UNIVERSIDAD RAFAEL LANDÍVAR
FACULTAD DE INGENIERÍA
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA QUÍMICA INDUSTRIAL
DISEÑO DE UNA LÍNEA DE INMERSIÓN
PARA LA PRODUCCIÓN DE GUANTES A PARTIR
DE LÁTEX NATURAL EN GUATEMALA
TESIS
ROBERTO ANTONIO CAHUEQUE TERREAUX
Carné: 1014207
Guatemala, Marzo 2,012
Campus Central
UNIVERSIDAD RAFAEL LANDÍVAR
FACULTAD DE INGENIERÍA
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA QUÍMICA INDUSTRIAL
DISEÑO DE UNA LÍNEA DE INMERSIÓN
PARA LA PRODUCCIÓN DE GUANTES A PARTIR
DE LÁTEX NATURAL EN GUATEMALA
TESIS
Presentado al Consejo de la Facultad de Ingeniería de la
Universidad Rafael Landívar
Por:
ROBERTO ANTONIO CAHUEQUE TERREAUX
Previo a conferirse el título de:
Ingeniero Químico Industrial
En el grado académico de:
Licenciatura
Guatemala, Marzo 2,012
Campus Central
DEDICATORIA Y/O AGRADECIMIENTOS
A DIOS
Por darme la vida y permitirme realizar las cosas que me gustan.
A MI PAPÁ Y ASESOR
Por estar conmigo siempre y por todos los conocimientos que me ha brindado durante mi carrera.
A MI MAMÁ
Por estar conmigo, apoyarme y motivarme a lo largo de toda mi carrera.
A MIS HERMANAS
Por servirme de apoyo cuando lo necesite, ayudarme con problemas que tuve y siempre a
mantenerme con una buena conducta.
A MI SOBRINA
Por darle alegría a mi vida y estar siempre a mi lado.
A MIS AMIGOS
Sobre todo a Anne y Pedro, por siempre estar conmigo en las buenas y en las malas y recordarme
que no todo es estudiar.
1
RESUMEN EJECUTIVO
El presente trabajo titulado Diseño de una línea de inmersión para la producción de guantes a
partir de látex natural en Guatemala surgió como una iniciativa con la que se pretende incentivar
la industrialización de un producto agrícola guatemalteco, el látex, ya que el 95% del mismo se
exporta como materia prima para industrias en el extranjero. El diseño y establecimiento de las
dimensiones del equipo necesario se desarrolló en base a una tasa de producción deseada (420
pares de guantes por día), así como a variables de proceso ya establecidas en otros estudios.
Asimismo se realizó un balance de materia y energía del proceso, se establecieron los diagramas
de operación, de flujo de operación y de recorrido.
Para su efecto se elaboró el diseño de la línea en base a referencias en otros estudios ya
realizados, se tomó en cuenta que para la producción de guantes se deben realizar inmersiones de
hormas en distintas soluciones, por lo cual se creó un diseño que se adapta a las condiciones
establecidas en estos estudios mencionados. Asimismo, se realizó el establecimiento de las
dimensiones en base a una tasa de producción deseada.
Finalmente se efectuó un balance de materia y energía, esto con el fin de determinar los
requerimientos de materia prima, así como de combustible. Se establecieron los diagramas del
proceso (diagrama de operación, diagrama de flujo de operación y diagrama de recorrido), con el
fin de determinar la cantidad de operaciones que se llevan a cabo, así como el tiempo requerido
para cada una de ellas.
DESCRIPTORES: Tasa de producción deseada, características del guante.
ÍNDICE
MARCO I
I. INTRODUCCIÓN ........................................................................................................................2
1.1 Lo escrito sobre el tema..........................................................................................................3
1.2 Resumen crítico del marco teórico .........................................................................................5
1.2.1 Caucho ........................................................................................................................5
1.2.2 Látex ...........................................................................................................................5
1.2.3 Látex centrifugado .....................................................................................................6
1.2.3.1 Látex centrifugado alto amonio...........................................................................6
1.2.3.2 Látex centrifugado bajo amonio ..........................................................................6
1.2.4 Historia y actualidad del látex en Guatemala .............................................................7
1.2.5 Proceso de extracción del látex ...................................................................................7
1.2.6 Guantes .......................................................................................................................8
1.2.7 Guantes de látex natural de tipo domestico ................................................................9
1.2.8 Proceso de producción de guantes ............................................................................10
1.2.9 Materias primas .........................................................................................................13
1.2.10 Hormas utilizadas en el proceso de producción de guantes ....................................15
1.2.11 Materiales de construcción de equipos ...................................................................15
1.2.12 Tanques de inmersión .............................................................................................16
1.2.13 Vulcanización .........................................................................................................18
1.2.14 Coagulación ............................................................................................................18
1.2.15 Tamaño ...................................................................................................................19
1.2.16 Dimensiones ............................................................................................................19
1.2.17 Tasa de producción .................................................................................................19
MARCO II
II. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA..................................................................................20
2.1 Objetivos ..............................................................................................................................22
2.1.1 Objetivo general ........................................................................................................22
2.1.2 Objetivos específicos ................................................................................................22
2.2 Hipótesis ...............................................................................................................................22
2.3 Variables...............................................................................................................................23
2.3.1 Variables independientes ..........................................................................................23
2.3.2 Variables dependientes .............................................................................................23
2.4 Definición de variables.........................................................................................................23
2.4.1 Variables independientes ..........................................................................................23
2.4.2 Variables dependientes .............................................................................................25
2.5 Alcances y límites ................................................................................................................26
2.6 Aportes ................................................................................................................................28
MARCO III
III. MÉTODO ................................................................................................................................29
3.1 Sujeto ....................................................................................................................................29
3.2 Instrumento...........................................................................................................................29
3.3 Procedimiento.......................................................................................................................33
3.3.1 Dimensionamiento de equipo ...................................................................................33
3.4 Diseño y metodología estadística ........................................................................................34
MARCO IV
IV. PRESENTACIÓN Y ANÁLISIS DE RESULTADOS ...........................................................35
4.1 Dimensiones de los equipos .................................................................................................35
4.2 Diseño de la línea de inmersión para la producción de guantes ...........................................38
4.3 Diagramas del proceso .........................................................................................................56
4.3.1 Diagrama de operaciones del proceso.......................................................................56
4.3.2 Diagrama de flujo de operaciones del proceso .........................................................58
4.3.3 Diagrama de recorrido del proceso ...........................................................................60
4.4 Balance de masa y energía del proceso ...............................................................................61
MARCO V
V. DISCUSIÓN DE RESULTADOS ............................................................................................62
MARCO VI
VI. CONCLUSIONES ...................................................................................................................75
MARCO VII
VII. RECOMENDACIONES ........................................................................................................76
MARCO VIII
VIII. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS ..................................................................................78
MARCO IX
IX. ANEXOS .................................................................................................................................81
ÍNDICE DE TABLAS
TABLA NO 1 CARACTERÍSTICAS GUANTES DE LÁTEX NATURAL .................................9
TABLA NO 2 VENTAJAS Y DESVENTAJAS MATERIALES HORMAS ..............................15
TABLA NO 3 TIEMPOS POR ESTACIONES DE TRABAJO ...................................................35
TABLA NO 4 REQUERIMIENTOS Y DIMENSIONES PLATO DE HORMAS ......................35
TABLA NO 5 DIMENSIONES TANQUES # 1, 2 Y 5 ................................................................35
TABLA NO 6 DIMENSIONES TANQUES # 3 Y 4 ....................................................................36
TABLA NO 7 DIMENSIONES CARRO DE INMERSION ........................................................36
TABLA NO 8 DIMENSIONES CARRO DE HORNEADO ........................................................36
TABLA NO 9 DIMENSIONES HORNO .....................................................................................37
TABLA NO 10 RESUMEN DIAGRAMA DE OPERACIONES ................................................57
TABLA NO 11 DIAGRAMA DE FLUJO DE OPERACIONES .................................................58
TABLA NO 12 RESUMEN DIAGRAMA DE FLUJO DE OPERACIONES .............................59
TABLA NO 13 BALANCE DE ENERGÍA .................................................................................61
TABLA NO 14 DATOS PARA RESOLUCION BALANCE DE ENERGÍA ............................89
TABLA NO 15 ESPECIFICACIONES POLIPASTO .................................................................94
ÍNDICE DE FIGURAS
FIGURA NO 1 POLÍMERO DEL ISOPRENO ..............................................................................5
FIGURA NO 2 PROCESO DE EXTRACCIÓN DEL LÁTEX “PICA” ........................................8
FIGURA NO 3 IMPULSOR ..........................................................................................................17
FIGURA NO 4 VULCANIZACIÓN ............................................................................................18
FIGURA NO 5 HORMAS CERÁMICAS ....................................................................................30
FIGURA NO 6 HORNO CONVECCIÓN ....................................................................................31
FIGURA NO 7 POLIPASTO ELÉCTRICO .................................................................................32
FIGURA NO 8 DIAGRAMA DE OPERACIONES .....................................................................56
FIGURA NO 9 DIAGRAMA DE RECORRIDO .........................................................................60
FIGURA NO 10 BALANCE DE MASA ......................................................................................61
FIGURA NO 11 DIAGRAMA DE PROCESO DE HORNEADO ...............................................86
2
I. INTRODUCCIÓN
Actualmente, el látex natural es un producto significativo para la economía del país, ya que
es el cuarto producto que generó mayores ingresos debido a exportaciones, durante el año
2,010, situándose abajo del café, banano y cardamomo (Fuente: Banco de Guatemala). El
precio de este producto es manejado mediante una bolsa extranjera, es decir, su precio fluctúa
según variables del mercado internacional, lo cual representa una desventaja para Guatemala,
ya que si el precio de la bolsa se reduce, también se reducen los ingresos al país por
exportaciones. El 95% del látex producido en Guatemala es exportado. Solamente el 5% es
utilizado en el país, según Grupo Entre Ríos (2,011), en la industria del calzado, cuero, entre
otras, esto es debido a la falta de industria en el país para procesar el látex y obtener
productos finales, lo cual representa una gran oportunidad para la industria guatemalteca. Al
desarrollar este tipo de industrias, entre las cuales se pueden mencionar la fabricación de
globos, guantes, preservativos, entre otros, se puede eliminar la dependencia de los ingresos
(por exportación) de este producto, ya que el precio de un producto final no es establecido
mediante una bolsa.
El objetivo de este trabajo es realizar el diseño de una línea de inmersión para la producción
de guantes a partir de látex natural en Guatemala, determinando todos los equipos y materias
primas necesarias para este proceso, para que el montaje de la misma pueda ser realizado por
cualquier persona individual o empresa, promoviendo así la industrialización del hule.
Asimismo, la producción de guantes posee ventajas respecto a empresas que se dediquen al
mismo negocio en el extranjero, ya que estas deben soportar costos de transporte hacia sus
ubicaciones.
La importancia de esta tesis radica en el hecho que la industrialización del látex representa un
crecimiento económico para Guatemala, en lo que respecta a exportaciones de este producto,
ya que se estarían obteniendo márgenes de ganancia tanto por la venta del látex, así como
por la manufactura del mismo. Es importante la carrera de Ingeniería Química Industrial, ya
que se puede incentivar a futuras generaciones a realizar estudios respecto a la manufactura
del látex, pero abarcando distintos productos, como globos, preservativos, o cualquier otra
industria que no se encuentre en el país.
3
1.1 LO ESCRITO SOBRE EL TEMA
Velásquez (2,007) en su Trabajo de Graduación titulado Determinación de la producción,
contenido de hule seco, diagnostico de látex y plasticidad en 25 clones de hevea brasiliensis
(euprhorbiaceae) en finca santa Ana Mixpiya, San Miguel Panan, Suchitepéquez, cuyo principal
objetivo es conocer la producción, el contenido de hule seco (DRC), diagnóstico de látex y
plasticidad de 25 clones de Hevea brasiliensis, Muell arg. en época lluviosa, bajo condiciones
edáficas y climáticas características del lugar. Se evaluó a través de un diseño estadístico
completamente al azar, con un total de 25 clones (tipo específico de árbol) 4 repeticiones y 6
plantas por unidad experimental, con una intensidad de pica a cada tres días, con concentraciones
de Etephon (Acido 2 - cloroetil fosfonico) al 5%. Como resultados se obtuvieron en términos de
la producción y tratamiento que mejor respuesta presento fue el IRCA 230 (un tipo de los 4
tratamientos utilizados) en DRC, todos los tratamientos producen estadísticamente la misma
cantidad de hule seco, al igual que la plasticidad.
Morales (2,008) en su Trabajo de Graduación titulado Estudio de Pre-Factibilidad del
montaje de una Planta de Beneficiado de Caucho Natural, cuyo principal objetivo es determinar
la Pre-Factibilidad del montaje de una Planta de Beneficiado de Caucho Natural en Escuintla, la
cual fabricará un tipo de caucho: caucho técnicamente especificado (TSRN-10); para lograr
dicho objetivo se realizaron estudios de mercado, técnicos, de organización, financieros, y por
último se elabora un plan de trabajo para el montaje de la planta. Este estudio financiero incluye
la rentabilidad del proyecto, con una tasa interna de retorno del 30% anual; asimismo establece
que el proceso industrializado del beneficiado de caucho por medio de maquinaria moderna y
automatizada, en combinación con otros factores permite obtener costos de producción
competitivos.
