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Dise�o de una planta de acabados textiles para la optimizaci�n de sus procesos qu�micos, mediante el uso de diagramas bpd, pfd y disposici�n layout

 

Design of a textile finishing plant for the optimization of its chemical processes, through the use of bpd, pfd and layout layout diagrams

 

Projeto de uma planta de acabamento t�xtil para a otimiza��o de seus processos qu�micos, atrav�s do uso de diagramas de layout bpd, pfd e layout

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Correspondencia: tustavo.go@gmail.com

 

 

Ciencias T�cnicas y Aplicadas ���

Art�culo de Investigaci�n

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* Recibido: 23 de mayo de 2022 *Aceptado: 12 de junio de 2022 * Publicado: 1 de julio de 2022

 

1. Escuela Polit�cnica Nacional (EPN). Ecuador.
2. Escuela Superior Polit�cnica de Chimborazo (ESPOCH), Ecuador.
3. Escuela Superior Polit�cnica de Chimborazo (ESPOCH), Ecuador.
4. Escuela Superior Polit�cnica de Chimborazo (ESPOCH), Ecuador.
5. Escuela Superior Polit�cnica de Chimborazo (ESPOCH), Ecuador.
6. Escuela Superior Polit�cnica de Chimborazo (ESPOCH), Ecuador.

Resumen

En la actualidad debido a los avances tecnol�gicos el sector industrial ha generado un gran aporte de producci�n econ�mica al pa�s, incrementando notablemente las exportaciones de hilados y tejidos, con la finalidad de invertir eficientemente en equipos para disminuir los impactos ambientales y aprovechar de mejor manera la materia prima. En la presente investigaci�n se elabor� el dise�o de una planta de acabados textiles para la empresa INDUSTRIALES TEXTILES TORNASOL, para ello se consider� el dise�o de equipos de la l�nea principal y el dimensionamiento de los equipos auxiliares mediante dos procesos: balance de masa en funci�n de tinturaci�n de la planta, y balance de energ�a en funci�n de la cantidad de vapor requerido, adem�s se realizaron diagramas de bloque (BFD) , diagramas de flujo (PFD) , y disposici�n LAYOUT con el fin resolver una tem�tica de mucho control y cuidado en los� principales procesos qu�micos para la producci�n de acabados textiles como� tejidos y algod�n, adem�s que busca el correcto uso de los recursos en la empresa, teniendo como enfoque principal la reutilizaci�n y optimizaci�n.

Palabras Clave: Balance de Masa; Balance de Energ�a; Diagrama de Bloque (BFD); Diagrama de Flujo ( PFD); Disposici�n LAYOUT; Reutilizaci�n; Optimizaci�n.

 

Abstract

At present, due to technological advances, the industrial sector has generated a great contribution of economic production to the country, notably increasing exports of yarns and fabrics, in order to invest efficiently in equipment to reduce environmental impacts and take better advantage of the raw material. In the present investigation, the design of a textile finishing plant was elaborated for the company INDUSTRIALES TEXTILES TORNASOL, for which the design of the main line equipment and the dimensioning of the auxiliary equipment were considered through two processes: mass balance based on dyeing of the plant, and energy balance based on the amount of steam required, in addition block diagrams (BFD), flow diagrams (PFD), and LAYOUT layout were made in order to solve a theme of great control and care in the main chemical processes for the production of textile finishes such as fabrics and cotton, in addition to seeking the correct use of resources in the company, with reuse and optimization as its main focus.

Keywords: Mass balance; Energy balance; Block Diagram (BFD); Flow Diagram (PFD); layout LAYOUT; Reuse; optimization.

 

Resumo

En la actualidad debido a los avances tecnol�gicos el sector industrial ha generado un gran aporte de producci�n econ�mica al pa�s, incrementando notablemente las exportaciones de hilados y tejidos, con la finalidad de invertir eficientemente en equipos para disminuir los impactos ambientales y aprovechar de mejor manera la mat�ria prima. Na presente investiga��o, foi elaborado o projeto de uma planta de acabamento t�xtil para a empresa INDUSTRIALES TEXTILES TORNASOL, para a qual foi considerado o projeto dos equipamentos da linha principal e o dimensionamento dos equipamentos auxiliares atrav�s de dois processos: balan�o de massa baseado no tingimento do planta, e balan�o de energia com base na quantidade de vapor necess�ria, al�m de diagramas de blocos (BFD), diagramas de fluxo (PFD), e layout LAYOUT para resolver um tema de grande controle e cuidado nos principais processos qu�micos para a produ��o de acabamentos t�xteis como tecidos e algod�o, al�m de buscar o uso correto dos recursos na empresa, tendo como foco principal o reaproveitamento e a otimiza��o.

