DISEO DE UNA PLANTA DE PRODUCCIN DE LAMINAS DE CAUCHO

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERA

2015-I

INDICE1INTRODUCCION22ANTECEDENTES23OBJETIVOS23.1OBJETIVOS GENERALES23.2OBJETIVOS ESPECIFICOS24ALCANCES35TEORIA35.1LTEX NATURAL35.2CAUCHO NATURAL55.3PRESENTACION COMERIAL DEL CAUCHO NATURAL65.3.1TIPOS Y GRADOS DEL CAUCHO NATURAL75.4PROCESO DE BENEFICIO DEL LTEX95.4.1PROCESO SECO DEL CAUCHO TECNICAMENTE ESPECIFICADO96DESARROLLO DEL PROBLEMA116.1NECESIDAD116.2ANALISIS DEL PROBLEMA116.3PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA:116.4ESTRUCTURA DE FUNCIONES126.4.1MATRIZ DE EXIGENCIAS126.4.2MATRIZ MORFOLOGICA126.4.3MATRIZ SOLUCION136.4.4MATRIZ DE EVALUACION14

INTRODUCCION

Con la finalidad de obtener lminas de caucho, el presente trabajo monogrfico dar a conocer el diseo, la forma y el proceso de produccin, de este. Para tal fin se presentara los mtodos utilizados para el diseo, informacin o marco terico relevante, identificacin del problema, desarrollo de solucin del problema y finalmente los costos. Adicionalmente, para poder desarrollar un proyecto de calidad, se incluir en el diseo las Normas Tcnicas correspondientes para cada proceso.

ANTECEDENTES

OBJETIVOS

OBJETIVOS GENERALES

Diseo de una planta de produccin 120 toneladas al mes de caucho laminado (consideracin de trabajo 8 horas diarias con un promedio de 30 das al mes).

OBJETIVOS ESPECIFICOS

Diseo de laminadora para la cantidad de produccin requerida.

Calculo de la mezcladora y capacidad de contenedores de latex.

ALCANCES

Diseo del proceso de fabricacin de lminas de caucho.

Diseo de las mquina en formato digital (SOLIDWORKS, INVETOR, AUTOCAD).

TEORIALTEX NATURAL

El ltex es un polmero (principalmente cis-1,4-polisopreno) disperso en agua que contiene adems proporciones variables de sustancias orgnicas y minerales. Se encuentra en ciertas clulas especializadas, llamadas lactferas, en diferentes plantas distribuidas en varios pases del mundo, entre las que se destacan las del tipo Hevea, cuyos cultivos se encuentran en las zonas intertropicales de Amrica del Sur, frica y Asia.

El ltex se extrae de los rboles mediante la sangra, que consiste en la remocin de una pequea porcin de corteza hasta alcanzar los vasos laticferos. La primera sangra se recomienda entre los cinco y siete aos, la mejor poca para iniciarla es al final de un perodo seco, no debe coincidir con la temporada de lluvias ni con la re foliacin de los rboles. Una vez iniciado, este procedimiento puede efectuarse durante 25 y 30 aos, cada tres das o dos das por semana.

El ltex es un lquido blanco cuyo color puede variar a amarillento segn su origen; con un contenido de hidrocarburo caucho entre el 30 a 40%, y un pH ligeramente alcalino, que rpidamente se vuelve cido, como consecuencia de la accin de ciertos microorganismos o enzimas presentes en el ltex, que provocan coagulacin espontnea a las pocas horas de ser sangrado, por lo que hace necesario un proceso de preservacin.

Adems de caucho y agua, el ltex presenta una gran variedad de sustancias qumicas llamadas constituyentes no caucho, que representan del 7 8% de los slidos totales en el ltex normal y cerca del 3% en el caso de ltex centrifugado.

La proporcin de estos constituyentes y su composicin varan principalmente con las condiciones climticas (humedad, sequedad), la actividad fisiolgica (internacin, reposo foliar), y el ciclo biolgico (crecimiento, maduracin).

En la tabla 1, se indica el rango de composicin de los principales constituyentes del ltex natural fresco.

Tabla 1. Variacin de los diversos constituyentes del ltex.

