ANÁLISIS DELAS CAUSAS DEL DESPERDICIO ORIGINADO EN …

ANÁLISIS DE LAS CAUSAS DEL DESPERDICIO ORIGINADO EN EL PROCESO DE HILATURA Y FORMULACIÓN DE LAS RECOMENDACIONES EN

INDUSTRIAS KENT Y SORRENTO S.A.

ANGÉLICA MARÍA MEDINA ALMARIO

UNIVERSIDAD AUTONOMA DE OCCIDENTE FACULTAD DE INGENIERÍA

DEPARTAMENTO DE SISTEMAS DE PRODUCCIÓN PROGRAMA DE INGENIERIA DE PRODUCCIÓN

SANTIAGO DE CALI 2006

ANÁLISIS DE LAS CAUSAS DEL DESPERDICIO ORIGINADO EN EL PROCESO DE HILATURA Y FORMULACIÓN DE LAS RECOMENDACIONES EN

INDUSTRIAS KENT Y SORRENTO S.A.

ANGÉLICA MARÍA MEDINA ALMARIO

Pasantía para optar el titulo de Ingeniera de Producción

Director Académico:

JUAN CARLOS OTERO JARAMILLO Ingeniero mecánico

Docente Universidad Autónoma de Occidente

Asesora: ING. JENNY A. MOSQUERA Ms. C.

UNIVERSIDAD AUTONOMA DE OCCIDENTE FACULTAD DE INGENIERÍA

DEPARTAMENTO DE SISTEMAS DE PRODUCCIÓN PROGRAMA DE INGENIERIA DE PRODUCCIÓN

SANTIAGO DE CALI 2006

Nota de aceptación:

APROBADO por el comité de grado en cumplimiento de los requisitos exigidos por la Universidad Autónoma de Occidente para optar al titulo de Ingeniero de producción.

Ing. LUIS ALFONSO GARZÓN Jurado

Santiago de Cali, 04 de Julio del 2006

CONTENIDO

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GLOSARIO 10 RESUMEN 12 INTRODUCCIÓN 14 1. MARCO TEÓRICO 15 1.1 MATERIALES PLÁSTICOS 15 1.2 DESCRIPCIÓN DEL PROCESO DE EXTRUSIÓN 15 1.2.1 Extrusión de monofilamento 18 1.3 CONTROL ANÁLITICO DEL PROCESO 19 2. OBJETIVOS 22 2.1 OBJETIVO GENERAL 22 2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS 22 3. IDENTIFICACIÓN Y CUANTIFICACIÓN DEL DESPERDICIO 23 3.1 ANALISIS Y DESCRIPCION DEL PROCESO GLOBAL DE LA EMPRESA 23 3.1.1 Programación 23 3.1.2 Almacenamiento 23 3.1.3 Mezclado 23 3.1.4 Extrusión 24 3.1.5 Encarretado 24

3.1.6 Enconado 24 3.1.7 Urdido 24 3.1.8 Encanillado 24 3.1.9 Tejido 25 3.1.10 Medición 25 3.1.11 Confecciones 25 3.1.12 Proceso para la elaboración de los productos finales 25 3.2 CLASIFICACIÓN DEL DESPERDICIO 29 3.2.1 Extrusora 29 3.2.2 Urdido 29 3.2.3 Encanilladora 29 3.2.4 Telares 29 3.2.5 Cintas 29 3.2.6 Medición 29 3.2.7 Confecciones 30 3.3 CUANTIFICACIÓN DEL DESPERDICIO 30 4. ANÁLISIS Y CUANTIFICACIÓN DE LAS CAUSAS DEL DESPERDICIO 33 4.1 ANÁLISIS DE LAS CAUSAS 33 4.1.1 Análisis de causa y efecto 33 4.2 CUANTIFICACIÓN DE LAS CAUSAS 36

4.2.1 Análisis de pareto 36 5. ORIGEN TEORICO DE LA CAUSA PRINCIPAL DEL DESPERDICIO 39 5.1 EXPLICACIÓN TEÓRICA DE LOS DADOS DIFUSORES 39 5.1.1 Dados de sección transversal circular 39 5.1.2 Dados de sección transversal anular 46 5.2 DISEÑO DE UN SISTEMA DE DISTRIBUCIÓN EN UN MANDRIL 59 5.2.1 Dimensionamiento del sistema de distribución en un mandril cilíndrico 60 5.2.2 Dimensionamiento del sistema de distribución en un mandril estrechado 64 6. CONCLUSIONES 69 7. RECOMENDACIONES 70 7.1 MATERIAL 70 7.2 MANO DE OBRA 71 7.3 MÁQUINA 71 7.4 MÉTODO 72 BIBLIOGRAFÍA 73

LISTA DE TABLAS

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Tabla 1. Desperdicios de enero del 2006 30 Tabla 2. Desperdicios de febrero del 2006 30 Tabla 3. Desperdicios de marzo del 2006 31 Tabla 4. Desperdicios de abril del 2006 31 Tabla 5. Desperdicios de mayo del 2006 31 Tabla 6. Promedio de desperdicios por área 31 Tabla 7. Porcentajes de los desperdicios 32 Tabla 8. Datos para el análisis de pareto 37 Tabla 9. Datos experimentales 39 Tabla 10. Proceso de peletización en caliente 42

LISTA DE FIGURAS

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Figura 1. Extrusor 16 Figura 2. Zonas del tornillo 17 Figura 3. Tipos de tornillo 17 Figura 4. Tornillo con zona de descompresión 18 Figura 5. Modelo típico para extruir monofilamento 18 Figura 6. Extrusión de monofilamento 19 Figura 7. Diagrama de flujo del Anjeo plástico 26 Figura 8. Diagrama de flujo de la Cinta plástica tejida 27 Figura 9. Diagrama de flujo de las Bolsas plásticas tejidas 28 Figura 10. Diagrama causa y efecto o espina de pescado aplicado al proceso de extrusión 34 Figura 11. Diagrama análisis del proceso aplicado al proceso de extrusión 35 Figura 12. Diagrama de pareto 38 Figura 13. Peletizador con cuchilla de eje céntrico 40 Figura 14. Peletizador con cuchilla de eje concéntrico 41 Figura 15. Geometría de un dado peletizador 43 Figura 16. Arriba: Líneas características del dado para dados con una sección circular transversal y diferente L/R=a(a1<a2<a3) Abajo: Determinación de las correcciones entrantes 44 Figura 17. Dado peletizador debajo del agua 45

Figura 18. Dado de mandril soporte alimentado centralmente 47 Figura 19. Patas de la araña 48 Figura 20. Dado de mandril araña-soporte (por encima de 160mm) 48 Figura 21. Dado de mandril soporte alimentado centralmente y las posibilidades de reducir las líneas de la araña. 50 Figura 22. Distribución de espesor de las paredes de un soplado 51 Figura 23. Sistema de mandril soporte 52 Figura 24. Dado de alimentación lateral 53 Figura 25. Dado de mandril en espiral 53 Figura 26. Dados de mandril en espiral para la extrusión de películas sopladas 54 Figura 27. Flujo de un distribuidor de fusión de mandril en espiral 55 Figura 28. Sistema de distribución de un mandril de capa cilíndrica 60 Figura 29. Procedimiento para diseñar un sistema de distribución para un mandril cilíndrico 63 Figura 30. Sistema de distribución con un mandril de capa estrechado 64 Figura 31. Procedimiento para diseñar un sistema de distribución para un mandril estrechado 68

GLOSARIO

BASTIDOR: armazón metálico que soporta los conos o carretos que se utilizan para el proceso de urdido y de tejido de cinta. BOREHOLE: agujeros taladrados que se encuentran en el plato de hilado. CARRETO: cilindro hueco con tapas en sus dos lados, en donde se enrollan los monofilamentos de sección transversal rectangular producidos por el proceso de extrusión; posteriormente son utilizados en el proceso de tejido de la cinta. CILINDRO: dispositivo metálico en donde se enrollan los hilos ya urdidos, para después pasarlos a los telares. CONO: cilindro metálico en donde se enrollan los monofilamentos de sección transversal circular producidos por el proceso de extrusión; posteriormente son preparados en el proceso de urdido y encanillado para el funcionamiento del proceso de los productos finales. DISPOSITIVO FROTADOR: dispositivo utilizado para borrar las marcas de flujo formadas por las patas de araña que sostienen al mandril en el dado. (MICHAELLI, Walter, Extrusion Dies. Munich: Hanser Publisher, 1992. p. 50.) ESPINERETES: agujeros por donde fluye el material polimérico a la salida del cabezal en el proceso de hilatura. EXTRUDATE: masa polimérica extrudida. EXTRUDER: tornillo extrusor. GAP: distancia o separación que conforma el claro o hueco donde fluye el material. HILO PLANO: monofilamento de sección transversal rectangular, utilizado como materia prima para la fabricación de las cintas. HOUSING: alojamiento usado en términos de rodamientos, piñones, etc. LAND: región plana (no cónica) del dado ubicada a la salida del dado.

MANIFOLD: canal de distribución que conduce la masa polimérica fundida a los dados en máquinas de dos o más salidas. PARISONS: especie de manga que extruye anularmente, utilizada en las máquinas de moldeo por soplado para fabricar embases. PELETS: material peletizado. Producto del paletizado de forma aproximadamente esférica o cilíndrica. SCREEN PACK: tubo central con agujeros perforados para aumentar la presión con el fin de uniformizar la masa fundida. TELAR: máquina utilizada para tejer. THROUGHPUT: relación entre la entrada y salida de la fusión. TRAMA: monofilamento utilizado como materia prima para la fabricación del anjeo plástico, cinta y tela para la bolsa (PP+PE). URDIMBRE: monofilamento de sección transversal circular, utilizado como materia prima para la fabricación del anjeo plástico y las bolsas (PP).

RESUMEN

Constantemente las empresas deben apostar por la instalación de metodologías nuevas y más complejas; que permitan una óptima utilización de las materias primas con el fin de ser más competitivos, sobrevivir y seguir creciendo en el sector productivo en el que se desempeñan; alcanzando una posición ventajosa en el mercado nacional e internacional por la calidad de sus productos y la calidad tecnológica; beneficiando a los clientes, empleados, proveedores y a la sociedad. Uno de los inconvenientes que se presentan con frecuencia en las empresas, es la gran cantidad de desperdicio que genera alguno de sus procesos; trayendo consigo problemas de calidad y aumento de costos que influyen de manera perjudicial en la producción económica de la empresa. Industrias Kent y Sorrento S.A. es una de ellas; en donde su principal y más preocupante problema, es el desperdicio que ocasiona el proceso de hilatura o de extrusión, causando problemas en el buen funcionamiento de los procesos posteriores a el, afectando continuamente la calidad de los productos finales. Para una notable mejoría de este problema, era necesario desarrollar un estudio en el que se aplicaran precisas metodologías de análisis al proceso de hilatura, con el fin de diagnosticar los posibles factores que causan la presencia de gran cantidad de desperdicio; y de la misma manera, identificar el principal de ellos. Para tener éxito en los resultados de este estudio, era conveniente realizar un análisis general de lo concerniente a materiales plásticos y extrusión de monofilamentos; con el fin de obtener un conocimiento global del tema y de este modo, poder identificar las irregularidades que se estén presentando o manejando en el proceso de extrusión que realiza la empresa. Esta información recopilada fue analizada con una de las técnicas más completas para el diagnóstico de un problema en un proceso llamada Análisis de causa y efecto; esta es una solución cuantitativa que apoya la localización de los orígenes del problema resumiéndolos gráficamente en diagramas como el de causa y efecto conocido como la espina de pescado, y el análisis del proceso; diagramas que presentan una imagen en donde se representa una relación significativa entre un efecto y sus múltiples causas. Para efectuar una cuantificación exacta de las causas proporcionadas por la metodología anterior, se realizaron toma de datos en donde se obtuvo la

frecuencia con la que se presentaron cada una de ellas. Esta información fue aplicada al Análisis de pareto, en donde se identificó el factor principal que genera la producción de desperdicio. Finalmente se plantearon las recomendaciones correspondientes, con el propósito de facilitar algunas soluciones a la empresa.