Palavras-chave: Balan�o de massa; Equil�brio energ�tico; Diagrama de Blocos (BFD); Diagrama de fluxo (PFD); disposi��o LAYOUT; Reuso; otimiza��o.

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Introducci�n

En el Ecuador el sector industrial es la segunda fuente de aporte a la producci�n econ�mica seg�n datos del Banco Central del Ecuador, su crecimiento es de tal importancia para el aporte del PIB, que es considerada unos de los sectores que m�s provee empleo tanto directo como indirecto, en la Figura 1.1 se puede apreciar la influencia del sector industrial entre los a�os 2007 y 2013.

 

 

 

 

 

 

 

Figura 1.1.� Aporte a la producci�n econ�mica entre los a�os 2007 y 2013

(Banco Central del Ecuador, 2017)

 

 

El sector textil en el Ecuador se ha vuelto tan importante para el desarrollo econ�mico e industrial, que llega a ser el segundo sector dentro de la categor�a de manufactura, su crecimiento es tal, que durante los a�os 2010 al 2015 fue de 67,12 % seg�n datos de la asociaci�n de Industriales Textiles del Ecuador (AITE, 2016) y se considera una las principales fuentes de trabajo por debajo del sector alimenticio.

Este incremento se debe en gran parte a las exportaciones de hilados y tejidos, lo cual ha generado que las industrias inviertan en la adquisici�n de equipos con el fin de aumentar la producci�n, una de las principales preocupaciones en el sector textil son los altos niveles de consumo de agua en los procesos de tinci�n, se tiene que para fibras de algod�n el consumo de agua var�a entre 50-120 L/kg, mientras que para las fibras sint�ticas esta entre 10-100 L/kg (Castells, 2005, p. 1923).

Las industrias textiles producen altos contaminantes ya sea por efluentes l�quidos, contaminaci�n atmosf�rica debido al uso de calderos y contaminaci�n auditiva (F�quene, 2007, pp. 56-57), por lo cual es necesario la aplicaci�n de alternativas tecnol�gicas m�s amigables con el medio ambiente que permitan disminuir el impacto ambiental en sus descargas.

En la actualidad se han realizado varios estudios de producci�n m�s limpia en el Ecuador, dichos estudios se han incrementado a nivel regional, debido a los cambios en la matriz productiva del Ecuador, el sector textil ha realizado inversiones en mejoras tecnol�gicas con el fin de poder disminuir los impactos ambientales as� como tambi�n aprovechar de mejor manera los recursos econ�micos, materiales y energ�ticos que posee el sector industrial, muchos de estos estudios est�n basados en la reingenier�a de procesos, dise�o de nuevas plantas (M�ndez y Vidal, 2007, pp. 246-248).

El dise�o de una planta desde el punto de vista estructural conlleva a la planificaci�n del espacio f�sico que se tiene disponible para la ubicaci�n de los equipos, verificar las fuentes de abastecimiento de la materia prima e insumos necesarios para la producci�n, realizar estudios en torno a las normativas tanto ambientales como de uso de suelo a la cual la industria debe acoplarse para no tener ning�n tipo de inconveniente en su funcionamiento.

Una vez que se logren determinar estos aspectos, se puede realizar un estudio interno del �rea de trabajo con el fin de aprovechar al m�ximo cada espacio tomando en consideraci�n que las industrias pueden expandir como reducir su producci�n, para lo cual es necesario renovar equipos que permitan aprovechar los tiempos muertos, aumentar la productividad si se requiere, e incluso poderlos cambiar de sitio con el fin de formar procesos continuos que sigan la l�nea de procesamiento (Casals, Dolors y Roca, 2001 , pp. 177-188).

 

Metodolog�a

En el presente proyecto se realiz� el dise�o de una planta de acabados textiles,� para la optimizaci�n de los procesos qu�micos de la empresa Textiles Tornasol S.A. actualmente ubicada en el sector de Calder�n en la provincia de Pichincha, la capacidad actual de producci�n de la planta es de aproximadamente 26 t/mes, mientras que para el dise�o se estim� un aumento del 20 % en su producci�n considerando la demanda de metros de tela que tiene el Ecuador en cuanto a la exportaci�n de bienes textiles. Para el dise�o de la planta de acabados textiles, se realizar� una evaluaci�n sobre la descripci�n del proceso y los criterios de dise�o que se tom� en consideraci�n los para el tratamiento de la tela cruda.