CONSTITUYENTES

COMPOSICIN, %

Hidrocarburo de Caucho (1,4-cis-poliisopreno)

30 40

Agua

55 70

Protenas

1,5 3

Resinas

1,5 2

Azcares

1 2

Cenizas

0,5 1

FUENTE: www.tis-gdv.de/tis_e/ware/kautschuk/naturkautschuk/naturkautschuk.htm

Desde el punto de vista tcnico, lo esencial no consiste en conocer de forma detallada todas las sustancias no caucho, sino la influencia de la composicin sobe las propiedades del caucho y de los ltex utilizados en la industria (Anexo A).

La densidad da una medida aproximada de la cantidad de hidrocarburo caucho presente en el ltex. Su peso especfico es la resultante de los pesos especficos del suero y de las partculas de caucho en suspensin y est comprendido entre 0.973 y 0.979.

CAUCHO NATURAL

El caucho natural es el producto de la coagulacin del ltex, por lo tanto, su composicin depende de la del ltex, y de los tratamientos que sufre para ser transformado en caucho.

El caucho bruto no es un polmero bien definido, sino que se encuentra constituido por una serie de polmetros homlogos. Se sabe que la formula bruta del hidrocarburo de caucho es (C5H8)n, que representa un hidrocarburo polietilnico y por tanto se pueden efectuar reacciones de adicin, sustitucin, escisin, isomerizacin, ciclizacin y polimerizacin de los derivados etilnicos [3, 15].

No hay un mtodo directo y sencillo que permita determinar la cantidad de hidrocarburo caucho. Cuando se analiza un caucho se limita a la determinacin del contenido de humedad, extracto acetnico, prtidos y cenizas, mientras el hidrocarburo caucho se obtiene por diferencia. El rango de la composicin de los constituyentes del caucho se aprecia en la tabla 2.

Tabla 2. Composicin Tpica del Caucho Natural.

CONSTITUYENTES

COMPOSICIN, %

RANGO%

Humedad

0.5

0.3-1.0

Extracto Acetnico

2.5

1.5-4.5

Protenas

2.5

2.0-3.0

Cenizas

0.3

0.2-0.5

Hidrocarburo de Caucho

94.2

FUENTE: MORTON, Maurice. Rubber Technology. 2 ed. 1973

Las propiedades fsicas del caucho natural pueden variar ligeramente debido a la presencia de constituyentes no caucho y al grado de cristalinidad. Su peso especfico es de 0.92 a temperatura ambiente, y cambia a 0.95 cuando ocurre una cristalizacin.

El caucho es un material elstico, es decir, tiene la capacidad de soportar grandes deformaciones y de volver a su forma inicial. Cuando el caucho es estirado, sufre una ligera disminucin de volumen que lleva consigo un aumento de densidad. El caucho estirado es un medio anistropo, las propiedades varan en todas direcciones.

PRESENTACION COMERIAL DEL CAUCHO NATURAL

El ltex puede ser preservado y concentrado para ser comercializado como ltex natural (caucho lquido) o coagulado y transformado en diversos tipos de caucho natural seco, como: lminas secadas al aire, lminas ahumadas, hojas crepe, caucho granulado re aglomerado y caucho tcnicamente especificado (TSR).

Por la coagulacin espontnea del ltex se forman diferentes desechos o scraps, que son utilizados para la fabricacin de caucho seco de menor calidad, como lo son algunos tipos de crepe y de TSR. Dentro de las denominaciones ms comunes dadas a los scraps se encuentran:

- Sernamby o cintilla: pelcula de ltex coagulado sobre la incisin, el drenaje y el canalete al terminar el escurrimiento del ltex.

- Cup lump o fondos de taza: ltex que se coagula espontneamente en las tazas o baldes de recoleccin. Estos junto con las cintillas constituyen el 8% de la produccin total de caucho natural.

- Scump: producido por la espuma que se rene en la superficie en los tanques de coagulacin.

- Bark scraps o Caucho de corteza: es el caucho recuperado de la corteza de los rboles, por posibles escurrimientos del ltex durante el sangrado. Constituye el 2,5% de la produccin total de caucho natural.

- Earth scraps o Caucho de tierra: constituido por el ltex que escurre al pie de los rboles o es derramado accidentalmente. Es muy oxidado y contiene tierra y arena. Constituye el 4% de la produccin de la produccin total de caucho natural.

