Water Flow en el proceso de inyección

Autor: Juan Uriel Nájera Torres

Producción, procesos y operaciones

13-12-2012

Introducción

Es importante dentro del proceso de producción de inyección de plásticos tener un buen control de los equipos periféricos que ayudaran a tener un mejor desempeño en los parámetros de trabajo.

Ya que con ello podemos manejar con costos relativamente óptimos la producción, aprovechando al máximo los recursos materiales y humanos.

Objetivo

El objetivo principal se basa en el mejoramiento del rendimiento y consumo innecesario de energía eléctrica de los termorreguladores (Unidad de control de temperatura) para brindar beneficios económicos como consecuencia de la disminución en el consumo de energía eléctrica.

Justificación

El incremento en el precio de recursos que consumimos diariamente da como resultado la implementación de este proyecto ya que la necesidad de ahorrar y utilizar nuestros recursos en su mayor grado de funcionalidad hoy en día es base de nuestra sociedad.

El crecimiento de la población mundial y por ende una mayor demanda de productos da como resultado un crecimiento en masa de la producción por lo que incrementa el trabajo que es realizado en las empresas y con ello el consumo de recursos para su trabajo. Hoy existe la necesidad de disminuir en su mayor posibilidad el consumo de todos aquellos recursos que a su vez dejaran beneficios económicos a las empresas.

La mejora de la funcionalidad de los termorreguladores para aprovechar al máximo y adecuadamente cada uno de estos quipos y el consumo innecesario de estos equipos debido a la mala administración del mismo. Las razones anteriores dejan como consecuencia la necesidad de la aplicación de estudios de análisis e implementación de acciones correctivas para generar una mejor utilización de estos equipos

Limitaciones

Podrían considerarse el tiempo y forma en la cual se lleva a cabo el proceso para determinar qué equipo termorregulador va a entrar en el estudio para ello tenemos que considerar:

  • Planear las actividades, pronósticos, condiciones y suposiciones de trabajo, enunciar un plan general para llevar a cabo el análisis. Anticipar problemas y modificar el proceso en base a los resultados obtenidos.
  • Organización en señalar las actividades necesarias del trabajo entre los miembros del grupo e indicar la participación de cada miembro del grupo.
  • Ejecución llevar a cabo físicamente las actividades que resulten de los pasos de planeación y organización.
  • Control al verificar si todo ocurre de conformidad con el plan adoptado,

Desarrollo

Este análisis tiene un enfoque a la investigación de termorreguladores que se encuentran situados a un costado de cada máquina de inyección. Estas cuentan con 1, 2 o 3 termorreguladores los cuales pueden tener diferentes capacidades. (de capacidades de 2, 3, 5 y 7.5 Hp (Horse power/caballos de fuerza) los cuales la consecuencia de una mayor capacidad es el mayor consumo de Kw. / Hr lo que aumenta el gasto de energía eléctrica para la empresa y por consecuencia un mayor gasto económico.

El análisis se basa principalmente en optimizar el gasto de energía eléctrica

Se comenzó por realizar algunas mediciones al analizar en la máquina de inyección los principales distribuidores de agua hacia el molde conocidos como Manifold los cuales son alimentados por 2 termorreguladores. Se conecto una Gage para medir Presión del agua Temperatura (°F) y galones por minuto (GPM). Los resultados permitieron dar un análisis para poder dar paso a proponer una solución al problema el cual se encontraba en que el molde de inyección contaba con un mayor grado de restricción en la parte fija del molde.

Al revisar los cálculos obtenidos se realizo una comparativa encontrando una notable variación de presión y galones por minuto dan como resultado una variación e inestabilidad en el proceso de moldeo al incrementar el tiempo de ciclo y enfriamiento.

Se propuso un arreglo diferente en el que se intercambirarón los termorreguladores de la parte fija y parte Móvil del molde ya que si la parte fija tenía mayor restricción el termorregulador de la parte Móvil contaba con mayor capacidad de 5Hp y el de la fija solo 2Hp con lo cual conseguiríamos generar romper esa restricción de la parte fija.

Al realizar el cambio de termorregulador de lado del molde nos arrojo que los galones por minutos necesarios se mantenían y la temperatura y presión del agua eran constantes.

Habiendo medido los datos se procedió a analizar las mediciones iniciales antes de hacer el cambio y después de hacer el cambio demostrando que esa no era la solución sino que la solución se encontraba en el molde.

Con este análisis en términos generales es mejorar la funcionalidad de los termorreguladores en un molde tanto como aligerar el consumo de energía electricidad para la empresa por parte del equipo termorregulador.

El principal problema que se fue encontrando durante el periodo de análisis y de aprendizaje fue que no se podía implementar termorreguladores de 2Hp solamente por que consumen menor cantidad de energía eléctrica ya que depende del molde la demanda de GPM.