 

Descripci�n del proceso

La receta de tinturaci�n establecida en la Tabla 2.1, permite identificar la cantidad de insumos qu�micos que ingresan en cada m�quina de tinturaci�n, esto ayud� para realizar los balances de masa y energ�a necesarios para el dimensionamiento tanto de los equipos principales como de los auxiliares basados en normas t�cnicas (Rehbein, 2009, pp.2-4).

 

Tabla 2.1. Formulaci�n de la receta de tinturaci�n para una relaci�n de ba�o RL: 1/7

 

*Empresa Textiles Tornasol, 2016.

 

Los sub-procesos de la tinci�n son etapas que se realizan de forma independiente, sin embargo, todos estos procesos se los realiza con un volumen de ba�o determinado (Cie, 2015, pp. 43-57).

 

Los vol�menes para el proceso de tinci�n est�n determinados por la cantidad de agua necesaria para realizar los procesos de agotamiento, dentro de los equipos de tinturaci�n es dif�cil tener un sensor que permita controlar el nivel de ba�o debido a que la tela absorbe una cantidad de agua y dificulta su medici�n, por dicho motivo se debe incluir el dise�o de un tanque cerrado que permita controlar la cantidad de agua que ingresa en cada etapa de la tinturaci�n (Pineda y Jara, 2010, pp. 41-62).

 

Preparaci�n de la tela

Los rollos de tela cruda proveniente del �rea de tejedur�a deben ser pesados hasta alcanzar la capacidad en peso de la m�quina de tinci�n a la cual van a ingresar, posteriormente se los separa en dos grupos y se los desenrolla con el fin de revisar que no existan desperfectos que puedan provocar que la tela se atasque en los equipos o se rompan los tejidos (Che-Seung, Byeong-mMook, Moo-Jin, 2005, pp. 1 073-1 074).

 

Proceso de tinci�n

El proceso de tinci�n del tejido tubular poli-algod�n se lo realiza en m�quinas del tipo autoclaves Overflow , el cual tiene como principal caracter�stica que es un proceso batch mediante agotamiento de ba�o, es decir que los insumos qu�micos, la tela y la cantidad de agua determinada ingresan al equipo, se cierra y se presuriza para alcanzar las temperaturas correspondientes a cada sub-proceso de tinci�n durante un determinado tiempo, una vez que acaba el proceso, el ba�o es descargado para iniciar el siguiente proceso con sus respectivas cantidades de insumos y agua las cuales corresponden a un nuevo ba�o.

 

Descubre y pre-blanqueado

El proceso de descrude es un tratamiento del tipo qu�mico que se realiza a los tejidos naturales con el fin de eliminar la grasa natural e impurezas propias de la fibra, para este proceso es necesario el uso de hidr�xido de sodio NaOH en las cantidades establecidas en la Tabla 2.1, el cual genera una reacci�n de saponificaci�n con la grasa natural de la fibra, mientras que los agentes emulsificantes y tensoactivos ayudan a la eliminaci�n de las grasas (Lacasse y Baumann, 2004, pp. 89-90).

El proceso de descrude se realiza a presiones de trabajo que suelen estar a valores entre 2-3 bar donde el ba�o puede alcanzar temperaturas entre los 100 y 135 �C, esto tiene una ventaja enorme ya que permite reducir los tiempos de residencia entre 90 y 120 minutos (Choudhury, 2006, p. 175), los procesos de descrude que se realizan en la f�brica son a temperatura de 100 �C y debido al uso del hidr�xido de sodio el ba�o adquiere valores de pH entre 10,0 y 10,5.

 

Tinci�n del tejido de poli�ster

Para la tinci�n, el equipo necesita alcanzar una temperatura de 130 �C y presi�n de 3 bar, en esta etapa la m�quina se llena con una determinada cantidad de agua cruda proveniente de la cisterna y se a�aden colorantes del tipo dispersos, posteriormente se acondiciona el ba�o mediante agentes dispersantes y �cido c�trico con el fin de alcanzar valores de pH entre 4,5 y 5,5. Este proceso tiene una duraci�n de 90 a 120 minutos para luego disminuir su temperatura hasta 60 �C con la finalidad de poder expulsar el ba�o de tinturaci�n.