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INTRODUCCIÓN

Industrias Kent y Sorrento S.A. es una empresa manufacturera dedicada a la fabricación de anjeo plástico, cintas y bolsas plásticas tejidas. Para obtener el producto final realizan procesos como el de extrusión, urdido, tejido y confecciones; siendo el proceso de extrusión o de hilatura el principal de ellos, ya que éste es el encargado de la fabricación del monofilamento que posteriormente será utilizado como materia prima en la elaboración de los productos finales. El estudio que se está llevando a cabo con el desarrollo de este proyecto es el de realizar el respectivo análisis a las causas que están generando grandes cantidades de desperdicio en el proceso de extrusión que efectúa la empresa (alrededor de 327 Kg. /mes equivalente al 60% del desperdicio total); siendo este uno de los inconvenientes más significativos que se presentan en ella. Actualmente en la empresa se esta llevando un control de la cantidad de desperdicio que se produce; y aunque se han tomado decisiones de cambio respecto a algunos parámetros que se manejan en este proceso con el fin de disminuir esta cantidad, los resultados no han sido totalmente satisfactorios ya que para obtenerlos se debe realizar el estudio correspondiente de cada uno de los factores que se crean los causantes a este gran problema que ha tenido un efecto perjudicial en la calidad y producción del material. Estos factores serán estudiados con diferentes metodologías de análisis usadas en el control de la calidad, conocidas como el Control analítico del proceso. Estas técnicas nos proporcionan un medio útil para analizar un problema a través de la organización del conocimiento sobre un proceso; todo esto con el fin de identificar las verdaderas causas que generan este problema y de la misma manera, plantear posibilidades de solución para mejorar las dificultades que se han presentado en la productividad de la empresa.

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1. MARCO TEÓRICO

1.1 MATERIALES PLÁSTICOS Los Plásticos son materiales polímeros orgánicos (compuestos formados por moléculas orgánicas gigantes), que pueden deformarse hasta conseguir una forma deseada por medio de extrusión, moldeo o hilado. Debido a esto y a que pueden ser manejados y moldeados con facilidad, el uso de los materiales plásticos en diferentes procesos de transformación se ha incrementado de manera evidente.1

Entre los polímeros empleados como plásticos se encuentran algunos como el polietileno, polipropileno, poliestireno, policloruro de vinilo, nylon, entre otros; y debido a la popularidad, versatilidad en los procesos, coste competitivo, facilidad de reciclado y el elevado número de aplicaciones, el polipropileno es uno de los más elegidos por excelencia en Colombia y en el mundo, acompañado del polietileno aunque en más bajo porcentaje.2 Por acción de la temperatura, estos dos polímeros pueden cumplir un ciclo de calentamiento-fusión y enfriamiento-solidificación repetidas veces sin sufrir alteraciones, es decir, se derriten cuando se calientan y se transforman en fluidos, que posteriormente se endurecen cuando se enfrían y se transforman en sólidos, por esta razón se los denomina Termoplásticos. Estas propiedades hacen que el polietileno y el polipropileno sean los polímeros más comunes en procesos de moldeo como el de inyección, compresión y extrusión.

1.2 DESCRIPCIÓN DEL PROCESO DE EXTRUSIÓN La Extrusión es uno de los procesos más importantes y aplicados en la Industria de transformación de plásticos. Entre los productos que se pueden manufacturar se encuentran: tuberías, mangueras, fibras, películas e ilimitados perfiles.3

1 MEYSENBUG, C. M. von. Tecnología de plásticos para ingenieros. Bilbao: Urmo, 1973. p. 18. 2 Sector de los transformados plásticos [en línea]. Europa: www.plastunivers.com, 2002. [Consultado 16 de Febrero, 2006]. Disponible en: http://www.plastunivers.com/Tecnica/Hemeroteca/ArtículoCompleto.asp?ID=5106 3 RAMOS DE VALLE, Luís Francisco. Extrusión de plásticos: principios básicos. Saltillo: Limusa S.A., 2000. p. 69.

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Este es un proceso mediante el cual se da forma a un termoplástico; el material se alimenta al extrusor por medio de la tolva, mientras que el husillo o tornillo gira dentro del barril o cilindro, empujando el material a una velocidad específica a lo largo del barril, con el fin de fundir el material y aplicar presión en el, bajo condiciones establecidas; forzándolo a pasar de modo uniforme y constante a través del dado, cuyo diámetro corresponde al del hilo dando la forma deseada. Una vez que sale el material debe ser enfriado rápidamente para mantener la forma que se obtiene en el dado. Figura 1. Extrusor

Fuente: MEYSENBUG, C. M. von. Tecnología de plásticos para ingenieros. Bilbao: Urmo, 1973. p. 77. La sección del tornillo y barril de un extrusor tiene cuatro funciones principales: presurizar, calentar, mezclar y bombear. Para hacer cada función más eficiente se divide este tornillo en tres zonas: alimentación, compresión y dosificación (Figura 2). La zona de alimentación tiene la función de colectar los gránulos de la tolva y transportarlos hacia delante en el canal del tornillo, al mismo tiempo que se calientan y comprimen; la fusión de los gránulos ocurre en la zona de compresión para consolidar el plástico; y la zona de dosificación tiene la función de hacer que la masa de plástico fundido alcance la consistencia y presión requeridas para la extrusión.

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Figura 2. Zonas del tornillo

Fuente: MEYSENBUG, C. M. von. Tecnología de plásticos para ingenieros. Bilbao: Urmo, 1973. p. 79. En el tornillo (b) de la figura 3, la zona de compresión es más corta que en el tornillo (a), pero en cada caso se observa que a medida que se avanza en el tornillo hay una disminución en la profundidad del canal; esto ayuda a una mayor compresión de los gránulos. La mayoría de los tornillos son del tipo a, aunque los de tipo a se utilizan para materiales plásticos que tienen un estrecho intervalo de fusión, tales como las poliamidas (nylons) y los de tipo b se utilizan con plásticos que tienen mayor intervalo de fusión, tales como los polietilenos.4

Figura 3. Tipos de tornillo

Fuente: RAMOS DE VALLE, Luís Francisco. Extrusión de plásticos: principios básicos. Saltillo: Limusa S.A., 2000. p. 71. 4 RAMOS DE VALLE, Luís Francisco. Extrusión de plásticos principios básicos. Saltillo: Limusa S.A., 2000. p. 69.

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Hay que tener en cuenta que algunos materiales tienden a producir gases durante la extrusión, lo que provoca que los extrudidos presenten burbujas o porosidad. Si la presión en la punta del tornillo no es muy alta, el canal del tornillo en la zona de descompresión no se encontrará lleno y la presión en ese punto será casi igual a la atmosférica; entonces, será posible hacer un agujero en el barril en ese punto y permitir que escapen los gases. Esto puede reducirse utilizando un tornillo con una zona de descompresión, como se muestra en la siguiente figura. Figura 4. Tornillo con zona de descompresión

Fuente: RAMOS DE VALLE, Luís Francisco. Extrusión de plásticos: principios básicos. Saltillo: Limusa S.A., 2000. p. 76. 1.2.1 Extrusión de monofilamento. Los plásticos más utilizados en la fabricación de monofilamento son: polipropileno, polietileno, nylon, policloruro de vinilideno y poliestireno. Esencialmente consiste de tres pasos típicos para producir monofilamento:

Extrusión del filamento hacia un baño de enfriamiento. Orientación del filamento. Enfriamiento y solidificación del filamento.

Figura 5. Modelo típico para extruir monofilamento

Fuente: RAMOS DE VALLE, Luís Francisco. Extrusión de plásticos: principios básicos. Saltillo: Limusa S.A., 2000. p. 120.

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Aunque la figura anterior muestra un modelo típico para producir monofilamento, el proceso utilizado en Industrias Kent y Sorrento es el siguiente utilizando el polipropileno (PP) y el polietileno (PE) como materia prima:

1. Extrusión de los hilos hacia un baño de enfriamiento. 2. Orientación de los hilos al primer tren de rodillos. 3. Primer baño de calentamiento. 4. Segundo tren de rodillos. 5. Segundo baño de calentamiento. 6. Tercer tren de rodillos. 7. Embobinado.

Figura 6. Extrusión de monofilamento

El monofilamento se extruye a través de un dado multiorificios hacia un baño de enfriamiento, se pasa después por tres pares de rodillos tensores, separados entre si por dos baños de agua caliente y finalmente embobinado. Los rodillos ayudan a un mayor estiramiento, al igual que los baños de calentamiento debido a la temperatura que le proveen al material. 1.3 CONTROL ANÁLITICO DEL PROCESO Muchas Empresas cometen el error de juzgar la calidad preguntando si todos han cumplido con sus obligaciones, esto no corresponde a la finalidad de la calidad; ya que el consumidor juzga si la calidad de un producto vale el precio en relación con el producto de la competencia:

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“La calidad se debe juzgar desde el punto de vista del resultado final, no desde el punto de vista de las tareas concluidas”.5

En el pasado, las empresas no contaban con una organización formal ni por razones de calidad ni por ninguna otra causa, esta situación comenzó a cambiar desde que se produjo la Revolución Industrial, debido a que con ella se inició la manufactura de piezas intercambiables en donde era conveniente exigir por lo menos una inspección para asegurar que las piezas se pudieran ensamblar. En 1913 el creador de la Ford Motor Company: Henry Ford, introdujo en su fábrica la técnica de la cadena de montaje para empezar a utilizar piezas intercambiables para los coches, y aunque no fue su creador se convirtió en el pionero y principal responsable de que las aplicaciones de métodos de producción en masa y su administración se generalizaran, beneficiando a muchas empresas manufactureras. Es desde ahí donde surge “La Administración científica”, convirtiéndose en el método de administración predominante; en donde se estableció la inspección como departamento. El departamento de inspección estaba conformado por varios capataces supervisados por un Jefe y este rendía cuentas al gerente de la fábrica. La existencia de esta actividad de inspección ayudó a evidenciar el costo que producían los rechazos y al notar el desperdicio muchas personas vieron la necesidad de evitar los defectos.6

Más adelante entre 1930 y 1940, se diseñaron técnicas y métodos estadísticos, los cuales proporcionaron medios para evitar los defectos mediante el control de procesos llamados Métodos estadísticos para el control de la calidad (SQC, Statistical Quality Control); esto ayudó a que las Empresas tuvieran vicepresidentes y gerentes de calidad para que rindieran cuentas directas al presidente ejecutivo. De igual manera, se diseñaron un conjunto de técnicas utilizadas para la mejora de cualquier proceso, denominadas Control analítico del proceso (CAP) o (SPC, Analitic process control). Estas técnicas incluyen algunas como: tormenta de ideas, análisis de pareto, análisis del proceso, análisis de causa y efecto, diagramas de dispersión, histogramas, etc.; técnicas que ayudan a localizar los orígenes de un problema y algunas soluciones, involucrando una recopilación de datos relacionados con el proceso y resumiéndolos gráficamente.7

5 PYZDEK, Thomas, Organización y administración de la calidad. Manual de control de la calidad en la Ingeniería 1. México: Mc Graw Hill, 1996. p. 1. 6 Ibid., p. 2-4. 7 Ibid., p. 245.