El caucho natural en forma de hojas constituye el tipo caucho seco ms antiguo y sencillo producido en pequea escala. Dos tipos de hojas son producidas y comercializadas en el mercado internacional, las hojas secadas al aire y las hojas de caucho ahumadas.

El caucho crepe se prepara a partir de ltex o de scraps; en los ltimos aos predomina la produccin de scraps.

TIPOS Y GRADOS DEL CAUCHO NATURAL

Universalmente se diferencian tipos de caucho natural con base en el color y la cantidad de impurezas. Estas caractersticas, que influyen poderosamente en el mercado, son una consecuencia directa del proceso de beneficio y manipulacin del caucho. Actualmente, los tipos de caucho natural de mayor comercializacin son:

Ltex.

Se presenta en forma lquida y concentrada, luego de que el ltex recolectado es tratado con amoniaco para evitar su coagulacin espontnea y se le ha eliminado un alto porcentaje de agua. Se clasifica de acuerdo con la norma ISO2004, segn el proceso utilizado para su concentracin.

Hojas de Caucho Ahumadas.

Estas hojas se denominan RSSX, donde la X determina la procedencia, solo se producen a partir de ltex natural y se gradan basndose en una valoracin visual, segn su color, consistencia y presencia de impurezas. Internacionalmente existen las calidades IX, 1, 2 y 3, aunque es posible encontrar otros grados de clasificacin en el mercado, por ejemplo, la RMA (Rubber Manufacturers Association, New York) establece las calidades 4 y 5.

Hojas Secadas al Aire (ADSX).

Producidas a partir de ltex natural y se clasifican visualmente, segn su color y cantidad de impurezas.

Caucho Crepe.

Uno de los ms usados en la industria del calzado, y se denominan NRCX. Se reconocen diferentes clases, como la crepe plida, marrn, mbar, entre otros. Dependiendo de su espesor son Thin Crepe (tipo delgado) o Thick Crepe (tipo grueso). Sus grados de clasificacin se establecen primordialmente segn el tipo de materia prima y el color.

Caucho Tcnicamente Especificado (TSR).

Estos cauchos se producen atendiendo a las normas ISO 2000, ISO / TC 115 y las normas TCR. Dentro de la clasificacin que se hace a los TSR se atienden varios parmetros, como la denominacin, tipos especiales y grados [24].

- La denominacin va de acuerdo al pas de origen, las formas ms comunes en el comercio mundial son las de Malasia SMR, Indonesia SIR, y Singapur SSR.

- Los tipos especiales de TSR en la mayora de las veces se fabrican por requerimientos explcitos de los compradores, ya que tienen caractersticas muy bien definidas que son requeridas por estos.

- Los grados de los TSR dependen de caractersticas bsicas, dndoles una denominacin dependiendo del porcentaje mximo de impurezas permitidas y despus de realizar las pruebas pertinentes.

Los Cauchos Tcnicamente Especificados presentan ventajas sobre los cauchos tradicionales, entre las que se destacan:

- Estn disponibles en un nmero limitado de grados bien definidos, permitiendo una fcil y correcta eleccin de las calidades requeridas por los consumidores.

- Se conoce su contenido de impurezas y material voltil, por lo tanto, es posible establecer el precio adecuado para cada tipo de caucho.

- Es comercializado en forma compacta, y empacado en polietileno, que previene la degradacin del caucho durante su almacenamiento, manejo y transporte.

- Al presentarse en un tamao compacto y estndar, puede facilitar su transporte a travs del manejo mecanizado.

PROCESO DE BENEFICIO DEL LTEX

A partir del proceso de beneficio del ltex se puede obtener ltex concentrado y diferentes tipos de caucho seco simultneamente. Se podra optar por, una nica lnea de proceso, dependiendo de la disponibilidad (tipo y cantidad) de la materia prima, la infraestructura y los equipos, adems del tipo de caucho que se desea obtener. Este proceso se muestra en la figura 4, donde en forma general se indican las etapas que lo constituyen.

Diagrama de Bloques del Proceso de Beneficio del Ltex.

PROCESO SECO DEL CAUCHO TECNICAMENTE ESPECIFICADO

La implementacin del proceso hmedo tiene un impacto directo sobre el medio ambiente, las aguas residuales y el aire usado en el proceso deben ser tratados con sistemas costosos antes de que estos sean liberados al ambiente.