 

Neutralizado y fijaci�n

La neutralizaci�n y la fijaci�n son dos etapas distintas, en la primera se efect�a un ba�o con un �cido d�bil con el fin de disminuir la alcalinidad de la tela y bajar el pH de la soluci�n a niveles entre 6 y 7 para posteriormente efectuar un ba�o con un agente tensoactivo que pueda remover cualquier residuo de sal industrial o de sosa caustica utilizada en la tinci�n de la fibra de algod�n, estos ba�os se los realiza a temperatura ambiente o a 60 �C con el fin de que los agentes qu�micos tengan una mejor solubilidad (Navarro y P�rez, 2003, pp. 83-85).

 

Hidroextracci�n

El proceso de hidroextracci�n es un proceso mediante el cual la tela debe ser exprimida por acci�n mec�nica de dos rodillos, para ello la tela ingresa en una peque�a bandeja donde se remoja en su totalidad y de ah� se dirige hacia un sistema de dos rodillos los cuales ejercen una presi�n de 4 bar, el agua ayuda a lubricar el paso de la tela por los rodillos y tambi�n mejora las propiedades mec�nicas del algod�n evitando que al momento de ejercer la presi�n las fibras de algod�n se quiebren y produzcan pilling (ruptura de las fibras para la formaci�n de peque�as bolas debido al aglomeramiento de las mismas) en la tela (Albrecht, Fuchs y Kittelmann, 2003, pp. 264-265).

El proceso de la hidroextracci�n es una alternativa tecnol�gica que reemplaza a los equipos de centrifugaci�n, ya que permite que el trabajo se lo realice en continuo sin necesidad de separar en rollos de telas, abaratando as� los costos de energ�a y aumentando la productividad.

 

Secado

La etapa de secado de la tela se lo realiza en c�maras de convecci�n forzada con aire caliente, para ello el aire ingresa mediante ventiladores hacia un filtro con el fin de deshumidificar gran parte del aire, posteriormente �ste ingresa a un intercambiador de calor con cambio de fase donde es calentado por vapor saturado proveniente del caldero, el aire que ingresa debe alcanzar una temperatura de 130 �C para ingresar a la c�mara de convecci�n donde entra en contacto directo con la tela exprimida,

 

Calandrado y Almacenamiento

En el proceso de calandrado la tela proveniente de la m�quina de secado ingresa a un sistema de rodillos calientes, los rodillos alcanzan temperaturas entre 180 a 200 �C, lo que genera que las fibras de poli�ster se ablandan y pueden ser f�cilmente orientadas con acci�n mec�nica, a este proceso se lo conoce tambi�n como termofijaci�n.

 

Criterios de dise�o

Para el dise�o de la planta se tom� en consideraci�n tanto las bases para la ubicaci�n y localizaci�n de la planta como los criterios t�cnicos aplicados a los principales equipos y sistemas auxiliares del proceso de acabados textiles.

 

Criterios de localizaci�n de la planta

Las industrias deben estar siempre ubicadas en sectores en los cuales est�n alejados de urbanizaciones o en sectores denominados parques industriales o parques corporativos, tomando como factores a considerar la adquisici�n de la materia prima, servicios b�sicos, transporte, normativas a cumplir y la situaci�n estructural del terreno (Casals, Dolors y Roca, 2001 , p. 177).

 

 

Macro y micro localizaci�n

En muchas ocasiones la macro y micro localizaci�n que tiene una planta o una empresa de servicios, representa una ventaja o desventaja en el mercado debido a que los costos de operaci�n pueden subir en funci�n de las distancias que se tengan entre un proveedor y un cliente, el estudio de la localizaci�n o ubicaci�n de las f�bricas permiten llevar una correcta gesti�n en el precio de los productos o servicios (Instituto Latinoamericano de Planificaci�n Econ�mica y Social, 2006, pp. 94-96).

 

Recursos y servicios requeridos

Para la determinaci�n de los recursos a utilizar por parte de la f�brica se debe detallar el tipo de materia prima que se utiliza como se indica en la Tabla 3.1., la principal materia prima son los hilos de poli-algod�n.

 

Tabla 3.1. Caracter�stica del hilo de poli-algod�n

������������ Pes-Co: Poli�ster y algod�n���

 

En la Tabla 3.2 se presenta una lista de los mayores proveedores que poseen el producto capaz de abastecer de materia prima a la f�brica.

