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1 Titulo
DESARROLLO DE LA TECNOLOGIA DE DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UNA MAQUINA INDUSTRIAL RECTA DE PUNTO CERRADO DE BAJO CONSUMO DE ENERGIA
2. Resumen del proyecto El proyecto consiste en diseñar, construir y ensayar un prototipo de máquina
industrial de costura recta de punto cerrado, cuyos elementos móviles: aguja,
lanzadera y mecanismo de avance de tela son accionados directamente por
electroimanes o motores de paso, reduciendo el peso y el consumo de energía de
la máquina. El problema técnico mas importante que se resuelve es el diseño del
sistema de control de costura, que corresponde al campo de ingeniería
mecatrónica. Se elaboran modelos de simulación, se construye el prototipo y se
realizan ensayos, de funcionamiento, de eficiencia energética y de calidad de
costura, que corresponde al campo de ingeniería textil.
3. Antecedentes Evolución del conocimiento
Estado del arte
Principales avances en investigación, nacional e internacional
Bibliografía citada: Libros
4. Justificación
4.1 Consideraciones que justifiquen el desarrollo del proyecto.
4.1.1 Técnicas
Máquina de costura recta actualLas máquinas de costura recta estándar tienen un accionamiento eléctrico
formado por un motor eléctrico, el que por medio de un sistema de transmisión
acciona los componentes mecánicos: aguja, lanzadera, mecanismo de avance de
tela y alimentador de hilo.
El sistema de transmisión está formado por poleas, fajas, ejes y engranajes.
Como consecuencia de este diseño se tiene una máquina en la que el sistema de
transmisión tiene un peso cientos de veces mayor que la aguja y los otros
componentes que realizan el trabajo útil.
Desventajas
Las principales desventajas las causan el sistema de transmisión debido a
que:
a) Los componentes mecánicos de la transmisión introducen una carga adicional
causada por sus masas giratorias.
b) Las poleas, fajas y similares causan una reducción de eficiencia que produce
pérdidas de energía que incrementan su costo de operación, reduciendo su
productividad.
c) Las altas velocidades a las que giran estos componentes los somete a desgaste
mecánico lo que obliga a utilizar materiales de alta calidad que incrementan su
costo de inversión.
Máquina de costura recta propuestaLa máquina de costura recta propuesta tiene accionamientos directos de los
componentes que realizan trabajo útil. Estos accionamientos son:
Aguja electroimán / motor de paso
Lanzadera electroimán / motor de paso
Mecanismo de avance de tela Motor de paso
Ventajas técnicas de la máquina propuestaEl tener un accionamiento directo de los componentes le da las siguientes
ventajas.
Se elimina la transmisión de poleas y fajas con lo que:
a) Se mejora la eficiencia mecánica y se reduce el consumo de energía.
b) Se reduce el peso la máquina, eliminando partes giratorias lo que a su vez
reduce las fuerzas y vibraciones causadas por las masas giratorias
c) Se reduce el desgaste mecánico por rozamientos de los componentes debido a
que se eliminan elementos mecánicos que giran a alta velocidad.
4.1.2 AcadémicasEl proyecto tiene importancia académica porque se considera el diseño,
construcción y pruebas de máquinas y equipos, por lo que la participación
de docentes de la especialidad contribuye al cumplimiento de la función de
investigación de la universidad a la obtención de experiencia en
investigación y desarrollo de tecnología.
4.1.21 Desarrollo de especialidadesa) Ingeniería mecatrónica
Es una aplicación típica de ingeniería mecatrónica, porque la máquina que
tiene componentes mecánicos, electrónicos e informáticos. Una de las
contribuciones más importantes es el sistema de control que coordina el
movimiento de los componentes mecánicos que realizan la operación de costura.
.
El diseño, construcción y pruebas del sistema de control puede ser materia
de una tesis de grado.
b) Ingeniería TextilAunque el proyecto se relaciona más con la industria de confecciones que
con la ingeniería textil su importancia radica en la necesidad de estudiar con detalle
y reproducir el proceso de costura de una máquina de costura recta. También
motivará estudios de tiempo y movimiento para determinar su rendimiento y sus
resultados se deberán tener en cuenta en los proyectos de plantas de confecciones.
4.1.2.2 Tesis de pre-gradoEn el proyecto se desarrollan al menos tres que pueden ser temas de tesis
de grado.
a) Diseño de la máquina y sus componentes.
Corresponde a la especialidad de mecatrónica y consiste el diseño mecánico de
la estructura de la máquina y del equipo eléctrico. Comprende el diseño mecánico
los equipos de soporte y accionamiento mecánico de aguja, lanzadera y mecanismo
de avance de tela. También el : diseño de electroimanes y motores de paso,
sistema de protección y circuitos eléctricos.
b) Diseño del sistema de control de máquina de coser.Corresponde a la especialidad de mecatrónica y comprende el control del
desplazamiento de la aguja, el giro de la lanzadera y el desplazamiento del avance
de la tela. Requiere el diseño del sistema de control y del equipo electrónico.
c) Evaluación del rendimiento de la máquina.
