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TESIS
MAESTRA EN MANUFA CTURA AVANZADA
PRESENTA
ING. HULDA ZULEMA DEL ANGEL LÓPEZ
SAN LUIS PO TOSÍ, S.L.P. MAYO 2017
PROPUESTA DE DISEÑO PARA
UNA MÁQUINA PEINADORA
DE HENEQUÉN
PARA OBTENER EL GRADO DE
ASESORES:
DR. AGUSTÍN ESCAMILLA MARTÍNEZ.
MPS. ADELA MARISOL SIERRA GUERRERO.
I
AGRADECIMIENTOS.
Quiero agradecer primeramente a Dios por permitirme llegar a este momento de mis
estudios académicos, y también agradecer de manera muy especial a mi esposo Victor
Hugo, que con su amor, comprensión y paciencia ha contribuido de forma muy
particular en este documento, también a mi madre Olia, que continuamente me ha
dado el ejemplo de seguir adelante y que siempre he contado con su apoyo
incondicional, a cada una de mis hermanas Gladys, Celeste, Zeida y July que su amor y
soporte han permitido culminar este proyecto, a mi asesora y amiga Marisol que siempre
ha tenido una palabra de aliento en cada situación, a mi asesor Agustín que con sus
enseñanzas ha dejado una huella en mis conocimientos y mis amigos Lisseth y José , con
los que siempre he contado y han contribuido de forma importante en la elaboración
de los dibujos.
II
RESUMEN.
En este documento se verificarán las condiciones de trabajo en una de las áreas de la
empresa Artesanías San Antonio ubicada en el Municipio de Villa de Zaragoza en la
ciudad de San Luis Potosí, México; donde se fabrican artesanías elaboradas a base de
henequén; con los procesos de: Escarmenado (peinado), Hilado, Teñido, Tejido y
Costura. Como parte fundamental de actividades artesanales este trabajo se enfocará
al primer proceso, Escarmenado, donde el artesano actualmente desarrolla esta
operación manualmente, con ayuda de un pequeño dispositivo llamado
escarmenadora que consta de una base con picos alargados colocadas en forma
discontinua y vertical; donde el artesano debe tomar un manojo de henequén seco en
forma de tiras y pasarlo varias veces sobre los picos de la escarmenadora, realizando así
un esfuerzo físico sobre su espalda e invirtiendo un tiempo considerable que solo las
personas con bastante experiencia lo pueden llevar a cabo de manera adecuada. Para
mejorar estas condiciones, se propone el diseño de un dispositivo que ayude a evitar el
esfuerzo físico tan desgastante que realiza actualmente el artesano en esta operación,
además de que podrá llevarse a cabo por cualquier persona con poca o ninguna
experiencia en la operación. La propuesta consta de una máquina que no utilizará
electricidad, sino energía puramente mecánica para desarrollar el peinado; colocando
la fibra sin peinar sobre una placa ranurada y haciendo pasar sobre ella un rodillo con
púas para efectuar el cepillado, el cual se moverá con la ayuda de un acoplamiento
de catarinas y cadenas como una bicicleta y así mantener el control con las manos del
cepillado uniforme y paralelo de las fibras. Utilizando esta máquina se podrán evitar
retrasos en la producción y así el peinado lo podrá realizar cualquier persona en
cualquier horario sin que interfiera en las actividades de hilado del artesano. El diseño
propuesto de la escarmenadora ayudará al artesano a realizar su trabajo con menor
esfuerzo, evitando así cansancio prematuro o lastimaduras por malas posturas al realizar
la operación de peinado de henequén, al mismo tiempo que podrá aumentar su
productividad en la fabricación de hilos de henequén; lo que se traducirá en mejores
condiciones para su labor diaria.
Palabras clave: Fibra de henequén, peinado, artesano, escarmenadora.
III
ABSTRACT.
This document will verify the working conditions in one area of the San Antonio handicrafts
Company, which is located in the Villa de Zaragoza Municipality in San Luis Potosí,
Mexico; where henequen-based handicrafts are elaborate; with the following processes:
Carding, Yarn, Dyeing, Fabric and Sewing. As a fundamental part of craft activities, this
work will focus on the first process: Carding, that is an área where currently the artisan is
developing this operation manually, uses a small device called carder which consists of
a base with elongated peaks placed discontinuously and vertically way; where the
artisan must take a bunch of dry henequen on strips and pass it several times over the
carder peaks , thus making a physical effort on his back and spend a considerable time
that only experienced personnel can carry out properly. To improve these conditions, it is
proposed the design of a device that helps to avoid the physical effort so exhausting that
the artisan currently performs in this operation, in addition that can be carried out by
anyone with less or limited experience in the operation. The proposal consists of a
machine that will not use electricity, only mechanical energy to develop the carding;
placing the fiber on a slotted plate and passing over it a roller with peaks to brushing,
which will move through a coupling of sprockets and chains such as a bicycle in order to
maintain the uniform and paralllel brushing control with the hands. Using this machine will
be able to avoid delays in the production and in addition the carding process can be
made by anyone at any time without interfering with the craftsman further activities. The
proposed design of the carding will help the craftsman to perform his work with less effort,
in order to avoid premature fatigue or injuries due to bad postures when performing the
henequen carding, while increasing his productivity in the henequen thread
manufacturing; which will convert to better conditions for their daily work.
Key words: Henequen fibers, carding, artisan, carder.
IV
ÍNDICE GENERAL
AGRADECIMIENTOS. .................................................................................................................................. I
RESUMEN. ..................................................................................................................................................... II
ABSTRACT.................................................................................................................................................... III
ÍNDICE DE TABLAS. .................................................................................................................................. VII
LISTA DE ANEXOS ................................................................................................................................... VIII
GLOSARIO. ................................................................................................................................................ IX
CAPÍTULO I ................................................................................................................................................... 1
1. INTRODUCCIÓN ................................................................................................................................. 1
1.1. ANTECEDENTES ........................................................................................................................... 3
1.1.1. Descripción de operaciones actuales. ...................................................................... 7
1.1.2. Descripción de máquinas, herramientas y dispositivos. ....................................... 9
1.1.3. Descripción de la materia prima. ..............................................................................13
1.2. DEFINICIÓN DEL PROBLEMA. .................................................................................................14
1.3. JUSTIFICACIÓN .........................................................................................................................14
1.4. OBJETIVOS .................................................................................................................................15
1.4.1. Objetivo general .............................................................................................................15
1.4.2. Objetivos específicos ....................................................................................................15
1.5. HIPÓTESIS. ..................................................................................................................................16
CAPÍTULO II ................................................................................................................................................17
2. MARCO TEÓRICO. ...........................................................................................................................17
2.1. PLANTA DE HENEQUÉN Y SISAL. ............................................................................................17
2.1.1. Fibra de sisal .....................................................................................................................18
2.1.2. Características. ................................................................................................................19
2.1.3. Clima. .................................................................................................................................20
2.1.4. Usos. ....................................................................................................................................20
2.1.5. Sistema producto henequén. ......................................................................................21
2.1.6. Superficie, producción y rendimiento. .....................................................................21
2.1.7. Comercio exterior ...........................................................................................................22
2.1.8. Precios internacionales. ................................................................................................23
V
2.2. PROCESADO DE HENEQUÉN. .................................................................................................24
2.2.1. Desfibración......................................................................................................................24
2.2.2. Rastrillado o peinado. ....................................................................................................26
CAPÍTULO III...............................................................................................................................................27
3. MATERIALES Y MÉTODOS. ..............................................................................................................27
3.1. ETAPA 1. DEFINICIÓN DEL PRODUCTO. ..............................................................................28
3.2. ETAPA 2. DISEÑO CONCEPTUAL. ..........................................................................................28
3.2.1. Dimensionamiento general. ........................................................................................28
3.3. ETAPA 3. DISEÑO DE MATERIALIZACIÓN. ...........................................................................30
3.4. ETAPA 4. DISEÑO DE DETALLE. ...............................................................................................32
CAPÍTULO IV ..............................................................................................................................................34
4. RESULTADOS ......................................................................................................................................34
4.1. GENERACIÓN DE ALTERNATIVAS CONCEPTUALES. .....................................................34
4.2. LLUVIA DE IDEAS Y BREVE DESCRIPCIÓN DE CADA IDEA. .............................................34
4.3. EVALUACIÓN PARCIAL DE CONCEPTO. .............................................................................36
4.4. DETERMINACIÓN DE SISTEMAS DE EQUIPO. ......................................................................38
4.5. SELECCIÓN DE MEJOR ALTERNATIVA. ................................................................................39
4.6. MATRIZ DE CUALIDADES. ........................................................................................................40
4.7. DESCRIPCIÓN IN EXTENSO DE ALTERNATIVA SELECCIONADA.....................................45
5. DISCUSIÓN.........................................................................................................................................59
6. CONCLUSIONES ...............................................................................................................................61
7. RECOMENDACIONES ......................................................................................................................62
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ............................................................................................................63
ANEXOS. ....................................................................................................................................................... i
ÍNDICE DE FIGURAS.
Figura 1. Planta de henequén. .............................................................................................................. 1
Figura 2. Ubicación de la empresa Artesanías San Antonio. ....................................................... 2
Figura 3. Productos que se obtienen del henequén. ..................................................................... 3
Figura 4. Procesos de fabricación de la empresa Artesanías San Antonio. ............................ 3
Figura 5. Escarmenadora para lana. .................................................................................................. 4
Figura 6. Escarmenadora Chamall. ..................................................................................................... 4
VI
Figura 7. Fibra de henequén peinada. ............................................................................................... 5
Figura 8. Proceso de cepillado. ............................................................................................................ 5
Figura 9. Operación de escarmenado, Yucatán, México............................................................ 6
Figura 10. Fibras de henequén sin cepillar. ....................................................................................... 7
Figura 11. Diagrama de flujo del proceso de escarmenado. ..................................................... 9
Figura 12. Cardas manuales. ...............................................................................................................10
Figura 13. Cardadora de tambores. ..................................................................................................10
Figura 14. Cardadora estándar con motor. ....................................................................................11
Figura 15. Página de internet de Espacenet. ..................................................................................12
Figura 16. Fibra de henequén. ............................................................................................................14
Figura 17. Planta de Sisal ......................................................................................................................17
Figura 18. Clasificación de los productores. ...................................................................................21
Figura 19. Rendimiento del henequén..............................................................................................21
Figura 20. Importancia de Sisal...........................................................................................................22
Figura 21. Fibra de henequén. ............................................................................................................25
Figura 22. Ejemplo del diseño de la máquina. ...............................................................................31
Figura 23. Escarmenado actual. .........................................................................................................37
Figura 24. Diagrama de proceso de la máquina. .........................................................................38
Figura 25. Diagrama de funciones de la máquina. ......................................................................39
Figura 26. Solución de los requerimientos del cliente. ................................................................43
Figura 27. Distancia entre centros de manivela de pedal. ........................................................45
Figura 28. Radio de catarina 1. ...........................................................................................................47
Figura 29. Radio catarina 2. .................................................................................................................48
Figura 30. Esquema de la transmisión de potencia en las poleas. ..........................................49
Figura 31. Ángulo de contacto polea - correa. .............................................................................50
Figura 32. Distribución de fuerzas en la correa. .............................................................................51
Figura 33. Esquema de las relaciones de velocidad y torque en la máquina. ....................54
Figura 34. Radio, fuerza y velocidad en la cardadora. ...............................................................55
Figura 35. Ensamble de pisa fibra y clamps. ..................................................................................56
Figura 36. Vista frontal de la propuesta de diseño de la máquina peinadora de
henequén. .................................................................................................................................................56
Figura 37. Vista lateral derecha de la propuesta de máquina peinadora. ...........................57
Figura 38. Diseño final de la propuesta de máquina peinadora de henequén. ..................58
Figura 39. Cálculo de peso de la propuesta de la máquina. ....................................................58
Figura 40. Dibujo placa para ensamble. .......................................................................................... vi
Figura 41. Dibujo de eje central. ........................................................................................................ vii
Figura 42. Dibujo de pisa fibra............................................................................................................ viii
Figura 43. Dibujo de tope para placa ranurada. .......................................................................... ix
Figura 44. Dibujo de solera lateral. ...................................................................................................... x
Figura 45. Dibujo de soporte para ensamble. ................................................................................. xi
Figura 46. Dibujo de pata mesa. ........................................................................................................ xii
Figura 47. Dibujo placa para mesa. ................................................................................................. xiii
VII
Figura 48. Dibujo de tope para ensamble. ..................................................................................... xiv
Figura 49. Dibujo de base balero. ...................................................................................................... xv
Figura 50. Dibujo de polea grande. .................................................................................................. xvi
Figura 51. Dibujo de polea pequeña. ............................................................................................. xvii
Figura 52. Dibujo de manija placa. ................................................................................................ xviii
Figura 53. Dibujo de perfil CPS. .......................................................................................................... xix
Figura 54. Dibujo de placa ranurada. ............................................................................................... xx
Figura 55. Dibujo de tapa para PTR. ................................................................................................. xxi
Figura 56. Dibujo de ensamble de perfil y baleros. .................................................................... xxii
Figura 57. Dibujo ensamble de placa, manija, topes. .............................................................. xxiii
Figura 58. Dibujo de ensamble de mesa con soportes. ........................................................... xxiv
Figura 59. Ensamble de cepillo peinador. ..................................................................................... xxv
Figura 60. Ensamble de máquina final. Hoja 1 de 3. ................................................................. xxvi
Figura 61. Dibujo de máquina final. Hoja 2 de 3. ...................................................................... xxvii
Figura 62. Ensamble de máquina final. Hoja 3 de 3. ................................................................ xxviii
Figura 63. Lista maestra de fabricación de piezas. ................................................................... xxix
Figura 64. Vista isométrica. ................................................................................................................ xxx
Figura 65. Vista lateral derecha. ....................................................................................................... xxx
Figura 66. Vista lateral izquierda. .................................................................................................... xxxi
Figura 67. Vista superior. .................................................................................................................... xxxi
Figura 68. Vista frontal. ....................................................................................................................... xxxii
Figura 69. Vista posterior. ................................................................................................................... xxxii
Figura 70. Pareto de cumplimiento de parámetros de diseño. ............................................. xxxiii
Figura 71. Pareto de cumplimiento de necesidades del cliente. ......................................... xxxiii
Figura 72. Porcentaje comparativo de cumplimiento de necesidades de cliente. ....... xxxiv
ÍNDICE DE TABLAS.