Cahueque (2,008) en su Trabajo de Graduación titulado Evaluación de dos agentes
coagulantes para látex natural, en la fabricación por inmersión de guante tipo doméstico, cuyo
principal objetivo es realizar una evaluación de tres soluciones coagulantes recomendadas para la
formación de película de látex natural en el proceso de producción de guantes tipo domestico por
inmersión de moldes. Las soluciones coagulantes a comparar son: nitrato de calcio en solución
acuosa, nitrato de calcio en solución alcohólica y ácido acético en solución acuosa.
4
Hernández (2,009) en su Trabajo de Graduación titulado Estudio de pre-factibilidad para la
producción y exportación de hule en Guatemala, cuyo principal objetivo es determinar la
viabilidad del montaje de una planta procesadora y exportadora de caucho natural en Guatemala,
la cual fabricará tres tipos distintos de caucho: caucho técnicamente especificado (TSRN-10),
látex centrifugado y hojas ahumadas. Para lograr dicho objetivo se realizaron estudios de
mercado, técnicos, de organización y financieros. De acuerdo al estudio financiero se concluyó
que el proyecto es económicamente rentable con un valor actual neto (VAN) de Q5,248,606.39 y
una tasa interna de retorno (TIR) de 42.28%.
Barrios (2,010) en su Trabajo de Graduación titulado Determinación del porcentaje de
sólidos, pH y tiempo de residencia óptimos de látex NBR para obtener el calibre estándar en
guantes de nitrilo, define parámetros para ciertas variables (porcentaje de sólidos, pH y tiempo
de residencia) en el proceso de producción de guantes de nitrilo para poder obtener el producto
en límites de calidad aceptables. Como conclusiones, determinó que el porcentaje de sólidos es
42.02%, el pH debe poseer un valor de 9.12 y el tiempo de residencia es 39.60 segundos.
5
1.2 RESUMEN CRÍTICO DEL MARCO TEÓRICO
1.2.1 Caucho
Según Hernández (2,009), el caucho es “una sustancia de gran elasticidad que se
obtiene por exudación y coagulación del jugo del árbol gomero” (Pág. 3). Este
árbol gomero pertenece a una familia de árboles que se encuentra bajo el género
“Hevea”, y el nombre del árbol es Hevea Brasilensis (debido a que su origen es de
Brasil). El caucho está compuesto de lo siguiente:
Hidrocarburo caucho 94.00 %
Extracto acetónico 2.50 %
Proteínas 2.50 %
Cenizas 0.30 %
Materiales volátiles (entre ellas humedad) 0.50 %
El componente principal del caucho natural es el polímero del isopreno llamado:
cis-1,4 poli-isopreno
Figura No. 1: Polímero del Isopreno
Fuente: Cahueque (2,008)
1.2.2 Látex
Según Morales (2,008), el látex es “una suspensión coloidal acuosa, en la que el
caucho se mantiene dispersado, en la fase acuosa continua estable” (Pág. 4). Este
se obtiene mediante el sangrado del árbol Hevea Brasilensis y contiene
aproximadamente un 30% de caucho seco (Velásquez, 2007), el cual
posteriormente se concentra por los métodos de centrifugado, cremado, o
evaporación, según Cahueque (2,008). El Látex, es una dispersión, que involucra
6
dos fases, un medio de dispersión y una fase dispersa. El medio de dispersión es
el agua y la fase dispersa está compuesta por caucho sólido, principalmente el
polímero del isopreno.
1.2.3 Látex centrifugado
El látex centrifugado es el que se utiliza en la producción de guantes de hule
natural. Según Velásquez (2,007), “es una suspensión acuosa de partículas,
producidas por centrifugación de látex fresco, proveniente de las plantaciones,
bajo estrictas normas de control para hacer un producto uniformemente elástico”
(Pág. 13). El látex es centrifugado hasta obtener un producto uniforme, este
proceso se realiza con un preservante, principalmente amoníaco, y se utiliza un
segundo, en menor proporción, hidróxido de potasio (KOH). Posee
aproximadamente 60% de sólidos (principalmente caucho natural). Este es el tipo
de látex distribuido comercialmente, existen dos tipos: Alto Amonio y Bajo
Amonio.
1.2.3.1 Látex centrifugado alto amonio
Según Barrios (2,010), este tipo de látex centrifugado es “látex natural con un
tratamiento de amoníaco, que aumenta su estabilidad, El pH de este látex
oscila entre 11 y 12” (Pág. 6).
1.2.3.2 Látex centrifugado bajo amonio
Según Barrios (2,010), este tipo de látex centrifugado “se combina con óxido
de zinc y algún acelerador como el tetrametitiuramdisulfida para estabilizar el
polímero con un pH cercano a 10” (Pág. 7).
7
1.2.4 Historia y actualidad del látex en Guatemala
El Hule Natural es conocido en Guatemala desde el tiempo maya, aunque, hasta el
siglo XX, su cultivo y proceso tomaron una dimensión industrial. El cultivo del
hule natural país ha incrementado y la mayoría del hule que se obtiene se exporta,
en su mayoría a México, sin ser manufacturado. (Fuente: Grupo Entre Ríos,
2,011)
Según el Grupo Entre Ríos (2,011), las plantaciones de hule en Guatemala
sobrepasan las 80,000 hectáreas con más de 28 millones de árboles y un volumen
de producción de más de 75,000 toneladas de hule seco por año. Estos datos
estadísticos posicionan a Guatemala, dentro del hemisferio americano, como el
segundo productor, el mayor exportador y el país con la tasa de crecimiento más
alta de Hule Natural.
Actualmente, sus principales mercados de exportación son Norte y Sudamérica;
genera alrededor de 20,000 empleos directos y 60,000 empleos indirectos. Se
puede mencionar que aproximadamente el 95% del hule producido en Guatemala
es exportado y manufacturado en el extranjero. (Fuente: Grupo Entre Ríos)
1.2.5 Proceso de extracción del látex
El proceso de extracción del látex del árbol Hevea Brasilensis se le denomina
pica, el cual consiste en la realización del corte a lo largo del tronco del árbol de
aproximadamente media circunferencia, con una cuchilla, el árbol sangra el látex,
el cual cae en un recipiente plástico, el que está sujetado al árbol. En este
recipiente se encuentra una sustancia anticoagulante, generalmente se utiliza
amoniaco entre el 3% y 5%; se puede realizar la pica entre 100 a 150 veces al año,
lo que equivale a 2 a 3 veces por semana, según Morales (2,008).
8
Figura No. 2: Proceso Extracción del Látex “Pica”
Fuente: Hernández (2,009)
1.2.6 Guantes
Existen distintos tipos de guantes, dependiendo del uso del mismo, son fabricados
de distintos tipos de materiales, entre los que se puede mencionar el látex natural
y polímeros sintéticos como el neopreno. El diseño de los guantes depende de la
aplicación, así como el material que se utiliza para fabricarlos.
Los guantes pueden clasificarse, de acuerdo a su uso, en tres grandes grupos,
según Cahueque (2,008), los grupos son los siguientes:
Uso médico
Uso doméstico
Uso industrial
Dentro de estos tres grupos hay distintas divisiones, por ejemplo, en el grupo de
uso industrial, existen guantes especiales con alta resistencia al calor, para
manipular objetos con altas temperaturas, asimismo existen guantes reforzados,
9
para poder manejar objetos cortantes. De acuerdo a esto, las características de los
guantes varían dependiendo de la aplicación. Los guantes de uso doméstico,
según Cahueque (2,008), “son generalmente fabricados de hule natural, poseen
bajo nivel de protección a las manos y muchas veces la calidad de los mismos es
percibida por los clientes en su apariencia y en su duración en condiciones
livianas de uso” (Pág. 26).
Como parámetros generales que se evalúan en los guantes se pueden mencionar al
largo, calibre, textura, color, elongación, resistencia al corte, permeabilidad a
distintos productos químicos, entre otros.
1.2.7 Guantes de látex natural tipo doméstico
El diseño de la línea de inmersión de esta tesis estará enfocado en la producción
de guantes de látex natural tipo doméstico. Un guante de látex natural de tipo
doméstico debe cumplir con las siguientes características:
Tabla No. 1: Características Guantes de Látex natural
Propiedad Características
Apariencia Guante hule natural de distintos colores
Largo 29-32 centímetros
Calibre 0.35-0.46 milímetros
Fuente: Cahueque (2,008)
10
1.2.8 Proceso de producción de guantes
El proceso de producción correspondiente al diseño de esta tesis es a través de un
proceso de inmersión. El proceso consiste en la inmersión de hormas que poseen
forma de guantes en distintos tanques, esto con el fin de formar una película de
látex encima de la horma, para posteriormente remover el guante de la horma. El
primer paso es “contar con una horma adecuada en óptimas condiciones de
acabado y limpieza, para posteriormente depositar una película uniforme, sin
defectos, de coagulante encima de la misma” (Pág. 5), según Cahueque (2,008).
Según Barrios (2,010), el proceso de preparación de la horma consiste en tres
etapas. La primera etapa consiste en la inmersión de la horma una solución de
EDTA (ácido etilendiaminatetrácetico), tiene como objetivo remover metales
pesados así como compuestos que conforman el agua dura. La segunda etapa
consiste en la inmersión en agua a 70 ºC, como objetivo limpiar la horma de la
solución de EDTA. La tercera etapa consiste en una inmersión de la horma en una
solución de alquilofenol etoxilado a 60 ºC, tiene como objetivo humectar la
horma. El tiempo de residencia para cada uno de los tanques es aproximadamente
un minuto y medio.
Posteriormente, se debe “sumergir la horma en una solución de coagulante, para
dejar una película de la misma sobre la horma” (Pág. 5), según Cahueque (2,008);
la función del coagulante en el proceso es “la inmovilización de las partículas de
la fase dispersa (caucho), el medio de dispersión (agua) queda atrapado entre las
partículas de caucho, el cual será removido mediante calentamiento en los hornos.
Según Barrios (2,010), la inmersión se debe hacer en un coagulante que posea una
concentración entre 20% y 40% a una temperatura de 50 ºC, el tiempo de
residencia de la horma en esta solución es de aproximadamente 20 segundos.
11
Según Barrios (2,010), debido a que el látex es una emulsión coloidal, se
comporta como un líquido y por esta razón es importante que se modifique para
obtener una forma mucho más sólida de la materia prima mediante la
coagulación.
La suspensión coloidal, es decir el látex, posee un equilibrio iónico, debido a que
la superficie de las moléculas de caucho que se encuentran cargadas
negativamente, por lo que dichas gotas no se unen entre sí (cargas iguales se
repelen). Cuando no se agrega ningún componente distinto al látex, las cargas
iónicas se mantienen, por lo que permanecen suspendidas y se mantiene el
equilibrio iónico. Al agregar un coagulante, el equilibrio iónico se altera, por lo
que las moléculas de hule se unen o aglomeran, permitiendo así que el látex en
coagule, este es un proceso de tipo no reversible.
A continuación, se realiza una inmersión de la horma en látex, el cual contiene
una mezcla de aditivos químicos para que se lleve a cabo el proceso de
vulcanización del látex; la formación de la película sobre la horma es posible
debido a la acción del coagulante sobre el látex. Según Barrios (2,010), la
inmersión de la horma en el tanque de látex se debe llevar a cabo con un tiempo
de residencia entre 20 y 40 segundos y la temperatura del mismo puede estar en
un rango entre 30 ºC y 35 ºC.
Según Barrios (2,010), “en la industria de látex posterior a la coagulación se debe
realizar otro proceso químico conocido como vulcanización” (Pág. 9). El proceso
de vulcanización provoca un cambio de las propiedades de las moléculas de
caucho, aumentando considerablemente la dureza del mismo, esto se lleva a cabo
por la acción del azufre y otros aditivos químicos.
“Estos aditivos modifican el polímero al formar puentes conocidos como
crosslinks entre cada cadena individual de polímeros permitiendo que estas
cadenas se unan” (Pág. 9), según Barrios (2,010).
12
Existen distintas características propias del caucho que cambian luego del proceso
de vulcanización. Se puede mencionar la pegajosidad del material, la cual
disminuye con el proceso de vulcanización, por ejemplo, el látex natural se utiliza
como pegamento en distintas industrias, incluyendo la del calzado, en cambio, el
látex ya vulcanizado, el cual puede encontrarse en productos como los gorros para
natación, no es pegajoso. Se puede mencionar que el caucho aumenta su dureza y
mejoran sus propiedades mecánicas. Algunos ejemplos de materiales
vulcanizados comunes son las llantas de automóviles, suelas de zapatos, gorros
de natación, preservativos, globos, componentes elásticos de los carros, guantes y
piezas bucales para instrumentos de viento.
Debido a que actualmente, se han producido distintos cauchos sintéticos, existen
distintos métodos para vulcanizar, según el tipo de caucho que se esté
vulcanizando. Existen 4 métodos, los cuales se diferencian por el aditivo químico
que se utiliza para vulcanizar, ya que estos aditivos deben ser compatibles con las
moléculas de caucho. Los 4 métodos están seguidos de un calentamiento.
Los métodos para vulcanizar son:
Sistemas de azufre (Para caucho natural).
Peróxidos.
Uretano.
Óxidos metálicos. (Barrios, 2,010)
La última etapa del proceso, las hormas de guantes con la película de látex se
hacen pasar a través de un horno. Dicho horno cumple dos funciones básicas,
secado de la película y vulcanizado de las partículas de caucho. Según Cahueque
(2,008), la fase de secado busca liberar el agua atrapada en la película en el
momento que la formulación de látex coagula y la fase de vulcanización es en la
cual los agentes vulcanizantes y acelerantes actúan químicamente con el látex
13
para darle las propiedades deseadas al caucho. La temperatura para el secado debe
ser de 80 ºC y la de vulcanización debe ser de 120 ºC.