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Una de las técnicas más completas para el diagnóstico de un problema en un proceso es el Análisis de causa y efecto, este proporciona un medio útil para analizar un problema, ya sea antes o después de reunir los datos, a través de la organización del conocimiento sobre un proceso. Estas técnicas muestran una imagen que representa una relación significativa entre un efecto (problema) y sus múltiples causas. Uno de los diagramas de este análisis es el de la enumeración de las causas (conocido como diagrama causa y efecto o espina de pescado); es una gráfica que considera todas las causas posibles de un problema. Otro diagrama de esta técnica es el de análisis del proceso, que se emplea para buscar causas analizando cada paso del flujo del proceso de producción.

Otra de las técnicas que se utilizan para solucionar este tipo de problemas es el análisis de pareto, conocida también como la regla de los 80-20%: 80% de las ventas las genera el 20% de los clientes, y como sería en nuestro caso: 80% de los problemas del proceso están localizados en el 20% de los pasos del proceso. Este análisis identifica los pocos problemas que ofrecen la oportunidad más grande para mejorar.8

Estas dos técnicas proporcionarán las herramientas necesarias para encontrar las posibles causas que nos generan el problema de desperdicios que se presenta en el proceso de extrusión (hilatura) y así mismo plantear posibilidades de solución. 8 PYZDEK, Op. cit., p. 245.

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2. OBJETIVOS

2.1 OBJETIVO GENERAL

Analizar las causas principales que originan el desperdicio proveniente del proceso de Hilatura realizado en Industrias Kent y Sorrento S.A. 2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS

Identificar y cuantificar las posibles causas que originan el desperdicio de materia prima en el proceso de hilatura; con el propósito de encontrar y analizar las verdaderas fuentes que nos ocasionan el problema.

Explicar el origen teórico de las causas del desperdicio; para así comprender el como y el porque de sus principios.

Formular recomendaciones que den solución a las causas reales que originan el desperdicio; con el fin de alcanzar una notable disminución en la cantidad de materia prima desperdiciada.

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3. IDENTIFICACIÓN Y CUANTIFICACIÓN DEL DESPERDICIO

3.1 ANALISIS Y DESCRIPCION DEL PROCESO GLOBAL DE LA EMPRESA La empresa realiza el proceso de extrusión para la fabricación de monofilamentos como el urdimbre, trama e hilo plano, que posteriormente será empleado en la elaboración de sus productos finales. En la empresa, el óptimo proceso de extrusión de monofilamento es indispensable, ya que de el dependen muchos factores de calidad en sus productos. Una de las mayores dificultades que se estaban presentando, era la gran cantidad de material desperdiciado producido por la máquina extrusora influyendo fuertemente en los procesos siguientes y por ende en la cantidad del producto. El proceso global que se maneja en la empresa para la elaboración de los productos finales, es el siguiente: 3.1.1 Programación. Según la cantidad de pedidos realizados por los clientes, se programan planes a corto plazo para la ejecución de cada una de las tareas, asignando recursos como: que trabajos se asignan a las máquinas o a trabajadores y cuando deberán laborar los empleados. Todo esto con el fin de alcanzar objetivos como:

Cumplir y minimizar tiempos de entrega. Minimizar costos. Minimizar inventarios. Maximizar utilización de las máquinas y mano de obra.

3.1.2 Almacenamiento. Al momento de recibir la materia prima, el encargado de la bodega verifica que la cantidad sea la estipulada con el proveedor, que los bultos estén en buenas condiciones y que el peso de cada uno sea el correspondiente; posteriormente son almacenados en la bodega, divididos según el tipo de material y su referencia. El producto terminado al igual que la materia prima es almacenado en las bodegas según la referencia, es indispensable verificar que las remisiones proporcionadas por el área de producción correspondan al material físico entregado. Estas bodegas poseen una temperatura ambiente y protegen al material de la lluvia y de los rayos solares directos. 3.1.3 Mezclado. Este proceso se realiza mediante un tambor de mezcla en donde, dependiendo de que clase de monofilamento se vaya a elaborar, se

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adiciona el colorante y el material, este tambor rota por un tiempo determinado en el que se asegura que la mezcla sea homogénea para obtener un buen resultado en la extrusión. 3.1.4 Extrusión. Según el tipo de monofilamento a elaborar con el proceso de extrusión, se establecen condiciones de operación que controlan el proceso como:

Temperatura de las diferentes zonas. Amperaje del motor. Revoluciones por minuto del tornillo. Temperatura del agua. Temperatura de los hornos. Velocidad de los trenes de rodillos.

Algunas dispuestas en un tablero de control y otras en cada uno de los componentes de la máquina. La descripción de este proceso está referida en la sección 1.2.

3.1.5 Encarretado. Para realizar el encarretado del monofilamento, el operario encargado establece la velocidad del carretel, la cual es controlada con una perilla ubicada en la parte inferior del mismo y acomoda los hilos de sección transversal rectangular producidos por la extrusión en carretos, verificando que las guías estén bien ubicadas. A medida que se van llenando los carretos se van depositando en tanques para ser llevados posteriormente al proceso de urdido. 3.1.6 Enconado. Para el enconado se utiliza el mismo procedimiento del encarretado, solo que los hilos son de sección transversal circular y se acomodan en conos de aluminio o hierro. 3.1.7 Urdido. Este es un proceso que se utiliza para preparar los hilos antes de pasar a los telares. Los conos son organizados en el bastidor según los colores del producto que se vaya a elaborar (anjeo, tela para bolsas o cinta); para elaborar las telas y cintas se realizan combinaciones de colores ya establecidas por la empresa o dependiendo de las exigencias del cliente y para el anjeo solo se utiliza un color. Los hilos pasan por una serie de peines con el fin de que los hilos lleguen de manera uniforme y organizada al tambor del urdidor. El número de hebras depende del cilindro y se urde la cantidad de metros según el plan de producción; se urden los hilos por segmentos llamados fajas de 1800m, después de ser urdidos los hilos se enrollan en cilindros para después pasarlos a los telares. 3.1.8 Encanillado. El proceso de encanillado tiene como objetivo trasladar la trama almacenada en los conos a un elemento de madera llamado canilla, para ser

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utilizadas posteriormente en el proceso de tejido como uno de los componentes principales para el funcionamiento del proceso, las cuales son devueltas al estar casi vacías. 3.1.9 Tejido. Para que los telares funcionen adecuadamente debe ser necesario montar el cilindro proveniente del proceso de urdido y la canilla, de manera que los hilos del cilindro queden transversales al hilo de la canilla para que al dar inicio a la máquina se entrelacen entre ellos y empiecen con el proceso de tejido, este producto finalmente es enrollado para pasar a ser medido. De este modo se fabrican el anjeo y la tela para las bolsas. Para fabricar cinta no son necesarios los cilindros ni las canillas debido a su pequeña anchura, en este caso se utilizan los hilos de los carretos transversales a los hilos de los conos para iniciar el proceso de tejido. La cinta terminada se almacena en costales para ser medida posteriormente.

3.1.10 Medición. La medición consiste en pasar los rollos de anjeo por la medidora hasta completar 30m, detectando fallas en la calidad del producto. Al completar esta longitud se etiqueta y desmonta de la máquina; finalmente se elabora la respectiva remisión para pasar el producto al encargado de la bodega. 3.1.11 Confecciones. Los rollos de las telas fabricadas son llevadas al área de confecciones en donde, dependiendo de la referencia a elaborar, se corta los moldes por medio de un quemador, detectando fallas en la calidad del producto. Estos moldes pasan a las máquinas planas en donde se arman, se les hace los respectivos dobladillos, se les pegan las tiras y la marquilla; dependiendo de la referencia se les adiciona las varillas, y pasan al arreglo final en donde se cortan los hilos sobrantes, se doblan y se elabora la respectiva remisión para pasar el producto al encargado de la bodega. 3.1.12 Proceso para la elaboración de los productos finales. En las siguientes figuras se muestra de manera organizada la interacción de los subprocesos nombrados anteriormente, para la elaboración de los productos finales.

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Figura 7. Secuencia de subprocesos para la elaboración del Anjeo plástico

PROGRAMACIÓNPROGRAMACIÓNPROGRAMACIÓNPROGRAMACIÓN

ALMACÉNALMACÉNALMACÉNALMACÉN

MEZCLADOMEZCLADOMEZCLADOMEZCLADO

EXTRUSIÓNEXTRUSIÓNEXTRUSIÓNEXTRUSIÓN

ENCONADOENCONADOENCONADOENCONADO

TRAMA TRAMA TRAMA TRAMA URDIMBREURDIMBREURDIMBREURDIMBRE ENCANILLADO ENCANILLADO ENCANILLADO ENCANILLADO URDIDOURDIDOURDIDOURDIDO

TEJIDOTEJIDOTEJIDOTEJIDO

MEDICIÓNMEDICIÓNMEDICIÓNMEDICIÓN


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Figura 8. Secuencia de subprocesos para la elaboración de la Cinta plástica tejida

PROGRAMACIÓNPROGRAMACIÓNPROGRAMACIÓNPROGRAMACIÓN




ENCONADOENCONADOENCONADOENCONADO TRAMA TRAMA TRAMA TRAMA HILO PLANO HILO PLANO HILO PLANO HILO PLANO ENCANILLADO ENCANILLADO ENCANILLADO ENCANILLADO




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Figura 9. Secuencia de subprocesos para la elaboración de las Bolsas plásticas tejidas

PROGRAMACIÓPROGRAMACIÓPROGRAMACIÓPROGRAMACIÓNNNN




ENCONADOENCONADOENCONADOENCONADO

TRAMA TRAMA TRAMA TRAMA URDIMBREURDIMBREURDIMBREURDIMBRE ENCANILLADO ENCANILLADO ENCANILLADO ENCANILLADO URDIDOURDIDOURDIDOURDIDO



CONFECCIONESCONFECCIONESCONFECCIONESCONFECCIONES


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3.2 CLASIFICACIÓN DEL DESPERDICIO El desperdicio es dividido según el área en el cual es generado y subdividido según los componentes que lo producen. 3.2.1 Extrusora. La cantidad de desperdicio generada en el proceso de extrusión, es la mayor en comparación con las otras áreas; esta cantidad se divide en el desperdicio que genera la máquina y el que genera la tubería. El desperdicio de la máquina es ocasionado principalmente cuando se prepara la extrusora para iniciar el proceso y cuando se producen revientes del hilo causados por diferentes condiciones de operación, que al ser mal manejadas son perjudiciales para el proceso. El otro desperdicio es el ocasionado por la tubería que se refiere a la producida por el enconado o encarretado, debido a que algunas veces se produce el desbordamiento del hilo. 3.2.2 Urdido. El desperdicio que se genera en este proceso, generalmente es el hilo que se desborda de los carretos y los conos antes de ser urdidos aunque existen ocasiones en donde el cilindro ya urdido presenta algunos daños y debe ser estimado como desperdicio. 3.2.3 Encanilladora. La cantidad de desperdicio generada en este proceso se divide en la que se produce en las canillas y en los tubos. El desperdicio de las canillas principalmente es el hilo que les sobra cuando son devueltas después de ser utilizadas en los telares; igualmente cuando se producen algunos revientes y cuando los hilos se enredan en la canilla. El desperdicio de los tubos es la trama de los conos que sobra al ser trasladada a las canillas.