Tabla 1. Tabla de resumen de características de cardadoras existentes. ............................11
Tabla 2. Lista de patentes relacionadas con la máquina peinadora de henequén. .........13
Tabla 3. Etapas del diseño básico. ....................................................................................................27
Tabla 4. Datos de elementos comerciales. .....................................................................................33
Tabla 5. Especificaciones para el diseño. .......................................................................................34
Tabla 6. Lluvia de ideas. ........................................................................................................................35
Tabla 7. Análisis de exigencias mínimas. ........................................................................................36
Tabla 8. Análisis de exigencias adicionales ...................................................................................37
Tabla 9. Alternativas para la elección de elementos. .................................................................40
Tabla 10. Evaluación de la base para colocar fibra. ...................................................................41
Tabla 11. Evaluación del sujetador de fibra. ..................................................................................41
Tabla 12. Evaluación del peinador de fibra. ...................................................................................41
Tabla 13. Evaluación del suministro de energía. ...........................................................................42
VIII
Tabla 14. Evaluación de la transmisión de potencia. ..................................................................42
Tabla 15. Matriz de relaciones con el método QFD. ....................................................................44
Tabla 16. Mediciones tomadas de velocidad en rpm. ................................................................46
Tabla 17. Coeficiente de fricción de correas de algunos materiales. ....................................50
Tabla 18. Recibo de materia prima ...................................................................................................... i
Tabla 19. Proceso de escarmenado. .................................................................................................. ii
Tabla 20. Proceso de hilado. ................................................................................................................ iii
Tabla 21. Proceso de tejido. ................................................................................................................. iv
Tabla 22. Proceso de cosido. ................................................................................................................ v
LISTA DE ANEXOS
Anexo 1. Procesos de la empresa Artesanías San Antonio.
Anexo 2. Dibujos de las piezas no comerciales.
Anexo 3. Imágenes de las vistas de la propuesta de diseño final.
Anexo 4. Análisis de cumplimientos de necesidades de cliente y especificaciones
de diseño.
IX
GLOSARIO.
Agave.- Planta natural de zonas semidesérticas. Existen diferentes variedades; sus hojas
son largas, carnosas y con espinas. La mayoría sirve para producir bebidas alcohólicas
(pulque, tequila, mezcal, sotol y bacanora), dependiendo de la especie. Sin embargo,
de otras se pueden extraer fibras textiles, como la lechuguilla o el henequén.
Aglutinante. Sustancia en la que se diluyen los pigmentos para preparar barnices o
pinturas. Dicho de un remedio: Que se aplicaba con el objeto de reunir las partes
divididas (1).
Altitud.- Altura en metros de cualquier punto de la Tierra. Se mide a partir del nivel del
mar y equivale a cero metros.
Bulbos. Yema gruesa, por lo común subterránea, cuyas hojas están cargadas con
sustancias de reserva (1).
Clamp. Término en inglés. Es un dispositivo sujetador usado para sostener objetos para
evitar movimientos o separaciones a través de la aplicación de presión hacia el interior.
Clima.- Conjunto de fenómenos atmosféricos (temperatura, presión, lluvia y viento) que
caracterizan un lugar por largos periodos de tiempo. El clima determina el tipo de
vegetación y la fauna predominante.
Clima cálido húmedo.- Clima cálido con temperaturas promedio superiores a los 18°
centígrados con lluvias todo el año o lluvias muy abundantes en verano y otoño. Se
presenta en el sureste del país, abarcando parte de Veracruz, Tabasco y Norte de
Chiapas.
Clima cálido subhúmedo.- Condiciones de temperaturas promedio que van de los 18° a
26° centígrados y más, con lluvias.
Clima seco y semiseco.- Llamado también seco estepario, se caracteriza porque llueve
poco. Se presenta principalmente en la Altiplanicie Mexicana y en las llanuras al norte
X
del Trópico de Cáncer, con excepción de la costa del Golfo que recibe la humedad del
mar. La falta de lluvia se debe al descenso de los vientos llamados contralisios, que tienen
poca humedad por lo que no producen lluvias.
Cogollo. Del lat. cucullus 'capucho', voz de or. celta; cf. irl. cochull. Brote que arrojan los
árboles y otras plantas.
Escarmenar. Carmenar la lana o la seda (1).
Exportaciones FOB.- Comprenden los bienes y servicios prestados por unidades
residentes a no residentes con destino al resto del mundo y que salen definitivamente
del territorio económico; valoradas en puerto de origen.
Fibras.- Filamentos obtenidos por procedimiento químico de tejidos orgánicos vegetales
o animales; también las hay sintéticas, derivadas del petróleo. Su principal uso es en la
industria textil.
Importaciones. Comprenden los bienes y servicios prestados por unidades no residentes
a residentes procedentes del resto del mundo que entran definitivamente al país (2).
Madera de coigüe.- El Coigüe o llamado científicamente Nothofagus dombeyi,
corresponde a la familia las Fagaceaes, es una especie de madera que se encuentra
en diferentes altitudes, ocupando generalmente suelos pobres, a lo largo tanto de la
Cordillera de la Costa, como de la Cordillera de Los Andes y el Valle Central de Chile,
posee una duración poco definida. Su madera de color castaño pálido, que puede
variar desde una tonalidad rosácea a una rojiza. Ofrece una apariencia general
intermedia entre roble y raulí. Sus anillos de crecimiento son visibles, y la madera ofrece
veteado pronunciado, un lustre brillante y una textura fina homogénea.
Perenne. Botánica. Que vive más de dos años (1).
Quiote. Del náhuatl quiotl 'tallo, brote'. Del náhuatl quiotl 'tallo, brote' (1)
1
CAPÍTULO I
1. INTRODUCCIÓN
Desde tiempos prehispánicos se ha utilizado el henequén, una fibra natural
caracterizada por su fuerza y resistencia para producir cuerdas, hamacas, redes de
pesca, artesanías, entre otros productos; las cuales gracias a la invención de las
desfibradoras y al impulso económico que se produjo a mediados del siglo XIX, México
se volvió el principal productor y exportador de esta fibra.
El henequén proviene del agave, de una especie de cactus, de aspecto parecido a
una yuca verde (Figura 1). Otras variedades de agave se utilizan para hacer el tequila.
Figura 1. Planta de henequén.
Fue a principios del siglo XIX cuando tuvo lugar el inicio de su mayor apogeo, se
establecieron fábricas; las llamadas haciendas cambiaron el giro de su producción para
establecer grandes plantíos y la mercancía comenzó a exportarse al mundo.
Para 1880, Yucatán era uno de los estados de mayor solvencia económica en México.
Siendo durante el gobierno de Salvador Alvarado, por la expropiación estatal de las
maquiladoras, cuando la venta del henequén llegó a su culminación (3).
El henequén ayudó a los hacendados a generar grandes ganancias, por lo que se le
denominó "Oro verde", ya que el estado producía el 90% de las sogas y bolsas usadas en
el mundo, dando como resultado la opulencia de los dueños de las haciendas.
Sin embargo, al igual que la plata que se extraía de las montañas de México, el valor del
henequén decayó durante la primera guerra mundial, y nunca volvió a recuperar la
2
popularidad que anteriormente gozaba, debido a la creación de materiales como el
polietileno que se convirtieron en versátiles para la fabricación de todo tipo de
cordelería y productos que anteriormente se elaboraban a base de fibras naturales.
Sin embargo, para nuestro país es de suma importancia tratar de mantener el trabajo
de los artesanos y continuar con las tradiciones de elaborar productos que caractericen
a los mexicanos alrededor del mundo de manera representativa y con la calidad
esperada, por lo que es significativo reconocer el esfuerzo que realizan los fabricantes
de artesanías, ayudándoles a mejorar sus condiciones de trabajo y a aminorar la carga
física que éste conlleva.
En el Municipio de Villa de Zaragoza, ubicado a 40 km. de la Capital del estado de San
Luis Potosí, se encuentra una pequeña empresa familiar, denominada “Artesanías de
San Antonio”, en la cual el proceso de preparación del henequén se trabaja para su
conformación como una fibra útil que posea la consistencia para elaborar diversos
productos artesanales, éste, se realiza con maquinaria rudimentaria y sin ninguna
condición ergonómica o de seguridad para las personas que ahí laboran (Figura 2).
Figura 2. Ubicación de la empresa Artesanías San Antonio.
La ergonomía comprende el estudio de las condiciones de un lugar de trabajo, una
máquina, un vehículo, entre otros, adecuándolo a las características físicas y
psicológicas del trabajador, buscando un mayor rendimiento laboral a partir de la
humanización de los medios para producirlo, para cuidar el recurso más importante de
cualquier medio productivo: el factor humano.
3
1.1. ANTECEDENTES
En la empresa Artesanías de San Antonio se realizan objetos artesanales provenientes del
henequén, como son bolsas, carteras, tapetes, hilos y toda clase de artículos para
transportar objetos (Figura 3). Y para la realización de estos productos emplea 5 procesos
que consisten en: Escarmenar la fibra, hilado, teñido, tejido y costura (Figura 4).
Figura 3. Productos que se obtienen del henequén.
Figura 4. Procesos de fabricación de la empresa Artesanías San Antonio.
Para la empresa Artesanías de San Antonio el peinado del henequén o escarmenado,
es un proceso pesado, cansado y complicado, por lo que esta parte del trabajo se
4
convierte en un proceso crítico, y adicionalmente es recomendable llevarlo a cabo por
personal masculino, para poder cubrir la demanda que se tiene actualmente.
El escarmenado que se realiza en la empresa, consiste en tomar un manojo de
henequén en forma de fibra seca y comenzar a pasarlo varias veces en una base que
cuenta con unos picos que realizan el peinado de la fibra, el cual requiere de cierta
fuerza para poderse realizar adecuadamente y que éste sea funcional para utilizarse en
la siguiente estación que es el hilado.
En la actualidad, existen en el mercado ruecas y escarmenadoras para lana manuales,
como la que se muestra en la Figura 5.
Figura 5. Escarmenadora para lana.
También se encuentran otros tipos de escarmenadoras para fibras, como es el caso de
la empresa chilena Telares Chamall como se muestra en la Figura 6.
Figura 6. Escarmenadora Chamall.
5
En el proceso de escarmenado de la empresa Artesanías San Antonio el artesano tiene
que invertir tiempo de su siguiente proceso, ya que es el mismo operador que lleva a
cabo la operación de peinado y de hilado, por lo que se convierte en un cuello de
botella para fluir continuamente con el desarrollo de los hilos que es el objetivo a cumplir
por parte de ese operador; para lo cual requiere de gran esfuerzo físico y mucha
habilidad para peinar la fibra que se recibe de los proveedores; lo que hace complicado
que cualquier trabajador pueda desarrollar dicha actividad.
La forma en realizar el cepillado del henequén consiste en pasar una y otra vez un
manojo de fibra seca o semiseca sobre un conjunto de picos que tienen cierto acomodo
según la Figura 8 hasta obtener un manojo de fibras separadas de manera uniforme para
poder realizar el proceso de hilado donde se entrelazan las fibras ya peinadas.
Figura 7. Fibra de henequén peinada.
Figura 8. Proceso de cepillado.
Pie derecho
o izquierdo
atrás
Manos a la
mitad del
Movimiento
de manos,
adelante y a
Cepillo a la
altura de la
cadera de la
Pie derecho o izquierdo
adelante
6
Una vez realizado el peinado o cepillado, se obtienen fibras separadas que pueden
unirse entre sí para hacer una fibra más gruesa y resistente como se puede ver en la
Figura 7.
El proceso de escarmenado se realiza de forma manual (Figura 9), y no se han
documentado máquinas que puedan realizar este proceso de forma automatizada, ya
que se teme invertir demasiado en este proceso que es bastante simple y corresponde
apenas como parte de la preparación de la materia prima, pero que en realidad se
convierte en un cuello de botella, ya que el operador no puede continuar con la
siguiente operación, hasta que se realice el peinado de la fibra; lo que hace que el nivel
de productividad no siempre se cumpla según lo esperado en la planeación de
producción.
Figura 9. Operación de escarmenado, Yucatán, México.
Las fibras de henequén se obtienen en pacas que ya pasaron por una etapa de
desfibración y secado (Figura 10); sin embargo en esas condiciones es muy complicado
poder hilar las fibras, ya que se encuentran muy pegadas unas con otras y es casi
imposible que se puedan adherir para formar hilos largos, es por eso que el objetivo del
escarmenado es separar cada uno de las fibras y que quede cepillado de manera
uniforme.
7
Figura 10. Fibras de henequén sin cepillar.
Se verificaron los procesos que se llevan a cabo para la fabricación de productos como
bolsas, carteras, tapetes, entre otros; de la empresa Artesanías San Antonio, que se
pueden revisar a detalle en el Anexo 1.
Al enfocarse en el proceso de escarmenado, se encontraron los siguientes aspectos:
Separar cada fibra una de la otra lo mejor posible, de tal manera que
visualmente estén separadas las fibras.
Realizar un cepillado de forma uniforme.
El cepillado de la fibra para el trabajo del día toma 2 horas
aproximadamente.
El escarmenado solo lo realizan personas con mucha experiencia.
Las personas que realizan el cepillado son las mismas personas que
continúan con la siguiente operación, que es hilado.
Debido al procedimiento que requiere habilidad y experiencia, no es
posible que cualquier persona pueda realizar el cepillado.
1.1.1. Descripción de operaciones actuales.
Los pasos a seguir para el proceso de peinado de henequén reportadas en literatura y
que son parte del proceso actual y que se encuentra documentado, consisten en pasar
varias veces un manojo de fibras por una serie de picos o peine, hasta que la fibra de
forma visual se encuentre aceptable por parte del artesano u operador.
El proceso de escarmenado en la empresa Artesanías San Antonio se muestra en la
Figura 11.
8
Los pasos a seguir en la operación de escarmenado son las siguientes:
1. Se toma un manojo de tamaño adecuado para manejarlo con la palma de la
mano. Aproximadamente 0.5 kg.
