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

RAE
1.
TIPO DE DOCUMENTO: Trabajo de grado para optar por el título de INGENIERO
MECATRONICO.
2.
TITULO: Diseño y construcción de un sistema de avance y corte para la automatización del
proceso de manufactura de pasadores para la confección de ropa aplicado a la maquina
recubridora kansai
AUTORES: Jairo Yesid Vargas Montaña, Héctor Gabriel Ochoa Loaiza
3.
LUGAR: Bogota, D.C.
4.
FECHA: Octubre 2012
5.
PALABRAS CLAVE: Automatización, sistema de corte, pasador, control, sierra, PLC.
6.
DESCRIPCION DEL TRABAJO: El objetivo principal de este proyecto es el de automatizar
un proceso secuencial en la industria de la confección, como lo es el corte de tiras de pasador, se
pretende minimizar el tiempo de ejecución del proceso y eliminar el riesgo de accidente al realizar
la operación.
7.
LINEAS DE INVESTIGACION: Automatización de procesos de procesos de manufactura.
8.
FUENTES CONSULTADAS Areny, R. P. (2001). Sensores y acondicionadores de señal 3°
edición . Barcelona, España : Alfaomega marcombo, Chapman, S. J. (1985). Máquinas Eléctricas
4ta Edición. Australia : McGraw-Hill. INDUSTRIAL, S. G. (2009). Rodamientos. DARREINA LTDA.
Mott, R. L. (2006). Diseño de elementos de máquinas. México: Pearson Educación. Nisbett, R. G.
(2008). Diseño en ingenería mecánica de Shigley. Mc Graw Hill.
9.
CONTENIDOS: Hoy en día la industria textil es una de las partes más importantes para el
desarrollo de la nación debido al margen de producción y a la cantidad de empleos que genera,
sobre esto se ha referido el DANE afirmando que “La producción de textiles y confecciones en
Colombia ha incrementado en los últimos años. Entre el 2003 y 2011, la producción tuvo un
crecimiento promedio anual de 8% y compuesta de 3%. En el 2011 la industria textil creció en un
7%, jalonada especialmente por la demanda interna y en 2012 se estima que podría cerrar en un
crecimiento del 13%, correspondiente 9% en textil y 4,1% en confecciones según cifras del
DANE”.(Proexport, 2011). Pero esta industria carece de procesos de automatización debido a que
está conformada por muchas microempresas, en su mayoría con bajos niveles de producción y con
la utilización de tecnologías antiguas y rutinarias, las cuales son generalmente operadas por
personas, que hacen dependientes de ellas mismas el rendimiento en la producción. Esta
limitación se convierte en una opción para presentar proyectos relacionados con procesos de
automatización ya que es una parte de la industria en crecimiento.
10.
METODOLOGIA: Es de carácter empírico - analítico aplicando la automatización de
procesos mediante PLC y micro controladores.
11.
CONCLUSIONES: Se determinaron los requerimientos técnicos para el desarrollo de un
prototipo, basados en los elementos de sujeción, propiedades mecánicas que lo conforman
contando en su gran mayoría con sobre diseño, debido a los pequeños esfuerzos y los
requerimientos de la empresa patrocinadora, facilitando procedimientos analíticos enfocados al
diseño y fabricación.

Se realizaron mediciones en lazo abierto para indicar las posibles fallas en el proceso y de
rendimiento de los operadores a diferentes horarios obteniendo resultados satisfactorios que dan a
conocer el comportamiento en estado inicial del sistema. Sin embargo no fue posible realizar
mediciones al rango de operación y comportamiento del motor original debido al corto rango en la
palanca de freno.
1
INTRODUCCION
Hoy en día la industria textil es una de los sectores más importantes para el desarrollo de
la nación debido al margen de producción y a la cantidad de empleos que genera, sobre
esto se ha referido el DANE afirmando que “La producción de textiles y confecciones en
Colombia ha incrementado en los últimos años. Entre el 2003 y 2011, la producción tuvo
un crecimiento promedio anual de 8% y compuesta de 3%. En el 2011 la industria textil
creció en un 7%, jalonada especialmente por la demanda interna y en 2012 se estima que
podría cerrar en un crecimiento del 13%, correspondiente 9% en textil y 4,1% en
confecciones según cifras del DANE”. (Proexport, 2011)
Pero esta industria carece de procesos de automatización debido a que está conformada
por muchas microempresas, en su mayoría con bajos niveles de producción y con la
utilización de tecnologías antiguas y rutinarias, las cuales son generalmente operadas por
personas, que hacen dependientes de ellas mismas el rendimiento en la producción. Esta
limitación se convierte en una opción para presentar proyectos relacionados con
procesos de automatización ya que es una parte de la industria en crecimiento. Además
de la empresa que se verá beneficiada con este proyecto que es Turbo Jeans, hay otras
empresas que manejan los mismos métodos de confección manuales y que en otras
circunstancias posteriores podrían beneficiarse con esta máquina como Studio F,
Colombia Jeans, Bordados Ltda, CI Jeans SA, Bico internacional, Novedades Antonio SA,
CI el Globo, entre otras, en su mayoría localizadas en la ciudad de Medellín.
Con este proyecto se pretende iniciar un proceso de automatización en el área de la
confección, con un interés específico: La elaboración y corte de tiras, especialmente las
utilizadas en la construcción de pasadores, los cuales se ubican en la pretina de los
pantalones. Con este proyecto se busca reducir los costos de fabricación de las prendas
implementando adaptaciones a una máquina ya existente, con la cual un operario
desarrolla múltiples funciones. Específicamente, el proyecto se interesa en hacer
adaptaciones a una máquina recubridora kansai especial, que permitan automatizar el
proceso, sin interferir directa o indirectamente el normal uso de la misma, tanto para el
operario como para la funcionalidad del proceso, y además, el uso de estas partes
externas permitan reducir costos en la producción y el mejor aprovechamiento del
personal que desarrolla esta operación.
Para la elaboración del proyecto se cuenta con el apoyo de la microempresa TURBO
JEANS cuyos propietarios están interesados en automatizar pequeños procesos que
reduzcan el precio del producto y mejore el rendimiento de los mismos.
Desde esta perspectiva, el presente documento se constituye en el informe de
investigación en calidad de Tesis de Grado, como requisito institucional de la Universidad
de San Buenaventura para optar al título de Ingeniero Mecatrónico.
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El documento se estructura de la siguiente manera:
El primer capítulo, referido al planteamiento del problema de investigación en la que se
describe los antecedentes, la descripción, formulación, justificación del problema que
motiva la investigación, el cual está asociado a la necesidad de diseñar y construir partes
adaptables a la máquina recubridora kansai especial, para la automatización en el
proceso de manufactura y corte de pasadores para la confección de ropa.
El segundo capítulo, el marco de referencia desarrolla fundamentalmente los referentes
conceptuales, teóricos y legales. Basándose en la necesidad de conocer el
funcionamiento y descripción general de algunos elementos necesarios para el desarrollo
del proyecto.
El referente legal se estructura tomando como base las leyes colombianas para beneficiar
a los pequeños productores textiles de la industria Colombiana, entre otros, La Ley 50 de
1990 por medio de la cual se dictan disposiciones que protegen al trabajador, la Ley 590
del 2.000, sobre política nacional para promover el espíritu empresarial y la creación de
empresas.
El tercer capítulo consta del desarrollo del proyecto, esto por medio de un cuadro
conceptual donde se describe de manera detallada las tareas y actividades que permitan
desenvolver de forma adecuada cada uno de los objetivos propuestos, además de tener
en cuenta las posibles formas de recolección de información que resulten necesarias para
el proyecto.
Con base en este cuadro de tareas y actividades se desarrolla el cuarto capítulo, llevando
el mismo orden de ideas que describen las actividades, por medio de tablas de datos
tomados a la máquina y reconocimiento de las variables que puedan afectar al control que
se desea implementar, analizando de manera detallada la manera en que realizan el
proceso actual los operadores.
Ya teniendo el nuevo sistema de control se procederá en el capitulo quinto a dar a
conocer los resultados, los nuevos datos tomados permitirán saber si cumplió los
objetivos propuestos y en esa medida dar paso al capítulo sexto donde se habla de las
conclusiones del proyecto, las dificultades y los problemas que resultaron durante el
proceso de implementación del control requerido.
3
1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
1.1.
ANTECEDENTES
Con la Revolución Industrial, el primer proceso que dejó de ser hecho a mano para ser
hecho por las máquinas, fue el del procesamiento del algodón y la seda para la
producción de telas en tejedoras, alrededor del siglo XVIII buscando maximizar la
producción en el menor tiempo posible. Hoy en día se cuenta con más elementos
mecánicos que complementan el desarrollo de procesos en el campo textil contando con
un sin fin de maquinaria como lo es la máquina plana, la recubridora, la cerradora, la
bordadora de diferentes marcas.
Hoy en día esta industria, aun cuenta con la interferencia directa de los operadores
aumentando las fallas y los accidentes, tal y como lo describió el DANE1 en sus estudios,
generando nuevas necesidades enfocadas a la automatización de procesos pequeños
como lo es corte de pasadores, limpieza de prenda terminada, sistema de rematado.
Por tal razón la microempresa TURBO JEANS ha decidido invertir en la mejora del
proceso que más accidentes le presenta, como lo es el corte de pasadores, esto debido a
la gran interacción y el alto riesgo al que pueden estar sometidos.
Como el proceso de elaboración de prendas tiene varios pasos, que van desde la etapa
de diseño hasta el producto final, pasando por el corte de las piezas que componen una
prenda de vestir hasta la confección del producto, se pueden presentar muchos
accidentes.
Un ejemplo de lo anterior, se presenta al tender la tela sobre la mesa, en el que se ubica
el plano realizado (trazo). Inicialmente se utiliza la “Cortadora vertical” y se pasa por
todas las líneas del trazo, de esta forma quedan muchos bloques con las formas
deseadas. Al obtener el bloque de tiras el operario toma cada una de estas y las introduce
con las manos al “folder”, simultáneamente acciona el pedal que da movimiento a la aguja
o sistema de costura. Con la tira recubierta el operario toma una medida fija sobre una
mesa y con tijera va cortando cada sección, este proceso es repetitivo hasta el momento
de encontrarse con las uniones de material, el cual se debe cortar, desechar, y seguir con
el proceso. Como consecuencia de todas las operaciones manuales, se presentan
retrazos en la producción, lo que ha llevado a la modernización paulatina de varias etapas
de este proceso.
1
DANE, (Proexport 2011). Invierta en Colombia.
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1.2 DESCRIPCION Y FORMULACION DEL PROBLEMA.
La elaboración de pasadores es una actividad de gran demanda en la industria textil
actual. Los pasadores no son exclusivos de los pantalones (principalmente de los
masculinos), sino que sea por necesidad, por lujo, o por moda, los pasadores también se
encuentran frecuentemente en blusas, vestidos, overoles, entre otras prendas de vestir,
hecho que motiva a empresas y microempresas a diseñar estrategias que permitan
optimizar su producción generando condiciones que posibiliten mayores beneficios a la
empresa o microempresa y a su personal.
Un caso concreto de este problema se presenta en la microempresa TURBO JEANS,
cuya finalidad es la fabricación de jeans, para lo cual cuenta con catorce máquinas, de las
cuales una de ellas está dedicada exclusivamente a la elaboración de pasadores. La
demanda actual de pasadores en la microempresa es alta y desborda la producción
diaria de pasadores generando la necesidad de mejorar y agilizar el proceso que evite
tener que disponer de otra máquina y de otro operario para dicha función.
Adicionalmente, el constante contacto de los operarios con las máquinas y los
instrumentos de corte de las telas, generan riesgos en la seguridad industrial.
A partir de la necesidad de la empresa TURBO JEANS de disminuir los costos de la
producción y el aumentar el rendimiento del proceso de elaboración de pasadores y
garantizar mayor seguridad a los operarios, partiendo del hecho de la complejidad y
lentitud de esta parte del proceso de elaboración total de una prenda de vestir, el
representante de dicha empresa, señor Jhon Muñoz (Anexo 1), solicitó el diseño y
construcción de un proceso eléctrico-mecánico con la capacidad para adaptarse a
cualquier tipo de prenda, desde la tela frágil hasta los jeans más gruesos, para hacer y
organizar sus pasadores.
El requerimiento de la empresa, es una mejora a la máquina recubridora kansai para la
fabricación de los pasadores teniendo en cuenta la relación costo-beneficio, respecto a las
ganancias de la microempresa y garantizando mayor seguridad a los operarios de estas
máquinas. Concretamente se requiere desarrollar un proyecto con la siguiente finalidad:
tomar un paquete de pasadores previamente cortados en bloque, pasarlos por la máquina
recubridora kansai que es la única máquina capaz de ofrecer el tipo de puntada necesaria
para este tipo de operación que exige ser más gruesa, luego, la máquina debe ser capaz
de cortar a diferentes medidas los pasadores dependiendo del caso específico (tela,
prenda, talla), entonces, para cuando llegue el momento en el que el bloque se haya
acabado la misma máquina tome el siguiente bloque de tela, y con el objetivo de
mantener la continuidad del proceso lo unirá al que se está acabando, aclarando además
que ese pedazo de tela añadida no se tome como un pasador más, sino que sea
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desechada automáticamente, entregando así pasadores apilados y clasificados por la
anterior discriminación de tamaño, tela, etc.
En este proceso, es necesario que la máquina automatizada tenga una capacidad mayor
a la que tienen las demás, para evitar una pérdida de inversión y retrasos en la capacidad
productiva de la microempresa. Finalmente, al consolidar el funcionamiento de la máquina
el empleador reduce la doble tarea de un operario que es quien hoy día cumple con las
funciones de la elaboración de los ya mencionados pasadores, no siendo esta una función
exclusiva sino complementaria a la de posicionar los pasadores en las prendas de vestir.
De acuerdo a lo anterior, el grupo de trabajo responsable del proyecto, se plantea resolver
la siguiente pregunta ¿Cómo mejorar el proceso de manufactura y corte de
pasadores para la confección de prendas de vestir en la microempresa TURBO
JEANS y lograr asi reducir los costos de producción y los accidentes laborales ?
1.3 JUSTIFICACIÓN
Este proyecto de mejoramiento de la máquina de coser recubridora kansai, sustenta su
importancia en:
1.
Aporta a la solución de un problema concreto en un contexto específico: Suplir la
necesidad de la empresa TURBO JEANS de disminuir los costos de la producción,
aumentar el rendimiento del proceso de elaboración de pasadores y garantizar mayor
seguridad a los operarios que hacen parte del proceso de elaboración de jeans,
mediante la automatización de la máquina recubridora kansai. De esta forma, el
proyecto aporta al mejoramiento de la calidad de los procesos de fabricación de jean
en la microempresa Turbo Jeans, optimizando los procesos de producción e
incrementando su capacidad competitiva.
2.
Para el desarrollo del proyecto y beneficio para la microempresa: Dada la viabilidad
económica del proyecto, se tiene el respaldo económico por parte del propietario de
la microempresa para el diseño y desarrollo del proceso de automatización de la
máquina recubridora kansai. De esta manera el proyecto tiene una finalidad
económica, dado que con respecto a las demás empresas similares, Turbo Jeans en
capacidad productiva tomaría una amplia ventaja sobre ellas teniendo en cuenta que
los resultados propuestos son a corto plazo partiendo del hecho de que la máquina
tendrá una eficiencia medida en horas mucho mayor a la de un operario, además
hará un proceso íntegro que agilizará el posicionamiento de los pasadores, por parte
ya de otro operario.
3.
Aporta al mejoramiento de la seguridad industrial y personal, dado que disminuye el
tiempo de contacto directo del operario con la máquina, sin desconocer la necesidad
e importancia de la labor que este desempeña, pues el proyecto se desarrolla en
6
correspondencia con la visión del mantenimiento productivo total (TPM), el cual es
una estrategia gerencial que “permite la eliminación rigurosa y sistemática de las
pérdidas, el logro de cero accidentes, alta calidad en el producto final con cero
defectos y reducción de costos de producción con cero averías o fallas” (Wikipedia,
2012).
4. En este contexto, es importante aclarar, que no es intención del proyecto generar
desempleo, porque el operario no va a ser despedido ni remplazado por la máquina,
sino que la intención con respecto a esta persona es minimizarle los riegos de salud
y bienestar que puedan acontecer durante la manufactura de los pasadores.
Entonces, ¿cuál vendría a ser su nueva función? Ser el encargado de constatar el
correcto desempeño de la máquina y evitar complicaciones en el caso de algún error
o accidente que la misma pueda tener. Por otra parte no en vano se pretende
alivianar la carga labor de manufactura de los pasadores que en su esencia es
monótona, lenta, complicada y en parte riesgosa.
5. Es un proceso innovador, teniendo en cuenta que los rastreos realizados a nivel
nacional por diferentes microempresas afines a Turbo Jeans, se pudo evidenciar que
los procesos de fabricación de los jeans cuentan con las mismas características y
problemática descrita en este documento. Es innegable que para la Colombia actual,
se deben asumir retos de innovación en la industria textil, especialmente en la
microempresa, que sean viables económicamente. Viendo esta innovación en
términos a largo plazo, esta invención es asequible al presupuesto de cualquier
empresa de este carácter que desee mejorar su capacidad e producción y reducir los
costos de la misma.
6. Aporta en la consolidación de los procesos de formación como Ingenieros
Mecatrónicos, dado que el proyecto no solo contribuye significativamente a un
contexto particular como el de la microempresa Turbo Jeans, o al contexto textil
nacional, sino que además permite involucrar y conjugar los saberes de mecánica y
electricidad, evidenciando la competencia profesional como ingeniero mecatrónico,
teniendo siempre en cuenta el aprovechamiento máximo de los recursos
suministrados y ver lo que se proponía en la materialización misma de la agilización
del proceso y la disminución de costos que son la compensación por la inversión
inicial.
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1.4. OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN.
1.4.1. Objetivo general. Diseñar y construir un sistema de avance y corte para tiras de
pasadores e implementar un control de velocidad a la máquina Recubridora Kansai.
1.4.2. Objetivo específicos

Diseñar un sistema mecánico de corte de pasadores que reciba el material de la
recubridora Kansai.

Diseñar un tablero de control que permita la interacción con el usuario.

Implementar un control de velocidad a la máquina recibidora.

