INSTITUTO TECNOLÓGICIO DE PACHUCA
Departamento Metal-Mecánica Ingeniería Mecánica Reporte de progreso “Diseño de una máquina desfibradora de residuos textiles a base de algodón para obtener fibras cortas para procesos textiles”.
Hernández Hernández German Gilberto Roberto Silva Tapia Jurado Samperio Gerardo
Diseño de una máquina desfibradora de residuos textiles a base de algodón para obtener fibras cortas para procesos textiles.
Necesidad
La industria textil es uno de los grandes contribuyentes en la contaminación del medio ambiente. En los procesos de fabricación de telas, hilos y demás, se utilizan gran cantidad de químicos y reactivos que afectan, el aire y las aguas cercanas a la planta de producción. Debido al alto índice de contaminación producido por la industria textil es necesario incluir dentro del ciclo vida de un producto de este tipo un proceso que aproveche los deshechos textiles que pueden procesarse para su posterior uso, por lo cual se considera necesario realizar el diseño y construcción de un sistema mecánico que permita el procesamiento del deshechos textiles en materia prima, de una forma ecológica y rentable.
Problema
Diseñar un proceso de reciclaje adecuado a la industria textil mexicana que permita en una sola maquina convertir los deshechos textiles nuevamente en m ateria prima.
Objetivo general
Diseñar y construir una máquina desfibradora de residuos textiles a base de algodón, mediante un sistema mecánico.
Objetivos específicos
Investigar las propiedades mecánicas y físicas de los materiales con los que se va a trabajar obteniendo las características y datos necesarios para el desarrollo del diseño.
Realizar los cálculos de diseño para obtener una base en la construcción y fabricación de la máquina desfibradora.
Elaborar los planos de construcción de la máquina con sus respectivas especificaciones.
Realizar un estudio económico que permita establecer la vialidad en la construcción de los elementos, mecanismos y sistemas diseñados.
Desarrollo de especificaciones
El objetivo es establecer claramente los requerimientos del producto en términos de funcionalidad y otras especificaciones. Identificación del cliente. Para este proyecto de diseño, el producto está enfocado a las personas
y empresas que se dedican a la separación de textiles para su reciclaje.
Determinación de los requerimientos de diseño
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10.
Que la máquina tenga un buen desempeño. Que su operación sea sencilla. Que su operación sea segura. Que las reparaciones y el mantenimiento de la máquina sean sencillos. Que los costos de reparación y mantenimiento sean bajos. El montaje y desmontaje de los componentes debe ser fácil. Que no ocupe mucho espacio. Que no produzca desperdicios. Que procese distintos tipos de desperdicio de tela de algodón. Que entregue fibras estándar.
Tabla de clasificación de los requerimientos Requerimientos obligatorios 1- Que sea segura 2- Que su operación sea sencilla. 3- El montaje y desmontaje de los componentes debe ser fácil. 4- Que procese distintos tipos de desperdicio de tela de algodón. 5- Que entregue fibras estándar.
Requerimientos deseables a) Los costos de reparación y mantenimiento deben de ser bajos b) Las reparaciones y el mantenimiento deben de ser sencillos. c) Que no ocupe mucho espacio. d) Que no produzca desperdicios. e) Que tenga un buen desempeño.
A los requerimientos obligatorios se les asignó el mismo grado de prioridad, ya que todos son importantes y deberán cumplirse totalmente. Son los requerimientos deseables a los que se les asignó un valor de prioridad relativo, comparando cada uno con el resto y determinando cuál es el más o menos importante.
Tabla de requerimientos y expectativas. # 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Necesidad La desfibradora de textiles es segura. La desfibradora de textiles es fácil de operar. La desfibradora de textiles procesa distintos tipos de desperdicio de tela de algodón. La desfibradora de textiles entrega un tamaño de fibra estándar. La desfibradora de textiles tiene componentes de fácil montaje y desmontaje. La desfibradora de textiles tiene buen desempeño. La desfibradora de textiles no produce desperdicios. La desfibradora de textiles es de fácil reparación y mantenimiento. La desfibradora de textiles tiene bajos costos de reparación y mantenimiento. La desfibradora de textiles tiene un tamaño adecuado.
Importancia 5 5 5 5 5 4 3 3 2 2
Tabla de métricas y unidades # a c i r t é M
# d a d i s e c e N
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.
1 3 3 4 3,6 3,6 7 8,9
9.
8,9
10.
10
Métrica
ISO 12100:2010 Capacidad de la máquina. Par mínimo requerido. Dimensiones de las fibras. Potencia del motor. Fuerza máxima al corte del material. Masa del material de desechado. Requiere herramientas especiales mantenimiento y la reparación. Requiere refacciones especiales mantenimiento y la reparación. Volumen de la máquina.