2. Se tuerce de la parte inferior cerca de la mano, para poder tener mejor agarre.
3. Se pasa una vez por el peine de escarmenado.
4. Se pasa la segunda vez por el peine.
5. Se vuelve a pasar por el peine, hasta 41 veces más o hasta que al pasar el manojo
por el peine ya no se atora, sino que pasa suavemente.
6. Se verifica que por ese lado la fibra quedó bien separada.
7. Se voltea el manojo.
8. Se vuelve a torcer para obtener mejor agarre.
9. Se pasa una vez por el peine.
10. Se pasa la segunda vez por el peine,
11. Se vuelve a pasar por el peine, hasta 35 veces más o hasta que al pasar el manojo
de fibra ya no se atore en el peine, es decir que pase suavemente.
12. Se coloca el manojo ya peinado en el piso.
13. Se vuelve a tomar un nuevo manojo del tamaño que pueda ser manejable con
una mano. Aproximadamente 0.5 kg.
14. Se tuerce la parte inferior, para tener mejor agarre.
15. Se pasa una vez por el peine.
16. Se pasa la segunda vez por el peine.
17. Se vuelve a pasar por el peine, hasta que el manojo ya pase suavemente a través
del peine.
18. Se coloca el manojo sobre el anterior.
19. Se vuelve a tomar un nuevo manojo.
20. Se repite el proceso 14 hasta el 18, hasta 6 veces más para completar 4 kg. Que
es lo que se requiere para el siguiente proceso.
21. Una vez peinada esa cantidad de fibra, se coloca encima el henequén sobrante
dentro de los dientes del peine.
22. Se pasa a la siguiente operación.
9
Figura 11. Diagrama de flujo del proceso de escarmenado.
1.1.2. Descripción de máquinas, herramientas y dispositivos.
Existen en el mercado diferentes tipos de escarmenadoras o peinadoras de fibras, entre
las que destacan:
1. Escarmenadoras manuales o cepillos (Figura 12) que se utilizan principalmente para
peinar lana como un proceso mecánico que desenreda, limpia y entremezcla fibras
para producir una banda continua para el procesamiento posterior. (3). Paletas
cortadas de una madera contrachapada curva, que tienen una de sus superficies
cubierta de púas o puntas de metal, en una densidad, comúnmente entre 108,500 a
155,000 púas por m2 (4).
10
Figura 12. Cardas manuales.
2. Cardadora de tambores estándar (Figura 13), que está fabricada con ejes de acero
trefilado de alta resistencia, tambores montados en rodamientos sellados que no
necesitan lubricación. Gabinete: fabricado en madera de coigüe seca de secador
y barnizada. Dos modelos: Modelo 1: Largo 530 mm, ancho total 290 mm, alto 250 mm;
Modelo 2: Largo 530 mm, ancho total 390 mm, alto 250 mm. (5). Estas medidas
corresponden a las que se encuentran disponibles en Telares Menke, en Chile.
Figura 13. Cardadora de tambores.
3. Cardadora estándar con motor, reductor y velocidad de 110 rpm (solo para esta
marca) (Figura 14). Ejes de acero trefilado de alta resistencia, tambores montados
en rodamientos sellados que no necesitan lubricación. Gabinete: fabricado en
madera de coigüe seca de secador y barnizada al duco. Dos modelos, ancho tela
de cardado 200 mm y otro de 300 mm (5).
11
Figura 14. Cardadora estándar con motor.
Se muestra un resumen de características de las cardadoras que se pueden utilizar
para la empresa Artesanías San Antonio en la Tabla 1.
Tipo de herramienta Característica principal
Escarmenadora manual Cepillo con mango de 70 a 100 púas por
pulgada cuadrada.
Cardadora de tambores
Fabricada con ejes de acero trefilado.
Contiene tambores montados en
rodamientos sellados que no necesitan
lubricación.
Cardadora con motor
Contiene motor eléctrico de 0.5 hp.
Cuenta con reductor de velocidad.
Ancho de tela de 200 y 300 mm. Tabla 1. Tabla de resumen de características de cardadoras existentes.
4. Se investigaron patentes de máquinas parecidas a la propuesta en diferentes
páginas de internet, Figura 15, específicamente se consultaron patentes en la
página de Espacenet (6).
12
Figura 15. Página de internet de Espacenet.
Se consideran las siguientes patentes relacionadas con la máquina peinadora de fibra
de henequén que se describen en la Tabla 2.
13
N° Imagen Descripción 1
Esta máquina realiza cepillados de fibra en
general como henequén, lechuguilla, entre
otras con el objetivo de limpiarlas para el
siguiente proceso. La máquina funciona a
través de rodillos con picos que realizan un
cepillado de las fibras naturales por etapas, la
cual debe estar alimentada de energía
eléctrica (7).
2
Esta es una máquina recortadora diseñada
para pelar hojas fibrosas de diferentes plantas,
la cual cuenta con una superficie de trabajo
que está prevista de una banda, donde se
coloca la hoja de la planta y con ayuda del
volante de inercia se peina la hoja que se
encuentra sujeta en la banda (8).
Tabla 2. Lista de patentes relacionadas con la máquina peinadora de henequén.
1.1.3. Descripción de la materia prima.
La fibra de henequén se obtiene del Agave sisalana, nativo de México. La robusta planta
crece bien en una variedad de climas calientes, incluyendo áreas secas no utilizables
para otros cultivos. Luego de la cosecha, sus hojas se cortan y aplastan para separar la
pulpa de las fibras. El promedio de rendimiento de las fibras secas es cerca de una
tonelada por hectárea.
Brillante y de un blanco cremoso, la fibra de sisal mide cerca de 1 metro de longitud, con
un diámetro de 200 a 400 micras (Figura 16). Es una fibra basta, dura e inadecuada para
textiles o telas. Pero es fuerte, durable y alargable, no absorbe humedad fácilmente,
resiste el deterioro del agua salada, y tiene una textura superficial fina que acepta una
amplia gama de teñidos (9).
14
. Figura 16. Fibra de henequén.
1.2. DEFINICIÓN DEL PROBLEMA.
Para la empresa Artesanías de San Antonio la calidad está en manos de los trabajadores,
los cuales son muy escasos debido a la habilidad que poseen para poder realizar la labor
artesanal del henequén, por lo que se requiere mejorar el proceso de escarmenado
para facilitar el trabajo y ofrecer un mejor ambiente laboral y así poder abrir las
posibilidades para nuevo personal en esa área.
Los recursos materiales y económicos con los que cuentan estos artesanos, son
sumamente limitados, puesto que en su mayoría son trabajadores de la tercera edad y
los procesos requieren la aplicación de mucho esfuerzo físico trabajando con posturas
incómodas durante largas jornadas, pretendiendo atacar esta problemática
adaptando maquinaria más ligera y ergonómica que coadyuvará a mejorar el
desempeño de los fabricantes obteniendo beneficios como: la disminución del tiempo
de operación de peinado de henequén, menos esfuerzo al realizar el peinado de fibra,
así como aumento de la productividad laboral.
1.3. JUSTIFICACIÓN
Por ser una empresa artesanal, en todos los procesos interviene la fuerza humana, razón
por la cual se elaborará una propuesta para optimizar los tiempos del proceso crítico en
la elaboración de los productos de henequén, que en este caso es el escarmenado.
Debido a estas razones, se logrará mejorar las condiciones laborales de los trabajadores,
adecuando maquinaria adaptable y ligera para evitar la fatiga y lesiones por malas
posturas o por operar máquinas muy pesadas, mejorando su eficiencia.
15
Los beneficiados con la propuesta del diseño de una máquina peinadora de henequén,
en primer lugar serían los trabajadores de la empresa Artesanías de San Antonio, ya que
al implementar esta máquina pueden mejorar su productividad, debido a que requiere
realizar el proceso de escarmenado antes de comenzar con el hilado, puesto que cada
trabajador debe peinar sus propias fibras que utilizará en el hilado durante su jornada
laboral; para lo cual invierten alrededor de 2 hrs, que les proporciona como resultado
una producción de 4 kg de fibra en hilos.
Al aumentar la productividad en el escarmenado, también se mejorará en los siguientes
procesos, ya que el escarmenado es la primera actividad en la fabricación de las
artesanías.
Otro beneficio que obtendrá la empresa es en relación al personal que desarrolla la
actividad de escarmenado o peinado, ya que actualmente requiere de fuerza y
habilidades específicas, al implementar la nueva máquina, este proceso lo podrá realizar
cualquier trabajador de la empresa; por lo que ayudará a eliminar este cuello de botella
al iniciar con el proceso de la fabricación de la artesanía.
1.4. OBJETIVOS
1.4.1. Objetivo general
Desarrollar una propuesta de diseño de una máquina peinadora de henequén que
pueda ser utilizada por cualquier persona que trabaje con estas fibras y que no requiera
de un máximo esfuerzo para realizar la actividad, a través de mecanismos simples que
no afecten el proceso de artesanía.
1.4.2. Objetivos específicos
Definir un diagnóstico sobre las condiciones iniciales.
Analizar la situación actual en el proceso.
Establecer los criterios mínimos requeridos para la propuesta de diseño.
16
1.5. HIPÓTESIS.
La utilización de herramientas de ingeniería y la adecuación del dispositivo de
escarmenado ayudará a realizar la actividad de forma más segura y eficiente para el
operador, que beneficiará a la Empresa “Artesanías San Antonio”, en el cumplimiento
de las entregas a tiempo a los clientes.
17
CAPÍTULO II
2. MARCO TEÓRICO.
2.1. PLANTA DE HENEQUÉN Y SISAL.
Las fibras del sisal y del henequén son extraídas de las hojas de dos tipos muy parecidos
de Agave. Las dos especies son originarias de la Península de Yucatán y no son
conocidas en ninguna otra parte, solo como plantas introductorias. Ambas son
cultivadas en grandes plantaciones en los trópicos y las fibras son limpiadas mediante los
mismos tipos de máquinas. Ambas fibras son utilizadas en la fabricación de aglutinantes
enroscados y otras fibras roscadas duras y cordeles de diámetros pequeños (10) .
La planta de sisal, Agave Sisalana, (Figura 17), tiene un color verde oscuro, la longitud de
sus hojas es de 762 a 1524 mm (30 a 60 pulgadas) y de 101.6 a 139.7 mm (4 a 5.5 pulgadas)
de ancho, es lisa en sus orillas y con espinas muy pequeñas.
Figura 17. Planta de Sisal
Estas plantas fueron introducidas desde Campeche, México y se plantaron en el bosque
de cocoteros y en el sur de Florida por el Dr. Henry Perrine de 1834 a 1838. Algunas plantas
de henequén sobrevivieron, pero las plantas de sisal crecieron y se esparcieron a muchos
lugares a lo largo de la costa. Los bulbos de esas plantas naturalizados en Florida, fueron
distribuidos a muchos países tropicales. Las regulaciones, muy estrictamente aplicadas
por los productores de fibras en Yucatán y Campeche han prevenido la exportación de
los bulbos o ventosas de la Península de Yucatán. Todas las plantas de Sisal pueden ser
rastreadas directa o indirectamente a Florida.
18
El Sisal es ahora cultivado bajo regulaciones en grandes plantíos en lugares como Kenya,
Tanganyika, el este de África portugués, Senegal, Dahomey, Sumatra, Java, India y Haití.
La producción más extensa está en el este de África, así como Java y Sumatra.
Numerosos esfuerzos para establecer la producción de la fibra de sisal en Florida en una
escala comercial no ha tenido éxito.
De acuerdo con los datos de INEGI 1965, en el censo de 1960 se produjeron 77, 265,333
kg de fibras de henequén, lo cual indica que se tiene bastante potencial para poder
trabajar con este material que además es de origen natural; ya que la tendencia es
regresar a utilizar materias primas que sean completamente amigables con el medio
ambiente y que se pueda fortalecer la parte de la agricultura en nuestro país
nuevamente (11).
La fibra del henequén se usa para la fabricación de sacos, mecates, cuerdas para
barcos y otros productos. Igualmente se utiliza para hacer artesanías como alfombras,
tapices, tapetes para pared y hamacas. Además, con el henequén pueden elaborarse
bebidas alcohólicas muy tóxicas por su elevado grado de alcohol, como el mezcal y el
tequila. El henequén es una planta resistente.
2.1.1. Fibra de sisal
Las hojas crecen desde el suelo, grandes y carnosas con forma de lanza. Son de color
blanco azulado o grisáceo. Todas salen desde el centro de la planta, donde
permanecen enrolladas a un tallo central. En los bordes tienen espinas muy agudas y
finas, de casi 20 mm. Todas las hojas terminan en una especie de aguja de unos 50 mm
de longitud. El agave florece una sola vez en su vida en la forma de un tallo que asciende
entre 8 y 10 m, de 100 mm de diámetro. En su parte superior van saliendo unas pequeñas
ramas en forma de pirámide. Cada una termina en un grupo de flores; cada flor mide
entre 50 y 100 mm. La planta necesita crecer en clima caliente y seco. La temperatura
debe ser de alrededor de 20 ºC. Es muy importante que reciba mucho sol. Sólo admite
entre sesenta y cien días de nublados al año. Prefiere los suelos volcánicos, arcillosos,
abundantes en elementos derivados del basalto y con abundancia de fierro. En cuanto
a la altitud del terreno, lo ideal es que se cultive a 1,500 m sobre el nivel del mar.
El henequén se cultiva desde hace siglos en la península de Yucatán y el oriente de
México. Su siembra está vinculada a las costumbres y tradiciones del campesino. El
cultivo se desarrolla en forma natural, ya que no usan fertilizantes ni pesticidas durante
19
su ciclo vegetativo. Después de una larga espera de 8 o 9 años, la planta llega a su
madurez. Los campesinos saben cuál es la edad adecuada para el corte y
procesamiento del agave. La cosecha es manual: se cortan las pencas y de ellas se
extrae la fibra. La planta da varios indicios cuando está lista para ser cosechada. El
principal síntoma de madurez es que arroja el quiote, su largo tallo floral. Otro es que las
hojas, que suelen estar en ángulo agudo respecto al tallo, tienden a adoptar una
posición en ángulo recto. Cuando esto sucede se dice que la plantación va bajando,
pues, al inclinarse, las hojas dan la apariencia de una planta más pequeña. En otras
ocasiones el cogollo se reduce a su mínima expresión, es decir, se cierra el quiote. Esto
provoca que se acumulen todas las reservas en las pencas, hinchándolas y
agrietándolas. Finalmente, aparecen mieles sobre la superficie de las hojas (12).