3.2.4 Telares. En este proceso el desperdicio se genera debido a que para poder iniciar el funcionamiento del telar, primero se deben cortar todos los hilos sobrantes de la canilla a utilizar para evitar posteriores inconvenientes. Todos estos residuos que quedan en el piso son agrupados para pesarlos como desperdicio. 3.2.5 Cintas. La cantidad de desperdicio en la fabricación de cintas, generalmente son los hilos desbordados de los carretos y en los conos a utilizar en el proceso. En algunas ocasiones las cintas se dañan en el transcurso del tejido, todo esto debe ser estimado como desperdicio. 3.2.6 Medición. Uno de los propósitos de la medición es detectar imperfectos o daños en los productos finales, para que todos los tramos de anjeo o cinta que presentan estos inconvenientes sean cortados y estimados como desperdicio.

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3.2.7 Confecciones. Para iniciar la fabricación de las bolsas, primero deben ser cortados los moldes por medio de un quemador, todos los residuos de esta actividad son pesados como desperdicio junto a los tramos de telas que presentan imperfectos o problemas de calidad. 3.3 CUANTIFICACIÓN DEL DESPERDICIO Para llevar un control de la cantidad de desperdicio producida, los operarios encargados de cada área o proceso, pesan dicha cantidad al terminar su turno y cada uno realiza la respectiva anotación para tener registros diarios y así obtener el desperdicio mensual. Desde el inicio del estudio de este proyecto, se ha hecho una recopilación de los registros del desperdicio mensual llevados por la empresa, para hacer una cuantificación global y realizar un promedio de la cantidad generada por cada área. De esta forma se mostrará que el proceso de extrusión es el principal productor de desperdicio en la empresa. Tabla 1. Desperdicios de enero del 2006

CANTIDAD DE DESPERDICIOS (KILOS)

ENERO DEL 2006 EXTRUSORA ENCANILLADORA CONFECCIONES

MAQUINA TUBOS TUBOS CANILLAS TELA TUBULAR URDIDOR MEDICION CINTAS TELARES TOTAL

91 104 2,25 48,25 45,8 2,8 1 54 5 12 366,1

Fuente: Control de Desperdicios. Santiago de Cali: Industrias Kent y Sorrento S.A., 2006. h. 1. Tabla 2. Desperdicios de febrero del 2006

CANTIDAD DE DESPERDICIOS (KILOS) FEBRERO DEL 2006

EXTRUSORA ENCANILLADORA CONFECCIONES


300 159 26,1 75,9 65,2 0 15 134,6 11 15 801,8 Fuente: Control de Desperdicios. Santiago de Cali: Industrias Kent y Sorrento S.A., 2006. h. 2.

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Tabla 3. Desperdicios de marzo del 2006

Fuente: Control de Desperdicios. Santiago de Cali: Industrias Kent y Sorrento S.A., 2006. h. 3. Tabla 4. Desperdicios de abril del 2006

CANTIDAD DE DESPERDICIOS (KILOS) ABRIL DEL 2006



135 80 17,5 75,1 16 26,1 8,5 79,2 9,8 15 462,2

Fuente: Control de Desperdicios. Santiago de Cali: Industrias Kent y Sorrento S.A., 2006. h. 4. Tabla 5. Desperdicios de mayo del 2006

CANTIDAD DE DESPERDICIOS (KILOS) MAYO DEL 2006



192 78 28,5 89,5 30 26,1 74 98 4,1 19 639,2

Fuente: Control de Desperdicios. Santiago de Cali: Industrias Kent y Sorrento S.A., 2006. h. 5. Tabla 6. Promedio de desperdicios por área

PROMEDIO DE LA CANTIDAD DE DESPERDICIOS (KILOS) EXTRUSORA ENCANILLADORA CONFECCIONES


195,60 100,00 20,47 75,45 44,64 11,84 23,50 94,36 9,02 15,20 590,08 295,60 95,92 56,48

CANTIDAD DE DESPERDICIOS (KILOS) MARZO DEL 2006



260 79 28 88,5 66,2 4,2 19 106 15,2 15 681,1

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Tabla 7. Porcentajes de los desperdicios

PORCENTAJE DE LA CANTIDAD DE DESPERDICIOS EXTRUSORA ENCANILLADORA CONFECCIONES


33,15 16,95 3,47 12,79 7,57 2,01 3,98 15,99 1,53 2,58 100,00 50,09 16,26 9,57

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4. ANÁLISIS Y CUANTIFICACIÓN DE LAS CAUSAS DEL DESPERDICIO

4.1 ANÁLISIS DE LAS CAUSAS Debido a que el proceso de extrusión genera grandes cantidades de desperdicio, en la empresa se han presentado problemas de productividad en cuanto al aumento de costos e inconvenientes de calidad. Por esta razón, se ha realizado un análisis a dicho proceso aplicando el Análisis de causa y efecto, una de las metodologías más utilizadas, con el fin de encontrar las posibles causan que generan tan alta cantidad. Para recoger la información necesaria, se realizaron frecuentes visitas a la empresa para supervisar el proceso de hilatura; en ellas se presenciaron 11 revientes y se investigó cuales eran sus posibles causas preguntando a las personas conocedoras del proceso (operarios y el jefe de planta) y según lo observado; se tomó nota de cada una de ellas y su frecuencia para efectuar los análisis correspondientes.

4.1.1 Análisis de causa y efecto. Es un conjunto de técnicas gráficas usadas para diagnosticar un problema en un proceso. Estas técnicas proporcionan un medio útil para analizar un problema a través de la organización del conocimiento que se tiene de un proceso, presentando una imagen que representa la relación significativa que existe entre un efecto (problema) y sus múltiples causas.

Diagrama de la enumeración de causas. Este gráfico, también conocido como el diagrama de la espina de pescado, considera todas las causas posibles de un problema. Para su elaboración se coloca el efecto en el extremo de la página, se traza hasta ahí una larga flecha (principal) y a lo largo de ella se trazan pequeñas flechas hacia el tronco principal, cada una rotulada con una categoría de causa posible. Este diagrama se aplicó al proceso de extrusión con los datos observados en el y de esta manera se obtuvo gráficamente los principales factores causantes (Figura 10).9

Análisis del proceso. Consta de un diagrama empleado para buscar causas analizando cada paso del flujo del proceso. En el diagrama se escribe cada paso y en cada uno se rotula todo lo que pueda influir sobre la calidad del producto y de igual manera encontrar posibles causas generadoras del problema (Figura 11).10

9 PYZDEK, Op. cit., p. 252 10 Ibid., p. 252.

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Figura 10. Diagrama espina de pescado aplicado al proceso de extrusión

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Figura 11. Diagrama análisis del proceso aplicado al proceso de extrusión

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4.2 CUANTIFICACIÓN DE LAS CAUSAS Después de ser identificadas todas las posibles causas se debe proceder a encontrar la causa principal para tomar una acción correctiva. El análisis más apropiado para este caso es el Análisis de pareto. Para su desarrollo resulta muy importante la recopilación de datos realizada en la sección anterior, ya que para este estudio es indispensable la frecuencia con la que ocurre cada una de las causas identificadas. 4.2.1 Análisis de pareto. Su objetivo es identificar el o las causas más vitales que generan algún problema en un proceso, para realizar la respectiva mejoría. Este análisis consta en agrupar datos principales como los tipos de causas presentados durante el estudio y su frecuencia, organizarlos de forma descendente según la frecuencia ocurrida y por último obtener el valor porcentual de dicha frecuencia (porcentaje de frecuencia y porcentaje acumulativo) como se muestra en la Tabla 8; todos estos datos son usados para construir un sencillo diagrama.11 El porcentaje de frecuencia es para sumar el porcentaje a medida que uno progresa a partir del defecto que ocurre con mayor frecuencia hasta el que sucede con menos frecuencia; y el porcentaje acumulativo, en la anotación del primer renglón es el porcentaje total para el primer tipo; la anotación en el segundo renglón es el total de los tipos primero y segundo más habituales; el tercer renglón es la suma de los tres primeros; y así sucesivamente hasta que se agrega el último renglón para una acumulación total del 100% (Tabla 8). Luego de ser registrados los datos en la tabla y realizar los pasos correspondientes del análisis, se observó como resultado 38 posibles causas ocurridas en un total de 11 revientes. El diagrama se construye a partir de la información obtenida anteriormente, con el fin de observar los datos gráficamente y de una forma más clara. Como se muestra en la figura 12, el eje y va desde 0 hasta 38, en incrementos de 10 en 10, el eje x está dividido en 13 secciones iguales (los tipos de causas). El número de causas está trazado en la gráfica con barras verticales, apreciándose que el tipo de causa más frecuente es la falta de un dado difusor. El porcentaje acumulativo se traza en la gráfica con el fin de observar que las causas de 0 a 38 de la izquierda corresponden al porcentaje del 0 a 100 de la derecha, lo que significa que al dividir el total de causas (38) entre el incremento (10), se conoce que cada 3,8 ≈≈≈≈ 4 causas representan el 10% del total, es decir, 8 causas representan el 20% del total, 12 causas el 30% del total, y así sucesivamente hasta verificar que 38 causas representan el 100%.