 

Tabla 3.2. Precios de los hilos seg�n los proveedores

ENKADOR Fibras Sint�ticas y Textiles

QINGDAO Lucky Textile Cangnan Factory

Los insumos qu�micos son parte de las materias primas ya que de �stos depende todo el proceso de tinturaci�n, en la Tabla 3.3 se muestran las caracter�sticas de los insumos qu�micos necesarios para el proceso de tinturaci�n con sus respectivas caracter�sticas, las cuales han sido tomados de los cat�logos de los principales proveedores del pa�s particularmente de la provincia de Pichincha.

 

Tabla 3.3. �Insumos utilizados en el proceso de tinturaci�n

 

Para la adquisici�n de los insumos qu�micos es necesario tener una variedad de proveedores que puedan satisfacer las necesidades de la empresa, entre los cuales se tienen: T3 Qu�mica, Qu�mica Latinoamericana, Huntsman, Quimpac Ecuador S.A., Adesia Qu�micos, Clariants, Corquiven C.A. Y Productos qu�micos Xasali. �

 

En la Tabla 3.4 y 3.5 se muestran los precios de la energ�a el�ctrica y del agua potable con el servicio de alcantarillado para el sector industrial en los diferentes horarios, los cuales son suministrados por la Empresa El�ctrica Quito y la Empresa P�blica Metropolitana de Agua Potable y Saneamiento, respectivamente.

 

Tabla 3.4. �Valores de energ�a el�ctrica

����������������� (Empresa El�ctrica Quito, 2016)

 

Criterios para dise�o de equipos principales

Para los dise�os de los equipos principales se los realizaron en base a normas t�cnicas y considerando rangos de operaci�n en sus par�metros seg�n el equipo.

Los equipos principales que se consideraron para el dise�o de la planta son:

• Equipos de tinci�n Overflow.
• Intercambiadores de calor de tubos y coraza con cambio de fase.
• Equipo de hidroextracci�n.
• Secadora con c�mara de aire.
• Equipos de calandra

 

Para el tanque de almacenamiento de agua de las tinturadoras, se calcul� el volumen en funci�n de la capacidad del equipo de tinci�n y se utiliz� un factor de seguridad del 25 % (Peters y Timmerhaus, 2002, p. 37), con el fin de asegurar el nivel de ba�o exacto para cada sub-proceso de la tinturaci�n.

 

Para el c�lculo del espesor se consider� como material a utilizar el acero inoxidable el cual cumple con la normativa ASTM A 516 �Pressure Vessel Steel� (ASTM A 516, 2000, p. 2), para la selecci�n de la tensi�n m�xima permisible se considera la norma API 620 �Desing and Construction of Large, Welded, Low-Pressure Storage Tanks� (API 620, 2002, pp. 2-16), como lo indica la Tabla 3.6.

 

Tabla 3.6.� M�ximos niveles de tensi�n del acero inoxidable ASME A 516

������������������������������������ ���������(API 620, 2002)

 

Una vez determinada la m�xima tensi�n del material se proceder� a calcular el espesor del envolvente mediante la Ecuaci�n 3.1 (Sinnott R., 2005, p. 879).

 

�������������������������������������������������������������������������������������� ����������[3.1]����������������������������������������������������������������������������������������

Donde:

e_t: ������ espesor del tanque (mm)

������ densidad del l�quido (kg/m³)

E:������� eficiencia de la junta de la soldadura (si se aplica)

g:�������� aceleraci�n gravitacional (9,81 m/s²)

S_t:������� tensi�n m�xima permisible seg�n el material (N/mm²)

H:������� altura del tanque (m)

D:������� di�metro del tanque (m)

 

Para el dise�o de los intercambiadores de calor se tom� en cuenta la m�xima temperatura de trabajo del proceso de tinturaci�n y se emple� intercambiadores con cambios de fase, para la selecci�n del intercambiador se utiliz� las gr�ficas de Holman (1999) donde se especifican el n�mero de pasos tanto en la coraza como en los tubos y su debido factor de correcci�n con base a las temperaturas de los fluidos (pp. 496-499).

Posteriormente con ayuda de la Tabla 3.7 se procedi� a calcular el �rea de transferencia del intercambiador mediante la Ecuaci�n 3.2.

 

Tabla 3.7. Coeficientes globales de transferencia de calor sucios (Us)

���������� ���(Perry, 2000,� pp. 47-49)

 

����������������������������������������������������������������������������������������������������� [3.2]

����������������������������������������������������������������������������������������

Donde:

A: �rea total de transferencia del intercambiador (m²)

Q: flujo de calor que se transfiere del fluido caliente al fr�o (W)

LMTD: temperatura media logar�tmica entre los fluidos (�C)

fr: factor de correcci�n del intercambiador

Posteriormente se calcul� el n�mero de tubos, mediante la Ecuaci�n 3.3, asumiendo una longitud adecuada del intercambiador.