La transferencia de calor en el horno se realiza por convección y se puede operar
con aceite térmico o con propano, el tiempo de residencia en el horno aproximado
es de 1 hora con 15 minutos, según Barrios (2,010), sin embargo, para guantes de
látex natural el tiempo se puede reducir a 1 hora, con 30 minutos de secado y 30
minutos de vulcanizado. Este tiempo de residencia en el horno puede disminuir,
dependiendo al tipo de caucho que se utilice (natural o sintético) y a la mezcla de
los aditivos que se agreguen al látex para el proceso de vulcanización.
1.2.9 Materias primas
Las materias primas que se utilizan en el proceso de producción de guantes, aparte
del látex natural, son las siguientes:
Coagulante:
Para el proceso de producción de guantes se pueden utilizar distintas sustancias
como coagulantes, entre las que se puede mencionar el nitrato de calcio y el
cloruro de calcio. El coagulante, según Cahueque (2,008), es “la sustancia
química que agregada a un sistema coloidal entra en contacto con el mismo,
provocando su coagulación” (Pág. 3).
Aditivos Químicos:
Se utiliza una mezcla de distintos compuestos químicos que cumplen la
función de vulcanizar las moléculas de caucho. Los aditivos químicos se
agregan al látex en una dispersión, la cual contiene una mezcla de
vulcanizantes, acelerantes, estabilizantes, así como otros aditivos con distintas
funciones dependiendo del tipo de guante a producir. A continuación se
describirán los principales aditivos químicos:
14
o Vulcanizante: Según Cahueque (2,008), “un vulcanizante es una sustancia
química que participa en los enlaces de la reacción de vulcanización” (Pág.
11). El compuesto químico más utilizado para llevar a cabo la reacción de
vulcanización es el azufre, según Barrios (2,010).
o Acelerante: Según Cahueque (2,008), un acelerante es una “Sustancia
química que acelera o cataliza el proceso de vulcanización” (Pág. IX), por
lo tanto, estos disminuyen el tiempo de reacción. La velocidad de
vulcanización y las propiedades del producto final dependen de la mezcla
de vulcanizantes, activadores y acelerantes que se agregue al látex.
o Estabilizador: Según Cahueque (2,008), un estabilizador es una sustancia
agregada al sistema coloidal (látex) que proporciona resistencia para evitar
su coagulación (excesiva)” (Pág. XI). Debido a que la coagulación en el
látex es deseada para el proceso de fabricación de guantes, la cantidad de
estabilizante que se agrega al látex es importante, ya que se debe agregar de
tal forma que no se evite este proceso.
o Antioxidante: Debido a que el oxígeno ataca y degrada las moléculas de
látex, las propiedades de la película de látex que se forma en la horma
pueden verse afectadas, por lo cual se deben agregar antioxidantes para
preservar las propiedades del mismo. Según Barrios (2,010), existen dos
tipos de compuestos químicos utilizados como antioxidantes, el tipo de
compuestos químicos fenólicos y el tipo de aminas. Para la producción de
guantes se utilizan aminas como antioxidantes, ya que presentan menor
decoloración del producto final.
o Activadores: Según Barrios (2,010), la reacción de vulcanización que
produce el azufre a las moléculas de látex necesitaría un calor excesivo
para llevarse a cabo, por lo que las altas temperaturas podrían destruir el
polímero por oxidación de las moléculas, por lo que se deben agregar
15
activadores, para que la temperatura de reacción no sea tan alta, se puede
utilizar óxido de zinc u óxido de azufre como activador.
1.2.10 Hormas utilizadas en el proceso de producción de guantes:
Las hormas son la base sobre la cual se formará la película de látex. Es importante
la calidad y el acabado de las hormas, sino se mantienen estos índices de calidad,
se pueden causar defectos en el guante. Las principales características de las
hormas son las siguientes:
Resistencia Térmica (preferiblemente a cambios de temperatura, ya que se
efectúan los mismos en el proceso de producción de guantes).
Excelente calidad de acabado
Fácil de Limpiar
Las hormas pueden fabricarse de madera, metal o cerámica, cada material posee
sus ventajas y desventajas, las cuales se describirán en la siguiente tabla:
Tabla No.2: Ventajas y Desventajas Materiales Hormas
Material Molde Ventajas Desventajas
Madera Bajo Costo Se pueden deformar por calor
Metal Duradero Alto Costo
Cerámica Duradero Quebradizo
Fuente: Cahueque (2,008)
1.2.11 Materiales de Construcción de Equipos
Según Baasel (1,990), los materiales de construcción de equipos son elegidos
acorde a las características de los materiales que se utilizarán y las condiciones de
funcionamiento. El material mayormente utilizado en la industria es el acero al
carbón (no incluye al acero inoxidable), sin embargo, no se utiliza para
temperaturas debajo de -45.6 grados Celsius (perdida de ductilidad y resistencia al
16
impacto), o temperaturas arriba de 510 grados Celsius (perdida dureza).
Asimismo no se utiliza con productos de carácter ácido, debido a que no posee
una alta resistencia a la corrosión.
Según Helmus (2,008), los materiales de construcción de los equipos no solo
dependen del proceso, sino también de los costos que representan dentro de un
proceso. A continuación se listan algunas características importantes a tomar en
cuenta al momento de elegir los materiales de construcción de equipos en general:
Presión y temperatura.
Composición del material (resistencia a la corrosión).
Costos (mantenimiento).
Modificaciones disponibles.
1.2.12 Tanques de inmersión
Los tanques de inmersión son los equipos que contienen las materias primas que
serán agregadas al guante. Los mismos deben poseer las siguientes características,
según Cahueque (2,008):
El material de construcción deberá permitir una fácil limpieza y hacer fácil
la remoción de hule. El material deberá ser resistente a la corrosión, se
recomienda acero inoxidable.
Es preferible que tengan mecanismos para controlar la temperatura del
producto que contiene.
Poseer un sistema de agitación controlada, no muy rápida, para no generar
burbuja ni muy lenta para evitar puntos muertos en la superficie.
Es recomendable que tengan doble fondo (tanques 3 y 4) para atrapar
residuos o contaminantes que precipiten en el primer fondo y evitar
circulen con la agitación.
Es necesario que posean un sistema de válvula de alimentación en el
fondo, de tal manera que no se incorpore aire en el momento de
alimentarlo.
17
Un sistema de cerrarlo para los momentos en que no esté en uso, ayudará a
evitar formación de natas y o contaminación del producto.
Según Walas (1,990), las dimensiones y la forma de un tanque, el arreglo de
impulsores y carcasas (estructura interna) son factores que influyen en la calidad
de la agitación de un líquido dentro del mismo. Estos factores dependen de los
objetivos de la operación, por ejemplo la agitación dentro de un reactor o la
homogenización de una solución, así como de las propiedades del fluido dentro
del tanque. Las dimensiones y la forma del tanque dependen de la cantidad de
líquido que contendrá, así como de la realización de alguna operación secundaria
(aparte del almacenamiento). El uso de impulsores y carcasas dentro de los
tanques dependen del tipo de fluido que se almacenará y del requerimiento de
agitación del proceso. A continuación se describen los propósitos de los equipos
mencionados:
Impulsores: utilizados para darle movimiento al líquido contenido
dentro de un tanque. La forma del impulsor y su posición dentro del
tanque depende del objetivo de la agitación, por ejemplo, succión
del líquido. A continuación se muestra una imagen de un impulsor
utilizado para crear un efecto de succión:
Figura No. 3: Impulsor
Fuente: Walas (1,990)
18
Carcasa: Es una estructura interna dentro del tanque, poseen
distintas funciones, entre las cuales se pueden mencionar la
dirección de un efecto de succión.
1.2.13 Vulcanización
Según Cahueque (2,008), “es el proceso mediante el cual se calienta el caucho
crudo en presencia de azufre, con el fin de cambiar ciertas propiedades, como su
dureza y resistencia al calor” (Pág. XIII). A continuación se muestra una figura
que ilustra el proceso de vulcanización:
Figura No. 4: Vulcanización
Fuente: Cahueque (2,008)
1.2.14 Coagulación
Según Cahueque (2,008), la coagulación es el “proceso mediante el cual el látex
es desestabilizado y se provoca una agregación o aglomeración de la fase
dispersa, separándose del medio de dispersión” (Pág. X). Lo cual significa que las
moléculas de caucho (polímero del isopreno) se agrupan, por lo cual quedan
adheridas al molde en el proceso de producción de guantes.
19
1.2.15 Tamaño
El tamaño se refiere a cantidad de volumen que se ocupa en el espacio
(Enciclopedia McGraw Hill, 2011).
1.2.16 Dimensiones
Este concepto se refiere a la longitud, extensión o volumen de cualquier
instrumento, equipo, o cualquier otra cosa (Enciclopedia McGraw Hill, 2011).
1.2.17 Tasa de producción
Cantidad de producto por unidad de tiempo (Enciclopedia McGraw Hill, 2011).
Como ejemplo para la línea de producción de guantes, la tasa de producción
puede ser 100 guantes por hora, ya que se refiere a la cantidad de guantes que
deben producirse en cierta cantidad de tiempo.
20
II. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
Guatemala es un país con un gran potencial de crecimiento respecto a un producto, el hule
(látex natural), según datos estadísticos, el nivel de producción es mayor a 75,000 toneladas
por año, y se espera que para el año 2,020 se duplique esta cantidad, el país está posicionado
como el segundo productor (únicamente superado por Brasil), el mayor exportador y el país
con la tasa de crecimiento más alta de Hule Natural en toda América, según Grupo Entre
Ríos.
El Hule natural realiza un aporte importante al Producto Interno Bruto generado por sus
exportaciones, principalmente a México y Estados Unidos; para el año 2,010, las
exportaciones de hule totalizaron 237,4 millones de dólares, cifra que ha venido en aumento
en los últimos años, según el Banco de Guatemala. Además, entre el año 2,009 y el 2,010 fue
el segundo producto tradicional con mayor crecimiento.
A partir de estos datos, se concluye que este producto seguirá aumentando su aporte con el
paso del tiempo, aunque esto no es totalmente cierto, esto debido a que el hule es un producto
que maneja su precio mediante una bolsa, por lo que este varía con el tiempo, con aumentos
o decrementos dependiendo de las variables del mercado. El precio del hule es dependiente
del precio del petróleo, ya que del petróleo se obtiene el hule sintético el cual es un producto
sustituto del hule natural, por lo que al disminuir el precio del petróleo, también disminuye el
precio del hule. Debido a la fluctuación del precio en el mercado mundial, el crecimiento de
las exportaciones es impredecible, de acuerdo a estadísticas de los años 2,008 y 2,009, ya que
las exportaciones (en dinero) disminuyeron un 30%, esto debido a que el precio del hule
disminuyó de $ 3.20 a $ 1.20 por kilo, a pesar de que la cantidad de producto exportado fue
mayor, según Urías Gamarro.
De acuerdo a la situación del hule en el mercado, se deduce que es necesario un cambio en el
manejo del hule natural para que el crecimiento económico, que las exportaciones presentan
al país, no sea entorpecido por el precio en la bolsa. El efecto de esta problemática puede
reducirse diversificando la comercialización hacia productos finales (guantes, globos, entre
21
otros), para que estos ya luego sean exportados hacia otros países, y debido a que los precios
de estos productos finales no son manejados por bolsa, no existirían decrementos en el valor
monetario de las exportaciones para Guatemala. Por lo que el objetivo de este trabajo
consiste en realizar un diseño de una línea de inmersión para la producción de guantes a
partir de látex natural en Guatemala, por lo que se plantea la siguiente pregunta: ¿Es viable el
establecimiento del diseño de una línea de inmersión para la producción de guantes de hule
natural en Guatemala?
22
2.1 OBJETIVOS
2.1.1 Objetivo general
Realizar el diseño de una línea de inmersión para la producción de guantes a partir
de látex natural en Guatemala.
2.1.2 Objetivos específicos
Establecer los diagramas de operación, de flujo de operación y de recorrido
para el proceso de producción de guantes.
Determinar el número ideal de hormas que debe contener cada plato de
hormas, así como las dimensiones de los mismos.
Determinar dimensiones de los tanques que servirán para realizar las
inmersiones.
Determinar las dimensiones del horno que servirá para el proceso de secado y
vulcanizado.
Realizar el Balance de materia y energía del proceso.
2.2 HIPÓTESIS
No aplica debido a que es un proyecto de diseño, por lo que no se requiere la formulación de
una hipótesis, acorde a lo establecido según la guía para realizar trabajos de graduación de la
Universidad Rafael Landívar (2,009): “Estas solamente se incluyen en estudios de carácter
experimental o descriptivo comparativo.” (Pág. 26)
23
2.3 VARIABLES
2.3.1 Variables independientes
Tiempo total en línea de Inmersión
Tiempo total en Horno
Tasa de producción
Tamaño de guantes
2.3.2 Variables dependientes
Dimensiones de los platos de hormas
Dimensiones de los tanques de inmersión
Dimensiones del horno
2.4 Definición de variables
2.4.1 Variables independientes
Tiempo total en la línea de inmersión
Definición Conceptual: “tiempo total que transcurre para formar la película de
látex en la horma” (Pág. 15), según Barrios (2,010).