11 PYZDEK, Op. cit., p. 252

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Tabla 8. Datos para el análisis de pareto

Fuente:

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Figura 12. Diagrama de pareto

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5. ORIGEN TEORICO DE LA CAUSA PRINCIPAL DEL DESPERDICIO Después de haber sido identificadas y cuantificadas las posibles causas que originan el desperdicio de materia prima en el proceso de hilatura; se observa según los resultados obtenidos, que la causa principal de este problema es la falta de un dado difusor en la máquina. Esta ausencia genera una desigualdad de propiedades (viscosidad, temperatura, etc.) en los hilos extrudidos, debido a que no existe uniformidad entre ellos. Para comprobar esta teoría se realizaron pruebas experimentales en las que, por medio de una pistola termográfica, se midió la temperatura de algunos de los hilos; para un mayor efecto, se escogieron hilos que se encontraban en lugares opuestos de la boquilla y los resultados fueron los siguientes: Tabla 9. Datos experimentales

La solución a este inconveniente, ayudaría a homogeneizar las propiedades de salida de los hilos, evitando que se produzcan revientes y así mismo desperdicio; mejorando la calidad y productividad de la empresa. 5.1 EXPLICACIÓN TEÓRICA DE LOS DADOS DIFUSORES Desde el punto de vista del procesamiento de materiales, es apropiado dividirlos de acuerdo a la forma de su salida de sección transversal (circular, ranura anular circular, ranura, sección transversal irregular), ya que independientemente del extrusor, la construcción de dados de forma transversal generalmente es muy similar, sin embargo no significa que las diferencias de los dados son omitidas. 5.1.1 Dados de sección transversal circular. Estos dados son usados para extrudir hebras, filamentos y perfiles sólidos. Las hebras y filamentos son generalmente extrudidos usando dados alimentados longitudinalmente. Cuando se extruyen filamentos generalmente el flujo de la fusión se desvía, debe tenerse cuidado con cada desviación para asegurar que no cause ningún estancamiento en el canal de flujo cuando se procesan materiales termosensibles.

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En el hilado de filamentos la extrusión se realiza a través del llamado plato de hilado, con un gran número de agujeros.

Dados de platos peletizadores. Básicamente hay dos procesos de peletización con diferente secuencia de pasos en el proceso:

Peletización caliente: Extrusión hebras, corte, enfriamiento. Peletización fría: Extrusión hebras, enfriamiento, corte.

En ambos procesos los dados de platos peletizadores asumen la tarea de extrudir las hebras. En este proceso hay dos tipos de arreglo del eje de la cuchilla, uno céntrico y uno concéntrico. Con el arreglo concéntrico del eje de la cuchilla, no hay necesidad de desviar la fusión por medio de un torpedo. Esto es de desventaja para las fusiones sensibles al calor. Figura 13. Peletizador con cuchilla de eje céntrico

Fuente: MICHAELLI, Walter. Extrusion Dies. Munich: Hanser Publisher, 1992. p. 131.

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Figura 14. Peletizador con cuchilla de eje concéntrico

Fuente: MICHAELLI, Walter. Extrusion Dies. Munich: Hanser Publisher, 1992. p. 131. Al diseñar el plato del dado para un proceso de peletización en caliente es necesario tener en cuenta que los pelets, después de ser pasados a través del plato del dado y ser sujetados al procedimiento de corte, pueden ser enfriados por diferentes procesos. Tales procesos y condiciones típicas de operación se dan en la tabla 10.

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Tabla 10. Proceso de peletización en caliente

ENFRIAMIENTO DADO PELETIZADOR CUCHILLA

AGUA

PROCE

SO

TIPO

DE

PRODUCT

O

THROUGHPU

T

CALENTA

MIENTO

NUMER

O DE

AGUJEROS

ENTR

ADA/SA

LIDA

POR EL AG

UJERO

PRES

ION DE

FUSION

HINCH

AMIENTO

*

DE LO

S PELETS

NUMER

O

VELO

CIDAD

CIRCU

NFEREN

CIA

APORTE

PODER

TRAB

AJAN

DO VIDA

ENTR

ADA/SA

LIDA

TEMPERAT

URA

CORTANDO EN/ ENFRIANDO EN

- Kg/h - - Kg/h bar - - m/s Kw h m3/h °C

AIRE/ PVC RIGIDO/

600/ 0,55- 50-

AIRE SUAVE 1800 ELECTRICO 1100

1,65 - 0,6 2 5,0-8 2

500 - -

AIRE/ 1700/ 400- AGUA

HDPE 2800

VAPOR 286 6,0-10 20-40 0,8 2 22-27 9 500

60 50-70

AGUA/ 1900/ 250- AGUA

PP 2800

VAPOR 192 10,0-12

60-100 0,7 6 20 44 600

60 30-50

* Diámetro perforación Diámetro del pelet Fuente: MICHAELLI, Walter. Extrusion Dies. Munich: Hanser Publisher, 1992. p. 135.

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La tarea de optimizar el diseño de un dado de plato consiste en minimizar la pérdida de presión, mientras que toma fuerza mecánica; y pérdida en la fuerza mecánica debido al número más grande de agujeros tenidos en cuenta. El agujero de un dado de plato peletizador generalmente tiene una entrada cónica y una proporción L/D relativamente pequeño (LONGITUD/DIAMETRO) (L/D<10) (Figura 15). Al diseñar los platos del dado debe tenerse en cuenta las pérdidas de presión de entrada que resultan debido a los efectos de entrada, esto puede confirmarse con un REOMETRO CAPILAR. Figura 15. Geometría de un dado peletizador

Fuente: MICHAELLI, Walter. Extrusion Dies. Munich: Hanser Publisher, 1992. p. 132. La pérdida de presión ∆p en los capilares de diferentes proporciones L/R es medido por la Tasa de flujo volumétrico Vi (Fig. 16). Si ∆p se grafica contra L/R con Vi como parámetro, una pérdida de presión finita se obtiene para L/R=0, que está llamada como la pérdida de presión ∆pr (Fig.16). La longitud imaginaria de la entrada cónica E puede asignarse a su vez a esta pérdida de presión de entrada, este procedimiento es referenciado como “CORRECCION DE BAGLEY”. Esta pérdida de presión de entrada que puede atribuirse a flujos extensionales necesarios o formaciones del vórtice en las fusiones de plásticos casi incomprensibles, puede ser tomada en consideración por una longitud del dado L* al momento de diseñar un dado peletizador:

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Ecuación 1. Longitud L* del dado

RLRL

*LE

⋅⋅⋅⋅

++++====

Fuente: MICHAELLI, Walter, Extrusion Dies. Munich: Hanser Publisher, 1992. p.132. En donde según figura 15,

L= longitud del agujero del dado de plato peletizador. R= Radio del agujero LE= Longitud de la entrada cónica

Figura 16. Arriba: Líneas características del dado para dados con una sección circular

transversal y diferente L/R=a(a1<a2<a3) Abajo: Determinación de las correcciones entrantes


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Para los termoplásticos, los valores encontrados experimentalmente de E están generalmente alrededor de L/R=6. Se recomienda que este valor se considere como una aproximación si no hay ningún dato disponible. Para PVC y PVC suave son la mitad del largo. Si la mitad del ángulo de entrada 2

α de la región cónica se mantiene por debajo

de 15°, lo cual básicamente debe ser referenciado para evitar los flujos secundarios, la pérdida de presión en la región de la entrada cónica puede calcularse aditivamente. El uso del método de la “Viscosidad representativa” se recomienda para este cálculo. Sin embargo en muchos casos, también es apropiado determinar la pérdida de presión en el dado peletizador individual de diferentes ángulos de entrada y diferentes longitudes en un experimento reológico y emplear valores encontrados para diseñar dicho dado. El flujo de la fusión aquí puede ser tan alta como 15 Kg/Hora/Agujero. Para evitar la solidificación en el plato del dado durante la peletización bajo el agua y por consiguiente el peligro de destruir el plato con la presión de la extrusión, algunas perforaciones del dado son aisladas por inserciones especiales, lo cual permite la fusión a ser traída a una temperatura alta en la zona enfriada a la salida del dado. Figura 17. Dado peletizador debajo del agua


Platos de Hilado. Los platos de hilado con un gran número de orificios (sobre 10.000), los cuales son similares a los dados de platos peletizadores,

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son usados para la fusión del hilado de la poliamida, poliéster y los hilos de polipropileno. Para las fusiones de viscosidad baja, las bombas que hilan observan que los platos son proporcionados uniformemente. Son usados platos circulares así como los platos de hilado rectangulares:

C(40-180mm de diámetro, 10-45mm Espesor del plato, 10.000 agujeros) R(dimensiones de 60x60x20 a 150x450x30 sobre 10.000 agujeros)

Las perforaciones hiladas individualmente (espineretes) tienen un diámetro de salida de 0.2-0.6mm; la longitud de esta salida es 1-4 veces el diámetro. El diámetro de la perforación de entrada es de 2 a 3mm con un ángulo de transición de 60-90° en la región de la salida capilar; sin embargo, en esta unión debe notarse que los filamentos extrudidos con mejores calidades de superficie pueden ser esperados con ángulos de transición más pequeños. Los mejores resultados para los monofilamentos de polipropileno se lograron con

°°°°≤≤≤≤ 20α . Los agujeros taladrados se colocan en las filas o en los círculos del plato que hila, la distancia entre agujeros normalmente son de 6-10mm. Desde el punto de vista de la calidad del filamento producido, la superficie del agujero taladrados ser sumamente lisa y el borde de salida agudo pero libre de irregularidades. Además de los agujero taladrados que hilan circularmente, también son usados varios agujero taladrados perfilados (y-formado, T-formado). Estos agujeros taladrados son producidos por procesos electroerosivos (descarga eléctrica). Los platos de hilado son sujetados a las tensiones mecánicas de las presiones por encima de 300 bar. a temperaturas por encima de 300°c, así como a las altas tensiones corrosivas durante el hilado y el limpiamiento. Esto tiene un efecto directo en el material de construcción para tales platos de hilado. 5.1.2 Dados de sección transversal anular. Los dados con una sección transversal anular se usan para extrudir mangueras, tubos, películas tubulares, parisons para la extrusión de soplado moldeado y para enchaquetado de cables. Principalmente los dados alimentados longitudinalmente son usados para extrudir mangueras y tubos sin refuerzos, mientras que para extrudir película tubular, tubos reforzados, parisons y enchaquetado de cables, el extruder generalmente está a un ángulo <principalmente de 90°> en la dirección de la salida del extrudate del dado. Hay esencialmente cuatro tipos diferentes de dados que se usan para producir las extrusiones mencionadas:

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Dado de mandril soporte alimentado centralmente (también llamado el mandril araña o dado de anillo soporte)

Dado Screen pack Dado de mandril alimentado lateralmente Dado de mandril en espiral

Una característica común de todos los dados (con la excepción de instalaciones de soplado amoldados con una salida del GAP con anchura ajustable), es que a la salida del dado, también llamado anillo externo del dado, hay una zona land que permite la relajación del extruido, las propiedades de esta masa pueden ser fuertemente influenciadas debido a un control de temperaturas independiente para esta región. Además el anillo externo del dado puede cambiarse de posición, que es, relativamente centrado al torpedo interno para influir en el flujo en el perímetro de salida.