Flujo del Agua

El agua que es transportada dentro de la red de la empresa tiene que tener un tratamiento en el cual se reduzca las ppm de las sales que se encuentran disueltas en ella. (Cuando se recibe por parte de la red de agua potable disponible como la de retorno de la torre de enfriamiento)

En esta parte del proceso el agua pasa a través del Termorregulador el cual es el encargado de permitir el paso del agua que proviene de la torre de enfriamiento solamente permitiendo el paso si el agua tiene la temperatura ya establecida por el termorregulador (de lo contrario el mecanismo no permite el paso del agua y la regresa a la torre de enfriamiento) hacia el proceso de inyección para el enfriamiento de las piezas plásticas.

Cuando el agua tiene la temperatura establecida y el termorregulador permite el paso de esta hacia el proceso esta es distribuida por tuberías con el estándar mencionado anteriormente las cuales transportan el agua a mangueras con el mismo estándar a un distribuidor llamado Manifold, la longitud de este camino de mangueras y los cambios de diámetro y la longitud del recorrido en estas afectan las variables a las cuales se encuentra sometida el flujo de agua.

El Manifold se encarga de distribuir el agua hacia los diferentes canales internos del molde de inyección los cuales se pueden encontrar distribuidos de diferente manera ya que existen diferentes tipos de distribución del sistema de enfriamiento de moldes.

Esta distribución también afecta el proceso de enfriamiento del agua en el molde ya que estos canales cuentan con diámetros pequeños los cuales afectan la presión de paso del agua y la cantidad de agua que pasa por el molde.

Algunas de las variables más comunes que se presentan y afectan los resultados de estas pruebas pueden ser las siguientes…

  • Manguera tapada o termo tapado por sarro (poco usual).
  • Puenteo en mangueras.
  • Diámetros de manguera.
  • Variación de dimensión de manguera
  • Longitud de recorrido de los conductos de agua.
  • Capacidad insuficiente de termorregulador
  • Restricción de flujo en molde.

El estudio del agua en si es una labor bastante complicada ya que conlleva una serie de cálculos con los cuales se determina o se puede saber si el flujo del agua es el correcto y nos garantiza un flujo turbulento en los canales internos del molde ya que este flujo turbulento provee una mayor eficacia en el enfriamiento de las piezas inyectadas.

En la siguiente etapa de el análisis es importante determinar el Rn (numero de Reynolds) que se presentaban en los flujos del proceso del agua.

Los datos arrojaban resultados que analíticamente son negativos para el proceso de moldeo ya que la formula de cálculo de Reynolds nos indica lo siguiente….

  • Flujo laminar: (1500 a 2000 Re) Para valores del flujo se mantiene estacionario y se comporta como si estuviera formado por láminas delgadas, que interactúan sólo en función de los esfuerzos tangenciales existentes. Por eso a este flujo se le llama flujo laminar.
  • Transición: (2150 a 3500 Re) Para valores de la línea del colorante pierde estabilidad formando pequeñas ondulaciones variables en el tiempo, manteniéndose sin embargo delgada. Este régimen se denomina de transición.
  • Flujo turbulento: (5000 a 10000) Para valores de después de un pequeño tramo inicial con oscilaciones variables, el colorante tiende a difundirse en todo el flujo. Este régimen es llamado turbulento, es decir caracterizado por un movimiento desordenado, no estacionario y tridimensional.

El objetivo de este cálculo consta en el conocimiento de los datos reales a los cuales se encuentran los diferentes flujos del proceso de inyección para saber cuál es la condición real y poder calcular cual es la condición ideal de trabajo del agua que entra a proceso.

Si se sabe la cantidad de numero de Reynolds y calcula cual sería el ideal podríamos garantizar cual es la condición optima al a que se debe encontrar el agua y así calcular cual es la capacidad ideal ala que deberán estar trabajando los TCU. A continuación la fórmula para cálculo de los Reynolds…

Rn=(3160*GMP)/( * )≥5000

Diámetro de la tubería a través de la cual circula el fluido o longitud característica del sistema

Viscosidad cinemática del fluido

La experiencia en los procesos de inyección de plástico y todos los procesos relacionados con el moldeo de piezas plásticas se sabe que los GPM necesarios en el proceso de enfriamiento para saber que se estará generando un flujo turbulento. 3 y 4 GPM nos pueden garantizar un flujo turbulento en los canales de enfriamiento de un molde (esto dependerá de la estructura interna del molde y otras variables como diámetro de canales de enfriamiento, diámetro de la manguera en la cual se transporta el agua hacia el molde y temperatura del agua y molde).

