tesis escalante zumba
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ESCUELA SUPERIOR POLITCNICA DEL LITORAL
Facultad de Ingeniera en Mecnica y Ciencias dela Produccin
Diseo de un Sistema de Transporte Neumtico a Presin Positiva de
Desperdicios Generados por una Industria Cartonera
TESIS DE GRADO
Previo a la Obtencin del Ttulo de:
INGENIEROS MECNICOS
Presentada por:
David Daniel Escalante Hasing
Leopoldo Andrs Zumba Soliz
GUAYAQUIL ECUADOR
Ao: 2013
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AGRADECIMIENTO
Un agradecimiento especial al Ing.
Ernesto Martnez L., Director de Tesis,
por su constante direccin y enseanza.
Al Ing. Francisco Andrade S., por su
desinteresada ayuda y a todos los que
de alguna u otra manera colaboraron
con el desarrollo de esta tesis.
A nuestros padres por su comprensin,
paciencia y apoyo a lo largo de toda
nuestra carrera universitaria.
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DEDICATORIA
A DIOS, A NUESTROS PADRES,
HERMANOS, FAMILIARES Y AMIGOS.
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TRIBUNAL DE GRADUACIN
____________________ _____________________
Dr. Kleber Barcia V., Ph.D. Ing. Ernesto Martnez L.DECANO DE LA FIMCP DIRECTOR DE TESIS
PRESIDENTE
______________________
Ing. Francisco Andrade S.VOCAL
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DECLARACIN EXPRESA
La responsabilidad del contenido de esta Tesis de
Grado, nos corresponde exclusivamente; y el patrimonio
intelectual de la misma a la ESCUELA SUPERIOR
POLITCNICA DEL LITORAL
(Reglamento de Graduacin de la ESPOL)
_________________________ _________________________
David Daniel Escalante Hasing Leopoldo Andrs Zumba Soliz
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II
RESUMEN
La industria del cartn genera gran cantidad de desperdicios al da debido a
la gran demanda que tienen stos por parte de los consumidores tanto
nacionales como internacionales. En el Ecuador este tipo de industrias tienen
dos divisiones bsicas: Las imprentas industriales, que se dedican
bsicamente a la generacin de cajas para el sector floricultor, camaronero,
pesquero, agrcola y domstico. Y las imprentas bananeras que solo se
especializan en dar atencin al sector bananero.
La industria cartonera est conformada por un corrugador, que es la mquina
que provee de materia prima a la planta, y de mquinas impresoras. stas
ltimas son las encargadas de imprimir el diseo que el cliente exige sobre el
cartn. Los desperdicios de cartn generados por cada imprenta son
transportados a travs de una banda transportadora, ubicadotransversalmente a la mquina, y llevados a un blower donde son
succionados y enviados a travs de ducteras a un cicln, donde se produce
la separacin. ste, a su vez, est conectado a una embaladora en donde se
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III
compacta el desperdicio y se lo enva como materia prima para diferentes
industrias productores de papel reciclado.
Cuando la planta se encuentra en su mxima capacidad de produccin, es
decir, con todas las imprentas operando al mismo tiempo, se producen
taponamientos en el ducto de desperdicios, por lo que se tiene que detener la
produccin de ciertas mquinas para proceder a liberar. Esto causa paradas
diarias, que afectan a la economa de la industria. Los desperdicios
generados por el corrugador y los obtenidos por la trituradora son enviados al
cicln por medio de un blower respectivamente. Estos ductos de succin no
tienen problemas de taponamiento pero sern considerados para el
dimensionamiento del cicln.
Con la llegada de nueva maquinaria a la industria, la empresa requiere un
rediseo en el sistema de succin de desperdicios as como en el cicln, a
fin de eliminar paradas imprevistas.
En base a esto, el diseo de un cicln nuevo de mayor capacidad esnecesario en este caso, ya que el actual presenta problemas en su diseo y
construccin. La seleccin de blowers para enviar el desperdicio desde las
imprentas hacia el nuevo cicln tambin ser considerada.
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IV
La metodologa consisti en hacer un levantamiento de informacin del
sistema actualmente instalado en planta y de datos proporcionados por la
empresa de estudio. Entre stos se tiene el tipo de cajas de cartn corrugado
que producen, la cantidad de desperdicios mximos de cada imprenta,
caractersticas de los ventiladores de succin y motores de cada mquina,
elevacin del desperdicio, dimetro de los ductos, recorrido y longitud total de
los ductos, caudal de aire que manejan los distintos ductos de succin,
dimensionamiento del cicln actual y de la estructura soportante. Para
realizar esto, se utiliz el software comercial Autocad para el desarrollo de
planos y de SAP2000 para anlisis estructural.
Una vez realizado esto, se analiz el sistema actual para determinar cul es
la causa de los taponamientos. Primeramente se dimension el dimetro
ptimo de los distintos ductos de succin, para luego proceder con el clculo
de la cada de presin en los ductos, seguido del dimensionamiento del
cicln, cada de presin en el cicln, estructura soportante del cicln, para
finalmente realizar el clculo de la potencia del ventilador y motor del sistema
actual. Se lleg a la conclusin de que la potencia del motor instalado en laMquina# 1 estaba mal dimensionado, el dimetro de la ductera y la
potencia de motor de la Mquina# 2,3 tambin presentaban problemas y que
el funcionamiento del resto de las imprentas era el adecuado.
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V
Una vez hecho el anlisis del sistema actual, se dise el recorrido de la
nueva ductera para proceder a analizar el sistema futuro. En este punto se
toma en cuenta a la nueva Mquina# 7. Como en el sistema actual,
primeramente se dimension el dimetro ptimo de la ductera de la nueva
imprenta, seguido del clculo de la cada de presin en los ductos, para
luego proceder con el clculo de la potencia del ventilador y del motor, diseo
del nuevo cicln, clculo de la cada de presin en el cicln y de la estructura
soportante del cicln y finalmente el reclculo de la potencia del ventilador y
del motor. Se concluy que un dimetro de ducto de 14 para la Mquina# 1
es el adecuado, de 20 para la Mquina# 2,3 y de 12 para la Mquina# 7.
Para el resto de las imprentas, los dimetros actualmente instalados son los
adecuados. No se cambiaran motores ya que la potencia de los actuales son
los adecuados.
La implementacin del nuevo sistema tiene un costo total de $85697.65, con
lo que se garantiza el correcto funcionamiento del mismo.
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VI
NDICE GENERAL
Pg.
RESUMEN...II
NDICE GENERALVI
ABREVIATURASX
SIMBOLOGAXI
NDICE DE FIGURASXIII
NDICE DE TABLAS...XV
NDICE DE PLANOS....XVII
ANTECEDENTES..1
CAPTULO 1
1. GENERALIDADES DEL CARTN...3
1.1 Estructura del Cartn Corrugado......6
1.2 Tipos de Cajas Corrugadas........11
1.3 Mtodos de Impresin.............12
1.4 La Industria del Cartn Corrugado.....14
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VII
CAPTULO 2
2. DESCRIPCIN DEL PROCESO16
2.1 rea de Corrugado...........18
2.2 rea de Impresin.....23
2.3 rea de Empacado de Desperdicio...31
2.4 Diagrama de Flujo.....38
CAPTULO 3
3. IDENTIFICACIN DE LA NECESIDAD....40
3.1 Requerimiento a Satisfacer del Sistema.......40
3.2 Alternativas de Solucin...44
3.3 Seleccin de la Alternativa......46
3.4 P&ID Bsico del Transporte Neumtico....50
3.5 Diseo de Forma del Cicln y su Estructura....51
CAPTULO 4
4 DISEO DEL SISTEMA NEUMTICO...52
4.1 Anlisis del Sistema Actual..554.1.1 Dimensionamiento de la Ductera del Sistema Actual.........59
4.1.2 Clculo de la Cada de Presin en los Ductos de
Succin del Sistema Actual...60
4.1.3 Dimensionamiento del Cicln del Sistema Actual.....70
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VIII
4.1.4 Clculo de la Cada de Presin del Sistema Actual..71
4.1.5 Estructura Soportante del Cicln del Sistema Actual75
4.1.6 Clculo de la Potencia del Ventilador y Motor
del Sistema Actual......77
4.2 Diseo del Sistema Futuro..........80
4.2.1 Dimensionamiento de la Ductera del Sistema Futuro.....81
4.2.2 Clculo de la Cada de Presin en los Ductos de
Succin del Sistema Futuro.........81
4.2.3 Clculo de la Potencia del Ventilador y Motor
del Sistema Futuro.....84
4.2.4 Diseo del Cicln del Sistema Futuro.....86
4.2.5 Cada de Presin del Cicln del Sistema Futuro...91
4.2.6 Estructura Soportante del Cicln del Sistema Futuro...93
4.2.7 Recalculo de la Potencia del Ventilador y del
Motor del Sistema Futuro..95
CAPTULO 5
5 ANLISIS DE COSTOS....975.1 Presupuesto para la Construccin del Sistema Neumtico...97
5.2 Cronograma de Actividades......104
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IX
CAPTULO 6
6 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES..105
6.1 Conclusiones105
6.2 Recomendaciones...106
APNDICES
BIBLIOGRAFA
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X
ABREVIATURAS
FCT Resistencia al Aplastamiento en PlanoBCT Resistencia a la Compresin VerticalRSC Caja Ranurada de uso Regular
SP Cartn Corrugado de Simple ParedDP Cartn Corrugado de Doble ParedPST Distribucin del Tamao de PartculaPM Material ParticuladoCFM Pie Cbico por MinutoWF Factor de PesoRV Valor RelativoASTM American Society for Testing and Materials
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XI
SIMBOLOGA
C Grados Centgradosml Mililitros% Porcentaje
pH Potencial de HidrgenoKg Kilogramom Micrmetrohr Horapulg PulgadasHp Caballos de PotenciaFr Coeficiente de FroudeV Velocidadg Constante Gravitacionald DimetroQ CaudalA rea Nmero Pid2 Dimetro al CuadradoP1 Presin en el punto 1P2 Presin en el punto 2V1 Velocidad en el punto 1V2 Velocidad en el punto 2Z1 Altura en el punto 1Z2 Altura en el punto 2hlfluido Prdida de Carga debida al Fluido
hlaccesorios Prdida de Carga debida a los Accesorioshlslido Prdida de Carga debido al SlidoP Cada de Presinz Diferencia de Altura entre Z1y Z2 Peso Especficof Factor de Friccin Longitud Coeficiente de Prdida Relacin material/fluidoCd Coeficiente de Arrastre
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Re Nmero de Reynoldsg/m2 Gramaje
Densidad Viscosidad Dinmica Rugosidad Equivalente/d Rugosidad Relativas Segundos2 Segundo Cuadradom Metrom2 Metro Cuadradom3 Metro Cbicomm Milmetro Grados
Pa PascalesH2O AguaDc Dimetro del Barril del CiclnDs Dimetro de Salida de Aire del Ciclnh Altura parte Cilndricaz Altura parte CnicaH Altura Total del CiclnB Dimetro de Salida de PartculasNH Nmero de Cabezas de Velocidad a la Entrada
del CiclnVi Velocidad Promedio de Entrada al CiclnK Constante para Entrada TangencialPotVENT Potencia del VentiladorPotMOTOR Potencia del Motor Eficiencia del Motordptimo Dimetro ptimo Sumatoria Pulgadaa Alto del Ducto de Entrada al Ciclnb Ancho del Ducto de Entrada al CiclnS Altura de Salida del Aire del Cicln
$ Dlarlbs Librasund Unidadgl Galngb Global
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XIII
NDICE DE FIGURAS
Pg.Figura 1.1 Combinaciones de Corrugado..... 6
Figura 1.2 Caractersticas del Perfil del Cartn 8Figura 1.3 Cajas RSC y Troquelada.. 12Figura 1.4 Esquema del Mtodo de Impresin Flexogrfica
para Cartn. 13Figura 2.1 Esquema Simplificado del Proceso de
Corrugacin. 20Figura 2.2 Mquina Corrugadora... 21Figura 2.3 Esquema Simplificado del Proceso de Impresin 25Figura 2.4 Mquina Impresora.... 25Figura 2.5 Cuerpo Eslotador... 29Figura 2.6 Cuerpo Troquelador.. 30Figura 2.7 Sistema de Empacado de Desperdicios 31Figura 2.8 Diagrama Esquemtico del Flujo de Aire Dentro de
un Cicln.. 33Figura 2.9 Configuracin de Ciclones Tipo 1D3D y 2D2D. 34Figura 2.10 Dimensiones Generales del Cicln. 38Figura 2.11 Diagrama de Flujo de la Planta Cartonera 39Figura 3.1 Separador Ciclnico.. 43Figura 3.2 P&ID Bsico del Sistema de Transporte Neumtico
de Desperdicios de Cartn....................................... 50Figura 3.3 Diseo de Forma del Cicln y su Estructura..... 51Figura 4.1 Flujo a Travs de una Tubera de rea Variable.. 61Figura 4.2 Recorrido de la Tubera de la Mquina# 1.... 65Figura 4.3 Vista Superior de la Estructura Soportante del
Cicln Actual...... 76Figura 4.4 Vista Frontal de la Estructura Soportante del
Cicln Actual... 76Figura 4.5 Vista Lateral de la Estructura Soportante del Cicln
Actual... 77Figura 4.6 Vista Superior de la Estructura Soportante del
Cicln Futuro...... 93
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XIV
Figura 4.7 Vista Frontal de la Estructura Soportante delCicln Futuro...... 94
Figura 4.8 Vista Lateral de la Estructura Soportante del CiclnFuturo... 94
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XV
NDICE DE TABLAS
Pg.Tabla 1 Clasificacin de Papeles que Conforman la
Plancha de Cartn Corrugado..... 5Tabla 2 Caractersticas del Perfil del Cartn 8Tabla 3 Mquinas Impresoras y sus Niveles de
Desperdicios... 32Tabla 4 Intervalo de Eficiencia de Remocin para los
Diferentes Tipos de Ciclones... 36Tabla 5 Matriz para el Anlisis de Valor... 48Tabla 6 Matriz de Decisin............ 49Tabla 7 Gramajes Utilizados para Produccin de Cajas de
Cartn.. 54Tabla 8 Datos Generales por Mquina Instalado
Actualmente en Planta...... 55Tabla 9 Datos de la Mquina# 7.... 55Tabla 10 Clculo del Coeficiente de Froude.. 58Tabla 11 Resultado del Dimetro ptimo de la Ductera del
Sistema Actual... 59Tabla 12 Resultado de la Prdida de Carga debida al Fluido
del Sistema Actual. 67Tabla 13 Resultado de la Prdida de Carga debido a los
Accesorios del Sistema Actual. 68Tabla 14 Resultado de la Prdida de Carga debido al Slido
del Sistema Actual. 69Tabla 15 Resultado de la Cada de Presin en los Ductos
del Sistema Actual..... 70Tabla 16 Dimensiones Generales del Cicln Instalado
Actualmente en Planta.. 71Tabla 17 Velocidad Promedio a la Entrada del Cicln
Actual... 72Tabla 18 Resultado de la Cada de Presin debida al Cicln
del Sistema Actual. 74Tabla 19 Resultado de Potencia de Ventilador y Motor del
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Sistema Actual 79Tabla 20 Resultado del Dimetro ptimo de la Ductera de
la Mquina# 7..... 81Tabla 21 Resultado de la Prdida de Carga Debido al Fluidodel Sistema Futuro.... 82
Tabla 22 Resultado de las Prdidas de Carga Debido a losAccesorios del Sistema Futuro.... 83
Tabla 23 Resultado de las Prdidas de Carga Debido alSlido del Sistema Futuro 83
Tabla 24 Resultado de la Cada de Presin en los Ductosdel Sistema Futuro ........... 84
Tabla 25 Resultado de Potencia de Ventilador y Motor delSistema Futuro....... 85
Tabla 26 Caudal y Velocidad a la Entrada del CiclnFuturo... 87
Tabla 27 Dimensiones Generales del Cicln Futuro.... 91Tabla 28 Resultado de la Cada de Presin debida al Cicln
del Sistema Futuro.... 92Tabla 29 Reclculo de la Potencia de Ventilador y Motor del
Sistema Futuro... 96Tabla 30 Costos de Materiales. 98Tabla 31 Costos de Equipos y Herramientas 99Tabla 32 Costos de Mano de Obra.. 100Tabla 33 Costos de Transporte 101Tabla 34 Costo Total del Proyecto.. 101Tabla 35 Paradas Imprevistas por Imprenta.. 102Tabla 36 Costo hr/hombre por Parada de Mquina. 103
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XVII
NDICE DE PLANOS
Plano D.1 Layout de Planta Actual
Plano D.2 Isomtrico Actual Mquina# 1Plano D.3 Isomtrico Actual Mquina# 2,3Plano D.4 Isomtrico Actual Mquina# 4Plano D.5 Isomtrico Actual Mquina# 5,6Plano D.6 Separador Ciclnico ActualPlano D.7 Estructura del Cicln ActualPlano D.8 Cicln y Estructura ActualPlano D.9 Layout de Planta FuturoPlano D.10 Isomtrico Futuro Mquina# 1Plano D.11 Isomtrico Futuro Mquina# 2,3Plano D.12 Isomtrico Futuro Mquina# 4
Plano D.13 Isomtrico Futuro Mquina# 5,6Plano D.14 Isomtrico Futuro Mquina# 7Plano D.15 Separador Ciclnico FuturoPlano D.16 Estructura del Cicln FuturoPlano D.17 Cicln y Estructura Futuro
(Ver Apndice D)
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ANTECEDENTES
La realizacin de esta tesis se lleva a cabo dentro de una industria cartonera
ubicada en la ciudad de Guayaquil especializada en la produccin de cajas
para el sector floricultor, camaronero, domstico y agrcola. Esta ltima tiene
una subdivisin especial dedicada exclusivamente al sector bananero el cual
constituye el primer producto de exportacin del sector privado del pas y uno
de los principales contribuyentes al erario nacional. La empresa cartonera de
tema de estudio, tiene una trayectoria de ms de 20 aos en el proceso de
produccin de cajas de cartn corrugado y microcorrugado. A lo largo de su
trayectoria, su infraestructura ha ido evolucionando a travs de los aos para
acoplarse a las necesidades del mercado local as como el internacional, que
son cada vez mayores.
Debido a su constante crecimiento en cuanto a infraestructura, adquisicin de
nueva maquinaria, elaboracin de nuevos productos, expansin a nuevos
mercados, el sistema actual de eliminacin de desperdicios presenta
problemas de taponamiento cuando la planta se encuentra en mxima
capacidad de produccin, es decir, con todas las imprentas operando al
mismo tiempo. El ducto de succin del corrugador y de la trituradora no
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presentan problemas por lo que no se harn modificaciones en ellos, pero
sern considerado para el dimensionamiento del nuevo cicln. La empresa
requiere un rediseo del sistema de succin de desperdicios del cartn, ya
que el sistema actual, con una generacin de 5803 Kg/hr de desperdicios,
presenta constantes paradas imprevistas que afectan a la produccin diaria.
La lnea futura debe ser capaz de succionar un total de 6300 kg/hr de
desperdicios provenientes de las imprentas.
El presente trabajo trata del Diseo de un Sistema de Transporte Neumtico
a Presin Positiva de Desperdicios Generador por una Industria Cartonera,
para una capacidad de desperdicios de 6300 kg/hr. El objetivo de este
proyecto es determinar el dimetro ptimo del ducto de succin de
desperdicios, la seleccin adecuada de los ventiladores de succin, el diseo
apropiado del cicln y de su estructura, de las distintas mquinas que
conforman la industria dependiendo de la capacidad de generacin de
desperdicios de cada una de ellas. Para el anlisis de la estructura
soportante del cicln, se usar el software comercial de diseo estructural
SAP2000. Con este diseo, se espera obtener un mejor desempeo del
sistema de succin de desperdicios garantizando que no ocurrirn paradas
imprevistas y as no afecta a la economa de la empresa.
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CAPTULO 1
1. GENERALIDADES DEL CARTN.
La materia prima para la elaboracin de un cartn o de cualquier papel son
los vegetales ricos en celulosa entre ellos los grandes bosques de pinos,
abedules, eucaliptos, bamb, la caa de azcar, entre otros. Hay papeles y
cartones cuya materia prima es netamente virgen con fibras muy largas y
cuya caracterstica es un cartn con excelente resistencia fsica y mecnica.
Este cartn es totalmente reciclable.
En los ltimos tiempos y en virtud de que cada vez son ms escasos los
grandes bosques proveedores de celulosa, la tecnologa permite el reciclado
de todo tipo de cartn y papeles en general. La caracterstica de estos
cartones ser una fibra ms corta y una resistencia fsica y mecnica menor
en comparacin al de fibra larga. Sin embargo la tendencia mundial va
encaminada a utilizar ste tipo de cartn cada vez en mayor proporcin. A
este cartn se lo puede definir como un producto reciclado y reciclable
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Papel.
Es importante que el diseador conozca sobre el papel y los cartones por dos
razones principales. Primero, por la amplia gama de pesos, tamaos y
acabados, lo que permite escoger un tipo de papel adecuado para el trabajo
y el proceso de impresin a utilizar y segundo, por considerarse un elemento
importante en el coste final de impresin.
Cada uno de stos tipos de papel se fabrican en distintos gramajes y anchos
de onduladora. El gramaje es la masa de un determinado papel por metro
cuadrado, y pueden oscilar entre los 95 y 400 g/m2. Los distintos tipos de
papel tienen diferentes caractersticas que hacen que los fabricantes de
cartn ondulado conformen sus productos en funcin de las exigencias del
mercado y de su propia dinmica de funcionamiento. Las combinaciones que
se pueden obtener a partir de los distintos tipos de papeles y de gramajes
son tantas que, los fabricantes de cartn ondulado, se ven obligados a limitar
su abanico de productos estndar al menor nmero posible, de tal modo que
cubran las exigencias de mercado.
Los papeles que conforman la plancha de cartn ondulado se los puede
clasificar segn la siguiente tabla:
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1.1 Estructura del Cartn Corrugado.
La Cara Simple (Single Facer) est formado por una hoja lisa,
llamado liner, y un ondulado, llamado fluting, unidos entre s con
pegamento. Este es el mdulo elemental de todo cartn corrugado,
impuesto por la tecnologa de fabricacin.
Al aadir una segunda cara se forma la Doble-Cara (Double Facer),
tambin llamado Simple Pared (Simple Wall). Si al Doble-Cara se le
aade un segundo mdulo Cara Simple, constituye el llamado Doble-
Doble (Double-Double) o Doble Pared. De la misma manera, un
Triple corrugado o Triple Pared resulta de un Doble-Doble con un
tercer Simple Cara.
FIGURA 1.1 COMBINACIONES DE CORRUGADO.
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Perfil de la Onda.
Existen diferentes gamas de perfiles de onda, llamada tambin flauta,
y cada una se caracteriza por:
La altura: distancia que hay entre el vrtice y la base ancha del
canal.
El paso: distancia que hay entre los vrtices de dos canales
consecutivos.
El nmero de ondas por metro de cartn.
El coeficiente de Ondulacin: relacin terica que hay entre el
largo del papel de ondulado y el largo de la cara. Dicho
coeficiente determina el consumo de papel a corrugar.
En la tabla 2 se muestran los caractersticas de los distintos ondulados
que pueden existir en los cartones corrugados. Hay que tomar en
cuenta que sta es una tabla gua, pues los valores reales dependen
del espesor del papel de las caras y del utilizado para ondular.
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TABLA 2
CARACTERSTICAS DEL PERFIL DEL CARTN
Perfil del Ondulado
(Flauta)
Espesor
del Cartn
Corrugado
en mm (C)
Altura de
la Onda
en mm (A)
Paso en
mm (P)
Nmero de
Ondas por
Metro
Coeficiente de
Ondulacin
Terico
K (Onda mu !rande) 6,1 a 7,0 6,0 11,7 90 1,50
A (Onda !rande) 4,5 a 5,8 4,4 a 4,8 8,1 a 9,5 123 a 105 1,48 a 1,60
C (Onda Mediana) 3,6 a 5,0 3,5 a 4,0 7,0 a 8,1 143 a 123 1,39 a 1,50
" (Onda Pe#ue$a) 2,6 a 3,8 2,4 a 2,8 6,0 a 6,8 167 a 147 1,30 a 1,51
E (Micro Canal) 1,2 a 2,0 1,1 a 1,4 3,0 a 4,2 333 a 238 1,17 a 1,43
F (Mini Micro) 0,9 a 1,4 0,75 2,4 a 2,8 416 a 370 1,20 a 1,40
! 1,0 a 1,1 0,5 a 0,65 1,8 555 1,24 a 1,24
N 0,5 a 0,8 0,42 1,8 555 1,13 a 1,15
Elaborado por: Revista Corrugando, Volumen II, Edicin X, 2009.
Elaborado por: Revista Corrugando, Volumen II, Edicin X, 2009.
FIGURA 1.2 CARACTERSTICAS DEL PERFIL DEL CARTN.
Propiedades de Cada Perfil.
Flauta K y A: rigidez, poder amortiguador y resistencia a la
compresin en el canto en virtud del gran espesor del cartn.
Flauta C: cronolgicamente es posterior a las flautas A y B, y
apareci como una mejor adecuacin entre precio/consumo de
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papel/calidad (resistencia). Est dotada de una buena
resistencia al aplastamiento en plano (FCT) y a la compresin
vertical (BCT).
Flauta B: buena resistencia al aplastamiento en plano (FCT)
debido al nmero de canales por metro, pero poco rigidez dado
el reducido espesor que tiene.
Flauta E y F: buena superficie lisa debido al elevado nmero de
ondulaciones por metro, y alta resistencia al aplastamiento en
plano (FCT). De ah que tenga una buena rea de impresin, lo
que lo convierte en el cartn competidor del cartoncillo.
Funciones del Ondulado.
Dar un espesor inicial al cartn y mantenerlo durante toda la
vida del embalaje.
Formar nervaduras en el corazn de la plancha de cartn con el
fin de aumentar la rigidez a la flexin.
Proporcionar al cartn ondulado la propiedad amortiguadora.
En virtud de su forma, el ondulado asegura una elasticidad
relativa ante los problemas de aplastamiento en plano y
resistencia a impactos.
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Aporta resistencia a la compresin sobre el canto del cartn
(fuerza paralela a los canales). Cada canal puede ser
considerado, entonces, como una columna.
Funciones de las Caras.
Las caras realizan una aportacin importante a la resistencia
del embalaje, rigidez a la flexin, desgarro, resistencia a
posibles agresiones de manipuleo, agresin climtica, etc. De
aqu se desprende su funcin protectora del producto.
La cara exterior sirve adems de base informativa (marcado) y,
gracias a su excelente capacidad de rea de impresin, se
puede revestir de una manera atractiva como en el caso de los
embalajes expositores, explotando el uso de colores y grficos.
Funciones del Pegamento.
Unir de una manera rpida y duradera los papeles
componentes a un ritmo elevado de fabricacin.
Resistencia, en algunos casos, a la humedad o al agua llamada
Resistencia a la Humedad.
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1.2 Tipos de Cajas Corrugadas.
Bsicamente, hay dos tipos de cajas corrugadas:
Las RSC (llamadas as por sus siglas en ingls y que significa
Regular Slotted Container, que traducido al espaol podra
ser: Caja Ranurada de Uso Regular), y;
Las Cajas Troqueladas.
Las RSC constan de lados y paneles que al momento de ser doblados
son iguales el frontal con el trasero y los laterales uno con el otro
respectivamente. Cabe mencionar tambin que es el tipo de caja ms
regular que hay, es ms barata y no da dificultades en los procesos de
impresin. Las cajas troqueladas en la mayora de los casos son de
formas irregulares y su diseo responde a necesidades especficas del
artculo o producto que va a contener por lo que es difcil clasificarlas
dentro de otras subcategoras, pero hay algunos modelos
estandarizados como las cajas para pizzas, cajas de archivos, cajas
para documentos, cajas tipo bandeja, cajas telescpicas, etc., que por
su probada efectividad se han vuelto estndares de la industria
cartonera a pesar de que stas no entren en categoras especficas.
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FIGURA 1.3 CAJAS RSC Y TROQUELADA.
1.3 Mtodos de Impresin.
Actualmente la flexografa y el laminado pre-impreso alimentado por
bobina son los dos mtodos que han probado ser los ms efectivos a
la hora de imprimir cajas corrugadas.
La Flexografa: trata bsicamente de una plancha de material
similar al caucho, conocida como fotopolmero, en la cual es
grabado el diseo que se quiere transferir al sustrato. Esta
plancha es montada en los cilindros de los cabezales de las
mquinas impresoras y cumplen la funcin de transferir la tinta
a la superficie del cartn con el diseo grabado en ella.
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Laminado Pre-Impreso:Esta tcnica consiste en un cilindro de
papel que ha sido pre-impreso mediante tcnicas litogrficas u
offset y es rebobinado para conformar un rollo que contiene
los diseos pre-impresos. Luego este rollo es montado en una
mquina especial que fija de forma gradual y uniforme el papel
pre-impreso al cartn mediante gomas especiales.
Barnices y Recubrimientos: Son aplicaciones que se le hacen al
cartn para que este obtenga algn tipo de cualidad esttica
como un brillo especial o proteccin a agentes externos como
la humedad y el fro.
Elaborado por: Empaques de Coln, S.A.
FIGURA 1.4 ESQUEMA DEL MTODO DE IMPRESIN
FLEXOGRFICA PARA CARTN.
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1.4 La Industria del Cartn Corrugado.
El sector del cartn corrugado se encuentra siempre en renovacin y
en un largo proceso de cambio tecnolgico, un reto constante del
sector. La renovacin tecnolgica ha afectado principalmente al
proceso de pre-impresin, cada vez ms abierta y digitalizada y al
proceso de impresin, tambin digitalizado.El esfuerzo inversor de las
empresas juega un papel clave en el desarrollo de la actividad.
Como consecuencia del empleo de maquinaria y tcnicas nuevas,
surge una fuerte necesidad de formacin y recalificacin del personal
de las empresas, tanto operarios como directivos.
El cartn corrugado es uno de los materiales para envases y
embalajes ms empleados en el mundo para agrupar, almacenar,
transportar, exponer y vender productos de consumo y, como casi
todos los productos de su sector, no ha sido ajeno a la evolucin
general del mercado.
Los sectores en los que se venden la mayor parte de los envases y
embalajes de cartn corrugados son:
Productos Agrcolas.
Productos Alimenticios.
Bebidas.
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Audio, Electrnica e Industria Automotriz.
Productos Qumicos, Limpieza y Perfumera.
Cermica, Vidrio y Caucho.
Papelera.
Tabaco.
Los fabricantes de cartn corrugado, despus de haber pasado la fase
en la cual vendan toda su capacidad de produccin con cierta
facilidad, actualmente estn haciendo especial hincapi en las ventas
de modo que han de competir con un buen producto, precio,
distribucin y comunicacin; adems, algunos fabricantes empiezan a
dar servicios a sus clientes que les ponen en ventaja respecto de sus
competidores, tales como diseo grfico, estructural, control de
calidad, laboratorio de ensayos, asesoramiento, etc.
El cartn corrugado, material centenario, ha sabido mantenerse y
progresar gracias a cuatro factores esenciales:
Su excelente relacin calidad-precio.
Su adaptacin continua a las necesidades del mercado, tanto a
nivel tcnico como a nivel de exigencias de marketing.
Su bajo peso.
Sus ventajas medioambientales que lo sita en primer lugar de
los materiales de embalajes reciclados para el mismo uso.
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CAPTULO 2
2. DESCRIPCIN DEL PROCESO.
Como sta es una empresa que presta un servicio a los clientes, el proceso
empieza con la negociacin directa con los clientes. Se realizan productos de
prueba, con sus respectivos controles de calidad en cuanto al papel y al
producto terminado, y se lo muestra al consumidor. Una vez que se llega a
un acuerdo en cuanto a las exigencias de ste, se procede con el proceso deproduccin. Cabe recalcar que en este punto el departamento de diseo,
tanto grfico como estructural, ya realiz los respectivos anlisis cumpliendo
con las necesidades del cliente y adems comprobando que es apto segn el
producto a embalar.
Para la produccin en masa, el jefe de produccin solicita el tipo de papel.
Como la oferta nacional es relativamente baja por lo general se compra en el
marcado internacional, sobre todo los papeles de tipo Kraft. Una vez llegado
las bobinas de papel a bodega de materia prima, se les realiza un control de
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calidad para verificar sus caractersticas tcnicas. El departamento de
logstica se encarga de la codificacin del mismo.
Las bobinas de papel son trasladados a la mquina corrugadora, en donde
comienza el proceso de corrugado obteniendo una lmina segn las
especificaciones del departamento de diseo estructural y segn las
dimensiones del cartn a realizar, es decir, que en este proceso se corta la
lmina.
Una vez realizada la operacin, se las deja enfriar por un tiempo. No se las
puede trabajar en este estado caliente ya que la impresin que se obtenga
puede no ser la de mejor calidad.
Una vez enfriadas, mediante un carro de transferencia, las lminas son
trasladadas a la imprenta en donde se procede con la impresin sobre stas.
En este punto, las lminas son troqueladas generando retazos de cartn, que
se traducen como desperdicios. stas son enviadas a un blower a travs de
una banda transportadora plana colocada transversal a la mquina. Losdesperdicios son enviados a un cicln, mediante una red de ductos, y
empacados en una embaladora que se ubica debajo del cicln.
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Al finalizar la impresin, a las cajas se las ata con ayuda de una amarradora
mecnica y se las apila. Finalmente se las traslada a bodega de producto
terminado para su respectivo despacho.
2.1 rea de Corrugado.
Como ya se ha mencionado el cartn corrugado es una combinacin
de lo que se conoce como liner y flauta. El liner es una lmina plana,
por lo general gruesa, y la flauta una lmina acanalada que va
adherida al liner mediante pegamento, presin y calor. Todo esto
hecho a base de pulpa de papel, por lo general de pino, o papel
reciclado.
El proceso del corrugado se inicia verificando primeramente la calidad
del papel tanto para liner como para la flauta. Una vez aprobado el
papel, las bobinas son colocadas en la mquina corrugadora. Hay que
recalcar que durante el proceso de corrugado es necesaria la
aportacin de calor y humedad en forma de vapor saturado para dar
elasticidad y plasticidad a las fibras y adems para evitar roturas por la
accin de los rodillos acanalados. Para trabajar el liner, ste tiene que
estar a una temperatura normada entre 80 a 90C. Diferencias
mximas de 5C a lo ancho del papel provocan defectos irreparables.
Por lo general para este proceso existe un precalentamiento inicial.
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Para trabajar la flauta, los valores ideales de trabajo son entre 50 a
60C.
El cartn hace el recorrido en la corrugadora de la siguiente manera:
Alimentador de bobinas o porta-bobinas.
En el caso de papel para corrugar.
o Humidificador.
o Acondicionador.
o Humidificador.
o Rodillo ondular superior.
o Rodillo ondulador interior.
En el caso de papel para caras.
o Pre-calentador.
Rodillo Prensador.
Dispositivo encolador.
o Rodillo doctor.
o Rodillo encolador.
Mesas calientes.
o Rodillos prensadores.
Cuchillas longitudinales.
Cuchillas transversales.
Sistema de succin de desperdicios.
Apilador.
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En la figura 2.1 se indica un esquema simplificado del proceso de
corrugacin.
Elaborado por: Empaques de Coln, S.A.
FIGURA 2.1 ESQUEMA SIMPLIFICADO DEL PROCESO DE
CORRUGACIN.
Una vez finalizado el proceso de corrugado, las lminas son llevados a
una estacin de enfriamiento hasta temperatura ambiente con la
ayuda de un carro de transferencia por aproximadamente 45 minutos
de secado. En este punto, se toman muestras de la lmina corrugada
para su respectivo control de calidad.
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FIGURA 2.2 MQUINA CORRUGADORA.
Pegamento.
El pegamento o cola, es un elemento fundamental y necesario para la
constitucin y la estructura misma del cartn corrugado. Asegura la
estabilidad y la arquitectura de la caja de cartn. Actualmente se
emplean colas acuosas, casi exclusivamente a base de almidn, que
vienen a reemplazar las antiguas colas hechas a base de silicato de
soda. El almidn es el elemento activo en la adherencia de la cola. Se
presentan en forma de grnulos dispersos en agua antes de agitarse.
Elevando la temperatura, los grnulos se hinchan y luego revientan en
un proceso llamado gelatinizacin. En este proceso tambin se hace
uso de la soda custica y del brax.
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Entre las principales caractersticas de la gelatinizacin del almidn se
tienen:
Proceso de hidratacin e hinchamiento del grnulo de almidn.
Debido al hinchamiento, los grnulos absorben agua y llegan a
reventar.
Se produce una pasta de almidn de caractersticas adhesivas.
La viscosidad aumenta debido al hinchamiento y a que los
grnulos revientan.
A la temperatura de aumento de viscosidad considerable se
conoce como temperatura de gelatinizacin.
La soda custica se la utiliza para producir la temperatura de
gelatinizacin. La cantidad de soda en la preparacin del adhesivo
depende del tipo de almidn y las caractersticas de calentamiento de
las corrugadoras. Entre las principales funciones de la soda custica
se tienen:
Disminuye la temperatura de punto de gel a valores que
favorecen la productividad de la corrugadora, optimizando la
transferencia de calor.
Mejora las caractersticas de anclaje en el papel; mejor
penetracin en sus fibras.
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El brax se suele utilizar en dos tipos de concentraciones: a 5 ml o
pentahidrato o a 10 ml o decahidrato. La cantidad de brax debe
regularse conforme el origen del almidn, el tipo de brax y las
caractersticas del papel conformando de esta manera la composicin
del adhesivo necesario. Entre las principales funciones del brax se
tienen:
Evita la sedimentacin del preparado, es decir, que lo mantiene
disperso.
Junto a la soda custica regula la penetracin del adhesivo. En
este caso el brax acta como retardante.
El bajo contenido de brax permite que el adhesivo sea
absorbido en demasa por el papel originando un adhesivo sin
resistencia a la separacin, llamado tack, y bordes despegados.
2.2 rea de Impresin.
Una vez alcanzada la temperatura ambiente en la lmina corrugada se
procede a trasladarla, por medio del carro de transferencia, hacia las
distintas mquinas impresoras. Antes de comenzar con la impresin
en masa en las imprentas, se hace una calibracin previa de la
impresin haciendo pasar varias lminas para verificar posicin y tono
de color. Cabe recalcar que la impresin se la realiza por flexografa,
anteriormente explicado.
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La lmina de cartn hace el recorrido en la imprenta de la siguiente
manera:
Pre alimentador.
Cuerpo alimentador.
Cuerpos impresores.
Cuerpo eslotador.
Cuerpo troquelador.
Sistema de succin de desperdicios.
Puente doblador.
o Dispositivo encolador.
o Sistema de vaco.
Contador-eyector.
Puente de secado.
Sistema de corte longitudinal.
Apilador.
En la figura 2.3 se indica un esquema simplificado del proceso de
impresin.
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Elaborado por: Revista Corrugando, Volumen II, Edicin XIX, 2010.
FIGURA 2.3 ESQUEMA SIMPLIFICADO DEL PROCESO DE
IMPRESIN.
Durante la produccin en masa, y a la salida del contador-eyector, el
personal de calidad se encarga de recoger muestras para su
inmediato anlisis. Una vez finalizado el proceso de impresin las
lminas son apiladas y llevadas a la bodega de producto terminado.
FIGURA 2.4 MQUINA IMPRESORA.
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Tintas.
Hoy en da las tintas usadas en el mundo de la flexografa para la
impresin sobre cartn corrugado son principalmente tintas a base de
agua. Estn compuestas de una parte slida que puede oscilar,
dependiendo del color, entre 30-65% y de una parte restante de
materia lquida la cual se elimina por absorcin y evaporacin. Las
tintas a base de agua es una mezcla homognea formada por los
siguientes componentes: 50% agua, 27% resinas, 13% pigmentos, 5%
aditivos y 5% disolvente.
Resinas:
Son compuestos sintticos. stos poseen la importante funcin de
dispersin de los pigmentos as como establecer propiedades a la tinta
tales como velocidad de secado, facilidad de limpieza, calidad de
impresin, acabado mate o brillante, etc.
Pigmentos:
Son partculas slidas cuya funcin en una tinta consiste enproporcionar color. Son insolubles en agua. Las propiedades de stos
influyen de forma decisiva en las caractersticas de la tinta que lo
contiene. Las principales caractersticas de los pigmentos son:
Grado de dispersin.
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Tono, es decir, el color que presenta una tinta impresa.
Intensidad, que se refiere a la fuerza cromtica de una tinta.
Resistencia a la luz.
Estabilidad a los disolventes.
Aditivos:
Los aditivos que podemos destacar a los siguientes:
Alcalinizantes: son los encargados de corregir los valores de pH
de la tinta. Influyen en el olor, estabilidad durante la impresin y
facilidad de limpieza de las tintas al agua.
Antisecante Amina: usado para aumentar el valor de pH y
conducirlos a sus valores correctos que son los comprendidos
entre 8,5 y 9,5. A mayor valor de pH ms lentitud en el secado.
Antiespumante: las tintas al agua, por su naturaleza, al
recircular por los tubos de la mquina producen espuma. Su
misin consiste en impedir la formacin de espuma o eliminarla
una vez formada.
Alcohol: aditivo que acelera el secado de la tinta y disminuye su
tensin superficial mejorando el mojado sobre el papel y
disminuyendo la formacin de espuma.
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Retardante: retrasa el secado de la tinta en el clich y el secado
de la tinta en el papel por lo que no debe de aadirse ms de
un 7%.
Humectante: su finalidad es reducir la fuerza de cohesin
dentro de la tinta y aumentar la transferencia.
Disolventes:
Es un lquido que tiene la propiedad de disolver la resina. En tintas
lquidas en base a agua, el disolvente mayoritario es el agua. Los
disolventes ms usados son los alcoholes, cetonas e hidrocarburos.
Las caractersticas que tienen que cumplir los disolventes son:
Solubilizar totalmente las resinas que se quieren utilizar.
Evaporarse rpidamente.
No ser agresivos con los clichs o con los rodillos porta-clichs.
Le da a la tinta la fluidez necesaria para poder ser impresa.
Cuerpo Eslotador.
El cuerpo eslotador est compuesto por porta-cuchillas circulares
rotativas, que tienen cuchillas de corte y hendedores acoplados en dos
pares de distintos ejes. El ranurado y el hendido van en lnea, y las
dos operaciones se realizan a la vez. Algunas ranuradoras pueden
desplazar el ranurado con respecto al hendido.
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El cuerpo eslotador determina las dimensiones del embalaje. As pues
para fabricar un embalaje en una ranuradora basta con colocar con
precisin las cuchillas en los ejes utilizando material estndar. El
desplazamiento de las herramientas se acciona elctricamente y la
gestin de los desplazamientos se efecta automticamente. El
cuerpo eslotador permite la fabricacin de cajas de fondo y tapa, tipo
sobre y cajas telescpicas.
Las funciones del cuerpo eslotador son bsicamente dos:
Cortar, de una sola vez, la plancha de cartn segn la forma
geomtrica correspondiente a la forma del embalaje deseado.
Hender parcialmente el cartn por las lneas de plegado que
forman las aristas verticales del embalaje y de la pestaa.
FIGURA 2.5 CUERPO ESLOTADOR.
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Cuerpo Troquelador.
El troquel rotativo es un troquel cilndrico cuyas cuchillas, en forma de
concha, van montadas en una base de madera que se acopla al
cilindro de acero. La base opuesta que tambin es cilndrica, llamada
rodillo porta-zapata, est hecha de acero al que se le acopla un
material flexible generalmente de poliuretano.
El cuerpo troquelador, al igual que el cuerpo eslotador, es
determinante en las dimensiones del embalaje. Cualquier error en el
troquelador se lo repara manualmente parando la mquina.
La funcin del cuerpo troquelador es la siguiente:
Perforacin o troquelador de la lmina de cartn determinando
as la forma final del embalaje.
FIGURA 2.6 CUERPO TROQUELADOR.
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2.3 rea de Empacado de Desperdicios.
Todos los desperdicios generados por las imprentas son transportados
a travs de una banda transportadora ubicada a la salida del cuerpo
troquelador, transversal a sta, y enviados hasta un blower donde son
succionados y conducidos por una red de ductos circulares donde
finalizan en un separador ciclnico para luego ser empacados en una
embaladora ubicada justo debajo del cicln. Los desperdicios
generados por el corrugador son succionados por un blower y
enviados al cicln. Las planchas corrugadas y las cajas de cartn que
no pasaron la prueba de calidad son transportadas manualmente
hasta el rea de empacado y son trituradas para ser enviadas al cicln
por medio de un ducto.
FIGURA 2.7 SISTEMA DE EMPACADO DE DESPERDICIOS.
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En la tabla 3 se especifican las mquinas impresoras y los niveles de
desperdicios de cada una de ellas.
TABLA 3
MQUINAS IMPRESORAS Y SUS NIVELES DE DESPERDICIOS
MquinaTipo de Caja a
Imprimir
Capacidad
[Cajas/Hora]
Desperdicio
[Kg/Hora]
Mquina# 1 SP/DP 10000 512
Mquina# 2 DP 18000 2352Mquina# 3 DP 16000 1925
Mquina# 4 SP 25000 520
Mquina# 5 SP/DP 10000 247
Mquina# 6 SP/DP 10000 247
Mquina# 7 SP/DP 20000 497
Total 6300
Elaborado por: David Escalante y Leopoldo Zumba, 2013.
Separador Ciclnico.
Los separadores ciclnicos proveen un mtodo de remocin de
partculas de la corriente de aire a un bajo costo y bajo mantenimiento.
En general el cicln consiste de una parte cilndrica superior llamada
comnmente barril y una parte cnica inferior llamada cono. En la
figura 2.8 se puede ver el diagrama esquemtico del flujo de aire
dentro de un cicln. El flujo de aire entra tangencialmente en la parte
de arriba del barril y viaja hacia abajo hasta el cono formando un
vrtice exterior. El incremento de la velocidad del aire en el vrtice
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exterior resulta en una fuerza centrfuga sobre las partculas
separndolas del flujo de aire. Cuando el aire alcanza la parte inferior
del cono, un vrtice interior es creado en la direccin contraria y sale
por la parte superior como aire limpio mientras que las partculas se
decantan sobre una cmara de recoleccin de partculas que se
encuentra en la parte inferior del cicln. En este caso en particular, y
como ya se ha mencionado anteriormente, llegan hasta una
embaladora.
Elaborado por: Lingjuan Wang, 2004
FIGURA 2.8 DIAGRAMA ESQUEMTICO DEL FLUJO DE AIRE
DENTRO DE UN CICLN.
En el sector agrcola, el diseo del cicln 2D2D (Shepherd y Lapple,
1939) y 1D3D (Parnell y Davis, 1979) son los ms usados para el
control de material particulado. La designacin D se refiere al dimetro
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del barril del cicln. Los nmeros que le preceden a los D se refieren a
la longitud del barril y cono respectivamente. Un cicln 2D2D tiene un
barril y un cono con una longitud que son dos veces el dimetro del
barril mientras que el cicln 1D3D tiene una longitud igual al dimetro
del cicln y una longitud de cono igual a tres veces el dimetro del
cicln. La configuracin de stos dos diseos de ciclones se presentan
en la figura 2.9. Recientes investigaciones (Wang, 2000) indican que,
comparado con otros diseos de ciclones, 1D3D y 2D2D son los
ciclones ms eficientes en colectar partculas finas, los cuales son
partculas con dimetros menor que 100 m.
Elaborado por: Lingjuan Wang, 2004
FIGURA 2.9 CONFIGURACIN DE CICLONES TIPO 1D3D Y 2D2D.
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Son bsicamente construcciones simples que no cuentan con partes
mviles, lo cual facilita las operaciones de mantenimiento; pueden ser
hechos de una amplia gama de materiales y pueden ser diseados
para altas temperaturas (que ascienden incluso a 1,000 C) y
presiones de operacin.
En general, los ciclones son adecuados para separar partculas con
dimetros mayores de 5 m; aunque partculas muchos ms
pequeas, en ciertos casos, pueden ser separadas. La fuerza
centrfuga generada por los giros del gas dentro del cicln puede ser
mucho mayor que la fuerza gravitacional, ya que la fuerza centrfuga
vara en magnitud dependiendo de la velocidad de giro del gas y del
radio de giro. Tericamente el aumento de la velocidad de entrada al
cicln implicara un aumento de la fuerza centrfuga y por lo tanto un
aumento de la eficiencia, sin embargo velocidades de entrada muy
altas generan la re-suspensin de material particulado de las paredes
internas del cicln lo cual disminuye la eficiencia del cicln;
adicionalmente, aumentar la velocidad de entrada implica mayorconsumo de energa.
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Tipos de Ciclones.
Los ciclones son un dispositivo de control de material particulado
bastante estudiado. El diseo de un cicln se basa normalmente en
familias de ciclones que tienen proporciones definidas. Las principales
familias de ciclones de entrada tangencial son:
Ciclones convencionales.
Ciclones de alta eficiencia.
Ciclones de alta capacidad.
Los mrgenes de la eficiencia de remocin para los ciclones estn con
frecuencia basados en las tres familias de ciclones, es decir,
convencional, alta eficiencia y alta capacidad. La tabla 4 presenta el
intervalo de eficiencia de remocin para los diferentes ciclones.
TABLA 4
INTERVALO DE EFICIENCIA DE REMOCIN PARA LOS
DIFERENTES TIPOS DE CICLONES
Tipo de CiclnEficiencia de Remocin (%)
PST PM 10 PM 2.5
Convencionales 70-90 30-90 0-40
Alta Eficiencia 80-99 60-95 20-70
Alta Capacidad 80-99 10-40 0-10
Elaborado por: Carlos Echeverri, 2006.
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Los ciclones de alta eficiencia estn diseados para alcanzar mayor
remocin de las partculas pequeas que los ciclones convencionales.
stos pueden remover partculas de 5 m con eficiencias hasta del
90% pudiendo alcanzar mayores eficiencias con partculas ms
grandes. Los ciclones de alta eficiencia tienen mayores cadas de
presin lo cual requiere de mayores costos de energa para mover el
gas sucio a travs del cicln.
Los ciclones de alta capacidad estn garantizados solamente para
remover partculas mayores de 20 m, aunque en cierto grado ocurra
la coleccin de partculas ms pequeas.
La figura 2.10 identifica las principales dimensiones del cicln de
entrada tangencial. El dimetro del cicln identifica la dimensin
bsica de diseo. Todas las dems dimensiones simplemente son una
proporcin del dimetro del cicln.
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Elaborado por: Carlos Echeverri, 2006.
FIGURA 2.10 DIMENSIONES GENERALES DEL CICLN.
2.4 Diagrama de Flujo.
Mediante la figura 2.11 se indica los distintos procesos que la hoja de
papel a de pasar para obtener la caja de cartn corrugado.
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Elaborado por: David Escalante y Leopoldo Zumba, 2013.
FIGURA 2.11 DIAGRAMA DE FLUJO DE LA PLANTA CARTONERA.
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CAPTULO 3
3. IDENTIFICACIN DE LA NECESIDAD.
Debido a la necesidad de eliminar por completo el nmero de tiempo de
parada de mquina por deficiencia del sistema de transporte de residuos, se
plantearn alternativas de posibles soluciones que se basarn en los
requerimientos a satisfacer por parte del sistema. La eleccin de la solucin
se la realizar con la ayuda del mtodo combinex, el cual dar una visinms clara de la mejor seleccin incluso puede garantizar que la alternativa
seleccionada sea la idnea.
3.1 Requerimiento a Satisfacer del Sistema.
El diseo del transporte neumtico deber satisfacer las siguientes
especificaciones:
El sistema deber succionar retazos de cartn provenientes de
las mquinas impresoras.
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El clculo de potencia de los ventiladores, segn el diseo
propuesto, ser contrastado con los ya existentes en fbrica,
determinando as su continuidad o cambio inmediato.
El sistema deber ser capaz de succionar 6300 kg/hr de
desperdicios sin que ocurran paradas imprevistas debidas a
taponamientos en los ductos de las diferentes mquinas para
finalmente llegar al cicln, que se encuentra a una altura de
11.93 metros desde la succin, y poder ser empacado en la
embaladora.
El ducto de succin del corrugador y de la trituradora no
presentan problemas por lo que no se realizarn clculo de
potencia del ventilador, pero se tomar en cuenta los CFM para
el diseo del cicln.
El diseo de un nuevo cicln es necesario, ya que el actual
presenta problemas de diseo, y con la llegada de nueva
maquinaria este requerimiento se justifica.
Si el diseo muestra que los dimetros de los diferentes ductos
actuales no son los adecuados, se los cambiar por completo.
Ventiladores de Succin.
Los ventiladores debern de suministrar la suficiente presin para
transportar los desperdicios de cartn, desde la salida de la banda de
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desperdicios de cada mquina, hasta el separador ciclnico para su
posterior embalaje, venciendo todas las prdidas de presin en la
ductera causada por el recorrido horizontal, vertical y por los cambios
de seccin en la misma y la prdida de presin en el cicln.
La consideracin de potencia, ms que por econmica, ser la
prioridad de seleccin. Se lo puede seleccionar en funcin de la cada
de presin en el sistema y caudal a travs de los ductos.
Ductos de Succin.
El ducto diseado deber de garantizar el buen funcionamiento del
sistema. No deber presentarse taponamientos en los mismos y se le
dar mantenimiento dos veces al ao para prevenir cualquier riesgo de
parada de mquina.
Si el diseo de los ductos indica que los instalados en planta son los
adecuados, stos no se los reemplazarn. Si se determina lo contrario
se cambiaran los que sean necesarios.
Separador Ciclnico.
El diseo de un nuevo cicln es indispensable en esta nueva etapa de
la planta. Como ya se ha mencionado, el constante crecimiento en
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cuanto a infraestructura, adquisicin de maquinaria, elaboracin de
nuevos productos, etc. hace de esta opcin la ms indicada.
ste deber de manejar un total de 6300 kg/hr de desperdicios
provenientes de las diferentes mquinas impresoras. En la figura 3.1
se presenta el ejemplo de un separador ciclnico.
FIGURA 3.1 SEPARADOR CICLNICO.
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3.2 Alternativas de Solucin.
La seleccin de la mejor alternativa se considerar entre los
siguientes:
Rediseo del sistema de succin de desperdicios actualmente
instalado en planta.
Diseo total del sistema de succin de desperdicios, es decir,
ventiladores, ductera y cicln.
Rediseo:
Ventajas
Mediante el rediseo del sistema, se da una solucin definitivaal problema garantizando as el correcto funcionamiento del
mismo y evitando paradas de mquina.
No se incurre en gastos excesivos debido a que se reemplaza
ciertas partes constitutivas del sistema.
Los reemplazos se los podra hacer cuando la planta para de
producir, es decir, fines de semana o feriados, ejecutndolos de
manera rpida y segura.
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Desventajas
La ingeniera de detalle podra llevar das, incluso semanas, ya
que la informacin no est disponible de manera inmediata. Se
tendra que hacer un levantamiento total del sistema en general.
Diseo Total:
Ventajas
Mediante el diseo total del sistema, se dara una solucin
definitiva al problema garantizando el correcto funcionamiento
del mismo.
Desventajas
Se incurre en un gasto excesivo, ya que se tendra que
reemplazar todo el sistema.
Como son muchas partes a reemplazar, ste podra tomar das,
incluso semanas afectando de manera directa la produccin de
la planta al momento de la instalacin.
Toda la ductera del sistema reemplazada, lamentablemente se
los tendra que desechar, ya que cada uno de ellos son nicos
para la mquina en particular.
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Los ventiladores reemplazados estaran sin utilizarse por un
tiempo considerable, guardados en bodega de repuestos,
corriendo el riesgo de dao permanente.
3.3 Seleccin de la Alternativa.
Para poder escoger la mejor alternativa de solucin se la realizar en
base a criterios de acuerdo a las necesidades del sistema, de la
industria y factores econmicos. A continuacin se presentan en orden
de importancia.
Seguridad.
Costo.
Tiempo de ejecucin. Facilidad de implementacin.
Funcionalidad del sistema.
Mantenimiento.
Para la seleccin de la mejor alternativa, como se mencion
anteriormente, se aplicar el mtodo combinex. En este mtodo se
realizan dos matrices. La primera se la denomina Matriz para el
Anlisis del Valor en el cual se determina el factor de peso de cada
uno de los parmetros, los cuales deben ser ordenados de acuerdo a
la importancia que tienen para la seleccin de la alternativa.
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Con los datos de la matriz anterior se construye una Matriz de
Decisin la que indicar cual es la alternativa adecuada para realizar
la implantacin del diseo.
Para la elaboracin de la matriz para el anlisis del valor hay que tener
en cuenta las siguientes reglas:
Si el factor de la fila es mayor que el factor de la columna, se
asigna el valor de 1 en la cuadrcula donde se intersecan los
factores.
Si el factor de la fila es igual que el factor de la columna, se
asigna el valor de 0,5 en la cuadrcula donde se intersecan los
factores.
Si el factor de la fila es menor que el factor de la columna, se
asigna el valor de 0 en la cuadrcula donde se intersecan los
factores.
Una vez asignados los valores, se suman de manera horizontal para
obtener los puntos de cada parmetro y luego se realiza una suma
total. El factor de peso (WF) se obtiene al dividir el valor del puntaje de
cada parmetro para el valor total. Los factores de peso obtenidos en
la matriz de anlisis de valor se ingresan en la matriz de decisin,
calificando a cada alternativa del 1 al 10, llamado valor relativo, donde
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1 es muy malo y 10 es muy bueno. Para obtener el puntaje, se
multiplica el valor relativo con el factor de peso de cada parmetro.
Luego de obtener el puntaje se suman los parmetros de cada
alternativa para ver cual obtuvo el mayor valor y escoger esta
alternativa.
TABLA 5
MATRIZ PARA EL ANLISIS DE VALOR
N Parmetros 1 2 3 4 5 6 Pts WF
1 Seguridad - 1 1 1 1 1 5 0.33
2 Costo 0 - 0.5 0.5 0.5 0.5 2 0.13
3 Tiempo de ejecucin 0 0.5 - 1 0.5 1 3 0.20
4 Facilidad de
implantacin0 0.5 0 - 0.5 1 2 0.13
5 Funcionalidad del
sistema0 0.5 0.5 0.5 - 0.5 2 0.13
6 Mantenimiento 0 0.5 0 0 0.5 - 1 0.07
Total 15 1
Elaborado por: David Escalante y Leopoldo Zumba, 2013.
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TABLA 6
MATRIZ DE DECISIN
1ra Alternativa 2da Alternativa
Rediseo Diseo Total
N Parmetros WF RV Pts RV Pts
1 Seguridad 0.33 10 3.30 10 3.30
2 Costo 0.13 10 1.30 4 0.52
3 Tiempo de
ejecucin0.20 8 1.60 4 0.80
4 Facilidad de
implantacin0.13 9 1.17 5 0.65
5 Funcionalidad
del sistema0.13 10 1.30 10 1.30
6 Mantenimiento 0.07 5 0.35 10 0.70
Total 1 9.02 7.27
Elaborado por: David Escalante y Leopoldo Zumba, 2013.
Como se puede ver, la primera opcin es la ms indicada: rediseo en
el sistema de succin actual instalado en planta. Como segunda
alternativa se especifica el diseo total del mismo.
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3.4 P&ID Bsico del Transporte Neumtico.
Elaborado por: David Escalante y Leopoldo Zumba, 2013.
FIGURA 3.2 P&ID BSICO DEL SISTEMA DE TRANSPORTE
NEUMTICO DE DESPERDICIOS DE CARTN.
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3.5 Diseo de Forma del Cicln y su Estructura.
Elaborado por: David Escalante y Leopoldo Zumba, 2013.
FIGURA 3.3 DISEO DE FORMA DEL CICLN Y SU
ESTRUCTURA.
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CAPTULO 4
4. DISEO DEL SISTEMA NEUMTICO.
En el presente captulo se hace un anlisis del sistema de succin de
desperdicios que se encuentra actualmente instalado en planta, para luego,
con la entrada de nueva maquinaria, proceder con el rediseo del mismo. El
anlisis del sistema actual se basa en el plano D.1 y los isomtricos
correspondientes a este sistema, presentes en los planos D.2 al D.5. Se tuvoque realizar el levantamiento de informacin respectivo. De igual manera, el
rediseo del sistema se basa en el plano D.9 y los isomtricos
correspondientes a este sistema, presentes en los planos D.10 al D.14. No
est dems insistir que en esta fase de rediseo, se considerar a la nueva
imprenta a ser adquirida por la empresa. sta propuesta fue dado por los
tesistas basados en criterios econmicos, ingenieriles y de implementacin, y
depende de los directivos su respectiva ejecucin.
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Consideraciones Iniciales.
Para el diseo del sistema de transporte neumtico se tomaran, como punto
de partida, los datos proporcionados por la empresa de tema de estudio. En
la tabla 7 se presentan los gramajes utilizados para la produccin de las
distintas cajas de cartn. En la tabla 8 se presentan los datos de nivel de
desperdicio, dimetro interno instalado, caudal de aire en el ducto y potencia
de motor de cada una de las mquinas actualmente instalados en planta, que
conforman la lnea de produccin.
Para las condiciones futuras, con la llegada de la Mquina# 7, y por clculos
internos, se ha estimado que sta tendr un nivel de desperdicios de 497
Kg/hr. Por recomendacin del fabricante, en la tabla 9 se presenta el
dimetro del ducto a utilizar, el caudal y la potencia del motor de la nueva
imprenta. Estos datos son corroborados por los autores de este trabajo. Cabe
mencionar que, por experiencia de la empresa cartonera en general, el
caudal que debe utilizarse para esta imprenta es de 4000 CFM. Como se
mencion anteriormente solo se considerar a la corrugadora y trituradora
para el diseo del cicln a instalar. No est dems mencionar que stastrabajan normalmente.
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Otra consideracin importante, impuesta por la empresa, es de no adquirir ni
blowers ni motores nuevos, por la que se harn los clculos respectivos para
determinar cul es el dimetro ptimo para cumplir con esta imposicin.
Un dato de diseo importante, dada por la empresa, es que la relacin de
material-aire, en este sistema en particular, es de 14 Kg material/ Kg de aire.
Este dato de diseo ser considerado para el clculo de la cada de presin
en los ductos de succin de desperdicios de cada mquina.
Dadas todas las consideraciones, se proceder con el desarrollo de los
clculos.
TABLA 7
GRAMAJES UTILIZADOS PARA PRODUCCIN DE CAJAS DE CARTN
Sector
Productivo
Tipo de
Caja
Tipo de
Flauta
Gramaje
(g/m2)
Bananero DP BC 270
Floricultor SP C 400
Agrcola DP BC 250
Hidrobiolgico DP BC 300
Domstico SP B 250
Elaborado por: David Escalante y Leopoldo Zumba, 2013.
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TABLA 8
DATOS GENERALES POR MQUINA INSTALADO ACTUALMENTE EN
PLANTA
MquinaDesperdicio
(Kg/hr)D Instalado
(pulg)Q (CFM)
Pot. Motor(Hp)
Mquina# 1 512 12 4000 20
Mquina# 2,3 4277 14 7400 25
Mquina# 4 520 12 4000 25
Mquina# 5,6 494 12 4000 25
Corrugador - 12 4000 30
Trituradora - 12 4000 25
Total 5803Elaborado por: David Escalante y Leopoldo Zumba, 2013.
TABLA 9DATOS DE LA MQUINA# 7
MquinaDesperdicio
(Kg/hr)D a Instalar
(pulg)Q (CFM)
Pot. Motor(Hp)
Mquina# 7 497 12 4000 25
ImprentasAnteriores
5803
Total 6300Elaborado por: David Escalante y Leopoldo Zumba, 2013.
4.1 Anlisis del Sistema Actual.
En esta seccin los pasos a seguir para analizar el sistema actual son
primeramente el clculo del dimetro ptimo de la ductera, para luego
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proceder con el clculo de la cada de presin en los ductos, seguido
del dimensionamiento del cicln, cada de presin en el cicln,
estructura soportante del cicln, para finalmente realizar el clculo de
la potencia del ventilador y motor del sistema actual.
Dimensionamiento de la Ductera.
Para evitar taponamientos en el sistema de succin de desperdicios,
se debe dimensionar el dimetro ptimo de las distintas mquinas
impresoras a fin de manejar el flujo de desperdicio sin inconveniente
alguno. Para determinar esto, se har uso del coeficiente de Froude.
Cabe recalcar que este dimetro ptimo es un dimetro ideal. Si se
desea se puede instalar un dimetro mayor al ptimo pero nunca
menor, siempre que se tomen en cuenta consideraciones especiales.
Coeficiente de Froude.
El coeficiente de Froude es un parmetro adimensional importante en
la mecnica de fluidos que viene asociado a las magnitudes del flujo y
que expresa la relacin de las fuerzas de inercia respecto a lagravedad. Este coeficiente se define de la siguiente manera:
Fr = Vg d (4.1)
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Donde Fr es el coeficiente de Froude el cual es adimensional, V es la
velocidad del fluido dentro del ducto, g es la constante gravitacional y
d es el dimetro interior del ducto.
La cantidad de fluido que fluye por una tubera por unidad de tiempo
se denomina caudal Q, el cual se define como el producto de la
velocidad V del fluido dentro del ducto y el rea A interior del ducto.
Utilizando este concepto, se puede expresar la velocidad del fluido en
funcin del caudal y el rea del ducto, con lo que se tiene:
Q = V A (4.2)V =QA/ A =d
4
V = 4Qd (4.3)Reemplazando la ecuacin 4.3 en la 4.1 se tiene:
Fr = 4Qdg d
Fr = 4Qg d (4.4)d= 4QFr g
d= 4QFr
1g
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d!"= # 4QFr
1g$
%&
(4.')La ecuacin 4.5 expresa el dimetro ptimo de la ductera en funcin
del caudal Q, del coeficiente de Froude Fr y de la gravedad g.
Clculo del Coeficiente de Froude.
Para determinar el coeficiente de Froude se utilizarn los datos de la
tabla 8. Realizando los clculos utilizando la ecuacin 4.4, en la
siguiente tabla se resumen los resultados del coeficiente de Froude.
TABLA 10
CLCULO DEL COEFICIENTE DE FROUDE
Mquina FrMquina# 1 14.96
Mquina# 2,3 18.82Mquina# 4 14.96
Mquina# 5,6 14.96
Corrugador 14.96
Trituradora 14.96
Elaborado por: David Escalante y Leopoldo Zumba, 2013.
Para determinar un valor medio se necesita descartar los resultados
aberrantes. En este caso se tiene que todos los valores son 14.96
excepto por el de la Mquina# 2,3 de 18.82. Este resultado es
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esperado ya que esta es la mquina que ms problemas de
taponamiento tiene. Por lo que el promedio del Coeficiente de Froude
es de 14.96. Este es el valor que se utilizar para el clculo del
dimetro ptimo de la ductera.
4.1.1 Dimensionamiento de la Ductera del Sistema Actual.
Reemplazando los datos de la tabla 8 en la ecuacin 4.5 se
obtiene la siguiente tabla de resultados del dimetro ptimo por
mquina, para la situacin actual de la empresa. El clculo
detallado se presenta en el apndice C.1.
TABLA 11
RESULTADO DEL DIMETRO PTIMO DE LA DUCTERA DEL
SISTEMA ACTUAL
MquinaQ
(CFM)D instalado
(pulg)D ptimo
(pulg)Mquina# 1 4000 12 12.00
Mquina# 2,3 7400 14 15.35Mquina# 4 4000 12 12.00
Mquina# 5,64000 12 12.00
Corrugador 4000 12 12.00
Trituradora 4000 12 12.00Elaborado por: David Escalante y Leopoldo Zumba, 2013.
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slido. En la siguiente figura se ilustra lo anteriormente
mencionado.
Elaborado por: David Escalante y Leopoldo Zumba, 2013.
FIGURA 4.1 FLUJO A TRAVS DE UNA TUBERA DE REA
VARIABLE.
Ya que la seccin del ducto ser la misma y a lo largo de su
recorrido se manejar un mismo fluido, las velocidades dentro del
mismo son iguales. Tomando esta consideracin y estableciendo
la cada de presin P, que es igual a la diferencia entre P1 y P2,
en funcin de las prdidas de carga y el peso especfico del
fluido se tiene:
: ;:< * ,-/01* ,-5567817* ,-7/1= (4.>
En donde los valores de las prdidas de carga debido al fluido, a
los accesorios y al slido se los determina de la siguiente
manera:
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,?
= @d
V
2g (4.B),CD= EG V2g (4.H),IJ-= KLM dV
2g (4.1N)
Donde f es el factor de friccin, Kl es el coeficiente de prdida
debido a los accesorios, E es la relacin material/fluido, Cd es el
coeficiente de arrastre del slido, L es la longitud total de
recorrido de tubera recta, V es la velocidad del fluido dentro del
ducto, d es el dimetro interior del ducto y g es la constante
gravitacional.
El factor de friccin f, que es la interaccin entre el fluido y la
pared del ducto, depende del nmero de Reynolds Re y de la
rugosidad relativa /d. El nmero de Reynolds se define como la
razn de las fuerzas de inercia a las fuerzas viscosas y dictamina
si un fluido es laminar o turbulento.
OP = V dR (4.11)
Donde Re es el nmero de Reynolds, es la densidad del fluido,
V es la velocidad del fluido dentro del ducto, d es el dimetro
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interior del ducto y es la viscosidad dinmica del fluido. Para
flujo en una tubera, el valor del nmero de Reynolds debe ser
menor de 2100 para flujo laminar y mayor de 4000 para flujo
turbulento. Entre estos dos valores se dice que el flujo est en
periodo de transicin.
La rugosidad relativa /d se define como la razn entre la
rugosidad equivalente y el dimetro interior del ducto d. La
rugosidad equivalente es caracterstica del material del ducto a
utilizar y toma en cuenta la rugosidad superficial de la pared del
ducto. Con el valor de Reynolds Re y la rugosidad relativa /d se
determina el factor de friccin f con la ayuda del diagrama de
Moody, el cual se encuentra especificado en la figura A.1 del
apndice A.
Los sistemas de tuberas contienen considerablemente ms que
tubos rectos. Estos componentes adicionales como son vlvulas,
codos, conexiones en T, etc., contribuyen a la prdida global delsistema. Estas prdidas se denominan prdidas menores. El
mtodo ms comn usado para determinar stas prdidas
menores es mediante el uso del coeficiente de prdida Kl, el cual
depende de la geometra del componente en especial. Para
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determinar el coeficiente de prdida debido a los componentes Kl
se utilizar la tabla B.2 del apndice B.
Para flujo estable de un fluido a travs de un slido, se
establecen capas fronterizas y se ejercen fuerzas sobre el slido
debido al fluido. Esta fuerza es una combinacin de la resistencia
de la capa fronteriza y de la resistencia de la forma del slido y
puede ser expresada en trminos del coeficiente de arrastre o de
resistencia Cd. Es decir, Cd es bsicamente la interaccin entre
el fluido y el slido. Para determinar el valor del coeficiente de
arrastre del slido Cd se utilizar la figura A.2 del apndice A.
En esta seccin, se realizarn clculos representativos para la
Mquina# 1. Los dems resultados para el resto de las imprentas
se los presentar en tablas y los clculos respectivos figuran en
el apndice C.2.
En la siguiente figura se especifica el punto de succin (1) y elpunto de descarga de material (2) para la Mquina# 1. El
isomtrico correspondiente a esta imprenta, se encuentra en el
plano D.2 del apndice D.
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Este resultado del nmero de Reynolds indica que el flujo dentro
del ducto es turbulento. Como se mencion anteriormente con el
valor de Reynolds Re y la rugosidad relativa /d, se determina el
factor de friccin f con la ayuda del diagrama de Moody. Para
este caso se tiene un factor de friccin de 0.0145.
Con ayuda de la Figura 4.2, se procede a realizar el clculo de la
longitud del tramo de tubera recta.
= H.43 *>.2'* '9.'3* 11.H = B'.11TUX
Utilizando la ecuacin 4.8, para el clculo de la prdida de carga
entre el fluido y las paredes del ducto, se tiene lo siguiente:
,?= @d V
2g= N.N14' B'.11TUXN.3N4BTUX 2'.B>TU W X2 H.B1TU W X
,?13B.13TUX
Realizando los mismos clculos para las dems imprentas y
utilizando sus respectivos isomtricos presentes en los planos
D.3 al D.5, en la tabla 12 se presentan los resultados de la
prdida de carga debida al fluido. Como se mencion, el clculo
detallado se presenta en el apndice C.2.
