantenimiento programado cada 6 meses.

El programa de la máquina en sus interfaz se diseñó con el logo de la empresa JOSSMAN por petición del cliente, lo que mejoró su presentación y afirmó la propiedad de la máquina para la empresa.

El utilizar acero de alto carbono calibre 14 para la estructura de la máquina, mejoró su relación peso resistencia, lo que la hace de ésta fácil de trasladar sin necesidad de realizar mayor esfuerzo humano o locativo.

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La cama de termofijado tiene en sus ejes rosca externa y en sus ajustes a la estructura tuerca y contra tuerca para variar la distancia de la cama con la base de la estructura, esto con el fin de mejorar la presión de termofijado y ajustar el sistema de transporte de etiquetas cuando cambia el porta etiqueta.

La estructura fue pintada con electrostática para aminorar los riesgos de descargas al contacto con la máquina, el color fue el azul por petición del cliente.

A la máquina para el transporte y termofijado de etiquetas de ropa interior se le dio el nombre de PAP 1600.

Una vez entregada y puesta en marcha la máquina se realizó el estudio de tiempo de producción de la máquina en lo que se logró determinar que en 8 horas de trabajo continuos, la PAP 1600 es capaz de producir 8.160 prendas al día en velocidad mediaalta, siendo una mejoría de tiempo de producción para la empresa JOSSMAN, debido a que su producción antes de adquirir la PAP 1600, consistía en pegar la etiqueta usando una plancha casera donde el peso y la postura del operario encargado del proceso, tan solo lograba producir 4.280 prendas al día sumando el cansancio corporal y las posibles enfermedades laborales. El proceso tuvo un incremento del 52.4% de producción.

La PAP 1600 al ser una máquina única en su estilo en el mercado y por sus costos de venta, fue solicitada por dos nuevos clientes que a la fecha han adquirido cada uno de éstos una PAP 1600.

Con la experiencia que se ganó en la fabricación y puesta en marcha de la PAP 1600, actualmente se han fabricado diferentes máquinas para el sector productivo Colombiano, como para el sector de alimentos con una máquina cubridora y decoradora de chocolate para barras energéticas a base de Quinua, una plastificadora automatizada para la laminación y corte de tabloides publicitarios, una termofijadora de etiquetas publicitarias de ropa. También se han puesto a punto máquinas automatizado sus procesos y eliminando factores análogos de estas máquinas, como por ejemplo dos inyectoras de plástico y tolvas para alimentar procesos por medio de tornillos sin fin. Esto demuestra que en el proceso profesional de educación se han logrado aplicar la gran mayoría de conceptos y técnicas aprendidos durante el proceso educativo de Ingeniería Mecatrónica de la Fundación Universitaria Agraria de Colombia.

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ANEXOS ANEXO A Hoja de especificaciones técnicas del equipo TC4S Control de Temperatura. Figura 86. Especificaciones técnicas del control de temperatura TC4S. 

Fuente: (AUTONICS, 2015)

98


ANEXO B

Especificaciones del PLC DVP-SS2 DELTA.

Figura 87. Especificaciones técnicas PLC Delta SS2 

Fuente: (DELTA ELECTRONICS, 2015)

99


ANEXO C Pantalla HMI DOP

Figura 88. Pantalla Táctil Delta. 

Fuente: (DELTA ELECTRONICS, 2015)

100


ANEXO D Cilindros Neumáticos. Figura 89. Cilindro neumático compacto anti‐giro 

Fuente: (MICRO PNEUMATICS, 2014) 101


ANEXO E Ventosa Neumática. Figura 90. Ventosa neumática. 

Fuente: (MICRO PNEUMATICS, 2014)

102


ANEXO F Programación ladder PLC Figura 91. Segmento de programación de la PAP 1600 

Fuente: (AUTOR)

103


Fuente: (AUTOR)

104


ANEXO G Diseño Programa HMI. Figura 92. Interfaz de la PAP 1600. 

105


Fuente: (AUTOR). 106


ANEXO H Planos estructurales de la PAP 1600.

Escala 1:15

Figura 93. Planos de la PAP 1600. 

Fuente: (AUTOR). 107


Escala 1:15

Figura 94. Vista isométrica de la PAP 1600. 

Fuente: (AUTOR)

108


10/07/2015

Fuente: (AUTOR).

109 VLADIMIR ALVARADO

DANIEL PEÑARTE

Fundación Universitaria Agraria de Colombia

PLANO ELECTRONEUMÁTICO

ANEXO I Figura 95. Plano eléctrico de conexiones PLC 


ANEXO J Figura 96. Plano neumático de la PAP 1600. 

Fuente: (AUTOR). 110


ANEXO K Fotografías de la PAP 1600. Figura 97. Fotografía panel de control Y HMI de la PAP 1600. 

Fuente: (AUTOR)

111


Figura 98. Conexiones neumáticas de la PAP 1600. 

Fuente: (AUTOR). Figura 99. Sistema pick and place de la PAP 1600.

Fuente: (AUTOR).

Fuente: (AUTOR).

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Figura 100. PAP 1600 en operación. 

Fuente: (AUTOR).

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Tesis / 0038 / I.M.  

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