Se tienen que realizar los cálculos se demuestra que en los moldes la demanda de GPM en los moldes necesaria para garantizar un flujo turbulento es de entre 3 y 5 GPM los cuales tendremos que generar con los termorreguladores. Entonces, la capacidad ideal de los termorreguladores para cada máquina de inyección se determinara por estos datos de mecánica de fluidos. En esta determinación influye el número de entradas en las que se reparte el flujo de agua el cual será más entendible en la siguiente tabla:

Termorregulador

Como se muestra en el diagrama anterior el agua pasa por el termorregulador el cual tiene las especificaciones técnicas extraídas de los manuales técnicos. El agua entra el una serie de tuberías las cuales distribuyen hacia el manifold en la cual las diferentes tuberías y mangueras van distribuyendo el flujo hacia las diferentes partes del molde y conforme se va incrementando el número de conductos se va repartiendo tanto el flujo como la presión del agua.

El diagrama muestra datos teóricos los cuales se basan en el funcionamiento al 100% del termorregulador mas sin embargo el funcionamiento real del y las diferentes variables que afectan el flujo del agua a través de todos los canales de distribución no han sido considerados hasta el momento ya que se realizara como ya se había mencionado un estudio de la eficiencia real del termorregulador para que los resultados sean basados en datos reales y no especulaciones.

También en el diagrama se hace una especulación de un dato esperado no real pero no se considera que en el trayecto y recorrido del agua hay una perdida cinemática del agua lo que disminuye la cantidad de GPM que llegan al molde y haciendo notar que los datos no son correctos sino datos técnicos.

Para calcular la eficiencia real de los termorreguladores se necesita un equipo de medición conocido como Amperímetro con el cual se medirán los amperes por un tiempo indefinido ya que se debe esperar hasta que se estabilice la variación de volts o amperes del equipo.

Por consecuencia para llevar a cabo este trabajo se debería contar con las medidas de seguridad adecuadas tanto el procedimiento como también el equipo de seguridad adecuado como los son los guantes para corriente eléctrica amperímetro desarmador etc.

El procedimiento para llevar a cabo la medición de amperes y volts es la siguiente:

1. Apagar termorregulador.

2. Desactivar paso de corriente.

3. Girar cerrojo de tapa.

4. Abrir tapa de termorregulador.

5. Activar paso de corriente.

6. Conectar amperímetro en cable (blanco, negro o rojo).

7. Encender amperímetro.

8. Encender termorregulador.

9. Esperar entre 20minutos y 1hora a que se estabilice la variación de amperes.

10. Tomar nota de medición.

11. Conectar los cables positivo (rojo) y negativo (negro) para medición de volts.

12. Tomar nota de mediciones.

13. Retirar equipo de medición.

14. Apagar termorregulador.

15. Desactivar paso de corriente.

16. Cerrar tapa de termorregulador.

17. Activar paso de corriente.

18. Encender termorregulador.

Los pasos anteriormente redactados fueron llevados a cabo con la utilización del equipo de seguridad adecuado y prevenir un accidente al momento de trabajar con energía eléctrica.

Al obtener los datos generados en las mediciones se procedió a realizar los cálculos necesarios. Para el cálculo de los Kw. / Hr.

(I)(E)(F.P)(√3) / 1000

Donde:

I: Amperes.

E: Volts.

F.P: Factor de Potencia.

Se utiliza la formula anterior ya que estamos hablando de un equipo trifásico Los primeros 2 datos (amperes y volts) fueron medidos manualmente con un amperímetro y un voltímetro ya antes mencionado tomando como referencia el AVG (Promedio) de las 2 mediciones. El factor de potencia fue determinado por el tipo de carga que corre a través de los circuitos del termorregulador la cual es una carga resistiva.

Los cálculos de Kw. /Hr fueron registrados con ello se obtiene el consumo y costo de la corriente eléctrica de estos equipos periféricos.

Mediciones de Celda

Maquina de Inyección

Termorregulador Fijo

Termorregulador Móvil

1

Max

Min

AVG

Max

Min

AVG

n

El objetivo de los formatos es registrar y lograr un mejor control en los parámetros de proceso (Temperaturas, Velocidades, Presión, etc.) en la máquina de inyección.

Registro medición de amperios y voltios

Al tener ya la información en los formatos de registro se pueden calcular los costos de los termorreguladores en base a su consumo real de KW.

Con estos procedimientos se puede calcular la eficiencia de los termoreguladores, prácticamente.

Juan Uriel Nájera Torres - amartinezarrobautslp.edu.mx

Tutor académico: M.A. Eduardo Alejandro Martínez González. Ingeniero Químico de la FCQ. de la UTSLP. Maestría en Administración Industrial en La UTAN, Actualmente trabajando como profesor de tiempo completo en la UTSLP área plásticos.

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