Definición Operacional: es el tiempo desde que entra un plato de hormas a la
línea de inmersión hasta que sale de la misma. El plato al salir de la línea de
inmersión lleva consigo la película de látex, la que posteriormente formará el
guante, luego de que el látex haya sido vulcanizado.
24
Tiempo total en horno
Definición Conceptual: “tiempo total que transcurre para llevar a cabo el proceso
de secado y vulcanizado dentro del horno” (Pág. 18), según Barrios (2,010).
Definición Operacional: es el tiempo que transcurre para que se lleve a cabo el
proceso de secado y vulcanizado para la película de látex formada en las hormas
de guantes. Este tiempo depende del tipo de guante que se fabricará, así como del
material, ya sea hule natural o sintético.
Tasa de producción
Definición Conceptual: “cantidad de producción por unidad de tiempo” (Pág.
950) (Enciclopedia McGraw Hill, 2011).
Definición Operacional: la tasa de producción determina los requerimientos de la
línea de inmersión, así como las dimensiones de los equipos a utilizar en la
misma. Para este diseño es una constante, 420 pares de guantes por día (tasa de
producción obtenida según requerimiento de la industria).
Tamaño de hormas
Definición Conceptual: “cantidad de volumen en el espacio” (Pág. 975) que
ocupan las hormas (Enciclopedia McGraw Hill, 2011).
Definición Operacional: el tamaño de hormas se establece según las
especificaciones del guante que se va a producir. Para este diseño, el guante a
producir es de tipo doméstico, por lo que la altura de las hormas se encuentra
entre 14 y 16 pulgadas.
25
2.4.2 Variables dependientes
Dimensiones de los platos de hormas
Definición Conceptual: “longitud, extensión o volumen” (Pág. 453) de los platos
de hormas, (Enciclopedia McGraw Hill, 2011).
Definición Operacional: las dimensiones de los platos de hormas son
establecidas en base a la tasa de producción diaria, ya que se determinan el
número de hormas que debe contener cada plato de hormas para poder cumplir la
tasa de producción diaria establecida.
Dimensiones de tanques
Definición Conceptual: “longitud, extensión o volumen” (Pág. 453) de los
tanques de inmersión (Enciclopedia McGraw Hill, 2011).
Definición Operacional: las dimensiones de los tanques son establecidas a partir
del tamaño de las hormas, así como del plato que contiene las mismas.
Dimensiones de horno
Definición Conceptual: “longitud, extensión o volumen” (Pág. 453) del horno
(Enciclopedia McGraw Hill, 2011)
Definición Operacional: las dimensiones del horno se determinan en base a la
tasa de producción, el tamaño del plato de hormas y el tamaño de horma a utilizar.
Se establece en base a cumplir con la tasa de producción establecida.
26
2.5 ALCANCES Y LÍMITES
Alcances
Esta tesis se basó en la realización del diseño de una línea de inmersión para la producción de
guantes a partir de látex natural en Guatemala. El establecimiento de las dimensiones de la
línea se determinó mediante cuatro variables independientes, la tasa de producción de
guantes; el tamaño de horma el cual está especificado según el tipo de guante a producir, en
este caso es un guante domestico por lo que el largo de la horma se encuentra entre 14 y 16
pulgadas; el tiempo total en la línea de inmersión y el tiempo total en el horno. El tiempo en
el horno es el cuello de botella del proceso, a partir de él se establecieron las dimensiones de
los equipos acorde a cumplir la tasa de producción deseada. Se determinó el tamaño de los
equipos a partir de las cuatro variables independientes.
El objetivo del trabajo fue realizar el diseño (forma) y el establecimiento de las dimensiones
(tamaño) de la línea de inmersión para la producción de guantes, así como todos los equipos
necesarios para el mismo, como el horno, que es necesario para el proceso de secado y
vulcanización del hule, luego de formada la película encima de la horma.
Para este trabajo no se tomaron en cuenta cotizaciones para poder hacer un análisis de los
costos que representaría el montaje de esta línea, no se especificaron las materias primas que
se pueden utilizar en la mezcla de vulcanizantes, acelerantes y estabilizantes.
El propósito de este trabajo fue proporcionar una herramienta a cualquier empresario
guatemalteco, que se relacione con la industria del hule, para poder realizar un proceso de
industrialización del mismo, ya que el 95% del hule que se produce en Guatemala es
exportado como materia prima y no como un producto final. Asimismo se puede obtener un
valor agregado al producir guantes y no solamente vender el látex como materia prima a
otros países.
27
Límites
Un objetivo que no se incluyó en este trabajo es la realización del análisis de los costos que
representarían el montaje de una línea de inmersión que plantea este diseño, esto podría
proporcionar a empresas interesadas en desarrollar una industria de este tipo visión más
profunda respecto al negocio, aunque debido a que es un diseño propio, es difícil determinar
costos de mercado de los equipos necesarios. Para conocer costos de producción, se podrían
plantear las materias primas específicas para la mezcla de vulcanizantes, acelerantes y
estabilizantes, aunque debido a la variedad de compuestos químicos que se pueden utilizar
para realizar estas funciones y a las proporciones de los mismos utilizados en la fórmula para
la mezcla, no se especificarán las mismas.
28
2.6 APORTE
El principal aporte de esta investigación es la creación de un diseño de equipo para la
producción de guantes, dimensionamiento del mismo en dependencia a una tasa de
producción y tamaño de guantes a producir.
A las industrias dedicadas al procesamiento y exportación de látex en Guatemala, una
herramienta que incremente la capacidad de diversificar la comercialización del látex que se
exporta, ofreciendo productos de mayor valor agregado.
A los pequeños empresarios, una opción de negocios con una materia prima que se extrae en
nuestro país, lo cual les proporciona ventajas competitivas respecto a industrias que se
dedican a la producción de guantes que exportan a nuestro país, ya que montando una
empresa dedicada a esta actividad pueden eliminar costos de transporte y aranceles.
A la Universidad Rafael Landívar, un artículo que sea una herramienta útil para cualquier
guatemalteco que desee montar una empresa. Asimismo, puede servir como documento de
consulta para cualquier estudiante que desee realizar estudios acerca tanto del látex, como de
la producción de guantes.
A Guatemala, la capacidad de ser uno de los países que poseen industrias dedicadas a la
manufactura del látex, para no solamente exportar esta materia prima, dándole así mayor
valor agregado a sus productos de exportación.
29
III. MÉTODO
3.1 SUJETO
Unidad de Análisis: Proceso de producción de guantes a partir de látex natural.
Sujeto: Roberto Antonio Cahueque Acosta, quien posee experiencia 15 años de
experiencia y publicó en el año 2,008 el trabajo de graduación Evaluación de dos
agentes coagulantes para látex natural, en la fabricación por inmersión de guante tipo
doméstico.
3.2 INSTRUMENTOS
Entrevista: Se realizó una entrevista al señor Roberto Cahueque Acosta, de la cual se
obtuvo información general acerca del proceso de industrial de vulcanización del
caucho. (Ver Anexo No. 5)
Equipos a utilizar en la línea de inmersión: Se incluirán equipos de los cuales se
obtuvo una cotización ya que son pocos los proveedores en el mercado (Ver Anexo
No. 3).
o Hormas de Cerámica: Para el proceso de producción de guantes la horma puede
ser fabricada de distintos materiales, aunque el material preferido es de tipo
cerámico (Ver tabla 2, Resumen Crítico del Marco Teórico). Se solicitó una
cotización de hormas a la empresa CeramTec. Para la fabricación de guantes de
tipo doméstico, los tamaños de horma que se recomiendan para la región
centroamericana son 7, 8, 9 y 10 (Ver Anexo No. 5), las cuales poseen una
longitud entre 14 y 16 pulgadas, y la base de la horma mide 3.5 pulgadas de ancho
por 4 pulgadas de largo. A continuación se muestra una imagen de las hormas:
30
Figura No. 5: Hormas Cerámicas
Fuente: Ceramtec (2,011)
o Horno: Se solicitó una cotización de un horno a una empresa dedicada a la
fabricación de hornos en Guatemala, el cual se puede utilizar para el proceso de
fabricación de guantes, las especificaciones son las siguientes:
Dimensiones de la cámara interior: 65” de ancho x 35” de fondo x 75” alto.
Horno de convección semiautomático.
2 puertas aisladas.
Cámara exterior e interior de lámina negra pintada al horno.
Temperatura por medio de 4 quemadores de gas de 90 BTU hora c/u (aprox.)
Rango de temperatura 40º C a 120º C.
Alarma de seguridad en caso falle la llama.
Control de temperatura electrónico programable. Tipo PID.
Estabilidad de +/- 5 ºC.
Flujo de aire interno para una uniforme operación.
2 Entrepaños ajustables.
Paredes de aisladas con fibra de vidrio.
Voltaje de 120 VAC 7 Amp, 60 Hz.
31
Figura No. 6: Horno Convección
Fuente: Metalab (2,011)
o Polipasto Eléctrico: se solicitó una cotización de un polipasto eléctrico de dos
toneladas a una empresa en nuestro país dedicada a la comercialización de los
mismos. Y fueron proporcionadas las siguientes especificaciones:
Capacidad: 2,000 kilos
Ramales de Cadena: 2
Motor: 1.5 kW-0.37kW
Velocidad alta de elevación: 4 metros por minuto.
Velocidad baja de elevación: 1 metro por minuto.
32
Figura No. 7: Polipasto Eléctrico
Fuente: Solarsa (2,011)
33
3.3 PROCEDIMIENTO
3.3.1 Dimensionamiento de equipo
Diagrama de bloques para el establecimiento de las dimensiones del equipo
Determinar Tiempo
Total ProducciónVariable: Tiempo de Residencia
Tipo: Intensiva
Establecer Numero
de Hormas por PlatoVariable: Tasa de Producción
Tipo: Intensiva
Calcular Dimensiones
del Plato de HormasVariable: Numero de Hormas por Plato
Tipo: Extensiva
Definir Dimensiones
Tanques de Inmersión
Variable: Dimensiones Plato Hormas
Tipo: Extensiva
Variable: Tamaño de Hormas
Tipo: Extensiva
Especificar Dimensiones
Carro de Inmersión
Variable: Dimensiones Tanques Inmersión
Tipo: Extensiva
Variable: Dimensiones Plato Horma
Tipo: Extensiva
Establecer Dimensiones
Carro de HorneoVariable: Dimensiones Plato Hormas
Tipo: Extensiva
Determinar Dimensiones
HornoVariable: Dimensiones Carro Horneo
Tipo: Extensiva
Procedimiento Tipos de Variables
34
3.4 DISEÑO Y METODOLOGÍA ESTADÍSTICA
No aplica debido a que el objetivo de este trabajo es el diseño de una línea de inmersión
para la producción de guantes a partir de látex natural en Guatemala, por lo que no se
aplica un método estadístico.
35
IV. PRESENTACIÓN Y ANÁLISIS DE RESULTADOS
4.1 Dimensiones de los Equipos
Tabla No. 3: Tiempos por Estaciones de Trabajo
Estación de Trabajo Tiempo Total
(minutos)
Operarios requeridos
Línea de Inmersión 52.8 2
Horno 60
Fuente: Elaboración propia (2,011)
Tabla No. 4: Requerimientos y Dimensiones Plato de Hormas
Material de Construcción Número de Hormas Dimensiones (Pulgadas)
Acero 20 Largo 28
Ancho 28
Fuente: Elaboración propia (2,011)
Tabla No. 5: Dimensiones de Tanques # 1, 2 y 5
Material de Construcción Capacidad (Litros) Dimensiones (Pulgadas)
Acero o Hierro Negro 454 Alto 24
Largo 34
Ancho 34
Fuente: Elaboración propia (2,011)
36
Tabla No. 6: Dimensiones de Tanques # 3 y 4
Material de Construcción Capacidad (Litros) Dimensiones (Pulgadas)
Acero o Hierro Negro con
pintura resistente a la
corrosión
588 Alto 24
Largo 44
Ancho 34
Largo Agitador 20
Fuente: Elaboración propia (2,011)
Tabla No. 7: Dimensiones del Carro de Inmersión
Material de Construcción Capacidad Dimensiones (Pulgadas)
Acero 1 Plato de Hormas Alto 81
Largo 77
Ancho 46
Fuente: Elaboración propia (2,011)
Tabla No. 8: Dimensiones del Carro de Horneado
Material de Construcción Capacidad Dimensiones (Pulgadas)
Acero o Hierro Negro
con pintura resistente al
calor
1 Plato de Hormas Alto 64
Largo 60
Ancho 30
Fuente: Elaboración propia (2,011)
37
Tabla No. 9: Dimensiones del Horno
Parámetros del Horno Dimensiones (Pulgadas)
Temperatura 100-120 ºC Alto 75
Material de Construcción Acero Largo 65
Capacidad 6 Platos de Hormas Ancho 35
Fuente: Elaboración propia (2,011)
38
4.2 Diseño de la Línea de Inmersión para la producción de guantes
4.2.1 Diseño del Proceso Completo
Descansador
Horno
Carro de
Horneado
Polipasto
Desmoldeo
Carro de
Inmersión
Polipasto Salida
34"
34"
44"
44"
34"
6"
6"
6"
6"
65"
35"
34"3" 3" 40"
36"
240"
80"
Linea de
Inmersión
60"60"
229"
204"
Proceso Completo
Descansador
Fuente: Elaboración propia (2,011)
39
4.2.2 Diseño de la Línea de Inmersión
4.2.2.1. Vista Superior
1
2
3
4
5Partes de la Linea de Inmersión:
1. Tanque Limpiador de Hormas.
2. Tanque Agua Caliente.
3. Tanque Coagulante.
4. Tanque Látex.
5. Tanque Agua Caliente.
6. Carro de Inmersión.
7. Rieles para Carro de Inmersión.
Linea de Inmersión
(Vista Superior)
6
7 7
Fuente: Elaboración propia (2,011)
40
4.2.2.2. Vista Perfil
4"
24"
12"
30"
16"
20"
10"
8"8"
8"
23"Tanque 1 Tanque 2 Tanque 3 Tanque 4 Tanque 5
Linea de Inmersión
(Vista Perfil)
4"
Fuente: Elaboración propia (2,011)
41
4.2.3 Diseño del Carro de Inmersión
Tanque
Suelo
34"1" 1"2" 2" 40"
4"
10"
8"
18"
16"
Plato de Moldes
Contraplato de Moldes
Marco del Polipasto
Manivela
Control de Traslado del
Carro a traves de la
Línea
5"
20"
Fuente: Elaboración propia (2,011)
42
4.2.4 Diseño del Contra-Plato
Soporte para Polipasto
Palanca cierre barras
Barras que aseguran
plato
Manivela
12"
4"
34"
Fuente: Elaboración propia (2,011)
43
4.2.5 Diseño del Plato de Moldes y su Soporte
4.2.5.1 Vista de la Posición de los Moldes en el Plato
2"
3.5" 2"2"2"2"2"2"
2"
2"
2"
2"
3.5" 3.5" 3.5" 3.5"
4"
4"
4"
4"
28 “
28 “
Fuente: Elaboración propia (2,011)
44
4.2.5.2 Vista Superior Frontal del Plato de Moldes
28 “
28"
11"
6"
2"
6" 6"6" 6"1" 1"0.6" 0.6" 0.6"
24"
Fuente: Elaboración propia (2,011)
4.2.5.3 Vista Frontal Soporte de Moldes
Guía del Soporte de
Moldes
Horma de Guante
Platina (Soporte Moldes)
Plato de Moldes
4"
2"
1"1"
Soporte de Moldes
Fuente: Elaboración propia (2,011)
45
4.2.5.4 Guía para el Soporte de Moldes
28"
1"
Fuente: Elaboración propia (2,011)
46
4.2.5.5 Vista Superior Soporte para Moldes
1" 4" 1"
6"
4"
1"
2"
2"
4"
4"
4"
4"
1"
1"
1"
Fuente: Elaboración propia (2,011)
47
4.2.5.6 Vista Completa Soporte para Moldes
2"
28"
6"
4"
4"
Fuente: Elaboración propia (2,011)
48
4.2.5.7 Diseño Platina (Vista Frontal)
Molde
Platina
Tornillos
Fuente: Elaboración propia (2,011)
49
4.2.6 Diseño de los Tanques # 1, 2 y 5
24"
12"
34"
34"
Fuente: Elaboración propia (2,011)
50
4.2.7 Diseño de los Tanques # 3 y 4
Nivel del Líquido
Reductor
Motor
34 “
24"
34" 10"
Fuente: Elaboración propia (2,011)
51
24"
12"
34" 10"
Fuente: Elaboración propia (2,011)
52
4.2.8 Diseño del Carro de Horneado
20"
20"
20"
4"
2"
2"
2"
30"
Fuente: Elaboración propia (2,011)
53
29"2"
29"
20"
20"
20"
4"
2"
2"
2"
Fuente: Elaboración propia (2,011)
54
4.2.9 Diseño del Descansador de Platos
2"
34"
2"29" 29"
Fuente: Elaboración propia (2,011)
55
4.2.10 Diseño del Polipasto de Desmoldeo y de Salida
100"
Llantas
Fuente: Elaboración propia (2,011)
56
4.3 Diagramas del Proceso
4.3.1 Diagrama de Operaciones del Proceso
Figura No. 8: Diagrama de Operaciones
1
2
3
4
Colocar Plato Moldes en
Carro de Inmersión
Inmersión en Tanque 1
Inmersión en Tanque 2
Agua
Coagulante
Inmersión en Tanque 3
Látex
5 Inmersión en Tanque 4
EDTA
7
Agua
Inmersión en Tanque 5
Proceso Producción Guantes
Horneo de Guantes11
Desmoldeo de Guantes
2Revisión de Guantes
(Vulcanización)
6
1
Girar Plato de Hormas
Revisión Pelicula de Látex
en Hormas
3Revisión de Guante
Terminado
Descripción Proceso: Fabricación de Guantes de Látex
0.8 min
1.8 min
1.8 min
0.6 min
0.5 min
0.5 min
0.5 min
1.8 min
60.0 min
0.5 min
0.5 min
2.0 min 12
10Transferencia Plato de
Hormas a Carro de Horneo
0.3 min
8Transferencia Plato de Hormas a Descansador
0.5 min
9Transferencia Plato de
Hormas a Polipasto Salida0.3 min
57
Tabla No. 10: Resumen DOP
EVENTO NÚMERO TIEMPO
Operaciones 12 70.9 minutos
Inspección 3 1.5 minutos
Fuente: Elaboración propia (2,011)
58
4.3.2 Diagrama de Flujo de Operaciones del Proceso
Tabla No. 11: Diagrama de Flujo de Operaciones
Descripción de la
Actividad
Símbolo Tiempo Distancia
(pulgada)
Método Recomendado
Colocar plato moldes en
carro inmersión
0.8 min 114” Utilizar el Polipasto de
Desmoldeo
Inmersión Tanque 1 1.8 min 40”
Inmersión Tanque 2 1.8 min 50”
Inmersión Tanque 3 0.6 min 50”
Inmersión Tanque 4 0.5 min 40”
Girar Plato de Hormas 0.5 min 0”
Revisión Película de
Látex en Hormas
0.5 min 0”
Inmersión Tanque 5 1.8 min 0”
Transferencia Plato de
Hormas a Descansador
0.5 min 0” Utilizar Carro de
Inmersión
Transferencia Plato
Hormas a Polipasto de
salida
0.3 min 0” Utilizar Polipasto para
levantar plato de hormas
del descansador
Transporte Plato de
Hormas a área del Carro
de Horneo
0.3 min 200” Traslado no rápido para
evitar daños a la horma
Transferencia Plato de
Hormas a Carro de
Horneo
0.3 min 0” Utilizar Polipasto de
salida
Transporte Carro de
Horneo a Horno
0.3 min 40” Traslado no rápido para
evitar daños a la horma
Horneo de Guantes 60.0 min 0”
Revisión de Guantes 0.5 min 0”
59
Transporte Carro de
Horneo a Área de
Desmoldeo
0.5 min 433” Utilizar guantes ya que el
carro de horneo se
encuentra caliente
Desmoldeo de Guantes 2.0 min 0”
Revisión Guante
Terminado
0.5 min 0”
Totales 12 3 0 3 0 73.5 967”
Fuente: Elaboración propia (2,011)
Tabla No. 12: Resumen DFOP
EVENTO NÚMERO TIEMPO DISTANCIA
Operaciones 12 70.9 minutos 294”
Inspección 3 1.5 minutos 0”
Transporte 3 1.1 minutos 673”
Fuente: Elaboración propia (2,011)
60
4.3.3 Diagrama del Recorrido del Proceso
Figura No. 9: Diagrama de Recorrido
Horno
Carro de
Inmersión
Linea de
Inmersión
1
2
1
3
2
3
4
5
6
1
7
8
Polipasto Salida
9
10
Carro Horneo
2
Descansador
Polipasto
Desmoldeo
11
123
Descansador
Fuente: Elaboración propia (2,011)
61
4.4 Balance de Masa y Energía del Proceso
Figura No 10: Balance de Masa
Fuente: Elaboración propia (2,011)
Tabla No. 13: Balance de Energía
Calor Cantidad Eficiencia
Combustible 922614 kJ/día 85%
Elevación temperatura a temperatura ebullición (agua) 5983 kJ/día
Cambio de fase de agua 46377 kJ/día
Elevación temperatura caucho 5586 kJ/día
Vulcanización caucho 726276 kJ/día
Fuente: Elaboración propia (2,011)
62
V. DISCUSIÓN DE RESULTADOS
5.1 Descripción Completa de la Línea de Inmersión para la producción de guantes
5.1.1 Descripción del Proceso Completo
El proceso completo de la línea de inmersión es de tipo híbrido (mezcla continuo y por
lotes), ya que el proceso consiste en la inmersión de un plato de hormas en 5 tanques
mediante un carro móvil, por lo que se puede considerar a cada plato de hormas como un
lote. El proceso inicia con la transferencia de un plato de hormas (moldes con forma de
una mano) al carro móvil de inmersión, el cual se transfiere con la ayuda del polipasto del
carro de inmersión desde el descansador a la entrada de la línea. El proceso que ocurre en
la línea de inmersión se describe en el apartado del Diseño y Descripción de la línea de
inmersión (sección 5.1.2).
Después del paso del molde por la línea de inmersión, el mismo posee una película de
látex en su superficie (la cual posteriormente formará el guante), pasa al descansador de
platos, esto realizado con la ayuda del polipasto del carro móvil. Posteriormente, el plato
de moldes es transferido al carro de horneado con la ayuda del polipasto de salida, el cual
ingresa al horno para llevar a cabo el proceso de secado y vulcanización. Luego de salir
del horno, el látex va completamente seco y vulcanizado.
El carro de horneado es llevado al área de desmoldeo, en la cual los platos de hormas son
transferidos al polipasto de desmoldeo. El proceso de desmoldeo se realiza con la ayuda
del polipasto de desmoldeo, el procedimiento consiste en colocar el plato de hormas a
una altura en la cual el operario pueda desmoldar los guantes con facilidad, para luego el
plato con los moldes ya sin látex es trasladado al descansador de entrada nuevamente,
para que pueda ser ingresado a la línea de inmersión.
63
5.1.2 Descripción de la Línea de Inmersión
La línea de inmersión consiste en una serie de 5 tanques y un carro móvil de inmersión.
Los 5 tanques están situados en serie, esto es para agilizar la inmersión en cada uno de los
tanques mediante un equipo (carro móvil de inmersión) que cumpla esta función. Los
tanques número 3 y 4 poseen un diseño y tamaño distinto a los demás tanques, esto es
debido a las condiciones que requieren los materiales que contienen estos tanques
específicos. Como se puede observar en la vista superior (Ver Diseño de la Línea de
Inmersión, Sección 4.2.2), a cada uno de los lados de la línea de tanques se encuentran
rieles, estos hacen posible el movimiento del carro móvil a través de toda la línea de
inmersión. El proceso de la línea de inmersión consiste en, como su nombre lo indica, la
inmersión del plato de hormas en cada uno de los tanques, cada uno de ellos posee
distintos materiales (algunos considerados como insumos y otros como materias primas),
los cuales cumplen con una función específica dentro del proceso. El proceso de
inmersión del plato de moldes se realiza por medio de un dispositivo de movimiento
vertical que se encuentra en el carro móvil, el mismo se describirá más adelante en la
sección de Descripción del Carro de inmersión, sección 5.1.3.
El tanque número 1, llamado Tanque Limpiador de hormas, contiene una solución de
EDTA (considerado como insumo), el cual se puede manejar con una temperatura de
70 °Celsius, según Barrios (2,010). Este tanque posee una forma rectangular simple, esto
es debido a que no se requiere ninguna condición en específico para este material
(solamente la temperatura). El propósito de realizar una inmersión de los moldes en este
tanque es efectuar una limpieza general del molde, eliminar metales pesados y precipitar
los compuestos que conforman el agua dura, según Barrios (2,010), así como de trazas de
compuestos cálcicos que pueden formarse por la adición de coagulante (agregado en el
tanque 3). Las trazas de compuestos cálcicos se pueden formar debido a que la película
de coagulante se adhiere al molde antes que la película de látex, por lo que al realizar el
desmoldeo del látex ya vulcanizado, en la parte interior (entre el látex y el molde),
pueden formarse estas trazas de compuestos cálcicos. El tiempo de residencia en el
tanque es de 55 segundos, según Cahueque (2,008)
64
El tanque número 2, llamado Tanque de Agua, se puede manejar a una temperatura en un
rango entre 60 °Celsius, según Barrios (2,010). El propósito de realizar una inmersión de
los moldes en este tanque es efectuar una limpieza general y remover completamente
trazas de la solución de EDTA agregada en el tanque anterior, para que estas no afecten
la acción del coagulante, el cual será agregado en el siguiente tanque. Este tanque posee
una forma rectangular simple, esto es debido a que no se requiere ninguna condición en
específico para este insumo (solamente la temperatura). El tiempo de inmersión en este
tanque es de 55 segundos, según Cahueque (2,008)
El tanque número 3, llamado Tanque de coagulante, “e puede utilizar una solución
acuosa de nitrato de calcio, en un rango de concentración entre 15-40% como coagulante,
la temperatura de la solución es de 30 °Celsius según Cahueque (2,008). El propósito de
realizar una inmersión de los moldes en este tanque es agregar el compuesto que
producirá una coagulación de las moléculas del látex, por lo cual las mismas se
aglomerarán y quedarán adheridas al molde, para posteriormente ser vulcanizadas. Este
tanque posee un diseño distinto a los anteriores tanques, esto se explicará más adelante.
El tiempo de inmersión en el tanque es de 30 segundos, según Cahueque (2,0010). El
calentamiento de la solución se realizará mediante un serpentín, debido a que no se
requiere una temperatura muy alta, se utilizará gas propano como combustible.