Reducir el consumo de energía mientras realiza el proceso

Implementar un cambio de automático – manual del proceso en cualquier punto

Implementar mejoras al sistema que permitan reducir el tiempo de producción,
minimizar el contacto de los operarios y evite afectar el normal desempeño de la
máquina.
1.5. ALCANCES Y LIMITACIÓNES DEL PROYECTO
El proyecto pretende mejorar e innovar en un campo poco explorado, al implementar un
control de velocidad, que ahorre energía, además desarrollar un sistema que logre
maximizar los recursos para evitar el desperdicio de material, procurando siempre
efectuar cortes exactos a los requerimientos del proceso generando un aumento la
producción.
Para el proceso de validación del proyecto y sus posibles resultados iniciales, la
efectividad puede verse truncada por variables del material a trabajar, tales como grosor y
longitud de los pasadores, o del espacio de trabajo en el que estará la máquina, variables
que ocasionarían errores en las pruebas de instalación y ubicación de la máquina que
generarían a su vez elevación en los costos del proyecto y además un tiempo extra que
no está presupuestado para la ejecución del proyecto.
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2. MARCO DE REFERENCIA
2.1.
MARCO CONCEPTUAL.
Este capítulo inicia con análisis de los conceptos necesarios para el desarrollo del
proyecto, de esta manera se entrelazan con dos grupos de elementos: iniciando por los
mecánicos y terminando por los electrónicos, sin dejar de lado cada uno de los
componentes que intervienen en el proceso actual y en la máquina principal. Por tal razón
es necesario comenzar por la composición de los materiales a trabajar:
2.1.1. Los tejidos. “Tejido es todo aquel producto que resulta de una elaboración por un
proceso textil. Ya sea partiendo de hilo o de fibra. Antes de utilizar las fibras para fabricar
los tejidos es necesario obtener de ellas hilos continuas de diámetro adecuado para
urdimbre /conjunto de hilos paralelos dispuestos en el sentido del largo del tejido) y la
trama (hilos que cruzan el tejido), que son las dos clases de hilos que, ente cruzados,
forman fundamentalmente los tejidos”. (Huaman, 2003)
Los hilos se forman agrupando las fibras ordenadamente para que compongan una
sección sensiblemente uniforme, y después, torciendo el conjunto para que aumente la
fricción entre las fibras y darle así al hilo resistencia a la tracción.
Antiguamente esta operación se realizaba a mano, con el huso y la rueca, pero en la
actualidad el hilado se hace a máquina, en un proceso bastante complicado, en el que por
medio de estirajes y torsiones sucesivas, se obtiene hilos de diámetro y resistencias
suficientes uniformes.
Tabla1.Clasificación de los tejidos
Partiendo del hilo (tejas tejidas)
Tejido de calada
Tejido de punto
Tejido no tejido
Partiendo de fibra (No tejidos)
Fuente: Recopilación
Aun después de conocer los tipos de tejido es necesario saber la composición del
material de costura y sus diferentes aplicaciones, de este modo se entenderá el porqué
de la elección de la aguja e hilo necesario para cada material
2.1.2. El hilo de coser: El hilo es una hebra o material fibroso, largo y delgado, formado
mediante las diversas operaciones de hiladura. Se caracteriza por su regularidad, su
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diámetro y su peso, estas dos últimas especificaciones determinan el número o título del
hilo.
En otras palabras el hilo de coser es la reunión de fibras largas y delgadas las cuales se
estiran y tuercen para obtener de esta manera una densidad fina y uniforme de las fibras,
“los hilos pueden ser de origen animal como la lana y la seda, vegetal como: lino, algodón
y otros, artificiales como nylon y poliéster, con ellos se tejen y unen géneros que se
emplean en el vestido y otras industrias.” (fido.palermo.edu)
Tabla2.Hilos
DENIER
DENIER 50 medida .003"
DENIER 80 medida .004"
DENIER 130 medida .005"
DENIER 130 medida .006"
DENIER 130 medida .007"
DENIER 130 medida .008"
DENIER 130 medida .009"
DENIER 130 medida .010"
DENIER 130 medida .011"
DENIER 130 medida .012"
Aplicaciones de los hilos en la confección
Sobrehilado de todas las prendas de vestir en general.
Pantalones de vestir, chamarras, trajes, suéteres,
pijamas, mamelucos, y trama para tejer acrilán
Costuras de forro, dobladillos, pegado de etiquetas,
sobrehilado, bordado, ropa deportiva, uniformes,
delantales.
Todas las del punto anterior, además de costuras para
colchas,
sábanas,
fundas,
cobijas,
manteles,
almohadas, corbatas, cierres, encajes.
Cortinas, gorras, cortinas de baño, colchonetas,
monederos, carpetas, guantes, paraguas, bolsas de
plástico y lona.
Bolsas de piel y plástico, artículos de paja: sombreros,
sopladores, tortilleros, bolsas para mandado, juguetes
afelpados, gabardinas.
Artículos de piel y plástico: portafolios, carpetas, porta
trajes, zapateras, estuches para herramientas y lentes,
llaveros, saco para dormir, zapatillas.
Tapicería doméstica, zapatos, tenis, muebles, salas,
taburetes, sillas, sofá camas, catres, casas de campaña,
mochilas.
Fundas de automóvil, alfombras, tapicerías gruesas,
tapetes, maletas, vestiduras de coche
Cubreasientos y vestiduras para auto y aviones,
artículos deportivos: manoplas, golferas, balones,
mochilas y equipo de campismo.
Maletas de tipo pesado, cerrado de costales de alimento
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de animales, azúcar, harina, arroz, frijol, sal, jabón,
grenetina.
Fuente:http://www.quiminet.com/articulos/los-tipos-de-hilos-y-su-aplicacion-en-la-confeccion
2.1.3. La aguja. La aguja es una pieza cilíndrica que tiene en su extensión diferentes
grosores. Es de acero templado y cromado, su función es trasportar el hilo de un lado a
otro del material al ser costurado. Esto posibilita el entrelazado del hilo superior con el
inferior o también el entrelazamiento del hilo superior con la misma aguja
2.1.4. PARTES DE LA AGUJA
 BASE: Extremo superior de la aguja, facilita la inserción de la aguja dentro del
porta aguja
 CABO: Parte superior de la aguja que se coloca en la barra de la aguja puede ser
cilíndrica y sujetarse con un tornillo de fijación o tener una cara plana y sujetarse
con una abrazadera
 CONO: Está ubicado entre el cabo y la lámina y sirve de refuerzo a esta en el
momento que se atraviesa el material.
 LÁMINA O TRONCO: Es la parte comprendida entre el cono y la parte inferior del
ojo y que caracteriza el espesor de la aguja. Durante la costura, es la lámina que
sufre la mayor fricción del material
 CANALETA O RANURA LARGA: La ranura larga está situada a lo largo de la
lamina o tronco desde la parte inferior del cabo hasta un poco debajo del ojo, la
canaleta actúa como guía protectora del hilo evitando de esta manera el mayor
rozamiento cuando la aguja la atraviesa el material a ser unido, su profundidad
debe ser adecuada al diámetro del hilo a fin de que proporcione un control sin
restricciones.
 RANURA CORTA: Está en el lado del ojo frente al garfio y extiende un poco por
encima y por debajo del ojo, para ayudar al paso inicial del hilo y a la formación del
bucle.
 OJO: es un orificio por donde se enhebra el hilo situado en el extremo inferior del
a aguja y encima de la punta, algunas agujas pueden tener un ojo ensanchado, es
decir una sección más ancha en el ojo que el de la caña a fin de reducir la fricción
de la aguja contra el tejido.
 PUNTA: Es el extremo inferior de la aguja, conformada para proporcionar la mejor
penetración en los diferentes materiales con la mejor apariencia y menor deterioro
en las costuras. Existen puntas apropiadas para diferentes tipos de material.
Figura 1. Dibujo de la aguja. Frente y perfil
11
Fuente: CLASES PARTICULARES DE CORTE Y CONFECCION DE PRENDAS DE VESTIR, Janet Molina
Torres
2.1.5. Tipos de agujas. Existen diferentes tipos de aguja que son usadas en máquinas de
coser industrial, de acuerdo a su finalidad, la característica central de cualquier máquina
de coser es su aguja o agujas, debido a que el diseño de cada máquina requiere una
dimensión especifica de agujas utilizadas, se han desarrollado más de 2000 sistemas de
agujas diferentes.
Tabla 3. Clasificación de las agujas de punta redonda según el tejido
Fuente: http://www.cataloguesinger.com/site/?/es-es/industrial/tecnica#
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Luego de conocer los antecedentes y tipos de materiales es necesario hacer un breve
relato de cada una de las partes que componen la máquina original.
2.1.6. Máquina de coser. “Recta o pespuntadora de 1 o 2 agujas es la máquina
empleada en la industria de confecciones, tiene como función unir dos o más piezas de un
material textil por medio de una secesión de puntadas llamada doble pespunte, la puntada
de esta máquina está formada por dos hilos uno superior en la aguja y otro inferior en la
bobina, esta máquina forma una columna de costura utilizando una puntada a
continuación de otra” (Huaman, 2003).
La puntada que realiza la máquina tiene la misma apariencia por el derecho y al revés,
este tipo de puntada no posee elasticidad sin embargo es la mas económica en cuanto a
consumo de hilo.
2.1.7. Partes de la máquina de coser.
Figura 2. Grafica general del mueble de la recubridora kansai especial
Fuente: Manual Recubridora kansai especial
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El mueble y sus componentes. “Es la parte donde está asentado el cabezal, es de
madera recubierta con fórmica, sus patas son de metal y tiene como función soportar el
material que ha de confeccionarse, sus partes son” (Huaman, 2003)
 INTERRUPTOR: Sirve para concitar o desconectar el motor de la máquina a
través de una palanca botón. (4)
 SOPORTE CABEZAL: Sirve para apoyar el cabezal durante la limpieza de la
máquina (1)
 PORTA HILOS: Es el soporte para colocar los tubos o conos de hilos. (7)
 PEDAL: Es la parte de la máquina ligada al motor por una barra o cadena. Su
función es poner en movimiento y controlar la velocidad de sus puntadas, sirve de
embrague y freno (6)
 MUEBLE: Estructura de madera en la que se ubica el conjunto de la máquina (2)
 RODILLERA: Freno de emergencia (5)
 MOTOR: Es el elemento de transmisión de potencia que se acopla al cabezal y
de cuyas partes se destacan: CORREA DE TRASMISIÓN: llamada también faja,
es el nexo entre el cabezal y el motor, este último transmite fuerza de un
movimiento de rotación hacia la polea del volante. POLEA DEL MOTOR: sirve
para transmitir la fuerza del motor y está acoplada al eje del embrague. (3)
Figura 3. Motor convencional con embrague incorporado
Fuente. Manual Recubridora kansai especial
2.1.8. Embrague. Los sistemas mecánicos necesitan controlarse siempre que haya
necesidad de cambiar el sentido del movimiento de uno o más de sus componentes.
Cuando un dispositivo se arranca o enciende en un principio, tiene que acelerar a partir
del estado de reposo hasta alcanzar la velocidad de operación, según vaya terminado sus
funciones, suele ser necesario que el sistema vuelva al estado de reposo. En aquellos
sistemas que operan de manera continua, a menudo es necesario cambiar de velocidad
para ajustarse a las distintas condiciones de operación. En ocasiones la seguridad es la
que dicta el método para controlar el movimiento que se va a utilizar.
Por tal razón lo que más interesa es el control del movimiento giratorio en sistemas que
son impulsados por motores eléctricos, turbinas y similares. En última instancia, el
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movimiento lineal puede generarse mediante eslabones, transportadores u otros
mecanismos. (Huaman, 2003)
Cada superficie de fricción tiene la forma de un anillo o corona circular sobre una placa
plana. Dos o más placas de fricción se mueven en sentido axial para entrar en contacto
con una placa lisa con el cual se enlazan.
Figura 4. Freno de placa
Fuente: (Tekmatic, 2007)
2.1.9. Folder. Este dispositivo permite darle forma a las tiras de tela antes de ingresar al
sistema de costura de la recubridora, este dispositivo viene para tiras desde 25mm a
45mm.
Figura 5. Folder recubridora
Fuente. CATALOGO GranMurallaGroup.com
2.1.10. Pie prénsatela. Este es un elemento mecánico usado en la confección de ropa
para sujetar la tela sobre los dientes de arrastre, en las máquinas de coser esta sujetada
a una barra que es levantada por un pedal ubicado en la parte inferior de la máquina y es
accionado al momento de manipular la tela por el operario.
Figura 6. Algunos tipo de Pie prénsatela
Fuente: CATALOGO, Alcalde Venta y reparación de máquinas decoser
15
2.1.11. Cortadora circular. Corta hasta 4 pulgadas de grosor de material, este sistema es
tomado en cuenta para que su modelo servirá de guía en el diseño.
Figura 7. Máquinas empleadas para seccionar y perforar
Fuente. http://www.directindustry.es/prod/eastman-cutting-machines/sierras-circulares-de-mano
(INDUSTRY, 2012)
2.2 ELEMENTOS MECÁNICOS. Luego de conocer cada una de las partes que
componen la máquina principal se procede a hacer un análisis frente a aquellos
elementos mecánicos que intervienen en el diseño a proponer:
“el diseño mecánico es el proceso de diseñar, elegir, o ambos, componentes mecánicos y
armarlos para que cumplan con la función que se pretende” (Mott, 2006). Desde luego, los
elementos de maquinaria deben ser compatibles, entre sí y funcionar con seguridad y
eficiencia. El diseñador ha de considerar no sólo el rendimiento del componente que esté
diseñando si no a su vez, los elementos con los que debe interactuar.
2.2.1. Rodamiento: “Los rodamientos son elementos mecánicos que facilitan el
movimiento de los ejes y reducen la fricción gracias a las pistas y a los elementos móviles
que poseen, estos elementos se encargan de absorber las fuerzas que están presentes
en el mecanismo” (Atacama).
Figura 8. Rodamiento rígido de bolas
Fuente: http://www.directindustry.es/prod/skf-magnetic-bearings/rodamientos-de-precision5564-27343.html (INDUSTRY, 2012)
16
2.2.2. Engranaje tornillo sin fin. El engranaje de tornillo sinfín se utiliza para transmitir la
potencia entre ejes que se cruzan, casi siempre perpendicularmente entre sí. En un
pequeño espacio se pueden obtener satisfactoriamente relaciones de velocidad altas. El
contacto de impacto en el engrane y de otros tipos no existe en los de tornillo sinfín. En
vez de esto, los filetes deslizan en contacto permanente con los dientes de la rueda, lo
que da por resultado un funcionamiento silencioso si el diseño, la fabricación y el
funcionamiento son correctos.
Figura 9. Tornillo sin fin de un diente
Fuente. http://es.wikipedia.org/wiki/Archivo:TornillloSinFinMontacargas.JPG
2.2.3 Sistema de arrastre por rodillo superior. Es un rodillo que funciona como prénsatelas
con movimiento propio, lo cual permite darle avance a la tela en dos direcciones, además
de estabilidad para el trasporte de la misma.
Figura 10. Esquema generar de un sistema de arrastre
Fuente.http://www.edym.com/CD-tex/04cc/cortconf/cap19213.htm (Parinat, 1997)
2.3 ELEMENTOS ELECTRICOS. Se inicia una referencia con los elementos electrónicos,
dando un comienzo con los actuadores, pasando por los tipos de sensores y finalizando
con aquellos elementos que controlarían el proceso.
2.3.1. Elementos de protección electrónicos. Estos son elementos eléctricos que son
utilizados para proteger los elementos principales de caídas o sobrecargas de tensión en
el sistema. Como lo son fusibles, contactores, entre otros.
2.3.2. Fuente de voltaje. Este dispositivo se encarga de proporcionar la potencia
necesaria para el funcionamiento de todos los dispositivos electrónico (voltaje y corriente).
17
2.3.3. Motor eléctrico. Es un elemento indispensable en un gran número de equipos
electrónicos, encargado de transformar la energía eléctrica en energía mecánica por
medio de interacciones electromagnéticas.
“Con el objeto de poder efectuar la elección del modelo más adecuado y así poder
obtener el mejor rendimiento de los mismos. Es necesario conocer algunos de los
diferentes modelos y diseños y aplicaciones de acuerdo a la energía mecánica que se
emplea para poner en movimiento el mecanismo del equipo en el que se instale.”
(Chapman, 1985)
Figura 11. Algunos motoreductores DC
Fuente. http://pdisc.industrystock.com/137433_bild.jpg
2.3.4. Solenoide. Elemento electrónico que se compone de una bobina y un eje móvil
básicamente, y lo que hace es generar un movimiento al eje por medio de campos
magnéticos, bien sea hacia el interior o el exterior de la bobina.
Figura 12. Principio de funcionamiento del solenoide
Fuente. Enciclopedia Digital Microsoft Encarta 2005
2.3.5. Sensores resistivos. “Los sensores basados en la variación de la resistencia
eléctrica de un dispositivo son probablemente los más abundantes. Ellos se debe a que
son muchas las magnitudes físicas que afectan al valor de la resistencia eléctrica de un
material, por tal razón ofrecen una solución válida para numerosos problemas de medida.”
18
(Areny, 2001) En el caso de los resistores variables de temperatura ofrecen también un
método de compensación térmica aplicable en los sistemas de medida de otras
magnitudes. Por tal razón para la clasificación de los diversos sensores de esta clase se
toma como criterio el tipo de magnitudes físicas medidas (mecánicas, térmicas,
magnéticas, ópticas y químicas) (Areny, 2001).
2.3.6. Sensores ópticos: Cuando se habla de sensores ópticos, se está haciendo
referencia a todos aquellos que son capaces de detectar variables físicas por medio de un
lente, y transformarlas en señales eléctricas.
2.3.7. Tarjeta de adquisición de datos: Las tarjetas de adquisición de datos son
elementos electrónicos que permiten recopilar datos analógicos de los sensores,
transformarlos y enviarlos de forma digital a otros dispositivos. De la misma forma tomar
datos digitales y convertirlos en señales análogas. Estas tarjetas se arman con elementos
electrónicos comunes como los son condensadores, resistencia, pulsadores entre otros.
Pero el elemento principal es el micro controlador que es el encargado de realizar las
conversiones anteriormente mencionadas.
Figura 13. Esquemático de una tarjeta de adquisición de datos de bajo costo
Fuente.linuxrt.blogspot.com/2010/01/duqx-tarjeta-de-adquisicion-de-datos-de.html
2.3.8. PLC. El término PLC proviene de las siglas en inglés para “Programable Logic
Controler ” (Adelta, 2012). Se trata de un equipo electrónico, que, tal como su mismo
nombre lo indica, se ha diseñado para programar y controlar procesos secuenciales en
tiempo real. Por lo general, es posible encontrar este tipo de equipos en ambientes
industriales.
Para que un PLC logre cumplir con su función de controlar, es necesario programarlo con
cierta información acerca de los procesos que se quiere secuenciar, esta información es
recibida por captadores, que gracias al programa lógico interno logran implementarla a
través de los accionadores de la instalación.
19
Figura 14. Estructura de un Controlador Lógico Programable
Fuente. www.profesores.frc.utn.edu.ar
2.3.9. Panel de control. Se define Tablero de Control o Tablero de Comando como el
conjunto de indicadores cuyo seguimiento periódico permitirá contar con un mayor
conocimiento de la situación de su empresa o sector. Para esto es necesario identificar
las áreas clave, aquellos temas relevantes a monitorear y cuyo fracaso pudiera impedir la
continuidad y del proceso como correcto funcionamiento de los motores, medición a
tiempo real de los sensores utilizados y demás datos que ayudara a monitorear el
funcionamiento del proceso.
2.4 Proceso de la confección
2.4.1 Industria de la confección. Se espera poder describir las características básicas
de la industria de la confección, aquella que se encarga de la transformación de
tela en prendas de vestir. Ahora bien con el fin de analizar esta industria, es
inevitable desarrollar una cadena productiva, para esto es necesario comenzar la
presentación de la industria de la confección por la descripción de las relaciones
que establece con otros sectores involucrados en la producción de la
indumentaria.
Figura 15. Cadena indumentaria
Fuente.http://sisbib.unmsm.edu.pe/bibvirtualdata/tesis/ingenie/huaman_ow/Anexo.PDF
20
“La producción de vestimenta comienza por la fabricación de hilados (1) a partir de fibras
naturales y sintéticas. Luego, estos hilados son transformados en telas (2). A estas dos
etapas se las incluye habitualmente dentro de la industria textil. Posteriormente, entra en
juego la fase principal de este trabajo, la industria de las confecciones (3), que a partir de
la tela fabrica las prendas de vestir. Por último, éstas pasan a los minoristas de
indumentaria (4), que se encargan de su venta al público.” (Adelta, 2012)
2.4.2. Descripción de la máquina de coser simple. “Una máquina es un conjunto de
piezas que interactúan entre sí realizando movimientos capaces de producir un trabajo”
(Huaman, 2003).
“Las máquinas de coser de hoy en día difieren bastante de las que se mencionaron en la
historia de la invención de la máquina. Porque a pesar de tener iguales modelos de
funcionamiento, la máquina moderna cose en zigzag. Bajo el tejido, existe un orificio
alargado en donde la aguja aumenta o disminuye su velocidad de derecha a izquierda, lo
que hace que pueda realizar puntadas alternas.
El ancho del zigzag es ajustable puede ir desde cero hasta siete milímetros. “Las
máquinas de coser que se utilizan en casa hoy en día, son tan multifuncionales a pesar de
su sencillez que sirven para hacer una pequeña costura hasta prendas de vestir
completas” (ABC pedia)
Figura 16. Máquina de coser industrial
Fuente. Microempresa TURBO JEANS
21
2.4.3. Proceso operativo de la confección textil. La manufactura de indumentaria
consiste en la transformación de tela en prendas, las labores productivas involucradas en
este proceso son las siguientes:
 DESARROLLO DE PRODUCTO: se le denomina ciclo de manufactura de una
prenda, Abarcando desde la creación de un modelo, pasando por la confección de
muestras o prototipos, desarrollo de patrones y escalado de tallas.
 CORTE: Es la separación de una tela en piezas, las cuales conforman en su
conjunto una prenda de vestir, Para que estas piezas puedan ingresar a la sección
de costura es necesario habilitar esto es separar por colores y tallas, enumerar o
codificar y posteriormente armas paquetes o bultos preferiblemente de 25 a 30
piezas.
 COSTURA: Es el arte de unir piezas previamente cortadas mediante puntadas
esta tiene por finalidad unir, adornar o pre- puntar uno, dos o tres capas de telas,
para ella se emplea máquinas para cada operación, como la recta, remalladora,
recubridora, etc.
 ACABADO: En esta etapa se dan los últimos detalles a la prenda, se inicia con la
operación de limpieza que consiste en extraer todos los residuos de hilo que
quedó después de la costura, posteriormente planchado y vaporizado, doblado,
embolsado y embalado. En esta parte también se hace la recuperación de la
prenda como desmanche, zurcido, etc.
Figura 17. Cadena indumentaria
Fuente. Manual Recubridora kansai especial
22
2.5 MARCO LEGAL
Además de la máquina debe tenerse en cuenta al operario que va a estar encargado de
constatar el correcto funcionamiento de la misma. Como se ha dicho anteriormente, con la
automatización de este proceso de la producción la intención no es dejar sin empleo a
una persona sino por el contrario, reducir lo tedioso e inseguro de sus funciones para que
de ahora en adelante sea quien se cerciore de que la máquina opere correctamente.
A este respecto debe dejarse claro dos temas, el primero que es sobre las garantías
laborales y el segundo sobre seguridad industrial.
En primer lugar, la normatividad que versa sobre estos asuntos en Colombia se encuentra
en el Código Sustantivo del Trabajo de manera principal, que en términos generales ante