El henequén (Agave fourcroydes) es una planta monocotiledónea, del género de los
agaves, perteneciente a la familia de las Agavaceae. Es originario de Yucatán, en
donde fue llamado Ki. Fue adquirido en la época prehispánica por los mayas, debido a
la utilidad de sus fibras. Su origen se atribuye a la especie Agave angustifolia, que es
considerada su ancestro. Las diferencias entre estas dos especies se deben al
aislamiento durante el periodo de domesticación. Además de la Península de Yucatán,
el henequén fue introducido exitosamente en algunas zonas de Tamaulipas, Veracruz, y
en Cuba, regiones en las cuales se encuentra restringido su cultivo.
Anteriormente existían siete variedades cultivadas de henequén en Yucatán, sin
embargo, actualmente solo existen tres:
Sac ki (henequén blanco)
Yaax ki (henequén verde)
Kitam ki (henequén jabalí)
2.1.2. Características.
El henequén es una planta perenne, resistente a la sequía, a plagas y enfermedades,
cuyas hojas crecen desde el suelo, lanceoladas, angostas, rígidas, planas y grisáceas
que miden de 80 a 120 mm de ancho y una longitud que va de los 1.25 a 2.50 m; esta
hoja finaliza con una espina oscura de 20 a 30 mm, y en los bordes presenta espinas
20
marginales triangulares (semejante a una ponzoña del alacrán), son curvas hacia arriba
y de color negruzco de 3 a 6 mm de largo y dista una de otra de 20 a 30 mm (13). Florece
una sola vez en su vida en un tallo de unos ocho o diez metros. Su ciclo de crecimiento
es de 8 a 15 años, aunque se dice que puede llegar a vivir hasta los 25 años, de los cuales
los últimos 20 años es la etapa productiva de la planta.
Las hojas se distribuyen alrededor de un eje que conforma una roseta de 2 a 3 m de
diámetro, y el tronco puede alcanzar una altura mayor a 2 m de alto. Se reproduce tanto
sexual como asexualmente.
2.1.3. Clima.
Clima cálido – subhúmedo y semiseco, con temperatura media de 26 °C con
precipitaciones pluviales de 600 a 1,200 mm anuales. El suelo que se destina al henequén
en Yucatán corresponde a los Leptosoles (Rendzinas), de menor productividad para
otras actividades ya sean agrícolas o pecuarias, sin embargo favorece el desarrollo del
cultivo lo pedregoso y calizo del suelo para la conformación de su consistencia fibrosa.
2.1.4. Usos.
El henequén es una planta resistente, que no requiere gran atención cultural, por lo que
su producción no es costosa, además de poder ser aprovechada integralmente, debido
a sus múltiples usos. El principal consumo es industrial, en la fabricación de cuerdas,
sogas, sacos, hilos, etc. También se utiliza para la elaboración de artesanías como
alfombras, tapices, tapetes y hamacas. A partir de él se pueden también elaborar
bebidas alcohólicas y recientemente se está estudiando su posible uso para la
fabricación de etanol. Asimismo, del henequén puede extraerse pasta de papel, abono,
biogás, la pulpa procedente del desfibrado puede servir como alimento de ganado,
pueden extraerse ceras para uso industrial y hecogenina, que es un producto básico
para diferentes fármacos de gran demanda mundial. El jugo de henequén puede usarse
también como biodetergente para el fregado y lavado, y como emulsionante para
combustibles.
21
2.1.5. Sistema producto henequén.
Actualmente el sistema producto henequén se desarrolla con la participación de los
eslabones en la cadena productiva que podemos observar en el siguiente esquema de
la Figura 18.
Figura 18. Clasificación de los productores.
2.1.6. Superficie, producción y rendimiento.
Actualmente, en Yucatán se siembran cerca de 140, 000,000 m2 de henequén, mientras
que en el año 2000 la superficie alcanzaba 850, 000,000 m2, es decir, la superficie decayó
a una sexta parte en diez años. Este cultivo presenta un considerable índice de
siniestralidad, que entre 2005 y 2009 alcanzó cerca del 45% de la superficie sembrada.
Algunas de las causas de siniestros son los fenómenos climáticos y desastres naturales,
como los huracanes e incendios.
Los rendimientos anuales se han comportado con muchas variaciones entre poco más
de 300 kg y 740 kg por hectárea, promediando en torno a media tonelada de fibra por
hectárea cosechada Figura 19.
Figura 19. Rendimiento del henequén.
22
Yucatán y Tamaulipas son los únicos estados de la República que presentan cultivo de
henequén. En Yucatán se encuentra la mayor superficie sembrada.
El volumen de producción en Yucatán ha descendido de una manera importante, de
casi 37, 000,000 kg en 2000 a 50, 500,000 kg en el año 2010, es decir ha caído a la sexta
parte en una década.
2.1.7. Comercio exterior
No existe una fracción arancelaria específica para el comercio del henequén en nuestro
país, sin embargo, se cuenta con las fracciones “53.05.00.05 sisal y demás fibras textiles
del género agave, en bruto” y “53.05.00.06 Sisal y demás fibras textiles del género agave
trabajadas, pero sin hilar; estopas y desperdicios de estas fibras (incluidos los desperdicios
de hilados y las hilachas). De las dos fracciones señaladas, la primera incluye más del
98% de las importaciones y exportaciones totales. Prácticamente, el 100% de las
importaciones de sisal y otras fibras de agave importadas proviene de Brasil y
ascendieron en 2010 a 2,972 toneladas con un valor de 2.4 millones de dólares.
Es importante notar que las importaciones cayeron casi un 83% entre los años 2005 y 2009,
de importar cerca de 12, 000,000 kg, se llegó a importar menos de 2,000,000 kg en el año
2009. Posteriormente, las importaciones presentaron un incremento de más de 50% entre
el 2009 y 2010 (Figura 20).
Figura 20. Importancia de Sisal.
23
Por su parte, las exportaciones siempre se han mantenido por debajo de las 500
toneladas. En el año 2010 alcanzaron 262 toneladas, con un valor de 196 mil dólares. Las
exportaciones mexicanas tuvieron como destino en 2010: El Salvador en un 98.5%,
Francia (1.4%), así como Puerto Rico, Bélgica, Guatemala, Bolivia y EEUU.
El diferencial de los precios asociados a las importaciones y exportaciones de sisal y
demás fibras de agave, se ha estrechado desde al año 2008, encontrándose
actualmente en US$804.8 por tonelada de importación y en US$880.5 por tonelada de
exportación. El precio de las importaciones ha sufrido un incremento de 12.0% entre el
año 2006 y mayo del 2011, en tanto que el de las exportaciones ha sufrido una caída de
60.3% en ese lapso (2).
2.1.8. Precios internacionales.
El precio de la fibra de sisal a nivel internacional se encuentra actualmente en alrededor
de US$1,200 a $1,300 por tonelada. Este precio guarda relación con la tendencia del
precio del polipropileno, su principal sustituto sintético y por lo tanto con la tendencia en
el precio del petróleo, como puede observarse en la gráfica anterior, por lo que se
espera que los precios continúen alrededor de los niveles actuales. Los principales
mercados de cotización de la fibra de sisal se encuentran en Brasil, Tanzania y China.
Principales problemas mundiales de la agroindustria del sisal y del henequén:
Los términos de intercambio se han deteriorado, disminuyendo los precios reales,
debido a la falta de interés por participar en el comercio mundial por parte de los
productores.
Existen obstáculos al libre comercio, como la aplicación de aranceles a la
importación de productos de sisal y el pago de subvenciones a las industrias.
La producción de sucedáneos sintéticos, como el polipropileno, ha desplazado el
uso de esta fibra natural. Los productos de polipropileno se apoderaron del 55%
del mercado del sisal y henequén en sólo 14 años en las décadas de los 70’s y
80’s, lo que representó un fuerte golpe para la producción en Brasil, México Kenia,
Tanzania, Colombia, Madagascar y China.
El cambio tecnológico en las otras industrias ha provocado una menor utilización
de cuerdas hechas de sisal y henequén. A su vez, la falta de investigación y
24
desarrollo en la producción de la fibra ha tenido como resultado una reducción
de la demanda.
En muchos casos, el sisal y el henequén son producidos de la misma forma que
hace 50 años, con la misma tecnología obsoleta, con poco desarrollo, lo que ha
llevado a la falta de productividad y eficiencia. Asimismo los productos obtenidos
con su transformación son los mismos. Existe poca inversión, lo que se agrava si se
toma en cuenta que la mayoría de las zonas productoras viven en situación de
pobreza.
La aplicación de políticas económicas inadecuadas en algunos países ha
contribuido al declive de la industria.
Existe una baja utilización del cultivo, ya que solo se aprovecha la fibra de las hojas
del agave, que representan apenas el 2% de la planta. El resto se constituye de
biomasa y fibras cortas que son desperdiciadas, en el mayor de los casos
quemadas y representan un costo tanto ambiental como financiero.
Falta de inversiones y de desarrollo de mercados, lo que ha contribuido a la caída.
La industria del sisal y henequén ha tratado de frenar y resolver los problemas
enunciados arriba, con algunas iniciativas como:
1. Aprovechamiento y promoción de las bondades del sisal y henequén, ya que
es ambientalmente sustentable y una planta resistente a la sequía, que puede
cultivarse en suelos agrestes y con pocos nutrientes.
2. Mejoramiento del comercio internacional, a través de la acción concertada
de organismos multilaterales, países y regiones productoras.
3. Políticas económicas adecuadas que generen y atraigan la inversión.
4. Incremento de la base de productos, fabricando además de los tradicionales
(cordeles, sacos, etc.) aquellos que permitan aprovechar las ventajas
tecnológicas, geográficas, ambientales y de costo que ofrece el agave,
como la elaboración de pulpa, geotextiles, materiales de construcción,
artesanías, muebles, colchones y en la industria del automóvil (2).
2.2. PROCESADO DE HENEQUÉN.
2.2.1. Desfibración.
25
Primero se realiza la desfibración cuando se trata de las hojas de henequén, sisal y otras
pencas análogas, esta operación consiste en macerar, golpear y raspar la pulpa hasta
dejar libre la fibra. En un principio esta operación se efectuaba a mano, pero debido a
las necesidades impuestas por el aumento de producción, se inventó una máquina
raspadora que consiste de un gran tambor giratorio provisto en la circunferencia de un
número de cuchillas inclinadas, y de una pieza curva sobre la cual se coloca la penca
para someterla a la acción de las cuchillas. El raspado se efectuaba por mitades, esto
es, las pencas se introducen primero por un extremo y luego por otro quedando
despulpadas por la acción del tambor de cuchillas.
Este proceso llega a producir alrededor de 10 kg de fibras peinadas en una jornada
laboral de 10 hrs, en la Figura 21 se puede observar el henequén cuando ya ha pasado
por la desfibradora.
Figura 21. Fibra de henequén.
Una vez extraído el filamento, se lleva directamente al secadero y se coloca en unos
tendidos de alambre galvanizado para que por la acción del aire y de los rayos solares
se blanquee, suavice y seque. Por lo general estos secaderos están debidamente
pavimentados para mantener la fibra limpia. El tiempo que tarda la fibra en secar
depende del estado atmosférico. Cuando el tiempo es seco bastan dos días o tal vez
menos. La raspa del henequén se suspende por lo regular durante la época de las lluvias.
El filamento o sosquil se selecciona una vez seco y el sosquil limpio se separa del
manchado y del mal raspado. El sosquil una vez limpio y seco se clasifica en dos o tres
calidades y de acuerdo con la longitud, el color y el grado de limpieza, y se embala
quedando así listo para el embarque (14).
26
2.2.2. Rastrillado o peinado.
Actualmente se han modernizado aún más los procesos, de manera que los haces se
rompen y se extiende el esparto sobre la picadora (máquina que realiza el antiguo
proceso de majado). Una cinta transporta el material hasta unos rodillos donde, por
presión sale éste preparado para manipulación en el siguiente proceso, el rastrillado.
El rastrillado tiene por objeto dividir la hilaza, disponer paralelamente las fibras y eliminar
las materias extrañas que retuvieran todavía, así como las fibras cortas y partidas
(estopas de rastrillado). Al salir de las rastrilladoras, el lino se presenta ordinariamente
en mañas (manojos pequeños). Las mañas se pasan a continuación a las máquinas
extendedoras, de donde salen en forma de cintas continuas. Mediante estirados
sucesivos y pasos a través de las mecheras, estas cintas se transforman, generalmente,
en mechas. Hay que resaltar que las mechas pueden tener después de pasar por las
mecheras, un diámetro relativamente próximo al de los hilados sencillos y presentan una
ligera torsión (15).
27
CAPÍTULO III
3. MATERIALES Y MÉTODOS.
Para la recopilación de información, se utilizaron los siguientes equipos:
Videos y fotografías. Se utilizaron grabaciones e imágenes del proceso de
escarmenado e identificar los pasos que se siguen. Éstos se encuentran disponibles
para su revisión posterior. La cámara utilizada es una cámara compacta marca
Canon, de 16 megapíxeles, tipo powershot A3400 IS con pantalla LCD táctil de 75
mm.
Cronómetro; para la medición de tiempos y movimientos. El cronómetro utilizado
es estándar, marca General Tools, con una resolución de 1/100 s y puede
almacenar hasta 100 lecturas.
Para verificar la cantidad de material que se procesa, primero se realizaron
mediciones con el dinamómetro analógico, de igual manera para verificar la
resistencia de la fibra a la tensión. El dinamómetro empleado es tubular, de
resorte, marca Gis Ibérica, con una capacidad de 0 a 250 g en PVC transparente,
no requiere calibración, con una precisión de +/- 1%.
Se realizó la operación de peinado del henequén con fibra seca y semiseca para
saber si existía alguna diferencia en el peinado y los resultados fueron similares.
Para la propuesta de diseño se utiliza la metodología de diseño básico de Carles Riba
(16), que la divide en 4 etapas de acuerdo a la Tabla 3.