El sistema de procesamiento de caucho seco obtiene caucho tcnicamente especificado a partir de lminas secas, material crepe, lminas ahumadas, lminas secadas al aire, caucho de natas y crepes. Dependiendo de la calidad de la materia prima y de los mtodos de mezclado se producen los diferentes grados de caucho tcnicamente especificado.

El proceso seco no utiliza agua, es por esto que solamente usa material que contenga un porcentaje menor o igual al 5% de humedad. Por lo tanto, inicialmente la materia prima sufre una inspeccin visual para clasificar los diferentes tipos de caucho seco que ingresan al proceso.

Ya que el caucho seco ingresa en forma de balas es necesario reducirlo de tamao a pequeos bloques, por medio de una cortadora hidrulica, luego estos son mezclados y homogeneizados en un molino que opera a altas temperaturas, de donde salen migas calientes, las cuales son conducidas a un enfriador de tnel, donde se disminuye su temperatura con aire a temperatura ambiente.

Si se desea obtener un tipo de caucho tcnicamente especificado especial, como el TSR CV, es necesario adicionar un agente qumico en la etapa de mezclado y homogenizacin, tal como el HNS.

Finalmente, las migas son pesadas, comprimidas en balas y empacadas en bolsas de plstico como se describe en el etapa de empacado del proceso hmedo del caucho seco. Para determinar el grado de caucho tcnicamente especificado obtenido, se realizan las pruebas correspondientes para medir los parmetros establecidos segn la norma. Sin embargo, se conoce que usando RSS-3 se obtiene un TSR-10 o 20 dependiendo del contenido de suciedad de las hojas, y de las hojas secadas al aire se puede llegar a obtener un caucho tcnicamente especificado de mejor calidad, tal como el TSR- 5.

Ventajas del Proceso Seco

- Al no utilizar agua, este proceso no contamina el medio ambiente comparado con el proceso hmedo, en el cual, se deben tratar las aguas residuales y el aire sucio que sale.

- Debido a que la materia prima de este proceso es prcticamente seca, esta no libera olores a los alrededores, como en el caso de la materia prima del proceso hmedo (fondos de taza y cintillas).

- Bajos costos de inversin y menor tiempo del ciclo de produccin en comparacin con el convencional proceso hmedo (sin planta de tratamiento de agua).

- Bajos costos de procesamiento ya que solo involucran los costos elctricos. No se generan costos de combustibles y tratamientos de aguas residuales.

- Las fbricas requieren menor espacio, poca mano de obra especializada, as como menor maquinaria para el procesamiento, haciendo ms sencilla su operacin y mantenimiento.

- Es posible producir grados especiales de mezclas de caucho, segn los requerimientos del consumidor.

DESARROLLO DEL PROBLEMA

NECESIDAD

Produccin de 120 toneladas al mes de caucho laminado para la empresa RUBBER PARTS S.A.C.

ANALISIS DEL PROBLEMA

Las dimensiones del producto final

Ancho: 1 m

Espesor: 1.2 m

Usos que se le va a dar al producto.

Obtencin de neumticos e impermeabilizacin.

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA:

Diseo del proceso:

El sangrado del rbol hacerlo manual.

El transporte contratar servicios de terceros o mediante camiones.

Diseo de una mquina para el tamizado, dilucin en agua y tratamiento con cidos y mezclado.

Diseo de una mquina para el laminado.

ESTRUCTURA DE FUNCIONES

MATRIZ DE EXIGENCIAS

Exigencias

Exigencia

Capacidad

Produccin de 120 toneladas al mes de caucho laminado (consideracin de trabajo 8 horas diarias con un promedio de 30 das al mes)

Estandarizacin

Noma UNE (norma espaola - E18729) 1,25m/1m/12,5 mm

Seguridad

El sistema contara con proteccin al operador en zonas que muestren cierto rango de riegos

Responsabilidad con el medio ambiente

Se contara con un manejo adecuado de recursos naturales.