una situación de estas se refiere haciendo una serie de prohibiciones encaminadas a
mantener las garantías inherentes al empleado en cuestión que en esta relación sería el
aparente perjudicado. Por ejemplo, el empleado puede negarse a ejecutar tareas que
atenten contra su salud y su integridad, además al empleado no se le puede desmejorar
el salario, debe continuar en los mismos horarios que manejaba hasta el momento, dicho
de otra manera, si hubiese algún cambio que le perjudique, se incurriría en
desmejoramiento de las condiciones laborales y podría iniciarse un proceso laboral, pero
si se garantizan la estabilidad y las condiciones con las que venía laborando el operario,
el desarrollo del proyecto no tiene argumentos de Derecho Laboral en contra suya para
seguir ejecutándose.
Entonces, sobre seguridad industrial, y la intención de mejorar la calidad y condiciones de
trabajo del operario debe decirse primero que “La normativa de seguridad industrial es la
base en la que se debe sustentar tanto el contenido de los proyectos como las
prescripciones mínimas para garantizar la seguridad de las instalaciones industriales”.
(Seguridad Industrial, 2008) En ese sentido, lo que se pretende es evitar el contacto
directo del operario con elementos como la máquina cortadora, sus funciones tomarán
otro carácter, pero en la misma fase de la producción.
Finalmente, a nivel internacional, la OIT (Organización Internacional del Trabajo) en su
Convenio número 155 sobre seguridad y salud de los trabajadores determina que es
función del empleador: “Garantizar que los lugares de trabajo, las máquinas, los
materiales y los procesos del trabajo bajo su control no presenten riesgo alguno para la
seguridad y la salud de los trabajadores y que las sustancias y los agentes químicos,
físicos y biológicos no presenten riesgo alguno para la salud, cuando se garantice una
protección apropiada; […]” (OIT, 2008)
23
2.6 . DESCRIPCION DEL PROCESO POR AUTOMATIZAR.
Debido a la gran interacción y el alto riesgo al que pueden estar sometidos los
operadores, la empresa Turbo Jeans decidió automatizar el proceso de confección de
pasadores.
2.6.1. Realizar el trazo (plano de corte). Para poder iniciar con este proceso se debe
tener en cuenta desde la etapa de diseño hasta el producto final, pasando por el corte de
las piezas que componen una prenda de vestir hasta la confección del producto que aquí
interesa.
El primer paso a tener en cuenta es la realización de una serie de moldes que componen
cada pieza que conforma la prenda requerida. Estos moldes son plasmados sobre una
capa de material o tela, de tal forma que permita tener en un esquema más claro de lo
que se desea cortar, este proceso se realiza por cada una de las partes que componen la
prenda.
Este tipo de industria exige que este proceso sea repetitivo, por tal razón se realiza un
paso denominado “Desenvolver la tela en capas”, en el cual se pretende tender la tela que
llega en rollos sobre una mesa con las caras enfrentadas, hasta el punto de extender la
cantidad de tela suficiente para sacar las prendas deseadas.
Figura 18. Llegada de material
Fuente. Microempresa TURBO JEANS
2.6.2. Corte de las capas de tela con la cortadora vertical. Al tener la tela tendida
sobre la mesa, se ubica el plano realizado anteriormente (trazo). Al inicio se utiliza la
“Cortadora vertical” y se pasa por todas las líneas del trazo, de esta forma quedan
24
muchos bloques con las formas deseadas (piezas de la prenda); Para el caso del sistema
por automatizar, se utilizan bloques de tela verticales o retazos utilizados para la
fabricación de pasadores, dando paso a la siguiente etapa del proceso.
Figura 19. Tiras de pasador
Fuente. Microempresa TURBO JEANS
2.6.3. Introducir las tiras cortadas al folder instalado en la recubridora kansai
especial. Al obtener el bloque de tiras el operario toma cada una de estas y las introduce
con las manos al “folder”, simultáneamente acciona el pedal que da movimiento a la aguja
o sistema de cosido, Esta operación va recubriendo la tira ya con la forma específica,
formando una sola tira de gran longitud ya recubierta.
Figura 20. Máquina de coser industrial
Fuente. Microempresa TURBO JEANS
25
2.6.4. Coger la nueva tira y cortarla según la medida necesaria. Con la tira recubierta
el operario toma una medida fija sobre una mesa y con tijera va cortando cada sección,
este proceso es repetitivo hasta el momento de encontrarse con las uniones de material,
el cual se debe cortar, desechar, y seguir con el proceso.
Figura 21.Corte del pasador con tijera
Fuente. Microempresa TURBO JEANS
2.6.5. Posibles fallas.
 Ruptura del hilo (temperatura, fricción).
 Ruptura de aguja (falla del mecanismo principal, por fricción, temperatura,
material).
 Falta de material (terminación del cono de hilo).
 Errores humanos.
2.6.6. Riesgos físicos en el proceso.
 Movimientos repetitivos al momento de cortar con tijeras.
 Atrapamiento con la aguja de la máquina.
 Posibles laceraciones en la piel con la tijera.
26
3
METODOLOGIA
3.1. METODOLOGÍA PROPUESTA. El presente proyecto como elemento de investigación,
mantiene una metodología empírico- analítica por ser considerada como el mejor método
de auto corrección y progresión del proyecto; El método está abierto a la incorporación de
nuevos conocimientos y procedimientos con el fin de asegurar un mejor acercamiento a
lograr los objetivos propuestos.
Con base en lo anterior, se presenta una serie de esquemas para la culminación del
producto final. Como ya se ha mencionado la construcción de esta investigación también
está sostenida por documentos e investigaciones anteriores; generando así, avances en
la industria de la confección.
Tabla 5. Esquema 1
Proceso 1:
Desarrollar un sistema de control que permita la automatización de un proceso específico
en la confección de ropa.
Procedimiento Propuesto
Debido a la existencia de una máquina principal (recubridora kansai especial) sobre el
cual se centrarán las actividades, se considera necesario efectuar una primera etapa de
reconocimiento de estado de la máquina; a partir de los resultados y entendiendo la
manera adecuada de operación, proceder a la definición de las etapas y estrategias que
se deben cumplir para el diseño de automatización del proceso y teniendo en cuenta las
pruebas a realizar para evitar posibles errores.
Por tal razón se describirán las actividades y tareas a seguir.
Tarea.
Actividades
1.1 Se necesita un estudio del manual de la recubridora
kansai especial, para encontrar tanto la composición de
la red eléctrica, como de carga mecánica, además de
Estudio de las características explorar las características del motor principal que
de la recubridora kansai permite la aceleración y puesta en marcha del
mecanismo principal además de conocer los tipos de
especial
movimientos, sensores internos y externos, entre otros.
Recursos Requeridos: manuales, libros, etc., recubridora
kansai especial, accesorios, herramientas.
27
2.1 Se revisará el estado actual de la máquina tomando
como referencia las especificaciones mostradas en el
manual, de tal manera que se tenga en cuenta
estructura interna, mecanismos y cableados.
Revisión general del estado de
los componentes mecánicos
de la máquina
2.2 Después de conocer el funcionamiento básico y los
elementos que la componen, se procederá a revisar el
estado de la estructura de la máquina, principalmente los
componentes mecánicos que deben ser reparados,
desechados o rediseñados y el estado de la red
eléctrica.
2.3 Revisión de rango de operación del motor: se planea
realizar mediciones de respuesta de este según
diferentes criterios.
Revisión General del estado
de componentes eléctricos y
electrónicos.
3.1 Comprobación de funcionamiento del sistema
electrónico o eléctrico, para así mismo realizar una
identificación de los circuitos de potencia que pertenecen
a la máquina.
3.2 Identificación de las posibles fallas del sistema,
determinación por medio de cuales subsistemas pueden
rediseñar el funcionamiento general de la máquina
Tabla 6. Esquema 2
Proceso 2:
Minimizar el contacto de los operarios con el proceso.
Procedimiento propuesto
Al dar por terminada la etapa de diagnóstico, se estudiara el funcionamiento general de la
máquina. Ya conociendo el proceso de operación y fabricación de los pasadores, se
entenderá cómo interactúan los operarios en cada una de las fases del proceso de
elaboración final del pasador. Esta etapa requiere presenciar un día de trabajo con los
operarios de tal manera que se pueda analizar el manejo de la máquina y la realización de
pruebas adicionales.
Tarea.
Actividades
1.1 Se presencia cada uno de los pasos que deben
28
hacer los operadores para la elaboración del pasador
Analizar el proceso actual
Determinar factores de riesgo,
análisis posibles fallas
humanas en el proceso
1.2 Identificación de las posibles fallas humanas,
determinación por medio de cuáles subsistemas pueden
evitar este tipo de errores.
2.1. Se procede a revisar qué elementos se consideran
de riesgo de acuerdo a cada una de las etapas del
proceso. Así mismo se espera verificar influencia de la
velocidad del motor sobre los sistemas de costura y
corte del material
3.1 Después del análisis de los puntos de riesgo se
definen los que puedan amenazar la integridad del
operador
Analizar posibles puntos de
mejora al proceso, posibles
soluciones.
3.2 Se procede a investigar la normatividad que existe
actualmente para este tipo de procesos, para así mismo
realizar una identificación de las posibles soluciones
Tabla 7. Esquema 3
Proceso 3:
Reducir el tiempo del proceso
Procedimiento Propuesto
Durante el desarrollo de la etapa anterior se realizaron diferentes pruebas de
funcionamiento que permitirán obtener datos que serán mostrados en tablas y hojas de
datos, los cuales serán analizados para obtener por medio de fórmulas y pruebas
similares que el diseño pueda cumplir con lo especificado, Esta etapa requiere la
utilización de los recursos electrónicos y programas de análisis que pueden facilitar las
tareas y realización de pruebas adicionales. Cabe aclarar que esta reducción de tiempo
está definida por requerimiento de fabricación de la empresa TURBO JEANS
patrocinadora de la ejecución del proyecto.
Tarea.
Toma de muestras
Actividades
1.1 Se elaborará una serie de pruebas que permitan
entender cada una de las variables que se deban tener
en cuenta para el control que se quiere aplicar.
1.2 Toma de datos de tiempo de ejecución de cada una
de las etapas del proceso para llegar a un consolidado
29
aproximado de la confección del pasador
2.1 Se tendrán en cuenta minuciosamente los factores
de tardanza, de tal forma que se pueda definir la forma
de operación adecuada o de menor consumo de tiempo.
Análisis de posibles demoras
en el proceso
.
2.2 Observar la cantidad de fallas humanas y mecánicas
en el proceso, para definir si la disposición del operario
afecta considerablemente la ejecución del proceso
2.3 Tener en cuenta la calidad del acabado de acuerdo a
cada una de las variables ya definidas.
Tabla 8. Esquema 4
Proceso 4:
Implementar una solución que evite afectar el normal desempeño de la máquina
Recubridora Kansai para otros procesos.
Procedimiento Propuesto
Al dar por terminada la etapa de diagnóstico, se desarrollarán las ideas que solucionen
cada una de las fallas descritas por las pruebas de laboratorio, de tal manera que puedan
ser contrastados conceptos y se logre que el diseño escogido cumpla con cada uno de los
requerimientos de la empresa. Se dejarán expuestas posibles soluciones para más
adelante validarlas por distintos métodos de diagnóstico.
Tarea.
Análisis de muestras
anteriores
Actividades
1.1 Retomando las muestras tomadas en cada una de
las etapas se comenzará con un diseño base que ayude
a solucionar cada una de las fallas determinadas.
1.3 Se repite el procedimiento para cada uno de las
fallas determinadas en todo el proceso de fabricación.
2.1 Consolidar en uno solo si es posible cada una de las
soluciones dadas.
Solución mecánica
2.2 Diseño y construcción de prototipos, que permitan la
corrección de errores ya definidos en las anteriores
tareas. Utilizando elementos que complementen el
desarrollo del proceso.
30
Tabla 9. Esquema 5
Proceso 5:
Reducir el consumo de energía mientras realiza el proceso
Procedimiento Propuesto
Se procederá a estudiar a fondo el funcionamiento de los motores que controlan cada una
de las etapas de la máquina. Durante esta etapa se planea la realización de diferentes
pruebas de laboratorio que permitirán obtener datos que por medio de fórmulas nos
permitan determinar el consumo total de la máquina.
Tarea.
Actividades
1.1 Desacople del motor principal de la máquina, para
realizar inspección individual
Determinación de las
características del motor
1.2 De acuerdo a las características del motor, se
realizarán pruebas para determinar los voltajes normales
de funcionamiento y rangos de operación.
1.3 Determinar la carga ejercida al motor principal
2.1 Se estudiarán los diversos circuitos para la toma de
señales, teniendo en cuenta elementos de potencia de
los motores y de control.
Pruebas para elaboración de
circuitos de potencia
Recursos Requeridos: Conocimientos específicos en el
manejo de microcontroladores para coordinar las
señales provenientes de los motores y sensores.
2.2 Determinar por medio de cálculos y datos obtenidos
el consumo total de la máquina principal
Tabla 10. Esquema 6
Proceso 6:
Implementar sensores que le permitan saber en tiempo real lo que la máquina está
haciendo.
Procedimiento Propuesto
Para poder complementar la etapa de diagnóstico y lograr definir un diseño que solucione
de manera eficaz las fallas de sistemas y humanas, se hará un estudio de los diversos
sensores que complementen los prototipos elegidos en las etapas anteriores, con el fin de
31
lograr implementarlos como elementos auxiliares de la máquina principal. Esta etapa
requiere la utilización de los recursos de los laboratorios de electrónica que hacen parte
de la Universidad y realización de pruebas adicionales para análisis de resultados
Tarea.
Actividades
1.1 Verificar los puntos en los cuales con la ayuda de
sensores se complementa los diseños
Definición de entradas y
salidas analógicas
1.2Verificar los puntos que necesitan monitoreo
constante, como elementos que sufren de calentamiento.
1.3 Determinar los sensores y acondicionamiento de
señal para cada uno de los puntos establecidos
Recursos Requeridos: elementos de medición que
pertenecen a la Universidad
2.1 Se elaborará un diagrama de flujo que sirva para
comprender el funcionamiento básico con el requerido
por la empresa, este diagrama pondrá en claro el flujo de
señales que se deben tener en cuenta para lograr un
adecuado desempeño de la máquina.
Diseño de algoritmo general
para sistema de control
completo.
2.2 Se establecerán claramente las entradas y las
salidas tanto análogas como digitales en un orden
específico
2.3 Gracias a la identificación de las señales se contará
en este punto con nueva información que debe ser
gestionada adecuadamente en el control, así que se
discutirá en este punto cual puede ser la mejor opción en
cuanto a dispositivo de control que puede implementarse
para cumplir los objetivos.
Tabla 11. Esquema 7
Proceso 7:
Recopilación y análisis de la información
Procedimiento Propuesto
Concluida la etapa de diagnóstico, se procederá a estudiar a fondo el funcionamiento y
control del diseño deseado. Durante esta etapa se planea la realización de los diferentes
32
cálculos, los cuales serán necesarios para definir completamente el proceso de
automatización. Cabe aclarar que las actividades que se plantean aquí complementan la
fabricación y puesta a punto del elemento auxiliar como del control elegido.
Tarea.
Actividades
1.1 Se realiza la validación del diseños mecánico
propuesto en una de las etapas anteriores, esfuerzos,
cortantes, flexiones tolerancias, etc.
1.2 Recopilando los datos tomados y los cálculos de
motores, desarrollando cada una de las etapas de
potencia que necesita el proceso
Recursos requeridos: elementos de medición que
pertenecen a la Universidad
Elaboración de algoritmos y
circuitos de control, potencia y
comunicación
1.3 Recopilando las mediciones, elección de sensores y
métodos de tratamiento de señales se desarrollará cada
una de las tarjetas de adquisición
1.4 Definido el dispositivo de control se realizarán
pruebas finales de implementación de programas de
control.
1.5 Se realizarán las conexiones eléctricas y electrónicas
que permitan llevar la totalidad de las señales de control
y de potencia hacia la estación central.
Recursos requeridos: El dispositivo de control es el eje
de central del presente proyecto, este debe ser capaz de
manejar de manera precisa las señales provenientes de
las tarjetas de adquisición y así mismo enviar los datos
apropiados para el manejo de los motores
Desarrollo de pruebas para la
comprobación del sistema de
control
2.1 Cableado el sistema de control, se procederá a la
realización de pruebas de comportamiento del control,
realizando movimientos de motores y toma de datos de
comportamiento de los sensores.
33
Tabla 12. Esquema 8
Proceso 8:
Generar el cambio de automático – manual del proceso en cualquier punto
Procedimiento Propuesto
Hasta este punto el sistema de control está funcional, pero debido a requerimientos de la
empresa se genera un elemento que complemente el sistema con el cambio de
automático a manual en el momento que el operario lo desee, para ello se le diseña un
sistema electrónico el motor y un sub-programa en el PLC
Tarea.
Actividades
1.1 Analizar los diferentes usos de la máquina según
manuales y experiencia de los operadores
Análisis de operaciones
1.2 Clasificar los accesorios que se utilizan en cada uno
de los posibles procesos que se hacen con la máquina
Diseño del dispositivo de
cambio
2.1 Revisar las posibles opciones mecánicas o eléctricas
que permitan realizar esta modificación
2.2 Escoger la solución que mejor se adapte de acuerdo
a sencillez de operación y mejor tiempo de reacción
3.1 Cálculo e implementación del dispositivo
Implementación del dispositivo
3.2 Acople al mecanismo principal y pruebas de puesta
apunto
Tabla 13. Esquema 9
Proceso 9:
Desarrollar un tablero de control que permita manipular de manera eficiente la máquina.
Procedimiento Propuesto
En este punto el sistema de control esta funcional, procediendo con el desarrollo de un
tablero de control que facilite al operario conocer qué pasa con el proceso, que además
permita tener acceso a las principales características del sistema automatizado
Tarea.
Actividades
Definición de parámetros para
1.1 Teniendo en cuenta el funcionamiento y parámetros
34
diseño del tablero de control
Implementación de interfaz
definidos en el control, aquellos aspectos que deben ser
incluidos en el tablero para la correcta operación.
1.2 Implementación y cableado del tablero de control en
la máquina con el sistema de control realizado
2.1 Definido el sistema final se realiza una etapa de
pruebas completas de funcionamiento.
2.2 Pruebas de funcionamiento sobre la interacción del
tablero con el sistema de control
Tabla 14. Esquema actividades complementarias para el desarrollo del proyecto .
Actividades Complementarias:
Elaborar documentación de soporte, artículos y manuales de usuario que ofrezcan
detalles acerca de los resultados del proyecto.
Procedimiento Propuesto
Teniendo del nuevo sistema a punto se elaborará los artículos, los informes
correspondientes y la presentación de planos generados durante el desarrollo del
proyecto
Tarea.
Actividades
Elaboración de informes de
avance.
1.1 Documento o informe del proyecto.
Elaboración de Planos y
manuales de Usuario
2.1 Desarrollo de de planos eléctricos y manual de
usuario.
1.2 revisión para su presentación.
Finalmente, y aunque la metodología presentada parece abordar todos los aspectos a
tener en cuenta, posiblemente durante el proceso se encuentren algunos procedimientos
que se deban adicionar o realizar simultáneamente, de tal manera que se acorte
sustancialmente el tiempo que se le espera dedicar al proyecto, todo esto con el fin de
corregir problemas que se presenten durante la implementación de las soluciones.
35
4
DESARROLLO INGENIERIL
4.1. DESCRIPCIÓN POR DIAGRAMA DEL PROCESO ACTUAL.
Figura 22. Pasos del sistema actual en la empresa TURBO JEANS
4.1.1. Sensores en el proceso. La ubicación en el diseño mecánico propuesto y el
análisis de los sensores a utilizar, ayuda a definir una línea de pasos del proceso para el
diseño del diagrama de flujo del programa del control del sistema completo al que se
espera llegar.
36
Figura 23. Pasos del sistema de acuerdo a los sensores en el diseño propuesto
Ubicación
37
4.2. RECUBRIDORA KANSAI ESPECIAL.
Figura 24. Recubridora kansai special
Fuente. Microempresa TURBO JEANS
La recubridora kansai special serie w-8103-f
KS 301823 de fabricación, su
funcionamiento está basado al máquina de coser sencilla que consta de un cigüeñal
principal, en la parte central de la máquina, este es el encargado de transmitir movimiento
a la barra que sostiene las agujas en la parte superior y al Looper en la parte inferior,
manejada por un único operario que conoce de ella.
Está adaptada para coser sobre el textil más grueso (jeans), a este tipo de adaptaciones
se les llama (ajuste pesado). En principio la máquina está diseñada para trabajar a las
mismas rpm del motor (GEMSY: RM 1818-1A), que debido a las condiciones de uso que
cada operario, tipo operación, tipo de tela y de hilo que se use, se obtiene cambios de
temperatura y cantidad de fallas en el proceso (reventar el hilo y partir la aguja).
4.2.1. Características de la Recubridora kansai special.
 Motor: Potencia de 400w, voltaje120v, Amperaje 1.5A,Frecuencia 60Hz
 Cabezal: cabezal de doble puntada (aguja calibre 130 cubo grueso), costura recta
en la parte superior y tejido por la parte inferior, alimentada por tres conos de hilo.
Año 2000
 Freno de placa: Un espacio de 5mm entre discos, anclado a una polea de
Diámetro =100mm
 Transmisión: Correa referencia: M 33 desde el freno al cabezal
 Alimentación: Consta de una red eléctrica a el motor por tres líneas (120v,
neutro, tierra) con cable calibre 10. Posee un interruptor de encendido enclavado
mecánicamente, y un pulsador de parada, carece de protección contra altas
corrientes. Además no tiene parada para la inercia del motor.
 Pedales: posee dos pedales ubicados en la parte inferior del mueble, uno maneja
el freno del motor para la transmisión de potencia, y el otro maneja el prénsatela.
38
 Mueble: el sistema esta soportado en su totalidad por un mueble de madera
donde se ve encajado cada uno de las partes principales
 Guardas: solo tiene guarda en el freno del motor, carece de guarda en el cabezal
(aguja y prensa tela), además en todo el sistema de transmisión de movimiento.
 Carece de sistema electrónico
 No tiene ningún tipo de elementos de medida
 Operaciones: Realizar tira de pasadores, doblar bolsillo trasero, realizar figuras
especiales de decoración.
4.2.2. Estado de la máquina. En la actualidad la recubridora no ha presentado fallas
graves, solo reparaciones leves, que son tratadas por los mismos operarios, se tendrán
en cuenta estas fallas para corregirlos durante el proceso.
Cabezal: desde la fecha de fabricación del cabezal fue sido sometido a una reparación,
donde se le hizo un mantenimiento al cigüeñal principal, se cambio el looper, al cual le
instalaron repuestos originales, dicho arreglo se realizo en el 2008. Falta pintura, cámara
de lubricación en buen estado, sistema de prénsatela en buen estado, al sistema de
arrastre de tela se le ve desgaste en los dientes (pieza fácil de remover).
Figura 25. Estado general Recubridora Kansai Special
Fuente. Microempresa TURBO JEANS