ETAPAS DESCRIPCIÓN RESULTADOS
1 Definición del producto Especificaciones.
2 Diseño conceptual Principios de solución, estructura funcional, estructura modular.
3 Diseño de materialización Planos de conjunto.
4 Diseño de detalle Planos de pieza, documentos de fabricación.
Tabla 3. Etapas del diseño básico.
28
3.1. ETAPA 1. DEFINICIÓN DEL PRODUCTO.
En esta primera etapa, se analizan las necesidades del cliente para posteriormente
determinar las especificaciones que tendrá la máquina. Se obtienen las tablas que
muestran las necesidades del cliente y la especificación resultante de cada una de ellas,
considerando los siguientes aspectos:
Modos de operaciones principales, ocasionales y accidentales del producto
(funcionamiento habitual, transporte, reparación, incidencias y accidentes).
Entorno donde operará (atmósfera húmeda, seca, corrosiva; incidencia o no de
la luz solar; espacio interior y/o exterior; lugar para guardarlo).
Servicios de entorno (dónde y cómo va a alimentarse; infraestructuras que
requiere; cómo se mantiene y quién lo repara).
La especificación resultante en esta etapa se puede ver en la Tabla 5 en el capítulo 4.
3.2. ETAPA 2. DISEÑO CONCEPTUAL.
Para dar paso a esta segunda etapa se revisan las especificaciones preliminares y así
obtener diversas alternativas de solución, evaluarlas y al final elegir la más conveniente.
Para documentar esta etapa, se generan algunos diagramas que muestran en general
el funcionamiento de la máquina, así como algunas medidas preliminares y datos
generales de la misma.
Los diagramas se pueden ver en la Figura 24 y en la Figura 25 en el capítulo 4.
Al analizar los diagramas mencionados, se comienzan a generar las propuestas para los
elementos que conformarían la máquina. Las propuestas se muestran en la Tabla 9 en el
capítulo 4; sin embargo, para cuestiones de tener un diseño más acercado a la realidad
es necesario realizar una evaluación cualitativa para cada elemento. Dichas
evaluaciones se pueden verificar en la Tabla 15.
3.2.1. Dimensionamiento general.
Para conocer el dimensionamiento general de la máquina peinadora de henequén, se
toman en cuenta los materiales comerciales propuestos para la fabricación de esta
máquina como sigue:
a) Potencia. Se aplica la siguiente metodología:
29
1. Se utiliza el valor de 528.8N (17) para el artesano promedio, y se toma la distancia
entre centros del pedal de la bicicleta 160 mm (Figura 27), para determinar el
torque que se transmite por el eje de los pedales a la catarina más cercana.
2. Después se determina la fuerza que se genera en esa catarina 1.
Esta fuerza, se transmite por la cadena a la catarina 2 que se encuentra ubicada
en el eje central de la máquina.
3. Se calcula el torque aplicado en esa catarina 2, el cual se transmite por el eje a
la polea 1 (la más pequeña) que se mueve con la banda en ese mismo nivel; esta
es la fuerza que sube hasta la polea grande colocada en el eje de cepillo.
4. Con esta fuerza, se calcula el torque que será retransmitido al eje del cepillo
peinador.
5. Se calcula el incremento del torque dado por la relación del arreglo de las
catarinas-poleas en porcentaje.
6. Se definen los valores de las relaciones de transmisión por etapas en las catarinas-
poleas, de potencia, velocidad y torque, basados en los cálculos experimentales
del Dr. Escamilla Martínez (17).
7. Se calcula la relación que existe entre la potencia generada en la carda
peinadora y la potencia que entrega el operador al pedalear, para conocer el
incremento de fuerza del operador en porcentaje que indica la reducción de
esfuerzo que éste aplica.
8. Para comprobar la consistencia del sistema, se obtiene la potencia de salida, la
cual debe ser igual a la de entrada.
9. Finalmente, se obtiene el valor de la velocidad que se encontrará en el cepillo
peinador.
Para el dimensionamiento de la máquina (largo, ancho y alto), se consideran las
especificaciones de tamaño de los elementos una vez ensamblados.
b) Largo.
El largo total se puede ver en la vista frontal Anexo 3 de la máquina, que tiene un
valor de 699.33 mm.
Este largo está dado por la longitud del pisafibra incluyendo los clamps que
trabajan al mismo tiempo con el pisa fibra.
30
c) Alto.
Se observa en la vista frontal del Anexo 3 la altura total de la máquina, la cual
incluye la altura de la mesa de montaje hasta la altura considerada de la manija
de la placa ranurada de1,232.66 mm
d) Ancho.
Para la determinación del ancho total, se procede a la medición mostrada en la
vista lateral derecha de la máquina que equivale a 1,718.62 mm Anexo 3.
3.3. ETAPA 3. DISEÑO DE MATERIALIZACIÓN.
Para complementar esta etapa, se determinaron los elementos que se utilizan en el
diseño, que consisten en:
Una mesa para colocar todo el ensamble. Anexo 2.
Una placa ranurada para colocar la fibra. Anexo 2.
Una manija para poder deslizar la placa durante el cepillado. Anexo 2.
Un cepillo giratorio ensamblado con placas que incluyen los clavos que peinarán
la fibra. Anexo 2.
Una corredera para poder deslizar la placa sin que ésta se salga del riel. Anexo 2.
El pisa fibra para mantener la fibra en su lugar durante el cepillado. Anexo 2.
2 Clamps para sujetar el pisafibra.
4 Soportes para realizar el ensamble con la bicicleta. Anexo 2.
Una bicicleta fija para hacer ejercicio.
Una catarina comercial de paso 60 con 42 dientes con diámetro de 175.4 mm de
acero para comenzar el movimiento mecánico en la bicicleta.
Una catarina comercial de paso 60 con 25 dientes con diámetro de 105 mm de
acero para aumentar la potencia.
Una polea pequeña tipo A de una ranura con diámetro de 50.8 mm Anexo 2.
Una polea grande tipo A de una ranura con diámetro de 127 mm Anexo 2.
Un eje central para colocar catarinas y realizar el movimiento en la parte superior.
Anexo 2.
Una cadena de longitud de 0.6 m de rodillos paso 60.
Una banda sencilla en V para polea clásica tipo A de 1.021 m.
Cuatro chumaceras para permitir la rotación serie 300 sf (brida 4t).
Doce baleros comerciales marca SKF de 20 mm de diámetro.
31
Dos topes para evitar que se salga del cepillo al llegar al final de la Carrera con
dimensiones de 50.8 x 50.8 mm y espesor de 4,76 mm de acero Anexo 2.
Una placa para realizar en ensamble con la bicicleta de 98 x 58 mm y espesor de
4.76 mm de acero Anexo 2.
Dos topes de PTR para conectar con la bicicleta de 75 mm y 1000 mm
respectivamente de acero Anexo 2.
Cada uno de los elementos que no son comerciales y sus dimensiones, se muestran en
la sección de anexos, en el Anexo 2. La información más a detalle de la máquina no se
puede mostrar por la confidencialidad que se maneja para el diseño que posteriormente
se pueda fabricar.
La máquina completa con sus vistas respectivas se pueden encontrar en la sección de
Anexos en el número 3, los cuales incluyen: La vista lateral derecha Figura 65, Vista
isométrica Figura 64, Vista posterior Figura 69, Vista superior Figura 67, Vista frontal Figura
68 y Vista lateral izquierda Figura 66.
Figura 22. Ejemplo del diseño de la máquina.
32
3.4. ETAPA 4. DISEÑO DE DETALLE.
Para completar esta etapa, se agregan los planos de los componentes que se tienen
que fabricar, ya que los elementos comeciales solo se solicitarán de acuerdo a las
dimensiones que se requieren.
Los planos de las piezas que serán fabricadas, se pueden verificar en el Anexo 3 de esa
sección.
Los elementos comerciales, se muestran en la Tabla 4, menciona cantidades y los usos
que tendrán estos componentes. Los datos fueron tomados de los catálogos
comerciales disponibles (18), (19), (20).
N° NOMBRE CANTIDAD DESCRIPCIÓN USO
1 Balero 12 pzas. SKF 630002RS1.
Diámetro 20mm
Se utilizarán en las caorrederas
para lograr el deslizamiento de
la placa ranurada.
2
Tornillo
para
balero
12 pzas.
Tornillo allen
estándar de
9.5X12.7 mm
(TOAL10X013)
Mantener en su eje a cada
balero.
3 Rondana 12 pzas.
Rondana plana
galvanizada 10 mm
(ROPLGA10)
Se usarán en cada tornillo para
mejorar el apriete y evitar que
se salga el tornilo.
4 Cadena 1.6 m
Cadena de rodillos
chaveteada paso
60 (5051024)
Se utilizarán 2 partes; la primera
uniendo la bicicleta con el
32egundo de movimiento, y la
segunda que subirá el
movimiento al rodillo peinador.
5 Catarina 1 1 pza. Catarina paso 60
de 42 dientes.
Proporcionar la generación de
movimiento mecánico en la
bicicleta.
6 Catarina 2 2 pzas. Catarina paso 60
de 25 dientes
Se utilizará 1 catarina en el
centro del eje para poder
transmitir la potencia al rodillo
superior y la segunda en el
rodillo peinador.
7 Polea
pequeña 1 pza.
Polea tipo A de
diámetro de 2” con
cuñero y opresor
Se utilizará en el eje central de
la máquina que coadyuvará
para transmitir la potencia al
rodillo peinador.
8 Polea
grande 1 pza.
Polea tipo A de
diámetro de 5” con
cuñero y opresor
Se utilizará en el eje del cepillo
para aumentar el torque y
disminuir el esfuerzo del
operador.
33
9
Banda
para
poleas
1 pza. Banda sencilla en V
para polea tipo A.
Es el sistema para transmitir la
potencia.
10 Chumace
ra 4 pzas.
Chumacera serie
300 sf (brida 4t)
Se utilizará el primer par para
mantener el eje central que
generará el movimiento
mecánico; el segundo par,
estará colocado para mantener
en sue je el rodillo peinador.
11 Clamp de
sujeción 4 pzas.
Clamp de sujeción
acción horizontal
hacia abajo
DESTACO Modelo
205-U
El primer par de éstos, realizarán
el ensamble de la mesa de
trabajo con la bicicleta, el otro
par, se utilizará para sujetar el
pisafibra.
Tabla 4. Datos de elementos comerciales.
34
CAPÍTULO IV
4. RESULTADOS
4.1. GENERACIÓN DE ALTERNATIVAS CONCEPTUALES.
Las especificaciones preliminares para el diseño se muestran en la Tabla 5, donde C:
Cliente, I: Ingeniero, R: Requerido, D: Deseado.
Producto: MÁQUINA PARA LA REALIZACIÓN DE PEINADO DE HENEQUÉN.
ESPECIFICACIONES INICIALES
CONCEPTO C/I R/D DESCRIPCIÓN
FUNCIÓN I R
Realizar el peinado de henequén por manojos.
I R Realizar la operación en forma segura y ergonómica.
OPERACIONES NECESARIAS
I R Sujetar fibra por un extremo.
I R Cepillar la fibra por ambos extremos.
I D Contener fibra suelta.
CALIDAD FINAL
C R Revisión por parte del artesano al término de cada manojo.
Tabla 5. Especificaciones para el diseño.
Estas especificaciones se obtienen de evaluar las necesidades del cliente y traducir tales
necesidades en actividades que se puedan describir para comenzar con el diseño de
la máquina y que sean siempre consideradas los requerimientos del cliente.
La Tabla 5, se divide en 3 etapas para ser realizadas por la máquina y el operador,
dejando siempre en las manos del operador la calidad requerida y así no afectar el
aspecto de artesanía en la fabricación del producto; también muestra la identificación
del tipo de necesidad y quien debe poner especial atención al realizar la actividad
(ingeniero, operador).
4.2. LLUVIA DE IDEAS Y BREVE DESCRIPCIÓN DE CADA IDEA.
La lluvia de ideas resultante se puede ver en la Tabla 6.
35
N° Características Imagen
1
Volante de inercia. La propuesta consiste en
el diseño de un volante de inercia, el cual
tiene una ranura para colocar el manojo de
fibra y sujetarla con mordazas; el dispositivo
cuenta con una carcasa para evitar que la
fibra se salga del volante al momento de girar.
Todo el dispositivo se mueve por energía
mecánica, la cual se obtiene del movimiento
de una bicicleta que está acoplada al
sistema de giro. Una vez que se obtiene la
inercia requerida del volante, se introduce
poco a poco el peine hasta llegar al fondo de
la fibra evitando que frene el volante, para
que se pueda obtener un peinado uniforme
en toda la fibra. Una vez terminado el
peinado de ese lado, se debe sujetar la fibra
por uno de los extremos y repetir la operación
de peinado para lograr uniformidad en todo
el manojo tomado.
2
Mecanismo de 4 barras. Esta propuesta
consiste en el diseño de un mecanismo de 4
barras, donde la 3er barra realiza la operación
de giro con lo cual se peina la fibra cada vez
que pasa sobre una plancha en la cual se
coloca la fibra sujeta de un extremo. Una vez
que se termine el peinado de un lado, se
voltea la fibra para ser sujeta del otro extremo
y se realiza nuevamente la operación de
peinado. El cepillado se realiza con una
manivela.
3
Cepillado sobre una placa ranurada. La
propuesta consiste en colocar el manojo de
la fibra sobre una cama horizontal fabricada
de una placa de metal ranurada, la cual está
sujeta con un pisa fibra en todo lo ancho de
la placa ranurada. Para el peinado de la fibra
se utiliza un rodillo que tiene púas alrededor y
gira a cierta velocidad; dicho movimiento lo
proporciona una bicicleta que está acoplada
al mecanismo. La placa tiene la capacidad
de moverse manualmente para que el rodillo
pueda cepillar a lo largo de la fibra que está
colocada encima de la placa ranurada. Una
vez cepillado ese extremo de la fibra, se
realiza la misma operación sujetando la fibra
del otro lado.
Tabla 6. Lluvia de ideas.