Dados de mandril soporte alimentado centralmente

Figura 18. Dado de mandril soporte alimentado centralmente

Fuente: MICHAELLI, Walter. Extrusion Dies. Munich: Hanser Publisher, 1992. p. 137. La construcción detallada de un dado de mandril de soporte alimentado centralmente, se explica de mejor manera usando un dado para extrudir mangueras como por ejemplo la figura 20. La corriente de la fusión, proporcionado por el extruder en un canal de flujo circular, este se transforma en el dado por el extremo del mandril soporte en una corriente anular. (Si la corriente de la fusión tiene que ser relativamente volteado alrededor del eje del extruder, generalmente se hace con los codos entre el extruder y el mandril alimentado centralmente del dado). La fusión es dividida en la región del mandril

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soporte separado en algunas corrientes de la fusión y flujos alrededor de las patas de la araña (figura 19). Figura 19. Patas de la araña

Fuente: MICHAELLI, Walter. Extrusion Dies. Munich: Hanser Publisher, 1992. p. 137. La conexión, de la región del mandril de convergencia, los cuales en dados de mangueras se vuelve estrecho a un ángulo de 10-15° y en que las corrientes separadas vienen juntas una vez más, es seguido por una región del anillo del dado con las paredes del canal paralelas. La proporción de la longitud de la zona land paralela a la altura de la salida del GAP en esta zona, la temperatura la cual puede controlarse individualmente y que tiene una fuerte influencia en las propiedades del extrudate, depende del material procesado y se dice ser de 10:1-30:1 para los dados de manguera. La proporción del diámetro del mandril soporte al diámetro de salida para los dados de manguera se dice ser de 1.4-1.6 para PVC y 2 para el polietileno; sin embargo estos valores también dependen del diámetro del dado. Figura 20. Dado de mandril araña-soporte (por encima de 160mm)


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Las regiones del dado (el mandril, alojamiento y anillo externo del dado), que se conecta a la región del mandril soporte, son generalmente intercambiables, para que un dado de mandril alimentado centralmente pueda usarse para varías geometrías del extrudate. El anillo externo del dado puede cambiarse de sitio radialmente por los tornillos centrados montados periféricamente. Este guía un sujetando anillo que es pretensionado, generalmente con los resortes del disco. Los resortes del disco proporcionan presión avisando adecuadamente, para que un buen sello se logre, pero permite al anillo externo del dado moverse. Los dados de mandril alimentados centralmente fueron los únicos ampliamente usados en el pasado porque, siendo alimentados centralmente, ellos generalmente proporcionan una buena distribución de la fusión. Sin embargo, debe notarse que las patas de la araña, sosteniendo el mandril de estos dados, generalmente causan marcas de flujo. Estas marcas no siempre son visibles como las secciones delgadas y rayas; sin embargo, ellos siempre están estructuralmente presentes y pueden llevar secciones mecánicamente débiles. Las siguientes propuestas son recomendadas para reducir o eliminar estas señales:

El uso de elementos, rodando sobre el eje del dado para borrar las marcas. (Rodando los elementos requieren un manejo adicional y pueden causar problemas de sellamiento).

Cubriendo las patas de la araña con material de muy bajo coeficiente de fricción, por ejemplo el Politetraflúoretileno (PTFE) conocido como Teflón. Alargando la trayectoria del flujo por cambio de la dirección. (Esto es posible; sin embargo, la pérdida de presión total en el dado debe verificarse)(Fig. 21)

Calentando las patas de la araña. (Esto es difícil debido a las dimensiones pequeñas de las patas de la araña; las mejoras graduales son sin embargo logrables) (Fig. 21)

Obligando a la corriente a seguir un flujo fuertemente convergente después de las patas de la araña diseñando apropiadamente el canal de flujo (Fig. 20)

Usando dispositivos frotadores, múltiples flautas helicoidales cortadas en el mandril y en el alojamiento con hélices opuestas, induciendo a la masa en dirección tangencial, permitiendo el borrado por ensanchamiento y apertura de las marcas de flujo en la circunferencia del extruido. (Fig. 21 y 22)

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Figura 21. Dado de mandril soporte alimentado centralmente y las posibilidades de reducir las líneas de la araña.

Fuente: MICHAELLI, Walter. Extrusion Dies. Munich: Hanser Publisher, 1992. p. 141. Las orientaciones de la alta fusión en la proximidad de las patas de la araña pueden ser la causa de las marcas de flujo. Estas orientaciones producidas por las gradientes de velocidades altas en esta región cuando la fusión se adhiere a las paredes y sobre todo por la gran prolongación de las partículas de fusión cerca de los extremos de las patas de la araña. Esto puede confirmarse por el encogimiento de las dimensiones. Además, la diferencia de densidades, debido a la diferencia de temperatura entre la fusión y las patas de la araña, puede ser una causa adicional. Las marcas de flujo no pueden evitarse completamente; sin embargo, pueden reducirse. Básicamente, hay tres posibilidades para reducir los efectos de las marcas de flujo:

Reduciendo las orientaciones, por ejemplo aumentando el tiempo de la residencia en el dado o aumentando la temperatura de fusión.

Distribuyendo uniformemente por encima de la circunferencia completa por ejemplo por los dispositivos frotadores.

Produciendo una estructura uniforme encima de la circunferencia completa orientando las moléculas longitudinalmente (también a los lugares entre las patas de la araña) por ejemplo por un diseño especial de la punta del mandril soporte.

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Figura 22. Distribución de espesor de las paredes de un soplado

Fuente: MICHAELLI, Walter. Extrusion Dies. Munich: Hanser Publisher, 1992. p. 142. Algunos de los sistemas de las patas de araña usados en la práctica (Figura 23), como colocar las patas tangencialmente, sólo cumplía incompletamente los requisitos anteriores. El mandril apoya con un anillo soporte y el desplazamiento de las patas de la araña son usadas en los dados parison de máquinas de soplado. Debido al desplazamiento de las patas de la araña, las marcas de flujo (los defectos) no se extienden todas a través de la pared del extrudate. Esta es un ventaja cualitativa; sin embargo, las resistencias de las áreas de paso deben igualarse con precisión para lograr las mismas, velocidades promedios de paso. Las patas de la araña deben diseñarse con el flujo en mente (figura 19). Ellos no deben estar entre 30-80mm y no más anchas de 9-12mm y un ángulo de ataque aproximadamente de 8°, el ancho de la zona de flujo debe ser de 10 a 25mm y el número de piernas se debe incrementar aproximadamente con el cuadrado del diámetro. En muchos casos, esto hace difícil de controlar la temperatura del mandril proporcionando un medio de transferencia de calor a través de las patas de la araña o incluso para proporcionar enfriamiento o aire de apoyo al interior del extrudate. Semejante posibilidad no existe en absoluto cuando se usan los platos screen de mandril soporte.

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Figura 23. Sistema de mandril soporte

Fuente: MICHAELLI, Walter. Extrusion Dies. Munich: Hanser Publisher, 1992. p. 143. Los dados de mandril soporte alimentados centralmente pueden ser sujetos a presiones de aproximadamente 600 bar. Las patas de la araña deben ser dimensionadas, para que las fuerzas que actúan en los extremos del mandril puedan ser absorbidas seguramente. Desde un punto de vista mecánico, la limitación del diámetro de los dados de mandril soporte alimentados centralmente es de un diámetro de salida de aproximadamente 700mm.

Dados de mandril alimentados lateralmente. En el dado de mandril alimentado lateralmente (Figura 24), la fusión siempre se proporciona por el extruder al dado a un ángulo, generalmente uno menos que 90°; esto es sobre todo necesario cuando algo debe pasarse a través del mandril, por ejemplo soportando o aire refrescante para la extrusión de película soplada o el conductor en el caso de recubrimiento del cable.

La fusión entrante pasa alrededor del mandril por vía de un manifold o incluso un sistema manifold (varios canales), los cuales pueden montarse en el mandril y/o en el cuerpo exterior del dado.

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En este proceso, se forman una o varias características de flujo, que como las marcas de flujo producidas por los dados de mandril soporte alimentados centralmente, son visibles y deben reducirse.

Figura 24. Dado de alimentación lateral

Fuente: MICHAELLI, Walter. Extrusion Dies. Munich: Hanser Publisher, 1992. p. 137. La dificultad con estos dados está en diseño geométrico del manifold alrededor del mandril, por lograr una uniformidad, de la velocidad de salida periférica a la salida del dado.

Dado de Mandril en espiral. En los dados de mandril en espiral (Figura 25), la corriente de la fusión proporcionada por el extruder es en primer lugar dividida en algunas corrientes individuales.

Figura 25. Dado de mandril en espiral


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Figura 26. Dados de mandril en espiral para la extrusión de películas sopladas

Fuente: MICHAELLI, Walter. Extrusion Dies. Munich: Hanser Publisher, 1992. p. 147. Estos distribuidores primarios descargan la fusión en canales espirales, los cuales se mecanizan en el mandril, enrollando en forma de un hilo múltiple. La profundidad del canal disminuye notablemente y el GAP entre el mandril y la parte exterior del dado, es decir, en la dirección de la extrusión, aumenta firmemente. El propósito de este diseño es asegurar que, a la larga, la fusión fluya a cada punto de las ranuras anulares de la salida originada de sobreponer las corrientes de las fusiones axiales y tangenciales de todos los canales de distribución de fusión de mandril en espiral. Haciendo así, la homogeneidad mecánica deseada, así como puede lograrse una alta homogeneidad térmica de la fusión a la salida del dado. Además una gran ventaja de este sistema es que no hay ningún elemento de mandril soporte y esas marcas de flujo y líneas se evita completamente. Los tiempos de residencia bajos de la fusión en el dado así como las buenas propiedades autolimpiables pueden ser logradas por un apropiado diseño reológico del distribuidor de fusión en mandril en espiral. El control del espacio de los flujos de la fusión es considerado en primer lugar (Fig. 27), los flujos volumétricos V1B y V2A entran y los flujos volumétricos V2B y V3B dejan el control del espacio.

55

Figura 27. Flujo de un distribuidor de fusión de mandril en espiral (Izquierda mitad de la figura); geometría del distribuidor de fusión de mandril en espiral.


56

Las suposiciones siguientes son realizadas para que pueda derivarse una formulación matemática simple de la función de un distribuidor de fusión de mandril en espiral:

La curvatura de los canales de flujo del distribuidor de fusión de mandril en espiral es despreciado porque el diámetro del mandril es considerablemente grande al del canal. (El sistema se considera como un problema plano).

La pérdida de presión en el canal espiral es igual que en un canal rectangular de igual área transversal. Esto significa que el canal rectangular mostrado a la derecha de la Figura 27 puede sustituirse por el canal mostrado a la izquierda.

Desarrollando, se asume que un perfil del flujo simétrico existe en el canal de flujo rectangular de altura H3.

También se asume que el flujo de escape encima de los hilos (La altura del GAP H2), es desarrollado y simétrico.