Motor: Falta mantenimiento, rodamientos para cambio. (Foto 7)
Pedales: Presentan des ajuste
Correa: Buen estado
Mueble: Buen ajuste, falta pintura.
4.2.3. Rango de operación del motor. El motor actual de la kansai special se sometió a
diferentes tipos de pruebas que determinarían si era óptimo para implementarle un
control. Su rango de trabajo está determinado por un sistema de freno. El cual se encarga
de trasmitir el movimiento al mecanismo principal por medio de una polea, este sistema
39
de freno se gradúa de forma manual por medio de un resorte y un tornillo ubicados en la
parte inferior del motor el cual permite variar la longitud de contacto de 0 a 10mm,
teniendo en cuenta esta variación el operario pone el pedal a la altura más conveniente
para su pie. Para la prueba se des habilito el pedal y se busco desde la máxima apertura
a la mínima posible antes del contacto freno-motor arrojando los siguientes resultados:
Figura 26. Sistema Motor – Pedal- Freno
Fuente. Microempresa TURBO JEANS
Tabla 15. Rango de operación del motor principal
GRADOS
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
70
VELOCIDAD RPM
10mm
5mm
1mm
0
0
0
0
0
0
0
0
0
50
0
365
0
810
0
1506
0
1750
0
1750
30
1750
350
1750
845
1750
1400
1750
1750
1750
Fuente. Recopilación
0
40
280
920
1400
1750
1750
1750
1750
1750
1750
1750
1750
1750
1750
Como se puede ver en la tabla el rango de trabajo que ofrece es de apenas 20° y tiene
una variación bastante brusca sobre la velocidad.
 Anclaje del freno sobre el motor. Una de las pruebas realizadas fue anclar el
freno del motor, generando un único movimiento rotacional. En esta prueba se
vario la velocidad de rotor de 0 a 1750 rpm, presentando problemas en el par de
arranque cuando se sometió a plena carga. El costo del variador oscila entre
500.000 y 1’000.000 de pesos.
40
 Especificaciones de diseño. lo requerido por la empresa TURBO JEANS es que
la máquina no deje de prestar los servicios hasta el momento ofrecidos, por ese
motivo se debe dejar el mismo pedal que hasta el momento es utilizado por los
operarios, eso genera una gran dificultad al momento de implementar el control
sobre el motor ya que el operario adecua la máquina a su estatura y tamaño del
pie, esto nos indica que se puede afectar la parte mecánica ya que varía de
acuerdo a la persona.
Se concluye que el motor que en este momento funciona en la recubridora no es el óptimo
para la implementación del proyecto. Por tal razón y debido al control que se desea
realizar tendería a ser erróneo, se optará por hacer un cambio de motor AC por uno DC
que permitirá mayor rango de variación y facilidad en el control que se desea
implementar.
4.2.4. Posibles fallas en el sistema. Para determinar las fallas en el sistema se obtiene
presenciando un día de labores en la empresa TURBO JEANS teniendo en cuenta las
demoras y/o accidentes que se pueden generar por el comportamiento y funcionamiento
general de la máquina.

Alimentación de un hilo diferente. Esta falla se presenta comúnmente cuando se
cambia de tela o modelo de la prenda. Inicia cuando el operario no cambia la
alimentación de hilo sino que lo deja seguir en el proceso de costura de la máquina.
Esto hace que se pierda la simetría de colores en la prenda, causando demoras en el
proceso ya que obliga al operario a desarmar la pieza. Generalmente es solucionado
con una lista de producción para referenciar los diferentes tipos de telas con los hilos,
o manejando planillas para los procesos.

Poner el folder equivocado. Debido a que existen diferentes tipos de folder, uno
para cada medida de pasador. El operario puede errar al momento de instalarlo, y
hacer que la tira de pasador quede con la forma incorrecta en el caso de que sea más
grande el folder que la tira, y en caso de que el folder sea pequeño que el pasador
puede ocurrir que se obstruya el ingreso de tela por el mismo. Se soluciona
entregando el folder al operario según la referencia del corte que se está trabajando,
no permitir que todos los folder permanezcan en la máquina para evitar errores en la
instalación.
Figura 27. Tipos de Folder
Fuente. Microempresa TURBO JEANS
41
 Dejar seguir la máquina sin hilo. Debido a la posición del operario en la máquina, y
la rapidez con la que hace la puntada es complicado que las personas detecten
cuando se quiebra el hilo, es por eso que la tela avanza si ser cosida hasta que el
operario revisa la tira. Como la tira es continua es complicado regresarla, además no
siempre revienta en las dos agujas. Dado esto ese material se pierde. Se desea
corregir ubicando indicadores de costura en la máquina, informarle al operario la
importancia de estar revisando la tira constantemente.
 Corte a diferentes longitudes. Como el proceso es manual, se corre el riesgo que la
longitud varié en cada corte, sin que el operario se dé cuenta. Esto genera que
algunos pasadores sean desechados al momento de ser instalados en la prenda. Es
solucionado al hacer un molde estándar para la cortadora vertical, verificar el estado
del operario al momento del corte para que no se desconcentre y varíe en forma
considerable la longitud de los pasadores
Figura 28. Sistema de corte según la empresa
Fuente. Microempresa TURBO JEANS
 Dejar pasar las uniones de tela al siguiente proceso. Esta falla ocurre cuando el
operario realiza el corte incorrecto, y deja el nudo en el centro del pasador, esto
genera que se desperdicie material ya que le está quitando un pedazo innecesario a
la tira. Hacer un punto de revisión en el proceso, verificar el estado del operario al
momento del corte para que no se desconcentre y deje pasar las uniones, que son
consideradas como retal