36
4.3. EVALUACIÓN PARCIAL DE CONCEPTO.
Requisitos mínimos requeridos:
Primero, el cepillado uniforme de henequén que es una fibra dura. Segundo, se busca
que el dispositivo o máquina sea portátil. Tercero, el proceso de cepillado se debe
realizar en manojos de al menos 500 gr. Cuarto, buscar siempre reducir al máximo el
esfuerzo del operador. Quinto, la utilización de manos y pies para un mejor control del
peinado.
Analizando los requerimientos mínimas se tiene:
Propuesta Observaciones
1
Esta propuesta cumple con las exigencias de cepillado uniforme, es
portátil, y no se requiere un gran esfuerzo por parte del operador, además
utiliza las manos para realizar el cepillado y los pies para darle velocidad
al volante de inercia.
2
La propuesta 2 puede cepillar fibras de henequén, pero el cepillado no es
uniforme ya que el cepillo no puede penetrar sobre todas las fibras, solo
se utilizan las manos, lo que hace que el operador tenga que esforzarse
un poco más para obtener un cepillado paralelo y uniforme.
3
Esta propuesta puede procesar manojos al tamaño deseado, se tiene
mejor control del peinado al utilizar manos y pies, lo cual da como
resultado un esfuerzo mucho menor del operador. Tabla 7. Análisis de exigencias mínimas.
Del análisis anterior, se concluye que la opción 2 no es viable.
Se busca optimizar el proceso de peinado de henequén y que éste a su vez se convierta
en un proceso sencillo, sin complicaciones y además que lo pueda realizar cualquier
persona.
Regresando a la forma de trabajo actual que muestra la Figura 23, es importante
considerar que la propuesta no se conforme de muchas partes móviles para evitar ruido
excesivo y complicaciones durante la operación, además trabajar con fibras de
diferentes tamaños de largo y ejercer un mejor control sobre el peinado, para evitar
varias pasadas por el cepillo.
37
Figura 23. Escarmenado actual.
Resumiendo requerimientos adicionales, se tiene:
Primero, el diseño se debe trabajar con menos partes móviles. Segundo, se debe poder
procesar fibras de diferentes tamaños (500 mm – 100 mm) y tercero, se debe optimizar el
proceso de peinado con menor número de pasadas.
Con los nuevos requerimientos se obtiene:
Propuesta Observaciones Justificación
1
Para el procesado de fibras de menor
tamaño, se pueden tener problemas de
control, ya que las fibras pueden salirse
del volante y no cepillarse
uniformemente, lo que daría como
resultado mayor número de pasadas
para lograr un cepillado uniforme.
Al contar con diferentes
proveedores y por la naturaleza
de la fibra de henequén, no se
cuenta con uniformidad en el
tamaño del largo de la fibra, lo
que hace que el volante de
inercia sea más apropiado
para fibras largas que para las
cortas.
3 Se pueden cumplir todas las exigencias
adicionales sin problemas.
Cualquier tamaño de fibra es
posible mantenerlo en forma
horizontal para unificar el
cepillado en todas las fibras
presentes, lo que también
agiliza el proceso en cuanto a
número de pasadas sobre la
fibra. Tabla 8. Análisis de exigencias adicionales
Con el análisis anterior se tiene como propuesta a desarrollar la número 3, que
corresponde al proceso de cepillado sobre una capa horizontal acoplado con un rodillo
peinador movido a través de los pedales de una bicicleta.
38
4.4. DETERMINACIÓN DE SISTEMAS DE EQUIPO.
Se obtuvieron los siguientes diagramas para poder comenzar a definir mecanismos y
componentes de la máquina.
Figura 24. Diagrama de proceso de la máquina.
.
En la Figura 24 se puede observar el inicio del proceso que consiste en la entrada de
materia prima sin peinar y de energía, la cual, puede ser suministrada por un motor o por
algún otro dispositivo que pueda abastecer de energía al mecanismo; se comienza con
el proceso del peinado de fibra, empezando con la sujeción de la fibra por un extremo,
después por el otro, hasta que el artesano decida si el proceso ha terminado. Este ciclo
se renueva constantemente.
39
Figura 25. Diagrama de funciones de la máquina.
La Figura 25 muestra la función que debe cubrir cada elemento dentro de la propuesta,
y algunas de las posibles soluciones para el cumplimiento de las mismas.
Para analizar cada propuesta, se buscan las mejores opciones, se evalúan en conjunto
y se determina la más adecuada en cada caso.
4.5. SELECCIÓN DE MEJOR ALTERNATIVA.
Se realizan las propuestas de los elementos y mecanismos para cada función de la
máquina, las cuales se muestran en la Tabla 9.
40
Alternativa 1 2 3
Función
Base para
colocar fibra
Base plana Base ranurada Base con pared
Sistema de
sujeción
Sujetadorde
fibra
Clamps Mordazas Manuales
Sistema de
Peinado Peinador de
fibra
Rodillo con picos Rodillo con placas Base con picos
Sistema de
alimentación
Energía
Motor eléctrico Bicicleta
Transmisión
Piñón-sinfin Biela-manivela Engranes-poleas
Tabla 9. Alternativas para la elección de elementos.
kl
4.6. MATRIZ DE CUALIDADES.
Evaluaciones de las propuestas.
Para realizar las evaluaciones, se analizan las propuestas en conjunto y los criterios
considerados son aplicables a la experiencia del equipo, para lo cual se utilizan valores
de 1, 2 y 3; siendo 1 el menos viable y 3 el más viable.
41
BASE PARA COLOCAR FIBRA
Opción Sujeción Facilidad para el
peinado Ligero
Fácil
limpieza
Fácil
reemplazo Total
Base Plana 3 2 3 3 3 14
Base
ranurada 3 3 3 3 3 15
Base con
pared 1 2 2 1 2 8
Tabla 10. Evaluación de la base para colocar fibra.
SUJETADOR DE FIBRA
Opción Sujeción Fácil
Instalación Adaptabilidad
Fácil
reemplazo Total
Clamps 3 3 3 3 12
Sujetadores 2 3 3 2 10
Mordazas 1 3 2 2 8
Tabla 11. Evaluación del sujetador de fibra.
PEINADOR DE FIBRA
Opción Fácil
instalación
Fácil
Mantenimiento
Reemplazo
de picos Ligero Total
Rodillo con
picos 3 2 1 1 7
Rodillo con
placas 3 3 3 3 12
Base con
picos 3 2 1 2 8
Tabla 12. Evaluación del peinador de fibra.
42
SUMINISTRO DE ENERGÍA
Opción Potencia
adecuada
Fácil
mantenimiento Compatibilidad Adaptable Total
Motor
eléctrico 3 2 3 3 11
Bicicleta 3 3 3 3 12
Tabla 13. Evaluación del suministro de energía.
TRANSMISIÓN DE POTENCIA
Opción Fácil
instalación
Fácil
mantenimiento
Refacciones
disponibles Adaptabilidad Total
Piñón-sinfín 3 2 2 3 10
Biela-
manivela 3 3 3 2 11
Engranes-
poleas 3 3 3 3 12
Tabla 14. Evaluación de la transmisión de potencia.
Realizadas las evaluaciones en cada rubro, la propuesta de diseño final consiste en: Una
base ranurada, que a su vez contará con un pisafibra sujetado con un par de clamps
que peinarán la fibra por medio de un rodillo con placas que contienen los clavos que
realizarán tal función y para lograrlo será por medio del suministro de potencia a través
de un juego de engranes movidos por la energía mecánica que proporcionará una
bicicleta.
Para complementar la información, se puede revisar en el Anexo 4 la gráfica de Pareto
que indica la prioridad a atender según las necesidades del cliente y el diagrama que
muestra los parámetros de diseño a seguir según las especificaciones internas requeridas
para cumplir con esas necesidades y finalmente el diagrama que muestra la brecha del
diseño. Todo esto se resume en la propuesta final que se aprecia en la Figura 26.
.
43
Figura 26. Solución de los requerimientos del cliente.
44
Tabla 15. Matriz de relaciones con el método QFD.
La Tabla 15 muestra el porcentaje de calificación para considerar las propuestas que tiene el cliente y que se enfocan en la
máquina, por lo que el diseño propuesto cumple actualmente con un 81.3% de los requerimientos del cliente.
45
4.7. DESCRIPCIÓN IN EXTENSO DE ALTERNATIVA SELECCIONADA.
a) Para los cálculos de la potencia, se consideran los parámetros que ofrece
Kroemer en su libro de Ergonomía (21) que indica que un humano puede aportar
entre 314.9 N y 528.8 N al empujar con una pierna.
Se aplican los 528.8 N como fuerza aplicada al pedal, pero es necesario saber el torque
aplicado al eje de los pedales, donde:
𝑇 = 𝐹 × 𝑑 ( 1 )
La distancia que se requiere utilizar corresponde a la longitud entre centros de los
pedales de la bicicleta, ya que son el medio para aplicar la fuerza y generar el trabajo.
Como se muestra en la Figura 27.
Figura 27. Distancia entre centros de manivela de pedal.
𝑇 = (528.8𝑁) × (0.16𝑚) = 84.608 𝑁. 𝑚
En este punto, se puede conocer la potencia de entrada, la cual se puede calcular
usando:
𝑭
𝑻
160 mm
46
𝑃 = 𝜔 × 𝑇 ( 2 )
Donde:
𝑃 = 𝑃𝑜𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑒𝑛 𝑤𝑎𝑡𝑡𝑠
𝜔 = 𝑣𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑎𝑛𝑔𝑢𝑙𝑎𝑟 𝑒𝑛 𝑟𝑎𝑑𝑠𝑒𝑔⁄
𝑇 = 𝑇𝑜𝑟𝑞𝑢𝑒 𝑒𝑛 𝑁 ∙ 𝑚
Para conocer el valor de la velocidad angular, se considerará la velocidad que se
puede generar al pedalear una bicicleta, según el promedio de la Tabla 16 anexa, de
las mediciones realizadas en un pedaleo normal en una bicicleta fija de ejercicio en un
tiempo estándar de 1 hora, utilizando un tacómetro digital. Las mediciones se tomaron
con 3 personas diferentes con un peso promedio de 60 kg.
Pedaleo Velocidad en rpm
1 30.4
2 31.33
3 30.8
4 32.56
5 31.59
6 30.98
7 30.33
8 30.89
Promedio 31.11
Tabla 16. Mediciones tomadas de velocidad en rpm.
La velocidad a considerar en este cálculo, será entonces de 31.11 rpm, sin embargo se
requiere en unidades de radianes sobre segundo, y para lo cual, se utiliza:
1 𝑟𝑝𝑚 ∙ (2𝜋𝑓⁄ ) = 𝑟𝑎𝑑
𝑠⁄ ( 3 )
Al sustituir y aplicar (3), se determina:
31.11 𝑟𝑝𝑚 = (31.11) × (2𝜋
60) = 3.258 𝑟𝑎𝑑
𝑠⁄
47
Y al sustituir en (2) el torque en los pedales y la velocidad angular, se encuentra:
𝑃 = 3.258 × 84.608 = 275.653 𝑊
Esta potencia de entrada, es la que se encuentra en todo el sistema y no existe ninguna
otra.
El torque anterior, es el que se transmite por el eje de los pedales a la catarina 1 y en el
extremo de la catarina 1, se aplica la siguiente ecuación:
𝐹 =𝑇
𝑑 ( 4 )
Se requiere conocer la fuerza que se transmite a la catarina 1 (Figura 28), y la distancia
que se considera, es el radio de la catarina 1 que se encuentra cerca del pedal y su
valor es de 87.70 mm.
Figura 28. Radio de catarina 1.
El cálculo es como sigue:
𝐹 =84.608 𝑁. 𝑚
0.0877 𝑚= 964.743 𝑁
F
d
2
Τ
48
Esta fuerza se transmite por la cadena a la siguiente catarina 2, que cuenta con un radio
de 52.50 mm, ( Figura 29 ) para el dato de la distancia.
Figura 29. Radio catarina 2.
Para este punto, el torque aplicado es de:
𝑇 = 𝐹 × 𝑑 = (964.743 𝑁) × (0.0525𝑚) = 50.650 𝑁 ∙ 𝑚
Este torque calculado es el mismo en todo el eje que sustenta la catarina 2 y la polea 1.
La transmisión de potencia al eje del rodillo peinador proviene del eje inferior que es
conducido a su vez por la catarina de los pedales, Figura 30. Dado que el sentido de
giro de los pedales es en sentido anti-horario, y el giro del rodillo peinador debe ser en
sentido horario, se debe hacer un cambio de dirección de giro. La forma más sencilla
utiliza una transmisión de banda cruzada al extremo del eje 1.
F
Τ
52
.5 mm
49
Figura 30. Esquema de la transmisión de potencia en las poleas.
Para determinar el torque del eje 2 (donde va el rodillo peinador) y dado que se utiliza
una transmisión de polea, es necesario saber las fuerzas tangenciales sobre la banda, F1
y F2; estas fuerzas son las mismas en cada polea (polea 1 y polea 2), pero de sentido
contrario, Figura 30 (17).
Para el cálculo de la tensiones F1 lado tenso de banda y lado de retorno de banda se
tiene la siguiente ecuación (5), donde las tensiones dependen del coeficiente de fricción
entre polea-banda y del ángulo que la banda abraza a la polea (22).
𝐹1
𝐹2= 𝑒𝑓𝛼
( 5 )
Donde:
𝑓 = 𝐶𝑜𝑒𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝑓𝑟𝑖𝑐𝑐𝑖ó𝑛
𝛼 = Á𝑛𝑔𝑢𝑙𝑜 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑛𝑡𝑎𝑐𝑡𝑜 𝑒𝑛 𝑟𝑎𝑑𝑖𝑎𝑛𝑒𝑠.
𝐹1 = 𝑇𝑒𝑛𝑠𝑖ó𝑛 𝑑𝑒𝑙 𝑙𝑎𝑑𝑜 𝑡𝑒𝑛𝑠𝑜.
𝐹2 = 𝑇𝑒𝑛𝑠𝑖ó𝑛 𝑑𝑒𝑙 𝑙𝑎𝑑𝑜 𝑟𝑒𝑡𝑜𝑟𝑛𝑜.