El tanque número 4, llamado Tanque de Látex, contiene una solución formada por látex y
una dispersión que contiene una mezcla de vulcanizantes, acelerantes, y otros compuestos
con distintas funciones, los cuales llevan a cabo la reacción de vulcanización de las
moléculas de látex, para poder formar el guante. (Para una mayor descripción de la
dispersión de vulcanizantes ver la sección Materias Primas, Sección 1.2.9). El propósito
de realizar una inmersión de los moldes en este tanque es formar la película de látex
encima del molde, esta película es la que formará el guante. El tiempo de residencia en
este tanque es de 20 segundos, el cual depende del calibre que se desee para el guante a
fabricar.
El tanque número 5, llamado Tanque de Agua Caliente, al igual que el tanque número 2,
cumple con una función de limpieza, la cual está destinada a la parte exterior de la capa
de látex. Asimismo se desea la remoción de excesos de coagulante que se pueden
65
encontrarse en los moldes. La temperatura del agua debe ser de 50 °Celsius y el tiempo
de residencia es de 90 segundos, según Cahueque (2,008). El diseño del tanque es igual al
diseño de los primeros 2 tanques, esto es debido a que no se requiere ninguna condición
en específico para este insumo (solamente la temperatura).
A continuación se proporciona una descripción más detallada del diseño de los tanques 3
y 4. El diseño de estos tanques difiere de los demás tanques, el mismo es rectangular con
un trapecio en uno de los extremos. En el espacio añadido (trapecio) se coloca un
agitador, el cual se utiliza para darle movimiento al fluido. Asimismo se puede observar,
en el diseño de la sección 4.2.7, que el tanque posee un falso fondo, el mismo sirve para
controlar el régimen del movimiento del fluido y para retener coágulos (que se pueden
formar en dependencia de la calidad del látex) y otros contaminantes (cualquier residuo
que no haya podido ser removido en los tanques anteriores. Asimismo cumple mantener a
la solución homogénea, y en el caso particular del látex, para evitar que se forme una nata
en la superficie del producto. El régimen de movimiento del fluido debe ser laminar, ya
que si el mismo fuera turbulento, la película de látex o coagulante agregada al molde no
sería uniforme, por lo cual el guante tendría defectos. Las flechas que se observan en el
diseño (Sección 4.2.7) indican la dirección del flujo del líquido, esto se obtiene gracias a
que el agitador realiza un efecto de succión. Asimismo se observa que este tanque debe
estar equipado con un motor, el cual está regulado con un reductor de velocidad, para así
poder controlar la velocidad del agitador, para que el régimen de flujo se mantenga
laminar.
Los 5 tanques deben poseer mecanismos para el control de la temperatura del material
que contengan, así mismo debe poseer un mecanismo para que los tanques puedan ser
totalmente cerrados, para cuando se detenga la producción al terminar un turno, no se
contamine el producto.
66
5.1.3 Descripción del Carro de Inmersión
La función del carro de inmersión es trasladar el plato de moldes a través de la línea de
inmersión, para que los moldes puedan ser sumergidos en cada uno de los tanques. El
carro de inmersión consta de una parte en la cual se encuentra un espacio destinado al
operador, en la misma también se encuentra dispositivo para el control del traslado del
carro de inmersión a través de la línea, cuya función consiste en controlar el movimiento
del carro a través de los rieles, por lo que el operador es capaz de controlar la posición del
carro móvil a través de la línea de inmersión.
El carro móvil también cuenta con un polipasto eléctrico (con su respectivo marco), la
función del mismo es controlar la altura del plato de moldes, por lo cual, al encontrarse el
plato de moldes encima de un tanque, el operador, a través del polipasto, puede bajar el
plato de moldes hasta una altura en que se realice la inmersión y posteriormente subir el
plato de moldes para poder pasar al siguiente tanque. El polipasto es eléctrico, por lo cual
la altura de traslado y la altura de inmersión están controladas, mediante el uso de un
botón para subir y bajar el plato de moldes.
El polipasto sujeta el contra-plato del plato de moldes, este posee la función de sostener
el plato de moldes, la descripción del mismo se proporcionará en la sección “Descripción
del Contra-plato”, sección 5.1.4. El contra-plato está unido al marco del polipasto
mediante tubos concéntricos, los cuales sirven de soporte para el mismo; al subir el
contra-plato, con la ayuda del polipasto, el tubo interior sube y el tubo exterior queda en
su posición. El uso de los tubos concéntricos es importante, ya que evitan que el contra-
plato, al subir o bajar, posea un movimiento vibratorio, el cual afectaría la calidad final
del guante, ya que la película formada no sería completamente uniforme.
67
5.1.4 Descripción del Contra-Plato
El contra-plato es un dispositivo que cuenta con distintas funciones, las cuales serán
descritas a continuación. El contra-plato se divide en dos partes, la parte de soporte para
el plato de moldes (parte inferior), y la parte que hace posible el movimiento para el plato
de moldes (parte superior). En la parte inferior del contra-plato se encuentra la parte que
soporta al plato de moldes, la misma cuenta con una palanca para controlar el
movimiento de dos barras, las cuales sirven para asegurar el plato de moldes.
La parte superior hace posible el movimiento del plato de moldes, esta parte es
importante debido a que es necesario girar 180 grados el plato de moldes (para
cualquiera de los dos lados), esto es para evitar el efecto de la gota. Al sacar las hormas
de la solución de látex, queda un exceso de solución en las puntas de los dedos de la
horma, a este exceso se le llama efecto de la gota. Este movimiento se realiza con la
ayuda de una manivela, la cual está acoplada a una barra que atraviesa la parte superior
del contra-plato, por lo que el contra-plato se puede girar, y por ende, el plato de moldes.
Con este movimiento, el exceso en las puntas de los dedos se elimina, ya que por
gravedad, los excesos se deslizan hacia la palma de la mano sobre la misma película de
látex.
5.1.5 Descripción del Plato de Moldes y su Soporte
Descripción de la Posición de los Moldes en el Plato
Según el dimensionamiento del equipo (marco IV), cada plato de moldes cuenta
con 4 filas y 5 columnas, por lo cual el plato porta 20 moldes. Cada molde, en su
parte inferior, posee forma de elipse, esta elipse mide 4 pulgadas de largo por 3.5
pulgadas de ancho. Los moldes se describirán en la sección “Especificaciones de
las hormas”, sección 5.1.10. Entre cada molde existe un espacio de 2 pulgadas,
este espacio es suficiente para que el operario pueda realizar el proceso de
desmoldeo para remover el guante del molde.
68
Descripción de la Sección Superior Frontal del Plato de Moldes
En la vista superior frontal del plato de moldes (Sección 4.2.5.2) pueden
observarse dos agarradores, los mismos sirven como entrada para las barras de
soporte del contra-plato, con las cuales se asegura el plato de moldes. Asimismo,
se pueden observar 4 guías, las cuales corresponden a cada una de las filas del
plato de moldes, estas sirven de para sostener el soporte de moldes, el cual se
describirá posteriormente.
Descripción de la Sección Frontal Soporte de Moldes
En la vista de esta sección (Sección 4.2.5.3) se puede observar el soporte para
moldes, el cual se encuentra dentro de las guías que se encuentran en la parte
inferior del plato de moldes, estas guías van soldadas al plato de moldes. El
espacio entre las guías es de 6 pulgadas (4 pulgadas del largo del molde y 2
pulgadas extra del largo del soporte de moldes). Es de suma importancia que el
soporte de moldes quede ajustado en las guías, con esto se asegura que no exista
vibración de los moldes, ya que esto crearía defecto en el guante. También se
puede observar la platina, la cual asegura el molde al soporte de moldes; la
descripción de la misma se realizará más adelante (sección 5.1.5.7).
Descripción de la Guía para el Soporte de Moldes
La guía del soporte de moldes mide 28 pulgadas de largo, el mismo largo que
posee el plato de moldes. La guía mide 1 pulgada de ancho, este espacio es
necesario para que ingrese el soporte de moldes.
Descripción de la Sección Superior Soporte para Moldes
En la vista superior (Sección 4.2.5.5) se pueden observar las 5 platinas que van en
cada una de las filas, a cada uno de estos se le coloca un molde, las mismas
69
poseen medidas de 4 pulgadas de largo por 4 pulgadas de ancho, esto es debido a
que los sostenedores son un poco más largos que los moldes.
Descripción de la Sección Completa Soporte para Moldes
En la vista de la sección completa (Sección 4.2.5.6) se observa más
detalladamente el soporte para moldes, en la parte superior del mismo se
encuentran 6 láminas, las cuales sirven como soporte en las guías del plato de
moldes, las mismas deben estar hechas a la medida para asegurar que estas se
ajusten en las guías y no exista vibración. Las láminas verticales que se observan
unen las láminas superiores a las platinas, estas miden 2 pulgadas de alto. En la
parte inferior del soporte se encuentran las platinas, las mismas sirven de
agarradores del molde, la descripción de las mismas se mostrará a continuación.
Descripción de la Platina
En el diseño de la platina (Sección 4.2.5.7) se puede observar la forma de la
platina, la forma de la misma es debido a que el molde es hueco, por lo que en la
parte superior posee un espacio, en el cual entra la platina y es sujetada y
asegurada por medio de un par de tornillos.
5.1.6 Diseño y Descripción del Carro de Horneado
El carro de horneado se utiliza para, como su nombre lo indica, hornear el guante, y por
lo tanto, llevar a cabo el proceso de secado y vulcanización. El mismo tiene capacidad de
6 platos de moldes, los cuales son recibidos del polipasto de salida. Como se observa en
el diseño el carro es un esqueleto, no posee paredes, esto es para favorecer el paso de aire
a través de los moldes, por lo que todos los moldes tendrán contacto con el aire caliente
circundante en el interior del horno. Para asegurar un proceso continuo, se deben contar
por lo menos con 4 carros de horneo; uno se encontrara en el interior del horno, otro en el
70
área de desmoldeo, otro en el área de salida de la línea de tanques, y el ultimo se utilizaría
si existiera algún tipo de problema con cualquiera de los carros.
5.1.7 Descripción del Descansador de Platos
El descansador de platos se utiliza para recibir los platos de molde de la línea de tanques
de inmersión, así como para recibir el plato de moles luego del proceso de desmoldado,
estos dos procesos se realizan con la ayuda de los polipastos. El mismo se encuentra en
una posición fija (tanto a la entrada como a la salida de la línea de inmersión) y su
función es la agilización del proceso en la línea de inmersión, ya que al estar listo un
plato de hormas, el operador puede trasladar de una vez el mismo al descansador e ir por
un nuevo plato de hormas, por lo cual no se ve interrumpido el proceso. Posee una
capacidad de dos platos. Su diseño es igual al del carro de horneo, es solamente un
esqueleto.
5.1.8 Descripción del Polipasto de Desmoldeo y de Salida
El polipasto, tanto de desmoldeo como de salida, debe poseer una altura de 100
pulgadas, con esta altura es suficiente para que se puedan tomar los platos de moldes
del descansador de platos y colocar los mismos en los carros de horneado. El
funcionamiento del mismo es de tipo manual. La función del polipasto de salida es
trasladar los platos de moldes del descansador hacia el carro de horneo. La función del
polipasto, que se encuentra en el área de desmoldeo, es tomar los platos de hormas del
carro de horneo y servir como soporte para el proceso de desmoldado, para
posteriormente colocar el plato en el descansador a la entrada de la línea. Luego de este
proceso, el plato de moldes está listo para entrar nuevamente a la línea de inmersión.
5.1.9 Materiales de Construcción de los Equipos
Para la construcción de todas las partes del plato y contra-plato de moldes, incluida la
platina, se debe utilizar acero de alta dureza, esto es para que el material no sufra
71
alguna deformación o quebradura, provocando una caída de las hormas y por lo tanto la
quebradura de las mismas. El material de construcción de los tanques deberá permitir
una fácil limpieza y hacer fácil la remoción de hule, debe ser resistente a la corrosión,
por lo que se recomienda acero inoxidable, aunque se pueden fabricar de hierro negro
(más barato) y deben poseer pintura epóxica, la función de la misma servir como
sistema de protección para el hierro, ya que evita la corrosión en el hierro, por lo que le
provee una larga vida a los tanques. Los descansadores y el carro de horneado se
pueden fabricar de hierro negro con pintura epóxica, ya que no poseen contacto con
ningún material del proceso, solamente sirven como sostén. Al carro de horneado se le
debe aplicar pintura resistente al calor, debido al proceso de horneado.
5.1.10 Especificaciones de las Hormas
Los moldes pueden fabricarse de madera, metal o cerámica, cada material posee sus
ventajas y desventajas. La mejor opción para el material del molde es la cerámica, ya
que la madera se deforma por calor, por lo que al ingresar el molde al horno se
deformaría; asimismo, el costo de un molde metálico en comparación con un molde
cerámico es más alto. Al utilizar un molde cerámico, se debe manejar con mucha
precaución, ya que si el mismo cae al suelo se quiebra, por lo mismo, en el diseño de la
línea de inmersión, se han colocado diversos dispositivos (polipasto eléctrico, soporte
para moldes, descansadores a la entrada y salida de la línea de inmersión) para asegurar
el molde.
Según el tipo de guante, la altura del molde varia, así como el grueso de los mismos, el
diseño presentado en este trabajo está realizado para hormas que posean una altura
entre 14 y 16 pulgadas, si la altura es mayor, se deben realizar modificaciones en las
dimensiones de los equipos de la línea de inmersión.