Hay una pérdida de presión constante a lo largo del canal:

Ecuación 2. Longitud del canal espiral

ϕδ

sint

x ====

Fuente: MICHAELLI, Walter. Extrusion Dies. Munich: Hanser Publisher, 1992. p. 149. En la Figura 27, la figura de la derecha se considerada primera que todas. El flujo volumétrico V1(x), entrando en el control de espacio de longitud δx bajo consideración, es en primer lugar dividido en el flujo de escape V2(x) y el flujo a lo largo del espiral V3(x): Ecuación 3. Flujo volumétrico en el canal

1V& (x) = 2V& (x) + 3V& (x)

Fuente: MICHAELLI, Walter. Extrusion Dies. Munich: Hanser Publisher, 1992. p. 149. En donde según figura 27,

1V& = Flujo volumétrico en el canal

2V& = Flujo de escape

3V& = Flujo a lo largo del espiral

Ecuación 4. Flujo de escape

2V& (x)=Φ K’2(x) . ∆pm(x)


57

Ecuación 5. Flujo a lo largo del espiral

3V& (x)=Φ K’3(x) . ∆pm(x) Fuente: MICHAELLI, Walter. Extrusion Dies. Munich: Hanser Publisher, 1992. p. 149. Para una ranura anular: Ecuación 6. Conductancia para una ranura anular

m

21m

2m2

3 )x(L1

)2m(2

)x(Hx)x('K

⋅⋅⋅⋅

++++

⋅⋅⋅⋅====

++++

++++δ

Fuente: MICHAELLI, Walter. Extrusion Dies. Munich: Hanser Publisher, 1992. p. 149. Canal rectangular: Ecuación 7. Conductancia para un canal rectangular

p

m

1m

2m3

3 fx1

)2m(2

)x(H)x(B)x('K

⋅⋅⋅⋅++++

⋅⋅⋅⋅====

++++

++++

δ

Fuente: MICHAELLI, Walter. Extrusion Dies. Munich: Hanser Publisher, 1992. p. 149. El factor de corrección fp para las fusiones Newtonianas, aquí son usadas aproximadamente para B/H ≤≤≤≤ 20. De las consideraciones geométricas: Ecuación 8.

ϕδ∆

∆sint

x)x(p

)x(p 32 ⋅⋅⋅⋅====

Fuente: MICHAELLI, Walter. Extrusion Dies. Munich: Hanser Publisher, 1992. p. 150. De las ecuaciones (1)-(8): Ecuación 9.

p

m

2

m2

3

2

3

2f1

sin)x(Lt

)x(H)x(H

)x(Bx

)x(V

)x(V

⋅⋅⋅⋅

====

++++

ϕδ

&

&


58

De la ecuación (3): Ecuación 10.

1)x(V

)x(V

1

)x(V

)x(V

2

31

2

++++====

&

&&

&

Fuente: MICHAELLI, Walter. Extrusion Dies. Munich: Hanser Publisher, 1992. p. 150. Con el flujo volumétrico Vk proporcionado a un canal espiral: Ecuación 11.

dxx)x(V

)x(V

)x(VVdx

x)x(V

V)x(V 1x

0 1

2k

x

0

2k1 δδ

&

&

&&

&&& ⋅⋅⋅⋅

−−−−====⋅⋅⋅⋅

−−−−==== ∫∫∫∫∫∫∫∫


Con Ecuación 12.

====

)x(V

)x(V)x(V)x(V

1

212 &

&&&


El flujo de escape de un elemento espiral que queda en el elemento anterior puede ser determinado de una manera similar correspondiente a la ecuación (13): Ecuación 13.

[[[[ ]]]] [[[[ ]]]] [[[[ ]]]]B1

2B1A2B2 )x(V

)x(V)x(V)x(V)x(V

++++====

&

&

&&&


El problema se resuelve empezando por el paso sabio del principio del canal espiral y llevando a cabo el equilibrio del flujo volumétrico respectivo. Desde los parámetros geométricos B, H2, H3, L2 las cuales son funciones de x, así como φ, β y t pueden escogerse libremente (Figura 27) y el número de canales espirales, así como el número de sus rollos, pueden ser arreglados casi libremente con tal de que las dependencias geométricas se tengan en cuenta, esto tiene sentido para determinar la función del distribuidor de fusión del mandril en espiral con una computadora.

59

Esto es para que, desde un punto de vista de la ingeniería de proceso, semejante dado este requiriendo tener en conjunto una altura baja y cortos tiempos autolimpiables y es conveniente para el uso de materiales que tienen un índice de fusión/flujo relativamente extenso o rango de viscosidad. Como es evidente de las derivaciones precedentes, una serie de parámetros influyen en la función de la distribución de dados de mandril en espiral. Las simulaciones en la computadora de la distribución de la fusión en los dados de mandril en espiral han mostrado que la ranura anular entre el mandril y el cuerpo del dado, la sección transversal inicial en el canal espiral así como las propiedades reológicas de la fusión, son los parámetros más importantes. Además, con respecto al excelente posicionamiento deseable de los flujos de escape de los diferentes canales espirales, es necesario igualar las distancias entre los canales al GAP entre el mandril y el cuerpo del dado. En los dados de mandril en espiral (así como generalmente en todos los tipos de dados que se discuten aquí), es necesario prestar atención a la exactitud en la alta fabricación, desde β y H2 tienen una fuerte influencia en la función de la distribución de tales dados. La región de la salida del dado de mandril en espiral también puede intercambiarse y puede centrarse, tiene una zona land y un control de la temperatura individual. En resumen, puede manifestarse que el dado de mandril en espiral tiene:

La distribución uniforme de la fusión en la circunferencia. Ninguna marca de flujo. Las variaciones permisibles de espesor pequeñas. Mecánicamente pequeño o tensión térmica de la fusión. El consumo de presión baja. Las temperaturas de la fusión bajas concordantes con valores throughput altas.

Las propiedades del producto uniformes.

5.2 DISEÑO DE UN SISTEMA DE DISTRIBUCIÓN EN UN MANDRIL Para el dimensionamiento del manifold Tipo-percha* en un mandril cilíndrico o cónico, las siguientes condiciones se tienen en cuenta: * Nombre que se le asigna al dado distribuidor por su semejanza a un gancho.

60

Manteniendo un throughput constante encima de la periferia de la salida del dado con la misma caída de presión de la entrada del dado a la salida del dado en todas las trayectorias del flujo (este es un requisito previo necesario para una velocidad de salida uniforme en la periferia).

La velocidad de cizalladura representativa o la viscosidad representativa a lo largo de cada trayectoria de flujo en el sistema de distribución (esto lleva a una geometría del canal universal, lo cual es independiente del punto de operación).

Aproximadamente el mismo tiempo de residencia en el dado a lo largo de cada línea de flujo promedio o manteniendo una tasa de flujo máxima específica (esta condición es particularmente importante para las fusiones sensibles al calor).

(Cabe notar que las derivaciones siguientes solo son aplicables si el diámetro del mandril es claramente más grande que la anchura del GAP del canal). Como el diseño del dado de ranura, el sistema de distribución es considerado compuesto de una distribución manifold del tubo y una región land ranura-formada. (Fig. 28 y 30). Figura 28. Sistema de distribución de un mandril de capa cilíndrica

Fuente: MICHAELLI, Walter. Extrusion Dies. Munich: Hanser Publisher, 1992. p. 220. El procedimiento general para la solución consiste en convertir las coordenadas cilíndricas de las relaciones formuladas para un dado de ranura en coordenadas cartesianas. 5.2.1 Dimensionamiento del sistema de distribución en un mandril cilíndrico. Las siguientes relaciones se derivaron para el dimensionamiento del mandril cilíndrico, usando las coordenadas en la figura 28.

61

Según Figura 28 se obtienen las siguientes ecuaciones: La velocidad de cizalladura representativa en el tubo distribuidor: Ecuación 14.

)(R

V038.1Y

30

R ζπ

ζ

⋅⋅⋅⋅

⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅====

&

&

Fuente: MICHAELLI, Walter. Extrusion Dies. Munich: Hanser Publisher, 1992. p. 219. La velocidad de cizalladura representativa en la ranura: (land) Ecuación 15.

20

s Hr

V632.4Y

⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅

⋅⋅⋅⋅====

π

&

&

Fuente: MICHAELLI, Walter. Extrusion Dies. Munich: Hanser Publisher, 1992. p. 149. El recorrido del tubo manifold: Ecuación 16.

31

0R)(R

====

πζζ

Fuente: MICHAELLI, Walter. Extrusion Dies. Munich: Hanser Publisher, 1992. p. 149. Recorrido del land: Ecuación 17.

32

0Y)(Y

====

πζζ

Fuente: MICHAELLI, Walter. Extrusion Dies. Munich: Hanser Publisher, 1992. p. 149. Longitud de land máxima: Ecuación 18.

40

32

S

R0 R

HrY

⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅====π

η

η


62

Con ηR = ηS para un diseño de un mandril universal que es independiente al punto de operación y al material: Ecuación 19.

40

32

0 R

HrY

⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅====π

Fuente: MICHAELLI, Walter. Extrusion Dies. Munich: Hanser Publisher, 1992. p. 149. Ecuación 20.

31

20

)rH(016.5Y ⋅⋅⋅⋅====

Fuente: MICHAELLI, Walter. Extrusion Dies. Munich: Hanser Publisher, 1992. p. 149. El radio máximo del tubo manifold: Ecuación 21.

31

20

)Hr(889.0R ⋅⋅⋅⋅====

Fuente: MICHAELLI, Walter. Extrusion Dies. Munich: Hanser Publisher, 1992. p. 149. Pérdida de presión total: Ecuación 22.

300

total Hr

YV12p

⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅

⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅====

π∆

&

Fuente: MICHAELLI, Walter. Extrusion Dies. Munich: Hanser Publisher, 1992. p. 150. Tiempo promedio de residencia: Ecuación 23.

0

0V

YHrt

&

⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅≈≈≈≈

π

Fuente: MICHAELLI, Walter. Extrusion Dies. Munich: Hanser Publisher, 1992. p. 150. La figura 29 es un mapa de flujo de un procedimiento para diseñar un sistema de distribución para un mandril cilíndrico; la ruta izquierda debe seguirse cuando se da el radio “r” del mandril.

63

Figura 29. Procedimiento para diseñar un sistema de distribución para un mandril cilíndrico


64

5.2.2 Dimensionamiento del sistema de distribución en un mandril estrechado. La figura 30 muestra el sistema de distribución en un mandril estrechado. Desde los estrechamientos del mandril, es necesario aumentar la altura del gap del land en la dirección del flujo si la velocidad de cizalladura representativa en el sistema de distribución es requerida. Figura 30. Sistema de distribución con un mandril de capa estrechado

Fuente: MICHAELLI, Walter. Extrusion Dies. Munich: Hanser Publisher, 1992. p. 222. De la ecuación 16: Ecuación 24. Velocidad de cizalladura en la ranura

)y(h)y(r

V632.4Y

20

S ⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅

⋅⋅⋅⋅====

π

&

&

Fuente: MICHAELLI, Walter. Extrusion Dies. Munich: Hanser Publisher, 1992. p. 222. r(y) y rmin sigue: Ecuación 25.

máxmin h)y(r

r)y(h ⋅⋅⋅⋅====


65

Además, según figura 30: Ecuación 26.