Para la máquina, el ángulo de contacto se puede observar en la Figura 31, que cuenta
con un valor de 180°+4.65°+4.65°=189.3°, sin embargo la ecuación 5 indica que ese dato
se debe encontrar en radianes, para lo cual, se utilizará la equivalencia:
50
1° =𝜋
180 𝑟𝑎𝑑𝑖𝑎𝑛𝑒𝑠 ( 6 )
Sustituyendo en la ecuación 6, quedaría:
189.3° = (189.3 × 𝜋)
180= 3.304 𝑟𝑎𝑑𝑖𝑎𝑛𝑒𝑠
Figura 31. Ángulo de contacto polea - correa.
Para sustituir el dato del coeficiente de fricción, se utilizará la Tabla 17 (23).
Tipo de
correa
Material de la llanta de polea
Papel prensado Madera Acero Fundición
Cuero 0.5 0.45 0.4 0.4
Algodón 0.28 0.25 0.22 0.22
Lana 0.45 0.4 0.35 0.35
Caucho 0.35 0.32 0.3 0.3 Tabla 17. Coeficiente de fricción de correas de algunos materiales.
En este caso se considera una correa de caucho plana, y el coeficiente a utilizar tiene
un valor de 0.3 que corresponde al tipo de polea de fundición.
Por lo tanto la relación de tensión del lado tirante y lado flojo se encuentra al sustituir en
la ecuación 5:
51
𝐹1
𝐹2= 𝑒𝑓𝜃 = 𝑒(0.3)(3.304) = 𝑒0.99 = 2.7
Esto es, que la tensión en el lado tenso durante operación es 2.7 más grande que el lado
de retorno.
Por otro lado se tiene la siguiente ecuación (7) para el cálculo de la potencia transmitida
por un sistema de banda-polea siempre que F1>F2, F2 es lado de retorno y debe ser más
pequeña que F1 (23). La Figura 32 muestra la relación de las tensiones.
𝑃 = (𝐹1 − 𝐹2) × 𝑉 ( 7 )
Donde:
𝑉 = 𝑉𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑏𝑎𝑛𝑑𝑎 𝑒𝑛 𝑚𝑠⁄
Figura 32. Distribución de fuerzas en la correa.
Como ya se conoce la relación entre las tensiones, se puede despejar F1 de la ecuación
7, lo que queda:
𝐹1
𝐹2= 2.7 ∴ 𝐹1 = 2.7 𝐹2
Se toma este valor de F1 y se sustituye en la ecuación 7, lo que resulta en:
𝑃 = [(2.7 𝐹2) − 𝐹2] × 𝑉 = 1.7𝐹2𝑉
De aquí se obtiene:
𝐹2 =𝑃
1.7𝑉
n
Polea conductora
φD1
TRamal flojo F2
Ramal tenso F1
n
Polea
conducida φD2
T
v
52
Como la potencia ya se conoce y es igual en todo el sistema, solo se requiere calcular
la velocidad en la banda, que es como sigue:
𝑉𝑡 = 𝜔 × 𝑟 ( 8 )
Lo cual queda:
𝑉𝑡 = (5.442 𝑟𝑎𝑑𝑠𝑒𝑔⁄ ) × 0.0254 𝑚 = 0.138 𝑚
𝑠⁄
Ahora, que ya se conoce la velocidad en la banda, se sustituye para encontrar F2,
donde:
𝐹2 =275.64
(1.7)(0.138)= 1173 𝑁
Una vez conocido F2, se puede encontrar F1, que se despeja de la ecuación 5, así que:
𝐹1 = 2.7 𝐹2 = (2.7)(1173) = 3167 𝑁
El torque que se aplica del lado de la polea conducida, utilizando la ecuación 1 queda:
𝑇 = (3167 − 1173) × 0.0635 = 126.625 𝑁 ∙ 𝑚
Donde 𝐹 = 𝐹1 − 𝐹2 y la distancia empleada corresponde al radio de la polea mayor que
está colocada en el eje del cepillo peinador.
Para realizar cálculos de velocidades en cada catarina-polea y sus relaciones
correspondientes, se utiliza el informe del Dr. Escamilla (22)y la Tabla 16.
Al estar en marcha, los dos ejes tendrán la misma velocidad angular, manteniéndose la
siguiente igualdad:
𝜔1 ∙ 𝑟1 = 𝜔2 ∙ 𝑟2 ( 9 )
53
Donde:
𝜔 = 𝑉𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑎𝑛𝑔𝑢𝑙𝑎𝑟 (𝑟𝑎𝑑𝑠⁄ )
𝑟 = 𝑅𝑎𝑑𝑖𝑜 𝑑𝑒 𝑙𝑎𝑠 𝑐𝑎𝑡𝑎𝑟𝑖𝑛𝑎𝑠 ó 𝑝𝑜𝑙𝑒𝑎𝑠 (𝑚)
Y si se conoce la velocidad en el pedal N1= 31.11 rpm en promedio y se conocen los
diámetros de las catarinas, y además empleando la ecuación 3
Se obtiene:
𝜔1 = 3.258 𝑟𝑎𝑑𝑠⁄
𝑟1 = 87.7 𝑚𝑚 = 0.0877 𝑚
𝑟2 = 52.5 𝑚𝑚 = 0.0525 𝑚 1
Sustituyendo y despejando de la ecuación 9 la velocidad 2, se tiene lo siguiente:
𝜔2 =𝜔1 ∙ 𝑟1
𝑟2=
(3.258 𝑟𝑎𝑑𝑠⁄ ∗ 0.0877 𝑚)
0.0525 𝑚= 5.442 𝑟𝑎𝑑
𝑠⁄
ó
𝑁2 =5.442 𝑟𝑎𝑑
𝑠⁄
(2𝜋60⁄ )
= 51.971 𝑟𝑝𝑚
Esta velocidad es la que se espera que actúe y suba a la polea que se encuentra en el
eje de la cardadora.
Pero al contar con la diferencia de diámetros de las poleas 1 y 2, se desea conocer la
velocidad que actúa en el cepillo peinador.
Para lo cual se toman los siguientes datos:
𝜔2 = 5.442 𝑟𝑎𝑑𝑠⁄
𝑟2 = 25.4 𝑚𝑚 = 0.0254 𝑚 2
1 El radio que se considera para este cálculo, es el de la catarina que está directamente acoplada en el eje, ya que es la que transmite velocidad a través de ese eje a la polea pequeña. 2 En este cálculo se considera el radio de la polea pequeña, ya que es la que está acoplada a la banda que transmite la velocidad hacia la Polea que está colocada en el eje del cepillo.
54
𝑟3 = 63.5 𝑚𝑚 = 0.0635 𝑚
Nuevamente, sustituyendo y despejando la velocidad 3 de la ecuación 9, se
obtiene:
𝜔3 =𝜔2 ∙ 𝑟2
𝑟3=
(5.442 𝑟𝑎𝑑𝑠⁄ ∗ 0.0254 𝑚)
0.0635 𝑚= 2.177 𝑟𝑎𝑑
𝑠⁄
Ó
𝑁3 =2.177 𝑟𝑎𝑑
𝑠⁄
(2𝜋60⁄ )
= 20.787 𝑟𝑝𝑚
La velocidad en el cepillo será entonces de 21 rpm.
En la Figura 33 se muestran las relaciones que existen de velocidad y torque en
referencia a los radios de las catarinas y poleas correspondientes.
Figura 33. Esquema de las relaciones de velocidad y torque en la máquina.
Para obtener la fuerza que se genera en la base de los picos del cepillo, se
considera el diámetro interior de la cardadora, que tiene un radio de 35 mm (d),
como se puede ver en la Figura 34 y también se toma el torque del lado de la polea
conducida, calculado anteriormente, que tiene un valor de 126.625 Nm.
r1=87.7 mm
Τ1=84.6 N.m
N1=31.1 rpm
N3=20.787 rpm
r3=63.5 mm Τ3=126.625 N.m
N2=51.971 rpm
r2=25.4 mm Τ2=50.650 N.m
55
Figura 34. Radio, fuerza y velocidad en la cardadora.
Lo que genera en la base de los picos una fuerza de:
𝐹 =𝑇
𝑑=
126.625 𝑁. 𝑚
0.035 𝑚= 𝟑, 𝟔𝟏𝟕. 𝟖𝟔 𝑵
Todas estas relaciones de transmisión incrementan la fuerza del operador, así;
3,617.86 𝑁 − 964.743 𝑁
964.743 𝑁× 100% = 𝟐𝟕𝟓%
Es decir, la fuerza del operador se multiplica casi 3 veces, lo cual reduce su esfuerzo.
En este punto, la velocidad tangencial indicada en la Figura 34, se calcula usando la
ecuación 9, donde los datos a emplear son:
𝜔3 = 2.177 𝑟𝑎𝑑𝑠⁄
𝑟 = 𝑑𝑒 = 89.95 𝑚𝑚 = 0.08995 𝑚 3
Sustituyendo de la ecuación 8 lo anterior, se obtiene:
𝑉𝑡 = (2.177 𝑟𝑎𝑑𝑠⁄ ) ∗ 0.08995 𝑚 = 0.196 𝑚
𝑠⁄
3 El valor considerado en este cálculo para r, corresponde a la distancia que abarca desde el centro del eje de la cardadora hasta el extremo del pico, llamada de.
Vt Ft
Τ
d
de
56
Esta es la velocidad esperada al momento de realizar el peinado de la fibra en el
proceso.
b) Para la definición del largo total de la máquina está dado por la longitud del
pisafibra más la longitud de los clamps que trabajan al mismo tiempo con el pisa
fibra que en conjunto tienen una distancia de 699.30 mm Figura 35.
Figura 36. Vista frontal de la propuesta de diseño de la máquina peinadora de henequén.
699.30 mm
Largo
Alto
Figura 35. Ensamble de pisa fibra y clamps.
57
c) Alto.
Al igual que el largo total, también en la vista frontal de la Figura 36 se puede
verificar la altura total de la máquina, la cual incluye la altura de la mesa de
montaje hasta la altura considerada de la manija de la placa ranurada, que tiene
una distancia total de 1,232.66 mm.
d) Ancho.
Para la determinación del ancho total, se procede a la medición mostrada en la
vista lateral derecha de la máquina (Figura 37), que incluye una distancia total de
1,718.62 mm.
Figura 37. Vista lateral derecha de la propuesta de máquina peinadora.
La propuesta seleccionada es una máquina que cuenta con un ensamble de bicicleta
fija para la generación de energía mecánica para mover el rodillo que peina la fibra, y
al mismo tiempo el operador tiene el control de la placa ranurada para realizar el
peinado según la calidad que se desee Figura 38. También se toman en cuenta los
requerimientos del cliente, donde al analizar sus expectativas, se resumen en el Anexo 4.
Ancho
58
Figura 38. Diseño final de la propuesta de máquina peinadora de henequén.
Se requiere que el diseño sea de fácil mantenimiento, uso de piezas fáciles de
reemplazar, comerciales, montaje simple, que pueda ser portátil, es decir, que se pueda
desensamblar de forma sencilla; para lo cual, cuenta con 2 clamps que facilitarán el
proceso de ensamble-desensamble, que se pueden ver indicados en la Figura 65 de la
sección de Anexos.
El peso de la propuesta es de aproximadamente 65 kg obtenido con la herramienta de
solid works.
Figura 39. Cálculo de peso de la propuesta de la máquina.
59
5. DISCUSIÓN.
En cuanto a la propuesta de diseño, se están considerando 2 poleas para poder
transmitir la potencia del eje central hacia el cepillo peinador, en un arreglo de banda
cruzada, para poder invertir el giro en el cepillo y así facilitar el deslizamiento de la placa
ranurada durante el peinado de la fibra.
En la propuesta se considera un largo de banda definido, sin embargo, al no encontrarse
el largo definido se puede utilizar una banda un poco más larga y agregar una polea
loca para poder ajustar la tensión de la banda y no se tenga inconveniente al momento
de efectuar el cepillado de fibra.
Es importante señalar que la velocidad en radianes por segundo que se está
considerando, se obtuvo de forma experimental y solo se puede considerar constante
durante aproximadamente 1 hora, después de ese tiempo esta velocidad comenzará a
variar y por lo tanto la fuerza que se obtenga en la carda también sufrirá los cambios
correspondientes.
Según los cálculos mostrados en el documento, la máquina debe funcionar para
procesar el cepillado de fibra de henequén con esos resultados, sin embargo, en la
práctica puede sufrir modificaciones de acuerdo a las necesidades del cliente, si en su
momento decide realizar cambios o para adaptarse a los operadores de la misma;
donde los resultados podrían cambiar también.
El trabajo artesanal es de gran importancia y relevancia en nuestro país y debido a ello
se considera necesario enfocarse a la aplicación de tecnologías que puedan subsanar
de una forma rápida las carencias ya sea en mano de obra o maquinaria, que se
requieren para continuar fomentando la elaboración de productos artesanales. La
máquina aquí propuesta consta de tecnología intermedia que puede ser utilizada para
el beneficio del artesano que se convierte en operador de maquinaria, pero que a la
vez no transforme completamente la labor del mismo, para que sin ningún problema
pueda continuar con su actividad pero con algún apoyo que le permita mejorar las
condiciones de trabajo y también la optimización del tiempo que se podrá traducir en
productividad.
60
La aplicación de tecnología en el sector artesanal se debe manejar con cuidado para
no afectar la parte manual en la que debe estar involucrado el artesano y se pueda
perder el sentido artesanal del producto, por eso solo se aplica tecnología intermedia
que solo apoye como herramienta adicional de trabajo; los elementos considerados en
la máquina también son muy simples y en la medida de lo posible en tamaños
estándares, para no complicar el cambio en las refacciones cuando sea necesario el
reemplazo de componentes.
Cabe mencionar que esta tecnología también se puede incluir en los demás procesos
de la empresa, los cuales también requieren de herramientas adicionales para evitar la
fatiga y esfuerzo del operador, sin embargo, solo se abarca en el presente documento
el primer proceso, pero posteriormente se podrá lograr un nuevo acuerdo con la
empresa para continuar la optimización del resto de los procesos.
61
6. CONCLUSIONES
Al evaluar cada uno de los objetivos específicos planteados al inicio, en referencia a la
propuesta de diseño de una máquina peinadora de henequén, se tiene lo siguiente:
a) En cuanto al diagnóstico realizado en el proceso de escarmenado de la empresa
Artesanías San Antonio, se encontró que actualmente se lleva a cabo de forma
manual como se puede observar en el Anexo 1 que muestra las herramientas que
se utilizan, el tiempo empleado para realizar la actividad y el tipo de molestias que
se pueden llegar a presentar durante el desarrollo de esta actividad.