72
5.1.11 Especificaciones del Horno
El tipo de horno que debe utilizarse en este proceso es de convección, ya que el calor
debe ser transferido a la película de látex a través de aire caliente. El horno debe de
poseer un límite máximo de temperatura de 120 °Celsius, ya que si la temperatura es
mayor a este valor, el caucho se degrada, por lo cual el guante que se produce no posee
condiciones óptimas de calidad. El horno debe poseer un tamaño adecuado para que
pueda ingresar el carro de horneado, y tampoco debe ser muy grande para poder utilizar
la menor cantidad de energía para lograr la temperatura interior deseada; por lo que las
dimensiones adecuadas el diseño propuesto en esta tesis son 75 pulgadas de alto, 35
pulgadas de fondo y 65 pulgadas de ancho.
5.2 Balance de Materia y Energía
Para el proceso de producción de producción de guantes se realizó un balance de energía,
para poder determinar los requerimientos de materiales del proceso, así como del
combustible necesario para la operación. Se realizó el balance de materiales únicamente para
la solución de látex y aditivos químicos, ya que esta solución es la que formará el cuerpo del
guante, las soluciones que se encuentran en los demás tanques son considerados insumos,
solamente cumplen funciones para que la vulcanización de la solución látex-aditivos
químicos sea adecuada, asimismo, el consumo de las otras soluciones es mucho menor.
Los balances se determinaron a partir de la tasa de producción deseada para el proceso 420
pares de guantes por día. Como se puede observar en la figura no. 10, se requieren 53.58
litros de solución de látex-aditivos químicos, por lo que el tanque posee un tamaño suficiente
(volumen) para poder cumplir con el requerimiento de materia prima diario. Se debe tomar
en cuenta que se debe estar llenando el tanque conforme el nivel vaya bajando, esto con el fin
de que la película formada en la horma quede siempre del mismo tamaño, por lo que se debe
contar con un sistema de alimentación continua al tanque, por lo que se deben colocar toneles
u otro tipo de recipiente de almacenaje de las materias primas al lado de la línea de
inmersión.
73
Se puede observar en la Figura no. 10 que se evaporan 20.43 kilogramos de agua por día, por
lo que este dato será útil para el cálculo de combustible en el horno de secado y
vulcanización, en el cual se evapora toda esta agua.
Al realizar el balance de energía, el objetivo es determinar la cantidad de combustible
necesario para el funcionamiento del horno. Ya que no se cuentan con datos acerca de la
eficiencia térmica del horno, se asumió un 85% de eficiencia (ya que se trata de un horno
nuevo). Se determinó que se requieren 19.32 kilogramos de gas propano por día, como se
puede observar en la tabla no. 13.
5.3 Diagramas de Proceso
Se realizaron los diagramas del proceso, esto para tener una visión más profunda del proceso,
ya que se pueden determinar los tiempos requeridos en la producción así como la cantidad de
operaciones que se deben realizar durante el proceso. Se realizó el diagrama de operaciones
de proceso, en el mismo se establecieron todas las operaciones e inspecciones (las
inspecciones se realizan para asegurar que la película formada en el molde se encuentre sin
defectos, así como para separar el producto final que se encuentre defectuoso) que se llevan a
cabo durante el proceso, se contabilizaron 12 operaciones, con una duración de 70.9 minutos
y 3 inspecciones con una duración de 1.5 minutos.
Asimismo se realizó el diagrama de flujo de operaciones, con el mismo se determinó el
tiempo total de un ciclo en el proceso, el cual posee un valor de 73.5 minutos, también se
determinaron el número de operaciones totales que es de 18, contando con 3 operaciones de
transporte, en el mismo se establecen recomendaciones de cómo llevar a cabo las
operaciones.
Por último, se realizó el diagrama de recorrido del proceso, el mismo se estableció
únicamente en la parte de la planta en la cual se encuentra la línea que se diseñó en este
74
trabajo, no se incluyeron otros elementos de la planta, como bodega de materia prima, ya que
este trabajo se limitó a el diseño de la línea de producción.
75
VI. CONCLUSIONES
1. El diseño de la línea de inmersión cuenta con dos divisiones, la primera división consta de la
línea de inmersión, que inicia con el proceso la transferencia del plato de hormas al carro de
inmersión y concluye con la transferencia del mismo hacia el descansador de salida; la
segunda división consta del proceso de horneado, que inicia desde la transferencia del plato
de hormas la carro de horneado y finaliza con el proceso de desmoldado.
2. Según los diagramas del proceso (DOP, DFOP, Diagrama de Recorrido), durante el proceso
de producción de guantes se realizarán 3 actividades de inspección, 3 de transporte y 12
operaciones; se recorrerá una distancia total de 967 pulgadas (24.6 metros) con un tiempo
total de ciclo de 73.5 minutos, con un total de 2 operarios requeridos.
3. El número de ideal de hormas que debe poseer cada uno de los platos es de 20 hormas, por lo
que las dimensiones de cada plato de inmersión deben ser de 28 pulgadas de largo por 28
pulgadas de ancho, para así poder cumplir la tasa de producción deseada.
4. Las dimensiones de los tanques de inmersión son 34 pulgadas de largo (tanque #1, 2 y 5), 44
pulgadas de largo (tanque # 3 y 4), 34 pulgadas de ancho (todos los tanques) y 24 pulgadas
de alto (todos los tanques); con estas dimensiones se cumple la tasa de producción deseada
para el proceso.
5. Las dimensiones del horno son 75 pulgadas de alto, 65 pulgadas de largo y 35 pulgadas de
ancho, las mismas fueron establecidas de acuerdo a que el espacio libre sea mínimo (espacio
entre el carro de horneado y las paredes internas del horno) de modo que el volumen de aire
que debe calentarse sea el menor posible y el movimiento de ingreso y egreso del horno sea
sencillo.
6. Según el balance de masa y energía, las entradas al proceso son 49.83 kilogramos por día de
solución de látex-aditivos químicos, 19.32 kilogramos por día de gas propano (combustible);
las salidas del proceso son 20.43 kilogramos por día de agua evaporada y 29.4 kilogramos
por día de guantes (840 guantes).
76
VII. RECOMENDACIONES
1. Realizar un estudio de mercado acerca de guantes en la región centroamericana, para poder
determinar la demanda y oferta existente en este mercado, los precios manejados por la
competencia actual y los canales de comercialización que se pueden utilizar, esto con el fin
de establecer si existe un mercado viable para este producto en dicha región.
2. Realizar un estudio económico del proceso de producción de guantes planteado en este
trabajo, para poder determinar los costos operativos, el tipo de inversión que se debe realizar,
el capital de trabajo requerido, el punto de equilibrio y el flujo de fondos que se obtendrá,
esto con el fin de comprobar si el proceso es factible en cuanto a costos, presentando una
utilidad aceptable.
3. Realizar un análisis financiero del proceso de producción de guantes planteado en este
trabajo, para poder determinar el valor presente neto y la tasa interna de retorno de este
negocio, asimismo llevar a cabo un análisis de sensibilidad acerca de estas variables, para
evaluar la rentabilidad y el riesgo a largo plazo de esta operación.
4. Realizar un estudio acerca de la composición ideal de la mezcla látex-aditivos químicos
(vulcanizantes, estabilizantes, acelerantes, antioxidantes, activadores) que proporcionen la
calidad más alta en el producto final (guante), debido a que en este trabajo solamente se
mencionaron los nombres de algunos de los compuestos químicos que se pueden utilizar.
5. Debido a que en este trabajo solamente se diseñó la línea de producción, se recomienda la
realización, en un estudio posterior, del diseño de la planta completa, tomando en cuenta las
regulaciones (ambiental, seguridad industrial, higiene) que se deben cumplir en la misma y
todos los servicios y equipos auxiliares que se necesiten, esto con el fin de ofrecer una visión
más amplia acerca del funcionamiento del proceso.
6. Realizar un estudio acerca de los rangos de operación de las variables del proceso de
producción de guantes que proporcionen la calidad más alta en el producto final, entre las
77
cuales se pueden mencionar tiempo de inmersión en cada uno los tanques y temperatura de
las soluciones en los tanques de inmersión y del horno.
78
VIII. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
1. Baasel, W. (1,990). Preliminary chemical engineering plant design. (2da. edición) El
Servier Editorial. Estados Unidos.
2. Barrios, M. (2,010). Determinación del porcentaje de sólidos, pH y tiempo de residencia
óptimos de látex NBR para obtener el calibre estándar en guantes de nitrilo. Tesis inédita.
Universidad Rafael Landívar.
3. Cahueque, R. (2,008). Evaluación de dos agentes coagulantes para látex natural, en la
fabricación por inmersión de guante tipo doméstico. Tesis inédita. Universidad San
Carlos de Guatemala.
4. Helmus, F. (2,005). Process Plant Desing. Wiley-VCH Editorial. Estados Unidos.
Primera edición.
5. Hernandez, L. (2,009). Estudio de pre-factibilidad para la producción y exportación de
hule en Guatemala. Tesis inédita. Universidad Rafael Landívar.
6. McGraw Hill (2,011). Diccionario Enciclopedico McGraw Hill Ilustrado. (3ra. Edición).
México.
7. Morales, H. (2,008). Estudio de Pre-Factibilidad del montaje de una Planta de
Beneficiado de Caucho Natural. Tesis inédita. Universidad Rafael Landívar.
8. Smith, et al (2,003): Introducción a la Termodinámica en Ingeniería Química. (6ta.
Edición). México.
9. Universidad Rafael Landívar (2,009). Guía para realizar el Trabajo de Graduación. (1ra.
Edición) Guatemala.
10. Velasquez, C. (2,007). Determinación de la producción, contenido de hule seco,
diagnostico de látex y plasticidad en 25 clones de hevea brasiliensis (euprhorbiaceae) en
finca santa Ana Mixpiya, san miguel Panan, Suchitepequez. Tesis inédita. Universidad
Rafael Landívar.
11. Walas, S. (1,990). Chemical Process Equipment, Selection and Design. Butterworth-
Heinemann Editorial. Estados Unidos. Primera edición.
79
FUENTES EN RED
1. Banco de Guatemala (2,011): Valor (CIF) de las importaciones y valor (FOB) de las
exportaciones por producto de la industria agropecuaria, extractiva y manufacturera;
Consultado en internet el 01/10/2011, 12:00 horas en:
http://www.banguat.gob.gt/inc/ver.asp?id=/estaeco/comercio/por_producto/prod0207DB
001.htm&e=52791
2. Blake, John: Studies in the Vulcanization of Rubber, Thermochemistry of Vulcanization
of Rubber; Consultado en internet el 01/10/2011; 12:00 horas en:
http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/ie50247a011
3. CERAMTEC (2,011): Dipping Formers for safe handling, Consultado en Internet el
01/09/2011, 14:00 horas en:
http://www.ceramtec.com/index/products/glove_dipping_formers/01077,0141,0426,0732
.php
4. Grupo Entre Ríos; Hule Natural en Guatemala; Consultado en Internet el 01/10/2011;
13:00 horas en:
http://grupoentrerios.com/index.php?option=com_content&view=article&id=127&Itemid
=130&lang=en
5. INSIVUMEH: Promedios anuales y mensuales presión atmosférica, Consultado en
internet el 01/10/2011, 11:00 horas en: http://www.insivumeh.gob.gt
6. Urías Gamarro: Exportaciones de Caucho aumentaron 70% en 2,010; Consultado en
Internet el 04/09/2011, 15:00 horas en:
http://www.prensalibre.com/economia/Exportaciones-caucho-
aumentaron_0_448155196.html
7. Universidad de Las Palmas de La Gran Canaria: Conductividad Térmica y Densidad,
Consultado en internet el 05/09/2011, 11:00 horas en:
http://editorial.cda.ulpgc.es/ftp/icaro/Anexos/2-%20CALOR/4-
Construccion/C.6.4%20Conductividad%20t%E9rmica%20y%20densidad.PDF
8. Universidad Nacional Pedro Luis Gallo: Características de los GLP; Perú; Consultado en
internet el 01/10/2011, 12:00 horas en:
http://www.unprg.edu.pe/bounprg/blogs/media/blogs/rsamillanri/DMecanico/simbologia.
80
COTIZACIÓN
1. Metalab (2,011): Cotización Horno de Convección. Guatemala.
2. Solarsa, S.A. (2,011): Cotización Polipasto Eléctrico. Guatemala.
81
IX. ANEXOS
9.1 Cálculos del establecimiento de las dimensiones de los equipos
El establecimiento de las dimensiones de los equipos se basa en la tasa de producción
deseada al día, así como en el tamaño de guante que se desea fabricar. Dependiendo de las
dos variables anteriormente mencionadas, se establecen las dimensiones de los platos de
hormas de la línea de inmersión, ya que se determina el número de hormas que se colocan en
cada uno de estos platos. Luego de establecer las dimensiones de los platos, se procede a
dimensionar los tanques de inmersión, el carro de inmersión, los descansadores, los carros de
horneado y el horno. Se diseña de este modo ya que el procedimiento de producción (tiempos
de residencia en tanques de inmersión y de horneo de los guantes) posee tiempos
establecidos, por lo que las dimensiones de los equipos dependen de las variables
inicialmente mencionadas. Todas estas dimensiones se muestran en el diseño de cada uno de
los componentes de la línea de inmersión para la producción de guantes.
9.1.1 Establecimiento tiempo total en la línea de producción de guantes, según el flujo de
operación en la misma.