αsinyr)y(rmin

⋅⋅⋅⋅++++====

Fuente: MICHAELLI, Walter. Extrusion Dies. Munich: Hanser Publisher, 1992. p. 222. Ecuación 27.

αα cos2

hsinYR2r'r máx

00minmáx⋅⋅⋅⋅++++⋅⋅⋅⋅

++++⋅⋅⋅⋅++++====

Fuente: MICHAELLI, Walter. Extrusion Dies. Munich: Hanser Publisher, 1992. p. 222. El radio máximo del tubo manifold R0 al punto ζ = π: Ecuación 28.

31

2máxmin0hr889,0R

⋅⋅⋅⋅====

Fuente: MICHAELLI, Walter. Extrusion Dies. Munich: Hanser Publisher, 1992. p. 223. La longitud máxima de land en la línea de la capa ζ = π: Ecuación 29.

⋅⋅⋅⋅++++⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅==== 31

min31

máx31

min31

máx0r016,5sinh29,6rhy α

Fuente: MICHAELLI, Walter. Extrusion Dies. Munich: Hanser Publisher, 1992. p. 223. El recorrido del radio manifold: Ecuación 30.

31

0R)(R

====

πζ

ζ


66

Recorrido de la longitud land: Ecuación 31.

⋅⋅⋅⋅++++⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅

⋅⋅⋅⋅++++⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅

====

40min

3máx

40min

3máx

31

31

32

0 R4sinrh

R4sinrhy)(y

απ

αζπ

πζ

ζ

Fuente: MICHAELLI, Walter. Extrusion Dies. Munich: Hanser Publisher, 1992. p. 223. Pérdida de presión en el canal de flujo: Ecuación 32.

−−−−

⋅⋅⋅⋅++++⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅

⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅==== 2

3

min23

0min23

min3máx

s0TOTAL

rsinyr

rh

V

sin8

p απ

η

α∆

&

Fuente: MICHAELLI, Walter. Extrusion Dies. Munich: Hanser Publisher, 1992. p. 223. Tiempo promedio de residencia en el canal de flujo: Ecuación 33.

−−−−

⋅⋅⋅⋅++++⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅

⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅

≈≈≈≈ 23

min23

0min0

máx21

min rsinyrV

hr

sin32

t απ

α &

Fuente: MICHAELLI, Walter. Extrusion Dies. Munich: Hanser Publisher, 1992. p. 223. El procedimiento para diseñar un sistema de distribución para un mandril estrechado en Figura 31 es similar a la Figura 29. Un canal manifold tubular, como se asume que existe en figuras 28 y 30, no puede fabricarse económicamente, desde que el mandril queda tan bien como en el cuerpo del dado adyacente. Es por consiguiente apropiado solo incorporar un canal manifold tubular en el mandril y forjar las paredes adyacentes del dado cilíndrica o cónicamente. El canal manifold que entonces ya no es tubular, debe reemplazarse por una geometría de igual resistencia. Las relaciones derivadas en el dimensionamiento

67

del sistema de distribución en un mandril cilíndrico y estrechado, no contiene ningún dato reológico para que los sistemas de distribución universales resulten los cuales son independientes del material y del punto de operación. Como en el caso de los dados de ranura, la longitud de land Y0 también es relativamente largo comparado aquí con el tamaño del mandril. Esto es sin embargo menos crítico debido a la rigidez mecánica del sistema, desde que las fuerzas pueden ser bien absorbidas por el alojamiento del dado que rodean el mandril. Dependiendo de cómo el dado es construido sin embargo, puede ser necesario verificar la torsión del mandril debido a la distribución de presión. Un dado alimentado lateralmente, fabricado según este análisis, mostró una muy buena distribución de la fusión.12

12 MICHAELLI, Walter, Extrusion Dies. Munich: Hanser Publisher, 1992. p. 125-225.

68

Figura 31. Procedimiento para diseñar un sistema de distribución para un mandril estrechado


69

6. CONCLUSIONES

Con el seguimiento realizado a la cantidad de desperdicio generada por cada área de trabajo, se demostró que el proceso de hilatura es el mayor productor de dicha cantidad, ocasionando problemas de calidad y aumento en los costos de la empresa.

Con la aplicación de precisas metodologías de análisis al proceso de hilatura, se diagnosticaron los posibles factores que causan la presencia de gran cantidad de desperdicio.

Se realizó el estudio de los factores suministrados por las metodologías de análisis con una de las técnicas más completas, proporcionando la causa principal de la producción de desperdicio.

Se comprobó experimentalmente que el principal causante de desperdicio en el proceso de hilatura, es la desigualdad de las propiedades de salida de los hilos debido a la ausencia de un dado difusor.

Se realizó la explicación teórica de la causa principal que suministró el estudio efectuado, con el fin de plantear posibilidades de solución para que sean tomadas en consideración por parte de la empresa.

Se planteó algunas recomendaciones concernientes a los inconvenientes observados en el desarrollo del estudio del proyecto, con el propósito de facilitar algunas soluciones a la empresa y de la misma manera, contribuir en la posibilidad de alcanzar una posición ventajosa en el mercado nacional como productora de plásticos, debido a su calidad constante.

70

7. RECOMENDACIONES

Con el fin de disminuir la gran cantidad de desperdicio de material que se produce en el proceso de hilatura y así mismo mejorar la calidad de los productos finales, se deben formular algunas recomendaciones para la mejoría de las causas halladas en el análisis que se le realizó al proceso y al problema. Las recomendaciones se clasificarán según las categorías de causas posibles que se rotularon en la sección 4.1.1, en el diagrama de causa y efecto. 7.1 MATERIAL

En ocasiones era utilizado material reciclado proveniente de Industrias Kent de Medellín, para la fabricación de algunos monofilamentos con el fin de disminuir costos y ahorrar cierta cantidad de materia prima. El problema de este material es que debido a que contiene muchas impurezas afecta la óptima extrusión de los monofilamentos, generando problemas de calidad y aumentado la cantidad de desperdicio debido a los revientes. La recomendación, es que no se haga uso de este material reciclado, pues a pesar de que en un principio se disminuye costos y ahorro de materia prima, las consecuencias son peores.

A pesar del bajo porcentaje de influencia, existe un factor que contribuye de cierta manera en la cantidad de revientes que se presentan: la mala calidad de algunas referencias de la materia prima utilizada. Según el estudio realizado, se observó que los revientes se disminuyen utilizando las referencias B5429 para el polietileno (PE) y H82 para el polipropileno (PP); de igual manera se recomienda trabajar siempre con la misma referencia, ya que las combinaciones o cambios constantes entre ellas podrían afectar el proceso.

También debe ser tomado en consideración, que los colorantes utilizados en el proceso deben de buena calidad, ya que al igual que la materia prima dicha característica influye de cierta manera en el proceso.

71

7.2 MANO DE OBRA

Uno de los factores más importantes en esta categoría, es la inconformidad que presentan los operarios con el trabajo. Se observó que en algunas ocasiones ellos no poseían la mejor disponibilidad para realizar su trabajo de buena manera; al hablar con ellos su respuesta fue que al ver las fallas que la máquina presentaba no les daba ganas de trabajar. Lo primordial de todo esto, es que los operarios por tratar de arreglar o mejorar el problema, cambiaban algunos parámetros sin tener el conocimiento adecuado de porque estaba sucediendo tal cosa, lógicamente esto afecta el proceso. Es recomendable hablar con ellos para que cambien de actitud y cuando se presenten fallas en el proceso, informar inmediatamente al jefe de planta para hacer las respectivas acciones correctivas bajo su supervisión.

El incumplimiento con las rutinas de mantenimiento de las boquillas es un factor importante en la calidad del producto; por esta razón es indispensable realizarlas periódica y exhaustivamente. Debido a este incumplimiento, en algunas ocasiones los hilos presentaron imperfecciones como las rebabas, lo que conlleva a estimarlo como desperdicio. Se recomienda el debido cumplimiento de estas rutinas, en donde se realice la calibración de los orificios y el limpiamiento de ellos.

7.3 MÁQUINA

La principal causa que genera desperdicio en el proceso de hilatura, es la falta de un dado de extrusión, por eso se recomienda a la empresa que tome en consideración la posibilidad de obtener uno de ellos. La solución a este problema resolvería la desigualdad de las propiedades de los monofilamentos mejorando su calidad y por ende, la de los productos finales; contribuyendo al alcance de una posición ventajosa en el mercado nacional como productora de plásticos, debido a su calidad constante.

Para el buen funcionamiento del proceso, todos los componentes de la máquina deben estar en buen estado, ya que cada uno cumple una vital función. Al inicio del estudio, se presentaron inconvenientes debido a la falta de homogeneidad de la mezcla utilizada en el proceso, todo esto ocurrió porque el mezclador se encontraba en mal estado y debía realizarse esta operación manualmente. Obviamente al revolver manualmente, la mezcla no tendrá la uniformidad que se debe. Se recomienda que al notar cualquier mal funcionamiento de los componentes de la máquina, informar inmediatamente para evitar posteriores y más grandes inconvenientes.

72

La potencia del motor de la máquina es un inconveniente evidente; ya que el valor (15hp) no es suficiente para dicho proceso. A mediados del semestre se realizó un cambio de motor con una potencia de 50hp; esta decisión ayudó mucho al buen funcionamiento de la máquina, pero debido a su antigüedad y a un mal procedimiento que se le realizó, debió ser reemplazado por el motor anterior. Lo ideal sería cambiar de nuevo el motor que poseen actualmente por uno de mayor potencia.

7.4 MÉTODO

En algunas ocasiones los parámetros que se manejan en el proceso no son los adecuados debido a la falta de conocimiento, la solución más factible está en realizar las pruebas respectivas para obtener datos sobre las posibles condiciones de operación de cada material y de ninguna manera exceder dichas condiciones. De esta manera, se tendrán datos exactos y apropiados para el buen funcionamiento del proceso.

73

BIBLIOGRAFÍA

DAVID, Fred R. La gerencia estratégica. Santafé de Bogotá: Legis Editores, 1988. 370 p. MEYSENBUG, C.M. von. Tecnología de plásticos para ingenieros. Bilbao: Urmo, 1973. 232 p. MICHAELLI, Walter. Extrusión dies. Munich: Hanser Publisher, 1992. 540 p. PYZDEK, Thomas y BERGER, Roger W. Manual de control de la calidad en la Ingeniería 1. México, D.F., Mc Graw Hill, 1996. 290 p. RAMOS DE VALLE, Luis Francisco. Extrusión de plásticos: principios básicos. Saltillo: Limusa S.A, 2000. 180 p. Sector de los transformados plásticos [en línea]. Europa: www.plastunivers.com, 2002. [Consultado 16 de Febrero, 2006]. Disponible en: http://www.plastunivers.com/Tecnica/Hemeroteca/ArtículoCompleto.asp?ID=5106

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