Distribucin del rea de trabajo

La planta contara con reas adecuadas de espacio para cada actividad

Mantenimiento

Se manejara un plan estratgico de mantenimiento (mantenimiento preventivo)

Ergonoma

Se considera las medias estndares de una persona promedio en cuanto a la operatividad

Transporte

Se contara con medidas que haguen satisfactorias la habilitacin de materia prima

Costo

Mantener una relacin costo /beneficio favorable

MATRIZ MORFOLOGICA

MAQUINA 1

MAQUINA 2

PROCESO DE RECOLECCION

SOLUCION 1

SOLUCION 2

HORARIO DE SANGRIA

D2 (UN DA DE SANGRA Y AL DA SIGUIENTE DESCANSA)

D3 (UN DA DE SANGRA Y LOS DOS SIGUIENTES DE DESCANSO)

EMBASE RECEPTOR

CADA RBOL INDEPENDIENTE

RECOLECCIN POR SECTORES DE ARBOLES

TRANSPORTE

SOLUCION 1

SOLUCION 2

ABASTECIMIENTO A LA PLANTA

TRANSPORTE DE CAMIONES

TRANSPORTE POR SISTEMA DE FAJAS

TRANSPORTE EN LA PLANTA

TRANSPORTE MANUAL CON PRESENCIA DE AGUA

TRANSPORTE MEDIANTE BOMBEO DE AGUAS Y FAJAS

PROCESO DE MEZCLADO

SOLUCION 1

SOLUCION 2

FILTRACIN

MEDIANTE COLADOR DE MALLA PLSTICA

TANQUES DE SEDIMENTACIN

DILUCIN

MEDIANTE CANOAS DE COAGULACIN

TANQUES DE DILUCIN

COAGULACION

MEDIANTE CIDOS

MEDIANTE SALES

DIMENSIONADO DE RECEPTORES

MEDIANTE LONGITUDES LARGAS (12,5M)

MEDIANTE LONGITUDES EXACTAS (1,25M)

PROCESO DE LAMINADO

SOLUCION 1

SOLUCION 2

FUENTE DE ENERGA

MANUAL

ELCTRICO (MOTOR)

NUMERO DE LAMINADOS PARCIALES

2

3

TRANSPORTE ENTRE LAMINADO

MEDIANTE FAJAS

MEDIANTE SISTEMAS NEUMATICOS

MATRIZ SOLUCION

PROCESO DE RECOLECCION

MAQUINA 1

MAQUINA 2

HORARIO DE SANGRIA

D2 (UN DIA DE SANGRIA Y AL DIA SIGUIENTE DESCANSA)

D3 (UN DIA DE SANGRIA Y LOS DOS SIGUIENTES DE DESCANSO)

EMBASE RECEPTOR

CADA ARBOL INDEPEDIENTE

RECOLECCION POR SECTORES DE ARBOLES

TRANSPORTE

MAQUINA 1

MAQUINA 2

ABASTECIMIENTO A LA PLANTA

TRANSPORTE DE CAMIONES

TRANSPORTE POR SISTEMA DE FAJAS

TRANSPORTE EN LA PLANTA

TRANSPORTE MEDIANTE BOMBEO DE AGUAS Y FAJAS

TRANSPORTE MANUAL CON PRESENCIA DE AGUA

PROCESO DE MEZCLADO

MAQUINA 1

MAQUINA 2

FILTRACIN

TANQUES DE SEDIMENTACIN

MEDIANTE COLADOR DE MALLA PLASTICA

DILUCIN

TANQUES DE DILUCIN

MEIANTE CANOAS DE COAGULACIN

COAGULACION

MEDIANTE ACIDOS

MEDIANTE SALES

DIMENSIONADO DE RECEPTORES

MEDIANTE LONGITUDES LARGAS (12,5M)

MEDIANTE LONGITUDES EXACTAS (1,25M)

PROCESO DE LAMINADO

MAQUINA 1

MAQUINA 2

FUENTE DE ENERGA

ELCTRICO (MOTOR)

MANUAL

NUMERO DE LAMINADOS PARCIALES

2

3

TRANSPORTE ENTRE LAMINADO

MEDIANTE FAJAS

MEDIANTE SISTEMAS NEUMATICOS

MATRIZ DE EVALUACION

CRITERIO DE EVALUACION

NOTA

1-10

RELACIN DE NOTA / ESTADO

9-10

SOLUCION EXCELENTE

7-8

SOLUCION BUENA

6

SOLUCION SATISFACTORIA