Ruptura de la aguja. Esta falla es considerada mecánica, si embargo cuando el
operario hala la tela con fuerza crea una deflexión en la aguja que si es muy alta la
puede quebrar.
 Falla en el looper. Esta falla mecánica no es común en el proceso, esto debido a que
consta de una desincronización con la aguja generada por exceso de velocidad o
temperatura.
42
4.3. ERRORES HUMANOS EN LA OPERACIÓN DE LA KANSAI ESPECIAL.
El análisis del manual, características y la presencia durante la operación de la máquina,
hace tomar en cuenta que existen algunos riesgos para la integridad del operario tanto
por fallas en el diseño como por errores al operar.
 Laceraciones por corte con tijeras. Debido a que el corte es repetitivo y muy
cercano a las manos se puede presentar cortes en los dedos. El contacto con los
sistemas de corte es directo, no existe ningún tipo de guarda en este momento, esta
podría ser una solución para evitar accidentes. Esto es dependiente a la forma de
corte que se realice con la tijera (afecta en la comodidad al trabajar).
Esta falla es tenida en cuenta debido a que de 7 accidentes que se han presentado
en la empresa TURBO JEAN en el último año, 5 fueron por laceraciones con tijeras,
causadas por el cansancio o exceso de confianza a la hora de realizar el proceso y
durante el transcurso de este año la cuenta va en 2 accidentes por la misma causa.
 Laceraciones o mutilación de extremidades menores (dedos) cortadora vertical.
Este accidente se presenta debido a que se realiza con la cortadora vertical en
funcionamiento, cuando se desplaza las tiras hacia la cuchilla y se produce un mal
movimiento en las manos ya sea voluntario o involuntario se produce el corte en los
dedos. Este proceso es recomendable suprimirlo por la gravedad del accidente,
además de lo complicado al ubicar guardas al sistema.
Figura 29 .Corte con Cortadora circular
Fuente. Microempresa TURBO JEANS
 Penetración de agujas en los dedos. Existen procesos en los cuales los dedos se
ubican muy cerca al movimiento de la aguja, y un pequeño descuido puede hacer que
el operario introduzca los dedos en el movimiento de la aguja. En la actualidad se
están implementando guardas en los pies de las máquinas, esta sería una alternativa
viable para evitar que el operario introduzca los dedos en el desplazamiento de la
aguja, además de una buena capacitación a los mismos y verificación del estado
anímico para evitar accidentes.
 Caída al momento de trasportar las tiras de pasador. Este incidente se produce
por el tipo de almacenamiento que se le hace a las tiras de pasador ya que queda en
43
un montón desordenado. Al momento de ser transportado puede enredarse en los
pies del operario y provocar un incidente. Para evitar caídas se puede ubicar el sitio
de corte cerca de la recubridora, además despejar completamente los pasillos por
donde se transporta el material. De ser posible implementar carros de trasporte de
piezas para coser (esto según espacios disponibles en las máquinas).
4.3.1 La velocidad de costura. Está determinada por el operario, y para esto se
tomaron tiempos promedios del proceso. Como el proceso no es continuo en la costura,
debido a que las tiras no están unidas sino separadas, además de no ser estándar la
longitud de las mismas, la rapidez en el proceso depende de las manos del operario. La
máquina está diseñada para coser 4 metros por minuto si se trabaja a velocidad máxima,
sin embargo esto genera desajuste en el sistema.
El la empresa TURBO JEAN trabaja a una velocidad de 3 metros por segundo en forma
descontinuada. Otro factor interesante es la calidad del hilo y las agujas; debido a que si
el hilo o las agujas son de mala calidad soportan menos temperatura y fricción por de tal
manera que la velocidad se puede disminuir hasta 2 metros por minuto.
Teniendo en cuenta lo anterior se midió la cantidad en metros de cordón que se saca en
una hora de la recubridora, se tomó nota de las fallas ocurridas durante un tiempo,
separando por fallas mecánicas, humanas y metros de cordón realizados. Este proceso
se realizó en tres horarios diferentes.
Tabla 17. Cantidad de metros de cordón de 8:00 a 9:00
Muestra
Hora
Fallas
Humana
Fallas
Mecánica
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
08:05
08:10
08:15
08:20
08:25
08:30
08:35
08:40
08:45
08:50
08:55
09:00
1Hora
0
2
0
1
0
0
3
4
0
1
0
0
11
1
1
3
0
0
0
1
0
1
0
1
0
8
Fuente. Recopilación
44
Metros
de
cordón
2
3
3
7
8
8
2
3
5
5
4
4
54
Tabla 18. Cantidad de metros de cordón de 13:00 a 14:00
Muestra
Hora
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
TOTAL
13:05
13:10
13:15
13:20
13:25
13:30
13:35
13:40
13:45
13:50
13:55
14:00
1Hora
Fallas
Fallas
METROS
Humana Mecánica DE
CORDON
1
2
2
0
0
5
0
0
6
2
0
4
3
0
4
0
1
7
1
0
6
1
0
7
1
0
5
0
1
6
0
1
6
0
1
6
9
6
64
Fuente. Recopilación
Tabla 19. Cantidad de metros de cordón de 17:00 a 18:00
Muestra
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
TOTAL
Hora
Fallas
Fallas
METROS
Humana Mecánica DE
CORDON
17:05
0
1
2
17:10
0
1
3
17:15
0
3
3
17:20
1
0
7
17:25
0
0
8
17:30
4
0
8
17:35
3
4
0
17:40
4
5
0
17:45
2
1
2
17:50
1
2
1
17:55
1
1
3
18:00
5
8
0
1HORA 21
26
37
Fuente. Recopilación
Además de tener en cuenta las fallas generadas por el estado del operador a diferentes
horarios, es necesario lograr entender la influencia del calibre del hilo, espesor del
45
material y la velocidad de operación en el desarrollo del proceso de acuerdo al
comportamiento de la temperatura. Se especifican las fallas por medio de N (No fallo), H
(Falla en el hilo), A (Falla en la aguja), L (Looper), respectivamente, dicho proceso se
realizó con tres tipos de material y tres tipos de calibre de hilo, tomando la temperatura
por medio de un sensor ubicado en la base de la aguja de la máquina principal y
describiendo la velocidad del motor según el rango de operación ya obtenido.
Tabla 20. Fallas por temperatura hilo calibre 75 con material de 10 Onzas (TELA DELGADA)
VELOCIDAD TEMPERATURA
RPM
MAX ºC
200
23
400
27
600
33
800
40
1000
47
1200
65
1400
80
1600
84
1750
85
Fuente. Recopilación
TIEMPO
(seg)
200
200
170
160
170
110
90
20
10
FALLA
N
N
H
H
H
H
H
H
H
Tabla21. Fallas por temperatura hilo calibre 75 con material de 12 Onzas (TELA MEDIA)
VELOCIDAD TEMPERATURA
RPM
MAX ºC
200
30
400
35
600
39
800
44
1000
57
1200
70
1400
88
1600
94
1750
98
Fuente. Recopilación
TIEMPO
(seg)
200
165
170
160
170
110
90
20
10
FALLA
N
H
H
H
H
H
H
H
A
Tabla 22. Fallas por temperatura hilo calibre 75 con material de 14 Onzas (TELA GRUESA)
VELOCIDAD
RPM
200
400
600
800
TEMPERATURA
MAX ºC
40
55
64
70
46
TIEMPO
(seg)
170
140
104
90
FALLA
H
H
H
H
VELOCIDAD TEMPERATURA
RPM
MAX ºC
1000
78
1200
85
1400
88
1600
94
1750
98
Fuente. Recopilación
TIEMPO
(seg)
60
45
40
10
5
FALLA
A
A
A
L
L
Tabla 22. Fallas por temperatura hilo calibre 50 con material de 10 Onzas (TELA DELGADA)
VELOCIDAD TEMPERATURA
RPM
MAX ºC
200
23
400
28
600
33
800
41
1000
47
1200
65
1400
80
1600
84
1750
85
Fuente. Recopilación
TIEMPO
(seg)
200
200
200
200
180
120
105
80
70
FALLA
N
N
N
N
H
H
H
H
H
Tabla 23. Fallas por temperatura hilo calibre 50 con material de 12 Onzas (TELA MEDIA)
VELOCIDAD TEMPERATURA
RPM
MAX ºC
200
29
400
35
600
41
800
45
1000
57
1200
72
1400
90
1600
94
1750
98
Fuente. Recopilación
TIEMPO
(seg)
200
200
178
172
140
125
100
82
70
FALLA
N
N
H
H
H
H
H
A
A
Tabla 24. Fallas por temperatura hilo calibre 50 con material de 14 Onzas (TELA GRUESA)
47
VELOCIDAD TEMPERATURA
RPM
MAX ºC
200
41
400
55
600
63
800
74
1000
78
1200
82
1400
90
1600
94
1750
98
Fuente. Recopilación
TIEMPO
(seg)
200
164
120
100
60
42
30
15
3
FALLA
N
H
H
H
A
A
A
A
L
Tabla 25. Fallas por temperatura hilo calibre 30 con material de 10 Onzas (TELA DELGADA)
VELOCIDAD TEMPERATURA
RPM
MAX ºC
200
22
400
25
600
33
800
40
1000
47
1200
66
1400
79
1600
84
1750
88
Fuente. Recopilación
TIEMPO
(seg)
200
200
200
200
200
200
170
154
150
FALLA
N
N
N
N
N
N
H
H
H
Tabla 26. Fallas por temperatura hilo calibre 30 con material de 12 Onzas (TELA MEDIA)
VELOCIDAD TEMPERATURA
RPM
MAX ºC
200
30
400
35
600
42
800
45
1000
57
1200
76
1400
91
1600
94
1750
98
Fuente. Recopilación
TIEMPO
(seg)
200
200
200
200
200
180
170
154
150
FALLA
N
N
N
N
N
N
H
H
A
Tabla 27. Fallas por temperatura hilo calibre 30 con material de 14 Onzas (TELA GRUESA)
48
VELOCIDAD TEMPERATURA
RPM
MAX ºC
200
42
400
50
600
60
800
76
1000
80
1200
85
1400
88
1600
97
1750
100
Fuente. Recopilación
4.4.
TIEMPO
(seg)
200
200
140
120
90
68
42
5
5
FALLA
N
N
A
A
A
A
A
L
L
ANÁLISIS DE FALLAS Y DATOS TOMADOS
Los datos obtenidos anteriormente en las tablas de tiempo y fallas evidencian las
variables que se debe tener en cuenta para poder entrar a corregir defectos en el proceso.
Aunque a pesar de la disposición de corregir todos los errores humanos en el sistema,
algunos indicarían un cambio grande al diseño original de la recubridora KANSAI
ESPECIAL, y debido a los requerimientos de la empresa TURBO JEANS, para quien está
dirigida esta máquina, es imposible lograrlo, por tal razón se analiza de acuerdo a las
fallas propuestas, la posible solución de cada una o de un conjunto de ellas según sea
conveniente.
Por esta razón fallas como: Penetración de agujas en los dedos, Alimentación de un hilo
diferente, poner el folder equivocado, dejar seguir la máquina sin hilo, halar la tela y
romper la aguja. No se tendrán en cuenta debido a su naturaleza y necesidad de la
intervención del operario, además de implicar un cambio sustancial en el diseño original
de la máquina.
De acuerdo a que estos errores son los directamente aplicados a la terminación final del
producto y afectan la integridad de los operarios se inicia un proceso para corregir las
siguientes fallas: Corte a diferentes longitudes, dejar pasar las uniones de tela al siguiente
proceso, laceraciones por corte con tijeras, laceraciones o mutilación de extremidades
menores (dedos) cortadora vertical, caída al momento de trasportar las tiras de pasador.
4.4.1
Diseño del sistema de corte. El diseño de este sistema se ve limitado con
algunas características que ayudan a encontrar la solución adecuada a los errores
propuestos, por tal razón definirlas se hace importante:
 Corte. Encargado de cortar el material a diferentes medidas, para esto es
necesario utilizar un sensor que con la ayuda de algún controlador de la orden a la
cuchilla de corte, de tal manera que el contactó con los operadores sea el mínimo
posible evitando así posibles laceraciones en las extremidades menores.
49
 Ancho del material. Debe contar de un sensor que permita saber cuando existe
una variación en el material para que el controlador lo tenga en cuenta y active un
sub programa que elimine el defecto, logrando un perfecto acabado y evitando el
paso de uniones o deformidades.
 Almacenamiento. Debido a que el producto final suele ser constante en su
dimensión y solo se torna necesario separar el material con unión o deformidad,
se requiere dirigirlo a un recipiente fácil de transportar, ayudando a evitar caídas
por volumen o material disperso por el lugar de trabajo.
 Petición de la empresa. Dado a que este tipo de maquinaria tiene un uso
irregular, la empresa decidió evitar en lo posible afectar el diseño original, de tal
manera que la característica principal de este sistema es que sea un acople o un
elemento externo que no afecte el funcionamiento normal de la recubridora kansai
pero que aun así cumpla con la expectativa de tiempos de respuesta que se
desea.
4.4.2. Evolución del diseño. Antes de llegar a la solución final se produjo un proceso de
selección de materiales y de mejoras al diseño, debido a su complejidad de fabricación o
exceso de elementos innecesarios para su funcionamiento.
 Etapa del diseño 1. Este diseño de la figura 20 se realizo como una recopilación
de ideas de cada una de las partes que debe tener el sistema para alcanzar los
logros. Este constaba de un sistema de guías sencillo con una ranura para dejar
pasar una cuchilla que generaría el corte, todo esto sujeto por medio de unos
resortes ubicados en la parte inferior los cuales permitirían ajustar los elementos
de arrastre según el ancho y espesor del material.