Con la propuesta del diseño se busca realizar la operación de peinado en horas
que no se vean afectadas por el proceso de hilado, ya que lo puede efectuar
cualquier persona en cualquier momento que se tenga la disponibilidad.
b) Para el análisis de la condición del proceso de escarmenado, la descripción de
cada actividad se puede revisar en el Anexo 1 y también en el diagrama de flujo
de proceso mostrado en la Figura 11 que también aporta información para poder
complementar la Tabla 15 y lograr cubrir las expectativas del cliente.
c) Finalmente la propuesta de diseño se puede verificar en el Anexo 3 que muestra
las diferentes vistas del desarrollo de diseño.
d) Cabe mencionar que no existe diferencia entre cepillar la fibra seca o semiseca,
debido a que las pruebas realizadas en ambas condiciones, arrojaron resultados
muy similares, y por lo tanto se desprecia la diferencia que pueda existir. Se puede
verificar esta comparativa en la Tabla 19 de la sección de Anexos.
e) Por cuestiones de la continuación con el proyecto y la necesidad de la
empresa de llevar a cabo la construcción de la máquina peinadora de
henequén, no se puede mostrar la información detallada de la máquina,
por lo que la información no incluida en el documento se debe a la
confidencialidad de mutuo acuerdo con la empresa Artesanías San
Antonio.
62
7. RECOMENDACIONES
La propuesta de diseño está basada en la información que ha proporcionado el cliente,
por lo que se sugiere como primer recomendación:
a) Llevar a cabo la construcción total de la máquina para así comprobar el ahorro
que se obtendrá en cuanto al tiempo de procesado de henequén durante el
escarmenado, así como mejorar las condiciones de trabajo del operador de
escarmenado.
b) Como segunda recomendación se establece utilizar un motor eléctrico en lugar
de utilizar una bicicleta para la generación de energía mecánica, para aumentar
la productividad aún más y así evitar situaciones donde el artesano no se sienta
con la confianza de utilizar la bicicleta. Para este caso, se recomienda utilizar un
motor de 0.5 caballos de potencia, que sería equivalente a la potencia generada
por la bicicleta fija.
Siguiendo estas recomendaciones, no se tendría ningún problema para utilizar la
máquina y así mejorar el proceso de peinado de henequén.
63
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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Academia Española, 2014.
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parts of plants. DEX429606 19331009 Buekau, Magdeburgo, , 02 de Junio de 1927. Máquina.
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plants yielding fiber for binder twine. Washington, D.C. : United States Department of Agriculture , 2003.
11. INEGI, Secretaría de Industria y Comercio. Fabricación de hilados, tejidos y torcidos de henequén
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12. SAGARPA, Secretaría de Agricultura, Ganadería, desarrollo rural, pesca y alimentación. SIAP,
Servicio de información agropecuaria y pesquera. [En línea] Servicio de Información Agropecuaria y
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13. EcuRed. EcuRed. Conocimiento con todos y para todos. [En línea] 7 de Septiembre de 2013. [Citado
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120%2F116%2520el%2520fique%2520el%2520sisal%2520y%2520el%2520henequen.pdf%29. INC. 1942.
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64
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http://www.granabike.com/.
ANEXOS. Anexo 1. Procesos de la empresa Artesanías San Antonio.
Tabla 18. Recibo de materia prima
Características Imágenes
Tiempos.
Se recibe la fibra de henequén en
forma de pacas de 160 a 200 kg. Y
cada lote recibido es de 1 a 4 Ton.
Proveedores.
Se cuenta con 2 proveedores, Héctor
Asevo y Enrique Saavedra.
Utensilios.
Solo se utiliza un dinamómetro para
verificar la cantidad de fibra.
Herramientas.
Se cuelga la paca en el dinamómetro y
se verifica el peso por paca.
Problemas comunes.
La materia prima a veces trae algunas
partes de penca de henequén, o se
encuentra húmedo, lo cual hace que
la cantidad de material recibido ya no
coincida con la cantidad para
procesar; en ocasiones se recibe
material de menor longitud, y esto
provoca retrasos en el siguiente
proceso que es el escarmenado, que
lleva más tiempo en el peinado de
henequén.
Tabla 19. Proceso de escarmenado.
Características Imágenes información
Tiempos.
04:02 minutos para peinar solo un
manojo. Se repite la operación
alrededor de 8 veces para comenzar
con el hilado; ya que aproximadamente
se procesan 0.5 kg en cada manojo.
Cantidad de personas.
Laboran 4 personas.
Jornada de 07:30 am-10:00 am.
Utensilios y herramientas.
Cepillo escarmenador.
Cantidad de material que se procesa.
4 kg de henequén 2 veces por día.
Problemas comunes.
Rasgaduras en las manos, lesiones en
espalda, molestia en las vías respiratorias
por estar inhalando el polvo que resulta
al peinar el henequén, así como falta de
limpieza en la materia prima.
Humedad.
La humedad no influye en el proceso, ya
que no afecta el peinado de la fibra de
forma considerable al encontrarse
húmeda.
Resistencia a la tensión.
Se realizaron mediciones de resistencia a
la tensión por manojo, al realizar las
pasadas de fibra por el peine
escarmenador y se obtuvieron los
siguientes datos:
Seca Semiseca
15kg 14.5kg
14.9kg 14kg
15.1kg 13.9kg
13kg 13kg
13.5kg 12kg
12.2kg 12.4kg
10 kg 9kg
Tabla 20. Proceso de hilado.
Características Imágenes e Información.
Tiempos.
04:24 min ida y vuelta, 03:50 min solo ida
(se reventó el hilo), 03:24 min solo ida.
Cantidad de personas.
Laboran 4 personas.
Con una jornada laboral de 07:30 am-
18:00 pm, con un descanso de 12:00 pm-
13:00 pm.
Utensilios.
Solo usan sus manos y el costal en donde
carga el material.
Herramientas.
4 ruedas, 3 baleros en cada uno, cuerda
de seda, varilla.
Cantidad de material que se procesa.
34 m de cable 115 diarios, pueden
llegar a ser 150 m.
Problemas comunes.
Cansancio en la cadera, no presentan
accidentes graves sin embargo si se
lastiman las manos les salen púas, no
utilizan guantes ya que la fibra sale más
gruesa.
Tamaño (fibra).
El grosor depende de la mano ya sea
delgado o grueso, pero es
recomendable que sea delgado.
Humedad.
Fibra oreada. Sin embargo no afecta si
es muy húmeda pues durante el proceso
se va secando.
Tabla 21. Proceso de tejido.
Características. Imágenes e Información.
Tiempos.
En 10 hrs de trabajo de un día se pueden
procesar 70 m. de largo con 0.5 m de
ancho para un tejido de 206 hilos.
Cantidad de personas
Laboran 4 personas.
Con una jornada laboral de 07:00 am-
19:00 pm, con un descanso de 10:30-
13:00 pm.
Utensilios.
Tramero. Es un pedazo de madera con
hilo enredado utilizado para hacer el
cruzado de los hilos.
Herramientas.
Tejedora.
Cantidad de material que se procesa.
En 10 hrs de trabajo de un día se pueden
procesar 70 m. de largo con 0.5 m de
ancho para un tejido de 206 hilos.
Problemas comunes.
Dolor frecuente en brazos, pies, rodillas y
espalda.
Hilos enredados, nudos o hilos
reventados.
Tamaño (fibra).
Se utiliza la fibra ya teñida y se trabajan
con hilos de 35 m de largo.
Humedad.
Se puede utilizar la fibra húmeda o seca,
no hay alguna especificación.
Tabla 22. Proceso de cosido.
Características. Imágenes e información.
Tiempos.
Para coser 1 bolsa pequeña 20 min, para
una mediana 30 min y para una grande
45 min.
Cantidad de personas.
Laboran 3 personas.
Con una jornada laboral de 09:30 am-
16:00 pm, con un descanso de 12:00 pm-
13:00 pm.
Utensilios.
Aguja de arria cortada por la mitad.
Tijeras para corte de henequén.
Herramientas.
Máquina de coser común.
Cantidad de material que se procesa.
Se cosen alrededor de 100 bolsas diarias
de tamaño pequeño, 50 bolsas
medianas y 20 bolsas grandes.
Problemas comunes.
Solo se presentan pinchaduras con la
aguja.
Tamaño (fibra).
Se utilizan diferentes tipos de tejido,
depende de la demanda.
Humedad.
Se debe utilizar el tejido seco.
Anexo 2. Dibujos de las piezas no comerciales.
Figura 40. Dibujo placa para ensamble.
Figura 41. Dibujo de eje central.
Figura 42. Dibujo de pisa fibra.
Figura 43. Dibujo de tope para placa ranurada.
Figura 44. Dibujo de solera lateral.
Figura 45. Dibujo de soporte para ensamble.
Figura 46. Dibujo de pata mesa.
Figura 47. Dibujo placa para mesa.
Figura 48. Dibujo de tope para ensamble.
Figura 49. Dibujo de base balero.
Figura 50. Dibujo de polea grande.
Figura 51. Dibujo de polea pequeña.
Figura 52. Dibujo de manija placa.
Figura 53. Dibujo de perfil CPS.
Figura 54. Dibujo de placa ranurada.
Figura 55. Dibujo de tapa para PTR.
Figura 56. Dibujo de ensamble de perfil y baleros.
Figura 57. Dibujo ensamble de placa, manija, topes.
Figura 58. Dibujo de ensamble de mesa con soportes.
Figura 59. Ensamble de cepillo peinador.
Figura 60. Ensamble de máquina final. Hoja 1 de 3.
Figura 61. Dibujo de máquina final. Hoja 2 de 3.
Figura 62. Ensamble de máquina final. Hoja 3 de 3.
Figura 63. Lista maestra de fabricación de piezas.
N° ENSAMBLE DESCRIPCIÓN REVISIÓN PIEZAS MATERIAL
1 MH-001-PE Placa Ensamble 0 2 ASTM A-36
2 MH-002-P Eje Central 0 1 AISI 1045
3 MH-003-P Pisa Fibra 0 1 ASTM A-36
4 MH-004-P Tope placa ranurada 0 2 ASTM A-36
5 MH-005-P Solera lateral 0 4 ASTM A-36
6 MH-006-PE Soporte para ensamble 0 2 PTR 2" x 2", 450 mm
7 MH-007-PE Pata mesa 0 4 PTR 2" x 2", 1000 mm
8 MH-008-PE Placa mesa 0 1 ASTM A-36
9 MH-009-PE Tope para ensamble 0 2 PTR 2" x 2", 75 mm
10 MH-010-PE Base Balero 0 4 ASTM A-36
11 MH-011-P Polea grande 0 1 ASTM A-36
12 MH-012-PE Manija Placa 0 1 AISI 1045
13 MH-013-P Perfil CPS 0 2 ASTM A-36
14 MH-014-P Placa ranurada 0 1 ASTM A-36
15 MH-015-P Polea pequeña 0 1 ASTM A-36
16 MH-016-P Tapa PTR 0 8 ASTM A-36
17 MH-017-P Placa para ensamble 0 1 ASTM A-36
18 MH-018-PE Ensamble de mesa con soportes 0
19 MH-019-P Eje Inferior 0 1 ASTM A-36
20 MH-020-PE Ensamble de perfil y baleros 0
21 MH-021-PE Máquina Final 0
22 MH-022-PE Ensamble Placa-manija-topes 0
23 MH-023-PE Ensamble de cepillo 0
24 MH-024-P Cilindro cepillo 0 1 ASTM A-36
25 MH-025-P Placa barrenada 0 12 ASTM A-36
Anexo 3. Imágenes de las vistas de la propuesta de diseño final.
Figura 64. Vista isométrica.
Figura 65. Vista lateral derecha.
Clamp
superior
Clamp
inferior
Figura 66. Vista lateral izquierda.
Figura 67. Vista superior.
Figura 68. Vista frontal.
Figura 69. Vista posterior.
Anexo 4. Análisis de cumplimientos de necesidades de cliente y especificaciones
de diseño.
Figura 70. Pareto de cumplimiento de parámetros de diseño.
15.0%
7.5%
15.0%
15.0%
7.5%
5.0%
5.0%
15.0%
7.5%
7.5%
0.0% 2.0% 4.0% 6.0% 8.0% 10.0% 12.0% 14.0% 16.0%
Altura adecuada
Sencillo de operar
No contacto picos-operador
Manojo estandar
No esfuerzo físico
No esparcir polvo
No electricidad
Cualquier largo de fibra
Compacto
No herramientas adicionales
12
34
56
78
91
0
PorcentajePareto de parámetros de diseño.
0.0% 2.0% 4.0% 6.0% 8.0% 10.0% 12.0% 14.0% 16.0%
Sujetadores de fibra
Área para colocar fibra
Peine de púas
Movimiento mecánico
Contenedor de residuos
Mantenimiento
Seguridad
Desmontable
Portatil
Escalable
Pareto de necesidades del cliente
Parametros
Figura 71. Pareto de cumplimiento de necesidades del cliente.
Figura 72. Porcentaje comparativo de cumplimiento de necesidades de cliente.
14.3%
7.5%
13.5%
12.0%
7.5%
3.0%
2.5%
13.5%
3.8%
3.8%
0.8%
0.0%
1.5%
3.0%
0.0%
2.0%
2.5%
1.5%
3.8%
3.8%
15.0%
7.5%
15.0%
15.0%
7.5%
5.0%
5.0%
15.0%
7.5%
7.5%
A L T U R A A D E C U A D A
S E N C I L L O D E O P E R A R
N O C O N T A C T O P I C O S - O P E R A D O R
M A N O J O E S T A N D A R
N O E S F U E R Z O F Í S I C O
N O E S P A R C I R P O L V O
N O E L E C T R I C I D A D
C U A L Q U I E R L A R G O D E F I B R A
C O M P A C T O
N O H E R R A M I E N T A S A D I C I O N A L E S
12
34
56
78
91
0
PORCENTAJE
PORCENTAJE DE CUMPLIMIENTO CON LAS NECESIDADES DEL CLIENTE