Importancia
Unidades
Binario Kg/s
para
el
5 5 5 5 5 5 3 3
para
el
2
Binario
2
m3
N∙m
mm KW N Kg Binario
Generación de conceptos
El método utilizado para generar los conceptos del diseño fue la tormenta de ideas ( brainstorming ). Haciendo una pregunta general para cada función del sistema.
Generación de conceptos de diseño a través de la lluvia de ideas
I.
II.
III.
IV.
V.
VI.
VII.
Funciones Ideas ¿Cómo será el mantenimiento de la Mantenimiento general. máquina? Mantenimiento diario. Mantenimiento durante la operación. Limpiar la máquina después de la operación. Mantenimiento mensual. Mantenimiento anual. ¿Cómo se conectara o apagará la Control manual. máquina para su funcionamiento? Control mecánico. Control electromecánico. Control neumático. ¿Cómo se transformará una energía Con un motor eléctrico en energía mecánica? Con un motor de combustión interna. Con un motor neumático. Con un motor hidráulico. ¿Cómo se transmitirá la energía Con poleas y banda. mecánica a los mecanismos? Con trenes de engranes. Con catarinas y cadenas. ¿Cómo se alimentará la máquina? Por cargas. Por piezas. Con una tolva. Utilizando una banda transportadora. ¿Cómo se desfibrará la tela? Con un husillo y un tambor. Rodillos opresores y tambor. Rodillo dentado y tambor peinador. Cepillo y rodillos opresores. ¿Cómo se descargará la tela Banda transportadora. desfibrada? Succión con aire. Con un tornillo sinfín. Con un ducto.
Matriz morfológica para la máquina Funciones
Propuestas de solución
I.
A Limpieza de la máquina
B Limpieza general
C Mantenimiento general
II.
Control manual
Control electromecánico
Control neumático
III.
Motor eléctrico
Motor de combustión interna
Motor neumático
Motor hidráulico
IV.
Poleas y banda
Tren de engranes
Catarinas y cadena
Combinación
V.
Por cargas
Por piezas
Con una tolva
Utilizando una banda transportadora
VI.
Husillo y tambor
Rodillo dentado y tambor peinador
Cepillo y rodillos opresores
VII.
Banda transportadora
Tornillo sinfín
Ducto de desalojo
Rodillos opresores y tambor
Succión con aire
Tres combinaciones obtenidas para la obtención de nuevos conceptos de diseño: Opción 1 Opción 2 Opción 3
D Combinación
Evaluación de conceptos
Utilización del método SCAMPER para encontrar posibles soluciones a los requerimientos y expectativas del diseño. Definición del problema
Encontrar alternativas de solución a los requerimientos y expectativas del diseño. Formulación de las preguntas por cada concepto
Formulación de preguntas utilizando la lista de acciones propuestas por SCAMPER. Las ideas sugeridas se anotaron para su filtrado y evaluación posterior. S u s t i t u i r elementos, cosas, procedimientos, lugares, personas, ideas.
¿Se puede sustituir a alguien involucrado? a) Podemos conformar el equipo de trabajo por dos personas dedicadas al diseño de la máquina y tres personas encargadas del estudio económico. b) Podemos conformar el equipo de trabajo por tres personas dedicadas al diseño de la máquina y dos personas encargadas del estudio económico. ¿Se pueden utilizar otros procesos o procedimientos? a) Podríamos utilizar la técnica de ingeniería inversa para obtener el diseño de la máquina a partir de una ya existente. ¿Otra energía de alimentación? a) Podríamos utilizar una entrada de potencia manual b) Podríamos utilizar energías no convencionales c) Una máquina amigable con el medio ambiente ¿Qué más puede ser sustituido? a) Podríamos utilizar tornillería y no soldadura para las uniones y ensambles. b) Podríamos utilizar refacciones existentes en el mercado. c) Podría utilizarse un sistema de control digital.
elementos y recursos para complementarlos enriquecerlos o mezclarlos de formas nuevas e innovadoras, aun sin tener relación aparente. Combinar
¿Combinar unidades? a) podríamos utilizar componentes estandarizados en el sistema ISO y en sistema ANSI ¿Qué otras máquinas podrían mezclarse con esta? a) Podríamos incorporar la máquina a los procesos ya existentes de fabricación de hilos y telas. b) Podríamos incorporar un sistema de pretratamiento de los residuos textiles. c) Un proceso de conformado de hilo posterior al nuestro.