Figura 30. Etapa 1 Sistema de corte

50
La idea inicial, fue desechada debido a la complejidad, falta de puntos de sujeción
para la utilización de elementos que ayuden a halar, medir y cortar el material. A
pesar de su simplicidad y cantidad de fallas que puede presentar, se da a conocer
un sistema secuencial que cuenta con elementos complementarios como solución
a las fallas propuestas.
 Etapa del diseño 2. La Figura 21, demuestra un diseño más realista del sistema
de corte, donde se muestra la forma secuencial que se desea alcanzar, dando a
conocer un soporte general y un grupo de camas que se unen entre sí por un par
de barras, con el fin de sostener las guías y un pie que aprisiona el material a la
cuchilla de corte.
Este diseño a pesar de centrar las ideas, consta de algunos defectos como exceso de
material o debilidad en elementos de sujeción o soporte, además de no contar con
claridad de los materiales que se desean utilizar.
Figura 31. Etapa 2 Sistema de corte
 Etapa del diseño 3. La Figura 22, muestra un soporte firme y de menos material,
con unas camas de menor medida que pueden ser movidas de manera individual
de acuerdo a como el diseño lo requiriera.
Además da a conocer un prototipo del elemento de corte, conformado por un motor
sujeto a una cuchilla soportada por una guía que evita desviaciones.
Figura 32. Etapa 3 Sistema de corte
51
 Etapa del diseño 4. En esta fase del diseño mostrado en la Figura 23 se
evidenció la necesidad de contar con un sistema de arrastre para el sensor de
medida, de tal manera que se implemento un tornillo sin fin que se ubica sobre la
guía 1, soportado por unas chumaceras que además ayudan a unir la guía 1 con la
guía 2. Se logra detallar unas ranuras un la guía 1 que permiten que el sensor se
ubique adentro de esta, evitando que sea afectado por elementos externos como
luz o desajuste.
Se nota la falta de elementos de arrastre en el diseño anterior por tal razón se
ubican algunos puller para agilizar el movimiento del material. Aun se evidencia
problemas con el sistema de corte y el pie.
Figura 33. Etapa 4 Sistema de corte
 Etapa del diseño 5. Esta nueva etapa del diseño mostrado en la Figura 24 se
tiene en cuenta algunos cambios importantes, como lo es contar con un puller de
arrastre intermedio, con un pie prensa tela y un sensor de presencia de nudos
regulable por medio de tornillos.
Además se contar con un diseño completo del sistema de corte que consta de una
cuchilla circular sujeta a un motor que es elevado por un sistema de solenoide,
52
aunque presenta problemas con la poca carrera, generando un corte superficial en
el material siendo insuficiente como se en la figura 24
Figura 34. Etapa 5. Sistema de corte
4.4.3. Solución al Problema. (Para que el diseño final sea entendible en la tabla 28.
Ubicada en la siguiente pagina es explicados cada uno de los elementos que conforman
este diseño final apoyados por una imagen individual)
La solución al problema está basada en un sistema secuencial, especificado en halar la
tira del pasador (previamente cosida por la máquina principal), mediante un sistema de
puller que impulsa la tira hacia el interior del mecanismo (Figura 27).
Ahora Luego, la tira transita por un sensor de paso que permite al operario ver el grosor
de la misma, entonces, la longitud de la tira está definida por un sensor infrarrojo que
determina el largo del pasador (producto final), de esta manera, con la distancia exacta
se activa el sistema de corte (Figura 33), que consta de una cuchilla circular que gira a
900rpm y es elevado por un sistema piñón-cremallera sujetos a un servo motor, este
mecanismo eleva el motor que lleva al material hacia un pie de agarre que sostiene la tira
al momento de ser cortada (Figura 30).
53
Es sistema está diseñando para facilitar que la tira procesada vaya empujando la que ya
ha pasado por el proceso de corte ayudado por un puller intermedio, de esa manera el
material es evacuado del sistema.
De acuerdo a le evolución que ha tenido el diseño del sistema y cada uno de las variables
que se tuvieron en cuenta para llegar a la Figura 25.
Figura 35. Sistema de corte
En la tabla se habla además de los mencionados de aquellos elementos de apoyo o
complementarios que componen el diseño que para no redundar.
Tabla 28. Elementos mecánicos que componen el diseño
Nombre
Camas
Descripción
El término cama debido a su
función de sostener las guías
por donde va a ser pasada la
tira de pasador. Respecto al
material y el tamaño de las
camas resulta necesario
decir que están hechas de
aluminio y que su tamaño
está determinado por las
dimensiones
de
los
pasadores.
Imagen
Figura 36.
Conformado por un motor y
Figura 37.
Anexo
Plano 9
54
Nombre
Puller
Guía
principal 1
Guía
principal
2.
pie de
agarre
Descripción
una
rueda
dentada
encargándose de halar el
material, el sistema cuenta
con uno intermitente y uno
constante para la entrada y
salida
el
material
respectivamente.
Perfil cuadrado con ranuras
en la parte superior que
facilitan el movimiento y la
respuesta del sensor óptico
que mide la longitud del
pasador. Se
precisa que
estas guías no estarán
sometidas a esfuerzo alguno,
por lo tanto, es necesario
contar con un material liviano
y de poca fricción como lo es
el acrílico.
Imagen
Perfil cuadrado que usa una
secuencia de ranuras en la
parte superior para un puller
que retira los pasadores que
son dirigidos al siguiente
proceso Estas guías cuentan
adicionalmente
con
una
curva en la parte inferior cuya
función
es
retirar
los
desechos de material que se
generaron
durante
el
proceso.
Figura 39.
Sostiene la tira de tela
mientras la cuchilla realiza el
corte. Se determina una
presión mediante el peso
aproximado que tiene la tira
entre el puller y la ranura de
corte. Esta presión es
suficiente para sostener y
realizar de manera eficiente
el corte de la misma. Se
tendrá en cuenta un material
que disminuye el desgaste y
soporta la presión a la cual
está sometido.
Figura 40.
Anexo
Plano
18
Figura 38.
Plano 8
Plano 5
Plano
19
Figura 41.
Vigas
Plano
Soporta el peso de todas las
55
Nombre
circulares
Tornillo
sin fin
Descripción
piezas.
Imagen
El tornillo sin fin es utilizado
como
un
tornillo
de
transporte para la ubicación
del sensor que tiene en
cuenta la dimensión del
pasador a cortar.
Figura 42.
Anexo
34
Plano
14
Figura 43.
Sistema
de corte
Consta de un motor de 24v
DC a 900rpm que gira
constantemente,
que
es
elevado por un piñón cremallera,
a
este
se
encuentra unido un disco de
corte de tela de 2 pulgadas
de diámetro.
Plano
20
Figura 44.
Soporte
tornillo
(Chumase
ra)
Son los encargados de
sostener los extremos del
tornillo con un rodamiento
rígido de bolas además del
motor que da movimiento, se
encuentra ubicado en las
uniones.
Plano
12
4.5 DESACOPLE DEL MOTOR Y MANEJO DE SEÑALES
Debido a las razones dadas en la Tabla.14 donde se halló el rango de operación del
motor, se evidenciaron algunas dificultades que posee el motor original para el desarrollo
del control. Concluyendo en la necesidad de remplazar el motor AC por uno DC de
similares característica y su comportamiento sea el ideal para lo deseado.
Para mostrar las características del nuevo motor se mostrará una tabla seguida de los
cálculos de consumo a plena carga.
56
Tabla 29.Especificaciones de los motores
Motor GEMSY RM1818-1ª
Motor HT800 HINGTER
Voltage:110V / 220VAC
Velocidad: 1750RPM
Frecuencia: 60Hz
Potencia: 400W
Amperaje: 5.8/2.9 Ohm
Eficiencia: 92%
Figura 45. Motor GEMSY
Voltage:110VDC
Velocidad:0 - 4000 RPM
Potencia: 550W
Eficiencia: 94%
Figura 46.Motor HINGTER
Fuente. Microempresa TURBO JEANS
Fuente. Microempresa TURBO JEANS
 Consumo en el motor. Es calculado el consumo suponiendo que la máquina
principal consume el total de la potencia, se calcula el consumo para 12horas de
trabajo, 7 días a la semana, 31 días al mes. Cálculos basados de (Chapman,
1985)
De acuerdo a la eficiencia del 92% y la cantidad de pérdidas estimadas en un 8% de la
potencia total especificada en el motor original y una eficiencia del 94% con unas pérdidas
estimadas de 6% que se maneja para eñl nuevo motor a utilizar, y con un precio de
300.2813 pesos (Establecido por CODENSA para la facturación de energía eléctrica
Bogotá DC) se obtiene que:
Tabla 30. Consumo en pesos, a régimen constante
Motor GEMSY RM1818-1ª
12horas
7 Dias/
semana
31 dias/
mes
Motor HT800 HINGTER
/h*12h= 5.2164 kw
*6h= 5.51 kw
5.2164 kw *300.2813$ = 1566.387$
/h*84h= 36.5148 kw
3.51 kw * 300.2813$ = 1053.98$
*42h= 24.57 kw
36.5148 kw * 300.2813$ = 10964.711$
*372h= 161.7084 kw
24.57kw * 300.2813$ = 7377.911$
*136h= 108.81 kw
161.7084 kw * 300.2813$ = 48558.08$
108.81kw * 300.2813$ = 3267.360$
57
Fuente. Recopilación
De acuerdo a los cálculos se observa que el nuevo motor consume menos que el motor
original que posee la máquina, debido a que con la mejora este trabaja la mitad del tiempo
por ser no continuo, además de las consideraciones de diseño mencionadas en el
análisis, se decide a elegir el motor DC HT800 HINGTER por su facilidad de manejo,
toma de datos e implementación del sistema de control además de su bajo consumo. Es
por eso que este modelo de motor satisface las falencias del antiguo presenta y de
acuerdo se le realizaron pruebas similares arrojando los siguientes resultados.
Debido el control interno que tiene el motor HINGTER se puede regular las RPM máximas
de tal manera que:
Tabla31. Rango de operación del MOTORHT800 HINGTER
GRADOS
0
VELOCIDAD RPM
0
0.5
200
1
350
1.5
700
2
850
2.5
1210
3
1430
3.5
1640
4
1700
4.5
1750
5
1750
Fuente. Recopilación
Se concluye el motor HT800 se puede controlar de manera mas eficiente, debido al rango de
variación en voltaje que posee, además me permite limitar las velocidades del motor, como se
muestra en la tabla; un motor que puede generar 4000rpm lo estamos limitando a las 1750 del
motor Gemsy.
4.6 SELECCIÒN DE SENSORES
El desarrollo de este proyecto es complementado al definir los sensores y puntos críticos
que necesitan ser monitoreados, de tal manera serán ubicados diseño propuesto, sin
olvidar los que se ubicarán en la máquina principal.
58
Figura 47. Sistema de corte (puntos de monitoreo y motores)
Sensores numerados de color rojo y motores numerados de color naranja
El sistema de corte consta de 6 sensores encargados de la presencia (1), distancia (3),
nudos en el material (2), longitud de corte (4) y en la máquina principal un sensor de
temperatura (5) y un sensor de tensión (6) por tal razón es analizado junto a sus circuitos
de acondicionamiento de acuerdo al rango a utilizar, para facilitar el control.
4.6.1
Sensor de presencia de material. Consiste en un final de carrera ubicado en la
entrada del sistema de corte, con el fin de avisar si se encuentra o no material. No
contaría con un acondicionamiento de señal debido a su naturaleza On-Off y su
facilidad de manejo.
Figura 38.Fin de Carrera S320132
Fuente. http://www.superrobotica.com/S320132.htm
4.6.2
Sensor de nudos en el material. Su finalidad es la misma del sensor de
presencia de material ubicado en la base del pie de ajuste de material avisando al
control cuando el material tiene un espesor mayor al normalmente utilizado.
4.6.3
Sensor de Distancia. Es utilizado un sensor Emisor – receptor infrarrojo,
enfrentados uno al otro, ubicados en la superficie de sujeción del tornillo sin fin
para medir la distancia al cual se ubicará el sensor de longitud de corte.
59
Figura 49. Gráfica de respuesta del sensor Emisor-Receptor de distancia
16
14
Distancia (Cm)
12
10
8
6
4
2
0
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
4
Respuesta (mV)
4.6.4
Sensor de longitud de corte. Al aplicar el mismo sensor de Emisor – Receptor
esta vez con un ángulo de inclinación mínimo, se genera un pulso que indica la
presencia del material a cortar, este estará situado en el tornillo sin fin corona que
con su movimiento lineal lo ubicará en el punto adecuado según lo requerido.
4.6.5
Sensor de temperatura. El sensor LM335 (Precision Temperature Sensors),
estará conectado en el pie del sistema de recubrimiento de la máquina principal,
dado a su cercanía con la aguja, como punto crítico en las posibles fallas. Es
aplicado debido a su fácil calibración y rango de operación óptimo al proceso.
Figura 50. Gráfica de características de adelanto del LM335
Fuente. Datasheet National semiconductor LM335
 Acondicionamiento de señal. Consiste en un conjunto de ampliadores LM741 y
resistencias de diferentes valores, con el fin de mejorar la señal en el rango
requerido. Cálculos basados en (Areny, 2001)
60
Figura 51. Circuito de acondicionamiento del sensor Emisor Reseptor infrarrojo
Fuente. Diseño en Worbench Multisim portable 11.01
Por medio de la definición de nodos en cada ampliador se describe el comportamiento del
acondicionador. “Donde voltaje 1 (V1), voltaje de entrada (Vin), voltaje de salida (Vo) y
resistencias (R1, R2, R3) son las variables a tener en cuenta” (Areny, 2001).
Nodo 1
(4.6.4.-1)
Si
obtenemos
(
)
Nodo 2
(4.6.4.-2)
Si
obtenemos
(
)
Luego de remplazar la ecuación resultante del nodo 1 en el nodo 2 obtenemos
(
(4.6.4.-3)
)
Debido a que el sensor trabaja a 10mV por grado y 0v equivalen a 0 grados kelvin, y
teniendo en cuenta ambiente como 25°C, equivale a 298°K de tal manera que se obtiene
un voltaje de 2,98V, se calcula para diferentes Voltajes de salida.
Para
(4.6.4.-4)
Teniendo en cuenta que la salida del acondicionador no debe ser de valor negativo el
valor de V2= -5V
61
Para
(4.6.4.-5)
Por tal razón obtenemos un valor de R1=1kΩyR2=1.2kΩ
4.7 DISEÑO DEL CONTROL Y VALIDACIÓN DEL DISEÑO PROPUESTO
El proceso de selección y diseño de elementos a utilizar para solucionar las fallas
propuestas deben estar sustentadas por medio de ecuaciones que lo validen, en este
paso el proceso toma forma y concreta lo hablado con anterioridad con respecto a sus
piezas mecánicas y el control a realizar.
4.7.1
Obtención del peso de las piezas. El cálculo de esfuerzos no puede ser
realizado sin obtener primero el peso de cada una de las piezas deacuerdo a su
material (Anexo 2), que se encuentran sobre las piezas principales, teniendo en
cuenta el V1 (solido) y V2 (agujero). Cálculos basados de (Nisbett, 2008).
Figura 52. Peso de las piezas
(4.7.1.-6)
62

Guía 1 (Anexo 9). Para determinar el peso de esta guía, primero se tiene en
cuenta su volumen que esta definido por medio de la ecuación:


De tal manera que el volumen del cubo se describe:
(4.7.1.-7)
El volumen 2 de la guía 1, se obtiene al restar la cantidad de orificios que posee el
material, además de la suma del volumen del agujero pasante.
(4.7.1.-8)
Por lo tanto el volumen total
De tal manera el peso total de la guía1, sabiendo que el peso especifico (Ƥ) del acrílico es
de 1.
(4.7.1.-9)
Guía 2 (Anexo 6). Igual que la guia1, el peso de la guía 2 se obtiene del volumen, de tal
manera que el volumen del cubo se describe:
(4.7.1.-10)
Pero como la guía 2 posee unas ranuras, hay que restar la cantidad de material que se
elimina de la guía, por esto el volumen 2 se define como la cantidad de orificios y ranuras
que se hacen en el material, además de la suma del volumen del agujero pasante.
(4.7.1.-11)
Por lo tanto el volumen total
De tal manera el peso total de la guía1, sabiendo que el peso especifico (Ƥ) del acrílico es
de 1.
(4.7.1.-12)
 Peso camas (Anexo 10). El volumen se describe por la ecuación
63
De tal manera el cálculo del solido se secciona por figuras geométricas debido a su
dificultad:
(
(4.7.1.-13)
)
(
)
De tal manera el peso total de la cama, sabiendo que el peso especifico (Ƥ) del aluminio
es de
(4.7.1.-14)
 Peso soporte Pie (Anexo 11). El volumen en la pieza se divide en figuras
geométricas debido a su dificultad.
De tal manera que el volumen se describe:
(
(
(4.7.1.-15)
))
El volumen de la base está dada por:
(4.7.1.-16)
Por lo tanto el volumen total
De tal manera el peso total de la guía1, sabiendo que el peso especifico (Ƥ) del acero es
de
(4.7.1.-17)
 Peso Pie prénsatela (Anexo 20)). El volumen se define por de la ecuación
:
El volumen debido a su dificultad de se divide en dos partes está dado por:
64
(4.7.1.-18)
El volumen 1 está dado por:
(4.7.1.-19)
Por lo tanto el volumen total
De tal manera el peso total de la guía1, sabiendo que el peso especifico (Ƥ) del acero es
de
(4.7.1.-20)
 Peso Soporte del tornillo (Anexo 13). El volumen se define por la ecuación
:
(4.7.1.-21)
El volumen 2 está dado por:
(4.7.1.-22)
Por lo tanto el volumen total
De tal manera el peso total del soporte del tornillo, sabiendo que el peso especifico (Ƥ) del
acero es de
(4.7.1.-23)
 Peso Soporte del motor (Anexo 4). El volumen se define por
:
(4.7.1.-24)
El volumen 2 está dado por:
(4.7.1.-25)
Por lo tanto el volumen total
65
De tal manera el peso total de la guía1, sabiendo que el peso especifico (Ƥ) del acero es
de
(4.7.1.-26)
 Peso Barra de soporte (Anexo 35). El volumen se define por
:
(4.7.1.-27)
De tal manera el peso total de la barra, sabiendo que el peso especifico (Ƥ) del acero es
de
(4.7.1.-28)
 Peso Tornillo sin fin (Anexo 15). El volumen del tornillo se define por:
(4.7.1.-29)
De tal manera el peso total del tornillo, sabiendo que el peso especifico (Ƥ) del acero es
de
(4.7.1.-30)
 Existen algunos elementos que es necesario obtener su peso por medio de tablas
técnicas o elementos de medición, Peso rodamiento=20gr, Peso motor=10gr,
Peso puller=20gr para los pullers intermedio, final y Peso puller principal=60gr
Al calcular el peso de cada una de las piezas involucradas en el diseño propuesto y por
medio de una sumatoria obtenemos el peso total que se aplica en los elementos
encargados de sostener y anclar todo el sistema.
 Calculo de esfuerzos. Con el cálculo del peso general de la máquina es posible
calcular la resistencia de algunas piezas que están sometidas a los mayores
esfuerzos en el diseño. Por tal razón será analizado los cortantes y flectores en
elementos principales como vigas circulares y estructura general. Cálculos
basados en (Nisbett, 2008) y (Mott, 2006)
 Esfuerzo en vigas circulares. Los esfuerzos al que se encuentra sometido, están
distribuidos a lo largo del material de tal manera que se analiza como cargas
puntuales en cada uno de los elementos por analizar.
66
Figura 53. Fuerzas aplicadas, diagrama de momentos y cortantes
Fuente. Diseño en MDsolid
El diagrama no es tenido en cuenta debido a que el modulo de elasticidad del material
comercial de menor rigidez y menor costo maneja un modulo mayor. Por lo tanto se
calcula los esfuerzos para hallar el modulo de elasticidad de las barras centrales con una
deformación de 0.001m dado a que no afecta el normal funcionamiento del sistema.
La fuerza en cada uno de los puntos es calculada de acuerdo a:
(∑
)
(4.7.2,-31)
Por tal razón obtenemos:
Tabla 32. Fuerza aplicadas de acuerdo al punto
Pesos aplicados en los puntos
P1
Fuerza
equivalente
0.51N
P2
0.51N
P3
0.51N
P4
1.48N
67
P5
1.96N
P6
1.96N
P7
2.71N
P8
P9
0.62N
0.62N
Se obtiene que la reacción en el punto A (RA),Es de 2.39N y la reacción en el punto B
(RB) es de 4.42N con un momento máximo de 178N.mm, al analizar la fuerza en cada
uno de los puntos se calcula:
“Teniendo en cuenta un factor de seguridad (‫)ת‬de 2 a que se busca minimizar el riesgo
humano, daños y los bajos costos” (Nisbett, 2008).
Calculo del momento.
(4.7.2,-31)
Momento de inercia teniendo en cuenta que el radio de la barra a analizar
tiene un diámetro de 10mm.
(4.7.2,-32)
El esfuerzo permisible se calcula teniendo en cuenta que el centroide(C)
del material según el área transversal es de 5mm.
(4.7.2,-33)
Conociendo el factor de seguridad y el
debe soportar le material
se obtiene el
que
(4.7.2,-34)
‫ת‬
Por lo tanto
‫ת‬
Calculando la deflexión se tiene en cuenta una deformación en Y de
0.001m aplicando la fuerza de 13.59N dividido en las dos barras a una
distancia de 165mm.
(4.7.2,-35)
Se elije un material de ACERO 1010, teniendo como requerimiento la deflexión máxima y
el según petición de la empresa TURBO JEANS
68
 Esfuerzo en el soporte general. Los esfuerzos al que se encuentra sometido,
están distribuidos a lo largo del material de tal manera que se analiza como cargas
puntuales.
Se calcula la fuerza aplicada en los puntos de concentración de esfuerzos y el área
transversal (agujeros de unión con las barras del soporte):
(
)
(4.7.2,-36)
(4.7.2,-37)
Teniendo en cuenta un factor de seguridad (‫ )ת‬de 2 a que se busca minimizar el riesgo
humano, daños y los bajos costos.
Calculo de momento.
(4.7.2,-38)
Momento de inercia teniendo en cuenta que el radio de la barra a analizar
tiene un diámetro de 10mm.
[
]
(4.7.2,-39)
De tal manera que:
(4.7.2,-40)
Calculando la deflexión se tiene en cuenta una deformación en Y de
0.001m aplicando la fuerza de
dividido en las dos barras a una
distancia de 165mm.
√
(4.7.2,-41)
De la ecuación despejamos la deflexión:
(
)
69
Teniendo que:
√( )
√(
(4.7.2,-42)
)
De tal manera obtenemos que:
(
)
(4.7.2,-43)
Con el modulo de elasticidad de 10.56Mpas se busco un material tuviera un modulo
mayor, que al ser comparado con el material comercial ACERO 1010 que cuenta con un
modulo de 20.68Gpas, se obtiene que es el adecuado estando por encima del requerido,
cumpliendo cumple con los requerimientos de la empresa
4.7.3. Tornillo Sin Fin, Piñón - Cremallera. Debido a los pocos requerimientos que se
necesitan para el diseño, se calculan con los requerimientos básicos (Longitud de 16cm,
Diámetro 1omm, paso 1mm).
 Tornillo Sin Fin. Se obtiene de una barra dentada comercial, generalmente
utilizada para anclaje, de diámetro 10mm de rosca ordinaria, con paso de 1mm
como se requiere, por tal razón se obtendrá la velocidad de avance que este nos
genera.
Teniendo que el tornillo gira a 80RPM se obtiene que:
(4.7.3,-44)
 Piñón – Cremallera. Se calcula teniendo en cuenta el poco peso y carrera que
debe tener de tal manera que su diseño será por medio de requerimientos básicos.
Este será controlado por un servo motor facilitando manejar el avance de la
cremallera según el tipo de material y disco de corte a utilizar.
La relación entre la velocidad de giro del piñón (N) y la velocidad lineal de la cremallera
(V) depende de factores como el número de dientes del piñón (Z) y el número de dientes
por centímetro de la cremallera (n).
Se tomo como base un diámetro de 4cm de diámetro para el piñón y
un avance n de 5 dientes/cm
(4.7.3.-45)
70
Teniendo en cuenta las características básicas del Servo motor se obtiene que el
diámetro del piñón no puede ser menor de 3cm de esta manera se comprobó el diámetro
de piñón tomado es el adecuado para la aplicación en sistema.
4.7.4. Rodamientos. De acuerdo a que se adecua a las dimisiones mínimas en el diseño
del sistema y su diámetro el rodamiento es obtenido por medio de la tabla (INDUSTRIAL,
2009).
Tabla 33. Tabla de rodamiento 60002R
Fuente. (INDUSTRIAL, 2009)
Debido a que el diámetro interno es el adecuado y teniendo en cuenta que las cargas y
limite de velocidad que se maneja está muy por encima al que pudiese necesitar se toma
el rodamiento 6000rs2.
4.7.5. Motores Pullers y tornillo Sin fin. Según el diseño propuesto se obtiene que se
cuenta con algunos motores demostrados en la figura 37 donde se ven los puntos de
monitoreo y los motores en el proceso, se hace necesario conocer la potencia que
requieren según su uso.
 Motor tonillo Sin fin. Cálculos de la potencia del motor
Se desea calcular el torque necesario
(4.7.5,-46)
De tal manera que se obtiene el momento de inercia
(4.7.5.-47)
∑
Además se hace necesario conocer la relación de la caja de reducción
(4.7.5. -48)
71
Conociendo su velocidad se calcula la velocidad angular que posee
(4.7.5.-49)
Así lograr hallar el torque del motor, necesario para encontrar la potencia del motor
a utilizar.
(4.7.5.-50)
(4.7.5.-51)
 Motores Pullers. Están sometidos al torque generado por el material, por tal
razón lo único que los logra diferenciar es el diámetro y peso de la rueda dentada
que los conforman, siendo suficiente calcular la potencia requerida con el principal.
Se desea calcular el torque necesario
(4.7.5,-52)
Momento de inercia, diámetro de disco puller de 2.5cm
∑
(4.7.5.-53)
Conociendo su velocidad se calcula la velocidad angular para un motor
de 120RPM
(4.7.5.-54)
72
Además se hace necesario conocer la relación de velocidad del tornillo, tomando una
longitud de 15cm
(4.7.5.-55)
Así lograr encontrar el torque del motor, necesario para el cálculo de
potencia del motor a utilizar.
(4.7.5.-56)
(4.7.5.-57)
De acuerdo a los requerimientos mencionados con anterioridad por la empresa TURBO
JEANS se propuso un diseño que ha venido siendo desarrollado durante el transcurso de
este proyecto, que al ser analizados los esfuerzos que se ejercen sobre cada uno de sus
elementos se obtiene un sobre diseño en sus dimensiones y material de fabricación que
los compone.
Así mismo por el lado de los elementos electrónicos se obtiene el acondicionamiento de
un solo sensor debido a su alto rango de operación, ya que los demás a implementar
cuentan de una respuesta de pulso o son fácilmente acondicionados por medio de un
microntrolador.
4.7.9 Diagrama de flujo del programa a implementar. La implementación del sistema
de control, consta de un programa un el PLC por medio de lenguaje LADDER, este se
divide en tres procesos según la elección del operador “fabricación de tiras de pasador,
sistema de corte o fabricación y corte”.
Se hace necesario conocer los requerimientos del sistema de control para lograr su
adecuada implementación, por tal razón definirlas se hace importante:
73
 Temperatura en la aguja. El control debe tener en cuenta como requerimiento
principal el comportamiento de un sensor de temperatura ubicado en la aguja, para
evitar la ruptura de esta.
 Velocidad del control. Según la información que reciba el control de los sensores
propuestos en la figura 19 que habla de los pasos del sistema de acuerdo a los
sensores y la información dada por el operador, regule la velocidad del motor
principal sirviendo como solución a las fallas propuestas.
 Ancho de tela. Debe tener en cuenta las dimensiones del material y los datos
ingresados por el operador, con el fin de regular la velocidad de los puller y
aquellos elementos que participan directamente en la fabricación.
Debido a la complejidad y cantidad de pasos del sistema este se dividió en dos
subsistemas de programa denominados CASO 1 y CASO 2, estos dependen de la
elección del operador del proceso a realizar teniendo en cuenta si se desea utilizar de
forma convencional o aplicando la acción de control. Sin dejar de tener en cuenta una sub
función 3 que une de forma directa los dos casos con el fin de optimizar el proceso.
Figura 54. Diagrama de bloques del sistema de control a implementar
Todo
por
medio de un
tablero
de
control
que
ofrece
la
oportunidad de
seleccionar entre los tres casos, cada uno con subsistemas con las variables necesarias
para el funcionamiento; Al introducir los valores el tablero establece una conexión con el
PLC ya programado con las acciones de correspondientes a cada uno de los casos
dándole un sentido de operación.
Figura 55. Diagrama del sistema a implementar
74
Figura 56. Diagrama de flujo del sistema de control
 Caso 1. Se compone por un sistema de control PID que tiene en cuenta como
variables principales 3 tipos de velocidad: (Mínima, Optima y máxima), estos
dependen del tipo de material a utilizar, la verificación de presencia de hilo en la
máquina, su principal característica es el funcionamiento de un solo proceso al
tiempo en este caso solo recubrir la tira de material, en este orden solo se aplicará
a la máquina principal.
75
Figura 57. Diagrama de flujo del Caso 1
 Caso 2. Se basa en el control del sistema de avance y corte, que tiene en cuenta
las variables (Distancia y espesor del material), para cada uno de los tamaños
elegidos y los tipos de tela, eliminando los nudos o imperfecciones y logrando
obtener un acabado óptimo limitando las fallas y recortando el tiempo de
fabricación.
76
Figura 58.Diagrama de flujo del Caso 2
77
Figura 59. Diagrama de bloques del programa CASO 2
4.8 TABLERO DE CONTROL
4.8.1 Requerimientos del tablero de control. Antes de hablar del tablero a implementar
se es necesario hacer un listado de cada una de las tareas y partes que lo deben
componer.
 Datos. El sistema debe exigir la entrada de datos necesarios para el control.
 Ingreso de información. Se debe contar con algunos botones que faciliten el
ingreso de la información necesaria para que el control sea funcional. Además de
un botón de inicio y parada.
 Visualización. Se requiere una pantalla donde se ve cada uno de los datos que se
deben ingresar.
 Comunicación. Se hace necesario contar con un modulo de comunicación con el
PLC seleccionado, para trasmitir los datos ingresados por el operador.
4.8.2. Tablero de control. El diseño consta en un principio de un panel con los
pulsadores Start / Stop, un teclado matricial que facilita la entrada de datos tales como
dimensiones o tamaños, de una u otra forma interactúan con las variables dadas en los
sub sistemas, todo esto es señalado por medio de una LCD de 128 x 64, con el fin de
visualizar de manera constante lo que sucede en la máquina principal y en el sistema de
corte diseñado.
Todo es controlado con un ARDUINO MEGA 2560. Debido a su fácil programación y la
cantidad de módulos que maneja para el tratamiento de señales de los sensores a utilizar
además de los necesarios para realizar el sistema de control PID, contando con los pines
de entrada y salida análogas y digitales necesarias para garantizar la visualización y la
comunicación con el PLC.
.
78