Corresponde a la especialidad de ingeniería textil. Consiste en evaluar la
calidad de la costura y determinar su rendimiento a través de indicadores como
puntadas por minuto, kW/por puntada y otros que resulten pertinentes.
d) Artículos y eventos técnicosSus resultados pueden ser motivo de artículos técnicos para su difusión en
congresos y otros eventos técnicos.
4.1.3 Económicas.
La máquina se puede convertir en un producto de fabricación nacional que
contribuya a la producción de bienes de capital con valor agregado.
La máquina es patentable, por lo que puede generar ingresos por royalty.
Al reducir el consumo de energía de la industria de confecciones, contribuye
a mejorar su productividad, lo que le permitirá competir en mejores condiciones.
4.1.4 Sociales, culturales o políticas
4.2 Descripción del problema a resolver:
El problema es diseñar y construir una máquina de bajo consumo de energía.
Las maquinas de costura recta tienen un sistema de transmisión formado por
poleas y fajas que causan una baja eficiencia mecánica, cuyo efecto son pérdidas
de energía que reducen la productividad de su operación, y sus masas giratorias
introducen una carga adicional.
Si bien individualmente la mejora de la eficiencia que se puede esperar por la
eliminación del sistema de transmisión se puede estimar comprendida del 2 al 5
%, está resulta significativa si se consideran las elevadas horas de operación que
tienen en talleres o fábricas.
La reducción de peso que corresponde exclusivamente a la máquina, sin
considerar el mueble de soporte, es de un 60 % lo que puede significar un menor
costo de inversión por máquina.
- Problemas generales y particulares de la sociedad.Un problema del Perú es que es productor de materias primas o de productos
sin valor agregado. Este proyecto contribuye a darle un alto valor agregado a la
producción local por medio de la tecnología.
- Sector productivo.Mejora la competitividad del sector de confecciones, justo cuando tiene que
hacer frente a la competencia de productos importados que llegarán al país como
resultado de los tratados de libre comercio.- Conocimiento tecnológico
Contribuye a desarrollar el conocimiento tecnológico del diseño,
construcción y ensayos de nuevos modelos de máquinas destinadas a la industria
de confecciones.
5. Objetivos y metas
5.1 Objetivos:
5.1.1 General Desarrollar la tecnología de diseño y construcción de maquinas de costura
rectas industriales con accionamiento directo.
5.1.2 Específicos
a) Diseñar, construir y ensayar un prototipo de máquina de costura recta industrial
con accionamiento directo.
b) Registrar las patentes que fueran necesarias.
c) Transferir la tecnología desarrollada a la industria nacional
d) Utilizar la experiencia obtenida en el desarrollo de otras máquinas y equipos
similares.
e) Fomentar la investigación tecnológica como tema de tesis de competencia
profesional.
5.2 Metasa) Desarrollar la tecnología de diseño en un periodo de un año.
b) Transferir la tecnología a la industria en un año después de ser desarrollada.
6 Metodología
Fig. 6.1 Metodología
6. Potenciales beneficiariosIndustria de confecciones pequeña y mediana
Industria de bienes de capital. Pequeña industria de metal mecánica
Propietarios de la tecnología a través de la venta de tecnología.
7. Aportes esperadosDesarrollo de la tecnología de diseño y construcción un modelo de máquina
patentable
8. Descripción técnica del proyectoEl proyecto comprende las siguientes actividades:
a) Estudio de los sistemas de costura de las máquinas existentesPara determinar sus posiciones, velocidades, aceleraciones y fuerzas que
sirvan como parámetros de diseño para los soporte y accionamientos de la nueva
máquina. Se determina la curva Posición vs Fuerza .
b) Diseño de electroimán de accionamiento de la aguja.
Se considera un electroimán acorazado de núcleo móvil evaluándose las
alternativas: con tope y según sus característica de Posición vs. Fuerza. .En la Fig
1 se representa el caso sin tope.
c) Selección de los motores de pasoEstos realizan el accionamiento de la lanzadera y el mecanismo de avance de
la tela. Se determina su posición, accesorios y soportes.
d) Sistema eléctricoLo forman los alimentadores y los interruptores de protección.
e) Estructura de soporte.
Se tendrán en cuenta la disposición de los equipos y criterios ergonómicos.
e) Sistema de controlSe encarga de coordinar los movimientos de los componentes.
f) Modelamiento.
Una vez deteminadas las características de los componentes se elabora un modelo
matemático del comportamiento de la máquina y se efectúa un programa de
simulación con un software adecuado, proponiéndose utilizar Mat Lab
g) Construcción del prototipoEste se construirá mediante servicios de terceros.
h) Pruebas.
Se realizarán pruebas de funcionamiento, de rendimiento energético y de calidad de
costura.
i) Se elaboran un informe final del proyecto.
9. Presupuesto
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