¿Qué materiales podrían combinarse? a) Podríamos utilizar materiales compositos que mejoren la eficiencia de la máquina. b) Aleaciones con mejores propiedades físicas ¿Se pueden combinar diferentes talentos para mejorarlo? a) Podríamos crear un grupo interdisciplinario para el diseño de la máquina. b) Incorporar sistemas de control sofisticados. A d a p t a r , cambiar
la función, usar una parte de otro elemento pensar paralelamente y utilizar herramientas e ideas en nuevos contextos y situaciones. ¿Qué podría copiarse? a) Podríamos utilizar tecnología ya existente para el desfibrado de la tela. b) Utilizar refacciones que existen en el mercado relacionadas con el proceso. c) Podríamos adaptar la máquina para que entregue un material estandarizado bajo normas oficiales. ¿Qué idea podría incorporarse? a) Utilizar procesos de manufactura amigables con el medio ambiente (Green Manufacturing ). b) Adaptar el proceso a otros tipos de materiales. ¿Qué otro proceso se podría adaptar? a) Pretratamiento del deshecho textil. b) Conformado de hilos. ¿Qué ideas de otros campos diferentes pueden incorporarse? a) Manufactura limpia. b) Sistemas de control sofisticados. Modificar la escala, cambiar de forma, magnificar
los atributos.
¿Qué se puede sobredimensionar? a) Podríamos incrementar las dimensiones de la máquina. b) Utilizar un motor con mayor capacidad de la requerida c) Dar un factor de seguridad elevado. ¿Se puede añadir algo? a) Un sistema mecánico para el conformado de hilo. b) Un sistema mecánico que empaque el producto obtenido de proceso de desfibrado. c) Un sistema que recicle los desperdicios obtenidos durante el proceso de desfibrado. ¿Características adicionales? a) Que todos sus elementos se puedan desmontar. b) Que tenga movilidad.
¿Qué cambios se pueden hacer en los planes? a) Podría fabricarse primero y después diseñarse. b) Podríamos obtener un producto distinto a lo deseado y enfocarlo a un mercado específico. Proponer otros usos , replantear el uso y la aplicación que un objeto puede tener. Cambiar la
aplicación, usarla para fines distintos. ¿Para qué más se podría usar? a) Podríamos obtener un producto distinto a la fibra. b) Podría utilizarse para destruir desperdicios textiles. ¿Otros usos si se logra modificar? a) Obtención de borra. b) Obtención de hilo preformado. ¿Qué más se podría hacer a partir de esto? ¿Otros mercados? a) Hilo fino, hilo grueso, estambre. b) Relleno de almohadas, cobijas y sillones. c) Borra. Eliminar , minimizar,
dejar sólo lo que realmente cuenta, reducir a su funcionalidad básica.
¿Qué habría que omitir? a) Podríamos omitir el proceso de soldadura. b) La fabricación de algunas piezas y sustituirlas por partes comerciales. ¿Hacer más eficiente? a) Podríamos mejorar los procesos existentes de deshilado. Reorganizar ,
hacer cosas que no se esperan hacer, ensamblar en orden inverso un objeto, realizar al inverso un proceso. ¿Intercambiar componentes? a) Podríamos utilizar componentes de máquinas con funcione similares. b) Podría invertirse el orden y la posición de los componentes. ¿Cambiar el orden? a) Podría primero ordenarse el deshecho y después desfibrarse. b) Podríamos primero construir la máquina y después rediseñarla. c) Podríamos comenzar el diseño a partir de componentes ya existentes. ¿Cambiar la velocidad? a) Podría tener distintas velocidades de operación. b) Debería mantener una velocidad única de operación. ¿Cambiar la planificación? a) Debería reconsiderarse el orden en que se va a diseñar la máquina. b) Primero realizar pruebas experimentales y después corregir los errores.
ESTUDIO DEL MERCADO Estadísticas sobre la contaminación de suelo en México.
Las tasa de contaminación de basura en volumen se ha ido acrecentando año con año, aunque algunos tipos de basura con mayor que otras. Cada vez se ha ido reemplazando muchas cosas orgánicas por inorgánicas; esto se debe por sus características del material. De acuerdo al INEGI en el 2003 se generó en México 32’916.000 toneladas de basura y 2’013.000 toneladas de
plástico.
En el estado de Hidalgo no se tiene registro en el directorio de centros de acopio para materiales provenientes de residuos en México. A diferencia de los demás estados que se tiene que tienen centros de acopio para el desperdicio textil. Partiremos del municipio de Zacualtipán de Ángeles ya que se tiene conocimiento del porcentaje de desperdicio que generan las industrias textiles. De los desperdicios de las empresas textiles instaladas en Zacualtipán de Ángeles Estado de Hidalgo, aproximadamente un 10% son quemados a cielo abierto y casi un 75% son arrojados en los tiraderos municipales, que en temporada de lluvias son arrastradas hacia los ríos o drenajes obstruyendo el libre flujo del agua y en las temporadas de calor se convierten en un peligro de inflamación. Del 15% restante de los desperdicios existen personas que se dedican a separarlos (van por los desperdicios a las empresas) realizando pacas para diferentes usos. Teniendo en cuenta lo anterior se pretende realizar una maquina desfibradora para así reciclar los desperdicios textiles. Con esta situación se disminuirían costos ya que el material se volvería a utilizar como materia prima para los procesos textiles requeridos.
CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES