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TABLA 12
RESULTADO DE LA PRDIDA DE CARGA DEBIDA AL
FLUIDO DEL SISTEMA ACTUAL
Mquina V (m/s) Re /d f L (m) hf(m)
Mquina# 1 25.87 540125.79 0.000147 0.0145 85.11 138.13
Mquina# 2,3 35.16 856485.18 0.000126 0.0138 92.14 225.36
Mquina# 4 25.87 540125.79 0.000147 0.0145 45.54 73.91
Mquina# 5,6 25.87 540125.79 0.000147 0.0145 54.96 89.20Elaborado por: David Escalante y Leopoldo Zumba, 2013.
Se procede a calcular la prdida de carga debida a los
accesorios presentes en el sistema. Para determinar el
coeficiente de prdida, se har uso de la tabla B.2 del apndice
B. Segn la Figura 4.2, esta imprenta en particular tiene 2 codos
bridados a 90 y 1 a 45 con lo que se tiene que Kl es 0.4 y 0.2
respectivamente. La sumatoria de los Kl es igual a 0.6.
Reemplazando valores en la ecuacin 4.9 se tiene lo siguiente:
,CD= EG V2g= N.9 2'.B>TU W X2 H.B1TU W X
,CD 2N.4>TUX
Nuevamente, usando los isomtricos respectivos para cada
imprenta presentes en los planos D.3 al D.5, en la tabla 13 se
muestran los coeficientes de prdida y las prdidas de cargas
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debido a los accesorios. El clculo detallado se presenta en el
apndice C.2.
TABLA 13
RESULTADO DE LA PRDIDA DE CARGA DEBIDO A LOS
ACCESORIOS DEL SISTEMA ACTUAL
Mquina Kl hac (m)
Mquina# 1 0.6 20.47
Mquina# 2,3 0.6 37.81
Mquina# 4 0.4 13.64
Mquina# 5,6 0.4 13.64
Elaborado por: David Escalante y Leopoldo Zumba, 2013.
Finalmente con la ecuacin 4.10, se determina las prdidas de
carga del slido. Con el valor de Reynolds calculado
anteriormente y con el uso de la figura A.2 del apndice A, se
determina el valor de Cd para una placa plana paralela al flujo,
que para esta imprenta en particular es de 0.0052.
,IJ-= KLM d V
2g,IJ- 14 N.NN'2 B'.11TUXN.3N4BTUX 2'.B>TU W X2 H.B1TU W X
,IJ- 9H3.'3TUX
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: (:< * ,-/0 * ,-556787 * ,-7/ : (11.H3* 13B.13 * 2N.4> * 9H3.'3)TUX 1.23] ^gU\_ H.B1 `Ua
: 1N429.N'TbX 1TcGge2fX24H.1TbX : 41.B'TcGge2fX
Realizando los mismos clculos para las dems imprentas, en la
tabla 15, se presentan los resultados de la cada de presin en el
sistema actual. El clculo detallado se presenta en el apndice
C.2.
TABLA 15
RESULTADO DE LA CADA DE PRESIN EN LOS DUCTOS
DEL SISTEMA ACTUAL
Mquina P (pulgH2O)Mquina# 1 41.85Mquina# 2,3 66.48Mquina# 4 22.79Mquina# 5,6 27.25
Elaborado por: David Escalante y Leopoldo Zumba, 2013.
4.1.3 Dimensiones del Cicln del Sistema Actual.
Se tuvo que realizar el levantamiento de informacin respectivo
de las dimensiones actuales del cicln. Segn teora de ciclones
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=12
Vh ij (4.12)
Donde P es la cada de presin total dentro del cicln, es la
densidad del gas, Vi es la velocidad promedio de entrada al
cicln y NHes el nmero de cabezas de velocidad a la entrada
del cicln. Segn el modelo de Lapple, este valor de NH se
determin experimentalmente y es de 8.
Para determinar la velocidad promedio a la entrada del cicln se
us los valores de los dimetros internos de los ductos de la
tabla 8. Los resultados se presentan en la siguiente tabla.
TABLA 17
VELOCIDAD PROMEDIO A LA ENTRADA DEL CICLN
ACTUAL
MquinaD instalado
(pulg)Q (CFM) V (m/s)
Mquina# 1 12 4000 25,87
Mquina# 2,3 14 7400 35,16
Mquina# 4 12 4000 25,87
Mquina# 5,6 12 4000 25,87
Corrugador 12 4000 25,87
Trituradora 12 4000 25,87
Promedio 27,42Elaborado por: David Escalante y Leopoldo Zumba, 2013.
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74
=12
Vm Q lI
(4.14)
Donde P es la cada de presin en el cicln individual por
mquina, es la densidad del gas, Vi es la velocidad de entrada
al cicln individual por mquina, Q es el caudal a travs del ducto
individual por mquina, K es una constante calculada
experimentalmente con valor de 16 para entrada tangencial y Ds
es el dimetro de salida de aire del cicln.
Utilizando la tabla 17 para el caudal y la velocidad individual por
mquina, =1.23 Kg/m3 y Ds=1 m, los clculos se presentan en
la siguiente tabla. El clculo detallado se presenta en el apndiceC.3.
TABLA 18
RESULTADO DE LA CADA DE PRESIN DEBIDA AL
CICLN DEL SISTEMA ACTUAL
Mquina P (Pa) P (pulgH2O)
Mquina# 1 481.12 1.93Mquina# 2,3 1207.45 4.85Mquina# 4 481.12 1.93Mquina# 5,6 481.12 1.93Corrugadora 481.12 1.93Trituradora 481.12 1.93Total Suma 3613.05 14.50Elaborado por: David Escalante y Leopoldo Zumba, 2013.
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Elaborado por: David Escalante y Leopoldo Zumba, 2013.FIGURA 4.3 VISTA SUPERIOR DE LA ESTRUCTURA
SOPORTANTE DEL CICLN ACTUAL.
Elaborado por: David Escalante y Leopoldo Zumba, 2013.
FIGURA 4.4 VISTA FRONTAL DE LA ESTRUCTURA
SOPORTANTE DEL CICLN ACTUAL.
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Elaborado por: David Escalante y Leopoldo Zumba, 2013.
FIGURA 4.5 VISTA LATERAL DE LA ESTRUCTURA
SOPORTANTE DEL CICLN ACTUAL.
4.1.6 Clculo de la Potencia del Ventilador y Motor del Sistema
Actual.
Los parmetros que se necesitan para seleccionar los
ventiladores son el caudal (CFM), la cada de presin a vencer
en el sistema (pulgH2O), potencia del ventilador y motor (Hp).
Con estos datos se puede llegar a la conclusin del tipo de
ventilador que se necesita para que el sistema funcione
adecuadamente.
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La potencia del ventilador se calcula con la siguiente expresin.
nopqs=TcGge2fX QTLFtX93'9 (4.1')
Donde PotVENT es la potencia del ventilador en Hp, P es la cada
de presin del sistema total individual por mquina, es decir, la
suma de la cada de presin en los ductos y en el cicln en
pulgH2O y Q es el caudal que se maneja en los ductos en CFM.
Para el clculo de la potencia del motor se har uso de la
siguiente ecuacin.
nouvsvw=nopqsx (4.19)Donde PotMOTOR es la potencia del motor en Hp, PotVENT es la
potencia del ventilador en Hp y es la eficiencia del motor.
Segn informacin dada por la empresa, los motores instalados
en planta tienen una eficiencia del 85%.
Se procede a realizar el clculo representativo para la Mquina#
1. Usando las tablas 15 y 18 para la cada de presin en el ducto
y para la cada de presin en el cicln respectivamente, se tiene:
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nouvsvw
=nopqs
x =TcGge2fX QTLFtX
93'9 x nouvsvw=(41.B' * 1.H3) 4NNN93'9 N.B' nouvsvw= 32.42ec
Realizando los mismos clculos para las dems imprentas, en la
tabla 19, se presentan los resultados de la cada de presin,
potencia del ventilador y motor. El clculo detallado se presenta
en el apndice C.4.
TABLA 19
RESULTADO DE POTENCIA DE VENTILADOR Y MOTOR DEL
SISTEMA ACTUAL
MquinaP
(pulgH2O)Pot. Ventilador
(Hp)Pot. Motor
(Hp)Mquina# 1 43.78 27.55 32.42
Mquina# 2,3 71.33 83.05 97.70
Mquina# 4 24.72 15.56 18.30
Mquina# 5,6 29.18 18.36 21.60
Elaborado por: David Escalante y Leopoldo Zumba, 2013.
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4.2 Diseo del Sistema Futuro.
En esta seccin los pasos a seguir para el diseo del sistema futuro
son diferentes en cuanto al anlisis del sistema actual. Primeramente
se calcular el dimetro ptimo de la ductera, seguido del clculo de
la cada de presin en los ductos, para luego proceder con el clculo
de la potencia del ventilador y del motor. En este punto, se tomar la
decisin de qu dimetro de ducto es el ms conveniente, segn las
consideraciones iniciales planteadas anteriormente. Se hace esto ya
que para lograr el diseo del cicln, se necesita haber determinado el
dimetro a utilizar para cada una de las imprentas. Una vez realizado
esto, se sigue con el diseo del nuevo cicln, el clculo de la cada de
presin en el cicln y de la estructura soportante del cicln. Hay que
tener en cuenta que hay que agregar la cada de presin del cicln
para cada una de la imprentas para poder calcular la potencia de los
ventiladores y de los motores eficazmente, por lo que se realizar un
recalculo del mismo. Por experiencia, la cada de presin del cicln
aumenta en un par de Hp a cada uno de las imprentas, por lo que no
hay que realizar un recalculo del dimetro ptimo.
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4.2.1 Dimensionamiento de la Ductera del Sistema Futuro.
Reemplazando los datos de la tabla 9 en la ecuacin 4.5 se
obtiene la siguiente tabla de resultados para la situacin futura de
la empresa.
dyzh{J #4 1.BB>14.H9 1H.B2$
%&
dyzh{J N.3N4B U 1 cGgN.N2'4 U= 12 cGg.
TABLA 20
RESULTADO DEL DIMETRO PTIMO DE LA DUCTERA DE
LA MQUINA# 7
Mquina Q (CFM) D a instalar (pulg) D ptimo (pulg)
Mquina# 7 4000 12 12Elaborado por: David Escalante y Leopoldo Zumba, 2013.
4.2.2 Clculo de la Cada de Presin en los Ductos de Succin del
Sistema Futuro.
En esta seccin se presentarn tablas con los respectiv