Módulos PWM de 8Bits
16 entradas analógicas de 10btis
Comunicación serie en los pines digitales
Librerías para control
54 pines digitales Entrada/Salida
Figura 60. Tarjeta ARDUINO MEGA
Fuente. http://arduino.cc/es/Main/ArduinoBoardDiecimila (Arduino, 2012)
Este mismo es el encargado de interactuar y comunicarse con el PLC, traduciendo los
requerimientos del operador a cada uno de los sub sistemas ya programados, exigiendo
las variables necesarias para que la acción de control correspondiente a cada caso actué
de la mejor manera.
Figura 61. Diagrama de flujo del tablero de control
79
Figura 62. Código del ARDUINO para el tablero de control
Figura 63. Código implementado en ARDUINO del programa de selección de casos
80
Figura 64. Código implementado en ARDUINO del programa caso 1
4.8.3. Elección del PLC a utilizar. Ante la disponibilidad de entradas y salidas conocidas
por medio de la figura 19 y la selección de los actuadores que entraran en juego en el
sistema de control y el diseño mostrado como solución alas fallas propuestas, se tomara
como dispositivo para implementar el programa de control. Para esto se hace necesario
hacer un listado simple de la cantidad de entradas y salida que se necesita manejar para
así seleccionar el PLC adecuado





Salidas independientes de voltaje
Contara con 6 salidas de diferente voltaje
Entradas digitales de 12 a 24
Con una memoria mínima de 120 bloques
Módulos de conteo y temporizadores
Figura 65. PLC 24L
Fuente. http://www.electricasbogota.com/detalles/mini-plc/1590-74265
81
Figura 66. Dimensiones de los ARRAY Logic modelos. AF-10../AF-20
Fuente. Manual Edición 06/2003 ARRAY Logic modelos (SA, 2002)
Todos los módulos LOGO Basic disponen de las siguientes conexiones para crear el
programa, independientemente del número de módulos que se conecten:









Entradas digitales I1 hasta I24
Entradas analógicas AI1 hasta AI8
Salidas digitales Q1 hasta Q16
Salidas analógicas AQ1 y AQ2
Marcas digitales M1 hasta M24, M8: marcas de arranque
Marcas analógicas AM1 hasta AM6
Bits de registro de desplazamiento S1 hasta S8
4 teclas de cursor
16 salidas no conectadas X1 hasta X16.
4.8.4. Entradas del ARRAY LOGIC. La entrada para los Multi Relés Programables
ARRAY LOGIC son las señales ON/OFF provenientes de interruptores, contactos
auxiliares de contactares, sensores industriales de cualquier tipo (inductivo, capacitivo, o
fotoeléctrico).
Tabla 34.Especificaciones ARRAYLOGO.
Fuente. Manual Edición 06/2003 ARRAY Logic modelos
82
4.9 IMPLEMENTACIÓN DEL CONTROL DE CAMBIO MANUAL AUTOMÁTICO
El proceso de cambio de control a automático es la opción principal de la máquina, esto
dado a que el operador podrá interrumpir el programa el proceso controlado en cualquier
instante de tiempo según como lo vea necesario.
De tal manera se interrumpió la señal del sensor que posee el Motor HT800 HINGTER,
consta de una fotorresistencia iluminada por un LED, con una palanca en medio que
interrumpe la luminosidad gradualmente, generando una señal aun PWM encargado de
regular el ancho de pulso que va al motor DC. Permitiendo manipular el motor desde una
señal externa.
Figura 67. Sensor de velocidad del motor HT800 HINGTER
Esta señal se ve interrumpida por un relevo que posee las dos señales (Señal del pedal,
Señal del control Figura 59) a manejar controlado desde el ARDUINO según el operador
lo desee.
Figura 68. Manual - automático
4.9.1. PID experimental. Una de estas señales es la respuesta del controlador PID, que
de acuerdo a la dificultad al realizar un modelo matemático del mecanismo principal y a la
cantidad de variables que lo intervienen, vistas en las tablas 19 a la 27 “Temperatura,
calibre de hilo, material, velocidad de operación y tiempo de respuesta”, se hace
complicado generalizar una respuesta transitoria. Por tal razón para lograr analizar el
comportamiento que tiene el sistema en lazo abierto, son tomados algunos valores
críticos y graficados.
83
Por tal razón se hacen tres combinaciones de variables, (Calibre de hilo 75, Material 14
onzas, Velocidad 600RPM) Serie 1, (Calibre de hilo 75, Material 12 onzas, Velocidad
1000RPM) Serie 2, (Calibre de hilo 75, Material 14 onzas, Velocidad 1600RPM) Serie 3,
con el fin de comprender el comportamiento de la temperatura con respecto al tiempo del
sistema.
Figura 69. Respuesta en lazo abierto del sistema
100
80
60
40
20
0
0
20
40
Series1
60
80
Series2
100
120
Series3
140
Al conocer el comportamiento del sistema, se implementa el controlador PID en el
ARDUINO MEGA, que además de facilitar la visualización, contiene los módulos
necesarios para realizarlo de manera experimental, con la utilidad de favorecer la
búsqueda de las variables necesarias para que el controlador sea calibrado y sintonizado.
Teniendo en cuenta como requerimiento base el punto de ruptura del hilo por
temperatura, sin dejar a un lado la eficiencia del sistema.
Por tal razón se grafica la respuesta del controlador PID para tres diferentes constantes
(Kp, Ti, Td), para una temperatura máxima de 80°, con el fin de encontrar los valores que
mejor se comporten con los módulos de control aplicados, teniendo en cuenta que el
sobre paso máximo estuviera por debajo de la falla critica.
Figura 70. Respuesta en lazo cerrado del sistema para una temperatura de 70°
(KP=1.8, Ti=2, Td=0.9) Serie 1, (KP=2.4, Ti=2.8, Td=0.6) Serie 2, (KP=1.2, Ti=1.9, Td=1) Serie 3
100
80
60
40
20
0
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25
Series1
Series2
Series3
84
Figura 71. Respuesta en lazo cerrado del sistema para 80°
(KP=1.8, Ti=2, Td=0.9) Serie 1, (KP=2.4, Ti=2.8, Td=0.6) Serie 2, (KP=1.2, Ti=1.9, Td=1) Serie 3
120
100
80
60
40
20
0
2,5
5
7,5
10
12,5
15
17,5
20
22,5
25
27,5
30
32,5
35
37,5
40
42,5
45
47,5
50
52,5
55
57,5
60
0
Series2
Series3
Series4
Figura 72. Respuesta en lazo cerrado del sistema para 60°
(KP=1.8, Ti=2, Td=0.9) Serie 1, (KP=2.4, Ti=2.8, Td=0.6) Serie 2, (KP=1.2, Ti=1.9, Td=1) Serie 3
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25
Series1
Series2
Series3
Se toman los valores (KP=1.8, Ti=2, Td=0.9) serie 1 (Figura 61), debido a que su
comportamiento tiende a ser el mas adecuado, ya que muestra una mejor respuesta a
diferentes temperaturas y cuenta con un sobrepaso muy cercano al 25% como esta
definido por el método de sintonización que se basa de una entrada respuesta escalón,
como se vio en la figura 70. Basados en el libro (Ogata, 1998)
85
5. PRESENTACIÓN Y ANÁLISIS DE RESULTADOS
Con el propósito de mostrar de manera ordenada los resultados del proyecto se han
divido en las siguientes etapas: Fabricación del diseño mecánico final, montaje, control a
implementar, pruebas de tiempo, errores y puesta a punto del montaje completo.
5.1. Fabricación del diseño mecánico final. Como se mostró en el capitulo 4.4.2 al 4.4.3
donde se describe la evolución del diseño del sistema de corte, se mostrará el proceso de
construcción y los procesos de manufactura que se utilizaron con la ayuda de los servicios
ofrecidos por el hangar de la universidad. Se hace necesario describir el proceso y los
elementos utilizados para llegar al diseño final.
 Fase 1. Para comenzar el diseño fue necesario fabricar el soporte general
favoreciendo acoplar las piezas que se vayan realizando, para esto se utilizaron
los elementos de soldadura de la universidad, además del uso de la fresadora
para formar los agujeros de entrada y salida de material como los de anclaje de las
barras principales.
Figura 73. Imagen del soporte general
 Fase 2. Esta se compone por todos las partes encargadas de sostener y unir los
demás elementos que componen el sistema, en los cuales fue necesario utilizar el
sistema de fresado.
Figura 74. Fabricación de las camas
86
Figura 75. Soporte del tornillo y rodamiento (Chumacera)
 Fase 3.Consta de elementos formados en el torno como: Barras principales,
discos puller, soporte del disco de corte, barra de soporte del motor, y algunos
elementos que contienen rosca.
Figura 76. Soporte de sensores de longitud y medida
Figura 77. Soporte de la cuchilla de corte
87
Figura 78. Puller Principal
 Fase 4. Consiste de la fabricación del tornillo sin fin que genera el avance del
sensor de medida y el piñón – cremallera implementada para elevar la cuchilla de
corte. Son definidos en una etapa debido a su complejidad de fabricación.
Figura 79. Tornillo sin fin de arrastre
Figura 80. Cremallera (sistema de corte)
88
Figura 81. Piñón - Cremallera (sistema de corte)

Fase 5. En este punto del diseño se procede a ensamblar cada una de las partes
fabricadas con la ayuda de un torno y fabricando la rosca para tornillos 3/8 para la
sujeción y prisioneros para la unión de los disco de puller a los motores y las camas a
las barras principales.
Figura 82. Vista superior sistema de corte
Figura 83. Sistema de corte finalizado
89
5.2. Control implementado. Ya terminado y ensamblado los elementos mecánicos
procedemos a instalar los sensores a utilizar y realizar el cableado correspondiente al
sistema de corte como el que va dirigido a cada una de las partes que complementan el
sistema eléctrico de la máquina.
Figura 84. Sensor de nudo
Figura 85. Sistema de corte, sensores, motores y cableado inicial
Como se mostro en la Figura 37 donde se muestra el sistema de corte con sus sensores
de color rojo, encargados de presencia (1), distancia (3), nudos en el material (2), longitud
de corte (4) y en la máquina principal un sensor de temperatura (5) y un sensor de tensión
(6) y sus respectivos motores de color naranja, puller principal (1), puller intermedio (2),
90
puller de evacuación o final (3), servo motor de corte (4), ya implementados en el sistema
de corte físico.
 Montaje de prueba. De acuerdo a la facilidad de uso del sistema de corte
diseñado y la petición de la empresa de evitar en lo posible hacer una parada
controlada de la máquina principal durante el proceso de fabricación, se genera un
montaje provisional.
Figura 86. Sistema de corte, Montaje provisional(Caso 2)
Figura 87. Fuente y PLC
91
Figura 88. Montaje y tablero de control provisional
5.3. Pruebas velocidad de costura. Este ese momento el proceso estaba determinada
por el operario, convirtiéndolo en no continuo, además de no ser estándar la longitud de
las mismas. El diseño fabricado de la máquina está determinado para mejorar el proceso,
de coser 4 metros por minuto si se trabaja a velocidad máxima al doble o más si es
posible, sin caer en errores.
El la empresa TURBO JEAN el diseño original trabaja a una velocidad de 3 metros por
segundo en forma descontinuada, con el control implementado se espera lograr que el
proceso sea continuo y que el tiempo de fabricación disminuya de manera considerable
en el sistema de corte.
Como prueba preliminar se tomará los tiempos generados pero el sistema de corte y
Caso 2 explicado en el apartado 4.7.10 donde se muestra los diagramas del sistema a
implementar.
Se tendrá en cuenta la cantidad de pasadores generados en una hora de trabajo de
acuerdo a diferentes medidas, teniendo en cuenta la cantidad de fallas mecánicas q se
pueden producir.
Tabla 35. Cantidad de pasadores que corta en 1 hora
Muestra
Cm
Fallas en el
mecanismo
7
8
4
7
92
Metros
de
cordón
150
143
Cantidad
de
pasadores
2000
1720
Muestra
Cm
Fallas en el
mecanismo
9
10
11
12
13
14
15
Total
5
3
3
5
1
1
1
30
Metros
de
cordón
145
132
128
120
120
111
98
Cantidad
de
pasadores
1615
1330
1105
1050
910
700
650
11800
Fuente. Recopilación
5.4. Implementación en la máquina principal. Después de realizar pruebas de los
sistemas independientes se hace necesario para finalizar unir el sistema diseñado con la
máquina principal. De tal manera que se pueda tomar muestras del sistema conjunto y
llegar a una puesta a punto final.
Figura 89. Control implementado en la máquina principal (Caso 1)
Para la implementación del controlador PID se hace necesario obtener unas medida en
lazo abierto, para una velocidad promedio para una temperatura de máxima y mínima de
operación del sistema de control. Dicho proceso se realizó con tres tipos de material y dos
tipos de calibre de hilo, tomando la temperatura por medio de un sensor ubicado en la
base de la aguja de la máquina principal y describiendo la velocidad del motor según el
rango de operación ya obtenido.
Tabla 36.Comportamiento del mecanismo principal a TEMP- MIN. en una hora de trabajo.
HILO-TELA
75-10
CANTIDAD DE
METROS
115
VELOCIDAD
(RPM)
985
93
NUMERO DE
FALLAS
0
HILO-TELA
CANTIDAD DE
METROS
75-12
98
75-14
74
50-10
130
50-12
127
50-14
82
30-10
150
30-12
120
30-14
100
Fuente. Recopilación
VELOCIDAD
(RPM)
840
630
1100
1080
700
1280
1025
854
NUMERO DE
FALLAS
0
0
0
1
0
0
1
0
Tabla 37.Comportamiento del mecanismo principal a TEMP.MED. en una hora de trabajo.
HILO-TELA
CANTIDAD DE
METROS
75-10
168
75-12
149
75-14
119
50-10
190
50-12
178
50-14
117
30-10
205
30-12
155
30-14
148
Fuente. Recopilación
VELOCIDAD
(RPM)
1176
1043
830
1330
1248
819
1430
1085
1036
NUMERO DE
FALLAS
0
0
0
2
1
0
0
0
1
Tabla 38.Comportamiento del mecanismo principal a TEM. MAX. En una hora de trabajo.
HILO-TELA
CANTIDAD DE
METROS
75-10
220
75-12
200
75-14
160
50-10
250
50-12
230
50-14
150
30-10
260
30-12
200
30-14
180
Fuente. Recopilación
VELOCIDAD
(RPM)
1284
1160
940
1458
1340
875
1520
1160
1050
NUMERO DE
FALLAS
0
0
3
0
0
1
0
1
1
Al comparar las tablas 19 – 27 con las tablas 36 – 38 obtenemos que el proceso mejora al
implementar el controlador, debido a que el trabajo se vuelve continuo y disminuye la
cantidad de paradas por fallas, pero aun se hace necesario obtener una medida en
94
conjunto de del proceso denominado Caso 1, teniendo en cuenta las fallas generadas con
el sistema de control implementado. Se especificaran las fallas por medio de N (No fallo),
H (Falla en el hilo), A (Falla en la aguja), L (Looper), respectivamente. Para un rango de
operación máxima de 80°C donde no alcanza a generar fallas criticas.
Tabla 39. Hilo calibre 30 con material de 10 Onzas (TELA DELGADA) SERIE 1
MUESTRA
TIEMPO
1
5
2
10
3
15
4
20
5
25
6
30
7
35
8
40
9
45
10
50
11
55
12
60
13
65
14
70
15
75
16
80
17
85
18
90
Fuente. Recopilación
VELOCIDAD
40
921
1184
1343
1430
1415
1390
1370
1390
1410
1380
1410
1430
1390
1430
1415
1390
1370
FALLA
N
N
N
N
N
N
N
N
N
N
N
N
N
N
N
H
H
H
Tabla 40. Hilo calibre 30 con material de 12 Onzas (TELA MEDIA) SERIE 2
MUESTRA
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
TIEMPO
VELOCIDAD
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
40
1100
1472
1530
1439
1420
1405
1380
1365
1415
1428
1440
1375
95
FALLA
N
N
N
N
N
N
N
N
N
H
H
H
H
14
15
16
17
18
Fuente. Recopilación
70
75
80
85
90
1360
1380
1410
1430
1390
A
N
N
H
L
Tabla 41. Hilo calibre 30 con material de 14 Onzas (TELA GRUESA) SERIE 3
MUESTRA TIEMPO
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
Fuente. Recopilación
VELOCIDAD
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
70
75
80
85
90
40
1100
1680
1610
1542
1469
1428
1400
1405
1415
1370
1428
1380
1380
1430
1415
1390
1370
FALLA
N
N
N
N
N
N
H
H
H
N
N
A
A
N
N
N
N
N
Tabla 42. Hilo calibre 75 con material de 10 Onzas (TELA DELGADA) SERIE 4
MUESTRA TIEMPO
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
VELOCIDAD
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
40
1100
1680
1430
1255
1380
1540
1500
1430
1415
1380
1440
1420
96
FALLA
N
N
N
N
N
N
N
N
N
N
N
N
N
14
15
16
17
18
Fuente. Recopilación
70
75
80
85
90
1375
1370
1390
1420
1380
N
H
H
N
N
Tabla 43. Hilo calibre 75 con material de 12 Onzas (TELA MEDIA) SERIE 5
MUESTRA TIEMPO
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
Fuente. Recopilación
VELOCIDAD
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
70
75
80
85
90
40
1380
1655
1370
1130
1280
1450
1530
1480
1350
1250
1280
1400
1405
1415
1370
1428
1380
FALLA
N
N
N
N
N
N
N
N
N
N
N
N
N
H
H
N
N
H
Tabla 44. Hilo calibre 75 con material de 14 Onzas (TELA GRUESA) SERIE 6
MUESTRA TIEMPO
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
VELOCIDAD
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
40
1000
1380
1620
1320
1130
1270
1430
1470
1480
1355
1340
1390
97
FALLA
N
N
N
N
N
N
N
N
N
N
N
N
N
14
15
16
17
18
Fuente. Recopilación
70
75
80
85
90
1480
1440
1420
1390
1420
H
N
N
N
H
Figura 90 Respuesta en lazo cerrado del sistema de control
1800
1600
1400
1200
1000
800
600
400
200
0
0
10
Series1
20
30
Series2
40
50
Series3
60
Series4
70
80
Series5
90
100
Series6
Al obtener estas nuevas mediciones se da a conocer las mejoras que obtuvo el proceso
de costura, por la disminución de fallas, la eliminación de las fallas críticas y el aumento
en el tiempo de ejecución del proceso.
La Figura 63. Representa la velocidad del motor en RPM con respecto al tiempo, dando a
ver el comportamiento de la acción de control para cada tipo de material.
5.5. Pruebas sistema completo. De tal manera se toma una nueva muestra pensando
Además de tener en cuenta las fallas generadas en el nuevo sistema. Se especificaran las
fallas por medio de N (No fallo), H (Falla en el hilo), A (Falla en la aguja), L (Looper),
respectivamente esto para el caso 1 y fallas mecánicas como Puller (P), corte (C),
98
presencia de tiras (T),caso 2, siendo así la implementación del sistema conjunto
denominado Caso 3.
En el desarrollo de este proceso de evidencia la diferencia de velocidades de operación
que tiene la máquina principal con respecto al sistema de corte. Sin importar que este
caso comprenda el funcionamiento del sistema en conjunto cada una de sus partes
mantienen una autonomía en su comportamiento.
Figura 91. Sistema completo en la máquina principal (Caso 3)
Tabla 45. Comportamiento del sistema en lazo cerrado en una hora trabajo (Velocidad baja)
HILO-TELA
CANTIDAD DE
METROS
75-10
115
75-12
98
75-14
74
50-10
130
50-12
127
50-14
82
30-10
150
30-12
120
30-14
100
Fuente. Recopilación
CANTIDAD DE
PASADORES
1477
1330
952
1772
1632
1134
2057
1585
1273
FALLAS
N
N
N
N
L
N
P
N
N
Tabla 46. Comportamiento del sistema en lazo cerrado en una hora trabajo (Velocidad media)
HILO-TELA
75-10
75-12
CANTIDAD DE
METROS
168
149
CANTIDAD DE
PASADORES
2350
2071
99
FALLAS
N
N
HILO-TELA
CANTIDAD DE
METROS
75-14
119
50-10
190
50-12
178
50-14
117
30-10
205
30-12
155
30-14
148
Fuente. Recopilación
CANTIDAD DE
PASADORES
1590
2585
2341
1478
2880
2085
2071
FALLAS
N
N
N
H
H
P
N
Tabla 47. Comportamiento del sistema en lazo cerrado en una hora trabajo (Velocidad Alta)
HILO-TELA
CANTIDAD DE
METROS
75-10
220
75-12
200
75-14
160
50-10
250
50-12
230
50-14
150
30-10
260
30-12
200
30-14
180
Fuente. Recopilación
CANTIDAD DE
PASADORES
3085
2757
2098
3457
3086
1985
3575
2757
2278
FALLAS
N
N
N
L
N
N
H
N
N
En las tablas 18 - 27, donde se habla de las fallas en proceso y el nivel de producción, se
obtiene que el tiempo entre fallas se mantiene casi constante, la alta cantidad de fallas
que se presentan y el estado de ánimo del operario retrasan considerablemente el
proceso, además del alto riesgo al que están sometidos (decir cuales tablas y algunos
datos de ejemplo). En las tablas 45- 47 Que muestran los resultaos de la implementación
del controlador y el sistema de avance y corte de pasadores, las fallas críticas
desaparecen y el tiempo entre fallas aumenta, como por ejemplo en un promedio cada 17
metros se presenta dos falla mecánicas y con el sistema implementado cada 60 metros
aparecen, como se ve reflejado en un segmento HILO–TELA 50-14 de la tabla 46,
convirtiendo el proceso en continuo generando un aumento de la producción, además de
reducir la cantidad de accidentes.
6. COSTOS.
El presente capítulo contiene una descripción general de todos los gastos realizados para
obtener el valor de la inversión realizada en el diseño y construcción de la máquina.
6.1.
Costos directos. En el análisis de costos directos se toman en cuenta los gastos
por materiales, mano de obra y transporte, detallados en las siguiente tabla:
100
Tabla 48. Costo de materiales y accesorios mecánicos
CANTIDAD
1
MATERIAL
DESCRIPCION
Platina de aluminio
1
Platina de aluminio
1
1
Barra acero 1010
Perfil cuadrado acero
1010
Platina acero 1010
1
1
1
1
8
40
6
2
1
2
1
Barra acero 1010
Barra dentada
Lamina acrílico
Tornillos rosca
ordinaria brístol
Tornillos prisioneros
Tornillos
Rodamientos
Teflón anti desgaste
Barras de soldadura
Cuchilla de corte
10 x 70 x 800
mm
30 x 100 x 100
mm
10D x1000 mm
10 x 10 x2000
mm
30 x 150 x 200
mm
40D x 200 mm
10D x 1000
3 x 30 x 30 mm
1/8 rosca
ordinaria
3/16
3,5mm
6000 2RS
50D x 8 mm
---D. 5cm
COSTO
80.000
10.000
9.000
18.000
15.000
15.000
4.000
15.000
3.000
5.000
4.000
8.000
5.000
10.000
5.000
El costo de materiales mecánicos de la máquina es de 206.000 pesos
Tabla 49.Costo de materiales y accesorios eléctricos y electrónicos
Cantidad
4
30
4
15
15
1
7
1
1
5
5
10
2
Material
Descripción
Circuitos impreso
Resistencia
Relevos
Borneras
Borneras
Puente H
Pulsadores
Interruptor
Paro de emergencia
Metros de cable rojo
Metros de cable
negro
Metros de cable
verde
Cable para
protoboard
--1/4wattio
5 pines
2 pines
3 pines
Ref 128b
N/A
2 posiciones
N/A
Calibre 16
Calibre 16
150.000
300
4.000
4.500
7.500
10.000
5.600
1.000
8.000
1.500
1.500
Calibre 16
3.000
Calibre 14
1.600
101
Costo
2
Cables Eternet
200
1
1
1
1
3
1
2
3
1
Terminales
Fusible
Portafusible
Cama para soldar
Cama para soldar
Transistores
Sensor de
temperatura
Emisor receptor
infrarrojo
Finales de carrera
Moto reductores
Moto
1
1
1
1
Servomotor
Motor Hingter
Lcd
Microcontolador
1
1
PLC
Fuente
1
1
100
1
3
Caja de control
Barra de soporte
Abrazaderas
Cable de teléfono
Metros de auto
fundente
Tubo de soldadura
Crema para soldar
2
1
1
2 metros 8
hilos
Calibre 16
2 amperios
Externo
8 pines
16 pines
N2222
Lm335
5.000
---
4.000
N/A
6v - 120rpm
24v –
2000rpm
6v – 190°
Ref HT800
128x64
Arduino
mega
Array 12L
120vac –
24dc 2A
30x28 cm
Estándar
Cortas
4 hilos
Todos los
calibres
Estaño
---
1.500
75.000
40.000
8.000
1.000
1.500
500
700
750
3.000
45.000
350.000
50.000
170.000
480.000
150.000
45,000
2.000
5.000
2,000
5.000
2.000
3.000
El costo de materiales eléctricos y electrónicos de la máquina es de 1.648.450
Tabla 50.Costo de maquinaria, mano de obra y equipos utilizados
Materiales
Torno
Soldadura MIG
Fresado
Compresor
Otros equipos
Herramienta
manual
Costo/Hora
Horas equipo
Costo
30.000
14
40.000
1
30.000
8
10.000
1
------------5% mano de obra
440.000
40.000
280.000
10.000
-------
Total
770.000
102
Tabla 51.Costo por transporte
Transporte
Costo
Material a taller
1.750
Máquina a planta
40.000
Otros
------Transporte total
Cantidad
60
1
---------
Costo
105.000
40.000
--------145.000
6.2 Costos indirectos.
Tabla 52.Valor total de costos indirectos
Detalle
Cantidad (%)
Imprevistos
Total de costos indirectos
700.000
700.000
6.3 Costos totales. Los costos totales equivalen a la suma de los costos directos e
indirectos, estos dos sumados tiene el valor de 3.469.450 pesos
103
7. CONCLUSIONES
Se diseño y fabrico un prototipo, basado en un sistema secuencial teniendo en cuenta los
elementos de sujeción y corte, contando en su gran mayoría con sobre diseño, debido a
los pequeños esfuerzos y los requerimientos de la empresa patrocinadora. Encargado de
recibir, cortar y almacenar el material saliente de la recubirdora Kansai.
Se desarrollo un interfaz de usuario de fácil manejo, que permite introducir los
requerimientos básicos para el control implementado, que además muestra en tiempo real
lo que pasa durante ejecución del proceso
Se implemento un control de velocidad PID experimental, por medio de la programación
del modulo ARDUINO MEGA, para tres tipos de velocidades de operación (Alta, Media,
Baja) determinadas por los tipos de tela, aplicado aun motor DC que facilita el proceso
continuo y bajo consumo por medio de la regulación de pulso PWM.
Se disminuyo el consumo de energía con la implementación del motor DC HT800 y el
controlador, dado a que el proceso se convierte en continuo disminuyendo el tiempo para
producir la misma cantidad de pasadores.
Se redujo el tiempo de ejecución del proceso, para telas de tamaño medio (12 onzas) y
delgado (10 onzas), la tela gruesa se mantiene su rendimiento debido a las fallas que
presenta el mecanismo principal al ser sometido a altas velocidades, que para ser
corregidas afectarían el diseño original y el normal desempeño para otros procesos.
Se implemento un cambio automático - manual por medio de programación en el
ARDUINO MEGA, interrumpiendo la señal del controlador PID en cualquier punto del
proceso al accionar el pedal incorporado en diseño original.
Se implemento un control y el sistema de avance y corte de pasadores, que aumentan el
tiempo en la producción al desaparecer las fallas críticas y aumentan el tiempo entre fallas
generales, convirtiendo el proceso en un sistema continuo, además de evitar el contacto
de los operadores reduciendo la cantidad de accidentes, tal como se describió en el
proceso inicial donde se evidencio la alta cantidad de fallas, criticas, generales y
accidentes, dando a conocer la influencia del estado de animo del operario en los retrasos
en la producción general, evitando afectar el desarrollo del proceso normal de la maquina
Recubirdora Kansai haciendo el sistema desmontable.
104
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http://es.wikipedia.org/wiki/Mantenimiento_productivo_total
106
ANEXOS
107
DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN SISTEMA DE AVANCE Y CORTE PARA LA
AUTOMATIZACIÓN DEL PROCESO DE MANUFACTURA DE PASADORES PARA LA
CONFECCIÓN DE ROPA APLICADO A LA MAQUINA RECUBRIDORA KANSAI
JAIRO YESID VARGAS
HECTOR GABRIEL OCHOA LOAIZA
UNIVERSIDAD DE SAN BUENAVENTURA
FACULTAD DE INGENIERÍA
INGENIERÍA MECÁTRONICA
BOGOTÁ
2012
108
DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN SISTEMA DE AVANCE Y CORTE PARA LA
AUTOMATIZACIÓN DEL PROCESO DE MANUFACTURA DE PASADORES PARA LA
CONFECCIÓN DE ROPA APLICADO A LA MAQUINA RECUBRIDORA KANSAI
JAIRO YESID VARGAS
HECTOR GABRIEL OCHOA LOAIZA
Trabajo de grado como requisito para optar por el título de
Ingeniero Mecatrónico
Tutor
Ing. Leonardo Rodríguez
UNIVERSIDAD DE SAN BUENAVENTURA
FACULTAD DE INGENIERÍA
INGENIERÍA MECÁTRONICA
BOGOTÁ
2012
109
Nota de aceptación:
Firma del jurado
Firma del jurado
Firma del jurado
Bogotá (17, Octubre, 2012)
110
Agradecimientos
A todas las personas que participaron e hicieron posible este proyecto, muchas gracias
por su apoyo y enseñanzas: al Ingeniero Leonardo Rodríguez por ser el tutor del proyecto,
a los Ingenieros Alcy Blanco y Germán Castañeda por la colaboración y asesoría, a
Daniela Jara Marlés por su ayuda incondicional.
También a mi compañero de trabajo por sus ideas, apoyo que permitieran la realización
de esta tesis.
Un agradecimiento muy especial merece la comprensión, paciencia y el ánimo recibidos
de mi familia.
A todos ellos, muchas gracias.
Jairo Yesid Vargas Montaña y Héctor Gabriel Ochoa Loaiza
111