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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