El tiempo total en la línea de producción es el tiempo que transcurre para cumplir un
ciclo. Un ciclo se refiere al momento en que entra un plato de hormas a la línea de
inmersión, hasta que este mismo plato sale del proceso de desmoldado, para
nuevamente entrar a la línea de inmersión. En la línea de producción se pueden
clasificar dos tipos de procesos, el primero es el proceso de la línea de inmersión, el
segundo es el proceso del horno (incluye el proceso de desmoldado), el cual incluye
todos los movimientos del descansador de platos y del carro de horneado; esta
clasificación se basa en que cada tipo de operación es realizada por un operario
distinto (en el caso del horneado el proceso es automático, por lo que no requiere que
un operario se encuentre en esta área todo el tiempo), por lo que cada operación no
interfiere con las demás. El proceso de la línea de inmersión tarda 8.8 minutos (ver
diagrama de operaciones, Marco IV) por cada plato de hormas, lo cual incluye desde
el momento en que se coloca el plato de hormas en el carro de inmersión hasta que el
82
mismo plato se coloca en el descansador. Para poder llenar el carro de horneado se
necesitan 6 platos, por lo que en total se requieren 52.8 minutos. El transporte de los
platos de hormas hacia el carro de horneado se realiza al mismo tiempo que se lleva a
cabo el proceso en la línea de inmersión, por lo que no se adiciona ningún tiempo al
tiempo de línea de inmersión. El tiempo de horneado es de 60 minutos, el posterior
transporte hacia el área de desmoldado y la operación de desmoldado se llevan a cabo
durante 3 minutos, por lo que el tiempo total de ciclo es de 115.8 minutos.
9.1.2 Establecer el cuello de botella del proceso completo, comparando los tiempos
requeridos tanto en la línea de inmersión como en el horno.
La operación se trabaja en continuo, por lo que durante el tiempo de horneado, se
estará trabajando simultáneamente en la línea de inmersión. También es importante
mencionar que los procesos de transporte y desmoldado se realizaran simultáneamente
a los dos procesos anteriormente mencionados (horno y línea de inmersión). Es
necesario determinar el cuello de botella para la operación, para poder establecer las
dimensiones necesarias acorde a la tasa de producción deseada. El tiempo total para
producir 6 platos de hormas (con película de látex ya formada) es de 52.8 minutos y el
tiempo total de horneado es de 60 minutos, por lo que el proceso en el horno es el
cuello de botella.
9.1.3 Calcular las dimensiones del plato de hormas, según el número de hormas necesarias
en cada plato, con el fin de cumplir con la tasa de producción establecida.
A continuación se realizará un análisis de la cantidad de hormas necesarias en cada
plato, dependiendo de la tasa de producción deseada de guantes al día:
Constantes del proceso:
Tasa de producción deseada: 420 pares al día.
83
Horas de trabajo al día: 7 horas (la jornada es diurna, por lo que son 9 horas
laborales al día, contando 1 hora de almuerzo y 1 hora de limpieza y
mantenimiento al día).
Tiempo estimado de residencia por cada plato en la línea de inmersión: 8 minutos
(Toma en cuenta desde el momento en que entra a la línea de inmersión un plato
hasta que es llevado hacia el carro de horneo).
Tiempo estimado de residencia por cada plato en el horno: 1 hora.
El carro de horneado tiene una capacidad de 6 platos, por lo que 6 platos se
encontrarán 1 hora en el horno. Asimismo, según el tiempo estimado de residencia por
cada plato en la línea de inmersión, completar la capacidad del carro de horneado lleva
48 minutos, por lo que el paso limitante para la producción es el horneado de los
guantes.
Iniciando el análisis desde la tasa de producción, se determinará la cantidad de guantes
que se requieren por cada horma: ú
Ya establecido el número de hormas por cada plato (20), se proceden a establecer las
dimensiones de los platos. Los platos contendrán 4 filas y 5 columnas, con un espacio
entre hormas de 2 pulgadas. Las dimensiones de las hormas son 3.4 pulgadas de ancho
por 4 pulgadas de largo, por lo que las dimensiones del plato serán 28 pulgadas de
largo por 28 pulgadas de ancho, por lo que el plato será cuadrado.
84
9.1.4 Establecer las dimensiones de los tanques de inmersión, a partir de las dimensiones de
los platos de inmersión y el tamaño de las hormas.
A continuación se establecen las dimensiones de los tanques de inmersión # 1, 2 y 5,
esto se realiza también acorde al tamaño de la horma a utilizar (14-16 pulgadas de
alto) y a las dimensiones del plato de hormas (28”x28”). La altura de los tanques será
de 24 pulgadas de alto, 34 pulgadas de ancho y 34 pulgadas de largo, estas
dimensiones se establecen acorde a que exista un espacio para evitar golpeas entre las
hormas y el tanque.
Para los tanques # 3 y 4, que deben poseer un espacio para colocar un agitador, la
longitud del largo es la única de las dimensiones que cambia, la misma aumenta 10
pulgadas.
9.1.5 Establecer las dimensiones del carro de horneado y del horno, a partir de las
dimensiones de los tanques de inmersión y de los platos de hormas.
La capacidad del carro de horneado de 6 platos (3 filas y 2 columnas) se basa en las
dimensiones del tamaño del guante y las mismas se establecen acorde a que el operario
pueda tener un buen manejo del mismo, por lo cual el carro no debe ser ni muy ancho
ni muy alto. La altura del carro de horneado son 64 pulgadas (1.65 metros), por lo cual
el carro sí es manejable para el operario, ya que no es demasiado alto. El carro de
horneado mide 60 pulgadas de largo por 30 pulgadas de ancho.
Las dimensiones del horno se determinan a través de las dimensiones del carro de
horneado, se establecen dimensiones de acuerdo a que el espacio libre entre el carro de
horneado y las paredes del horno sean mínimas, aunque se dejan espacios para que el
carro de horneado pueda ser movido con facilidad al ser ingresado y egresado del
horno. Por lo que las dimensiones del horno son 75 pulgadas de alto, 65 pulgadas de
largo por 35 pulgadas de ancho.
85
9.2 Cálculos del Balance de Masa y Energía
El objetivo de realizar el balance de materia y energía es determinar la cantidad de materia
prima necesaria por cada día de producción, así como el consumo energético que se requerirá
para llevar a cabo la operación.
Para la realización del balance de materia y energía en el proceso de fabricación de guantes
se deben tomar en cuenta las siguientes consideraciones:
Solamente uno de los cinco materiales que se agregan a la horma, para la formación de la
película, es tomado en cuenta como materia prima para el guante, los demás 4 materiales
se toman en cuenta como suministros, debido a que estos no aportan cantidad de masa
significativa al guante final.
El único material que se toma en cuenta como materia prima en este proceso es la
solución que contiene el látex y la mezcla de vulcanizantes, la cual es agregado en el
tanque # 4.
Se realizará un balance de materia y energía para el proceso de horneado, de este balance se
obtendrá la cantidad necesaria de materia prima y energía para poder cumplir la tasa de
producción deseada.
A continuación se muestra el diagrama del proceso de horneado, el cual servirá de base para
el balance de materia y energía:
86
Figura No. 11: Diagrama de Proceso de Horneado
9.2.1 Balance de Masa
La solución que contiene el látex y la mezcla de vulcanizantes posee 59% de sólidos,
toda el agua es evaporada en el proceso de horneado (secado y vulcanización), por lo
que el guante final está constituido únicamente por los sólidos (látex y
vulcanizantes) vulcanizados. El peso de cada guante varía entre 30-35 gramos, por lo
que posee un promedio de 32.5 gramos. Se utilizará el valor máximo del rango para
los cálculos del balance de masa, ya que así el resultado se basa en la cantidad
máxima necesaria.
Balance de Sólidos:
( )
( )
87
Por lo que se necesitan 0.0593 kilogramos de solución L1 para producir 1 guante. La
tasa de producción deseada es de 420 pares de guantes (840 guantes) por día, por lo
que se necesita la siguiente cantidad de solución L1 para cumplir esta tasa de
producción:
La densidad de la solución de látex y vulcanizantes es de 0.93 kilogramos por litro
(dato obtenido de la entrevista con el Ingeniero Roberto Cahueque Acosta, Ver
Anexo 5), por lo que el volumen de la solución necesaria por día es la siguiente:
El volumen del tanque en el cual se contiene a la solución de látex y vulcanizantes es
aproximadamente 450 Litros, por lo que el tanque si posee la capacidad para un día
de producción. Se debe poseer una alimentación continua al tanque, ya que el nivel
se debe mantener constante en el tanque para que el guante salga siempre del mismo
tamaño.
La cantidad de agua que se evapora por cada guante es la siguiente:
( )
( )
88
9.2.2 Balance de Energía
La cantidad de calor ingresada al sistema se utilizará para dos procesos, el proceso
de secado y el proceso de vulcanización. Para el proceso se debe ingresar calor con
los siguientes objetivos:
Aumentar la temperatura de agua hasta el punto de ebullición.
Evaporar el agua.
Aumentar la temperatura del caucho hasta la temperatura de vulcanización
(120 grados Celsius)
Vulcanizar el caucho.
Se utilizará la siguiente nomenclatura para el balance de calor:
QA1 = Calor utilizado para elevar la temperatura del agua de temperatura ambiente a
temperatura de ebullición.
QA2 = Calor utilizado para el cambio de fase del agua.
QG1 = Calor utilizado para elevar la temperatura del caucho.
QV = Calor de vulcanización del caucho.
QC = Calor proporcionado por el combustible.
Se realizará el balance por un guante y posteriormente se realizará para un día de
producción.
89
Tabla No. 14: Datos para resolución balance energía
Dato Cantidad Unidad de Medida
Capacidad Calorífica a Presión constante del
Agua
4.184
Capacidad Calorífica a Presión constante del
Caucho
2.00
Entalpia de Evaporación del Agua 2,270.2
Calor Combustión del Gas Propano 46,350
Calor específico de vulcanización 24,703
Fuente: Smith, et al. (2,003).
A continuación se obtendrá el calor para calentar el agua de 25 grados Celsius hasta
la temperatura de evaporación del agua. Se calcula la temperatura de evaporación
del agua a partir de la presión de nuestro país (área de la capital), según
INSIVUMEH, la presión en Guatemala es de aproximadamente 640 milímetros de
mercurio (85 kilopascales). Por lo que la temperatura de evaporación del agua a esta
presión es de 95 grados Celsius, según Smith, et al. (2,003).
(
)
( )
90
A continuación se calculará el calor necesario para evaporar el agua del guante.
Según los datos de las tablas de vapor (Smith, 2,003), el valor de la entalpia de
evaporación del agua es de 2270.2 kJ/Kg, a las condiciones establecidas
anteriormente.
(
)
A continuación se calculará el calor necesario para elevar la temperatura del caucho,
para el mismo se utilizará la capacidad calorífica a presión constante del caucho,
utilizando la misma ecuación utilizada para calcular el calor necesario para elevar la
temperatura del agua hasta el punto de ebullición:
(
)
( )
A continuación se calculará el calor necesario para la vulcanización, se utilizará un
calor de vulcanización específico:
(
)
El balance de calor se muestra a continuación:
91
Datos acerca de la eficiencia térmica del horno no fueron proporcionados, por lo que
se asume que la eficiencia del horno es de 85% (Horno nuevo)
A continuación se calcula la cantidad de combustible necesario para la operación. El
horno trabaja con gas propano como combustible, según el fabricante. El poder
calorífico del propano es de 46,350 kilo-Joules por kilogramo.
El combustible que se obtuvo anteriormente es el que se necesita para producir 1
guante, por lo que se calculará a continuación el consumo por día de combustible.
92
9.3 Cotización Horno
93
9.4 Cotización Polipasto Eléctrico
94
Tabla No. 15: Especificaciones Polipasto
Dato
Capacidad 0.5-2 toneladas
Elevaciones estándar de 10, 15 y 20 pies
Velocidades de 8 a 32 pies por minuto
Suspensión rígida de gancho
Para aplicaciones de uso medio o pesado-ligero
Fuente: Solarsa (2,011).
95
9.5 Formato Entrevista Ingeniero Roberto Cahueque Acosta
Preguntas propuestas:
1. ¿Cómo es el proceso de producción de guantes?
2. ¿Qué tipo de látex (natural o sintético) es el más adecuado para el proceso de producción
de guantes de tipo doméstico?
3. ¿Cuáles son las condiciones de operación de mayor importancia en la producción de
guantes de látex natural?
4. ¿Existe alguna condición específica para el manejo del látex dentro de una línea de
producción de guantes?
5. ¿Cuáles son las operaciones en las que existe mayor riesgo de creación de defectos en el
producto final?
6. ¿Qué acciones se llevan a cabo durante la producción de guantes para evitar la creación
de defectos en el producto final?
7. ¿Qué tipo de materiales se pueden utilizar para la construcción de los equipos dentro de
la línea de inmersión?
8. ¿Qué consideraciones especiales se deben tomar en cuenta para los materiales de
fabricación de equipos dentro de la línea de inmersión?
9. ¿Qué tipo de cuidados se deben tomar en cuenta para el manejo de la horma dentro de la
línea de inmersión?
10. ¿Es posible realizar la operación de secado y horneado de la película de látex en un
mismo horno?
11. ¿Cuáles son las características relevantes de la solución de látex y vulcanizantes para
poder realizar un balance de masa y energía?
12. ¿Cuál es el tamaño de horma preferido para la producción de guantes? Tomando en
cuenta que la región centroamericana es el mercado objetivo.