������������������������������������������������������������������������������������������������������ [3.3]

���������������������������������������������������������������������������� ������������

Donde:

de:������ di�metro exterior del tubo (m)

A:������� �rea total de transferencia del intercambiador (m²)

n:�������� n�mero de tubos del intercambiador

L:������� longitud del intercambiador (m)

 

Con las condiciones de temperatura tanto del fluido caliente como del fluido fr�o se obtuvieron las propiedades termo f�sicas de cada uno de ellos con las cuales se calcul� la velocidad del fluido, n�mero de Reynolds, n�mero de Nuselt y finalmente el coeficiente de convecci�n del fluido con lo cual se determin� el coeficiente de transferencia de calor limpio (U_L) (Incropera, 2007, pp. 681-685), para ello se emplearon las Ecuaciones 3.4 y 3.5.

 

������������������������������������������������������������������������������������������������������������ [3.4]

����������������������������������������������������������������������������������������

Donde:

v:�������� velocidad del fluido por el interior de los tubos (m/s)

������ flujo m�sico (kg/s)

At:������ �rea transversal de todos los tubos por donde circula el fluido (m²)

�������� densidad del fluido (kg/m³)

��������������������������������������������������������������������������������������������������������� [3.5]

����������������������������������������������������������������������������������������

Donde:

U_L:����� coeficiente de transferencia de calor limpio (W/m².�C)

hi:������ coeficiente de convecci�n del fluido interno (W/m².�C)

he:������ coeficiente de convecci�n del fluido externo (W/m².�C)

 

Para verificar si los par�metros de dise�o del intercambiador son los correctos se calcul� la resistencia al ensuciamiento (Re) mediante la Ecuaci�n 3.6 y se compar� tanto la velocidad de los fluidos como la resistencia al ensuciamiento con las Tablas 3.8 y 3.9.

 

������������������������������������������������������������������������������������������������������� [3.6]

����������������������������������������������������������������������������������������

Donde:

U_s:������ coeficiente de transferencia de calor sucio (W/m².�C)

Re: ���� resistencia al ensuciamiento (m².�C /W)

 

Tabla 3.8. Rango de velocidades para el dise�o de intercambiadores de calor

(Perry, 2000,� pp. 47-58)

 

Tabla 3.9. Resistencia al ensuciamiento para intercambiadores de calor

(Holman J., 1999, p. 486)

 

Para el dise�o de los rodillos de la hidroextractora es determinante conocer los di�metros de los rodillos, di�metros del eje, rango de velocidades y rango de presiones que el equipo puede ejercer, estos datos fueron tomados directamente por los cat�logos de los equipos.

 

En base al radio de los rodillos de la prensa extractora y la velocidad a la que debe operar se calcul� la velocidad angular mediante la Ecuaci�n 3.7 (Giancoli, 2006, pp. 72-75).

 

���������������������������������������������������������������������������������������������������������������� [3.7]

����������������������������������������������������������������������������������������

Donde:

:������� velocidad angular (rad/s)

v:�������� velocidad lineal a la que pasa la tela (m/s)

r:�������� radio del rodillo (m)�

 

Debido a que el proceso de hidroextracci�n es un proceso que ejerce presi�n a la tela, se tiene una longitud de contacto entre los rodillos y la tela al momento de su ingreso.

Para el c�lculo de la potencia que ejercen los rodillos sobre la tela se debe� conocer de antemano todas las variables relacionadas en el proceso de prensado por rodillos tales como: espesor de la tela al ingreso y salida de los rodillos, ancho de la tela con lo cual se procedi� a calcular la fuerza ejercida por los rodillos mediante la Ecuaci�n 3.8 y posteriormente se calcul� la potencia mediante la Ecuaci�n 3.9 (Groover, 2000, pp. 450-453).

 

�������������������������������������������������������������� �����������������������������������������������[3.8]����������������������������������������������������������������������������������������

 

Donde:

F:������� fuerza que aplican los rodillos (N)

a:�������� ancho de la tela (m)

p:�������� presi�n que ejercen los rodillos (Pa)

L:������� longitud de contacto entre el rodillo y el material (m)

����������������������������������������������������������������������������������������������������� [3.9]

����������������������������������������������������������������������������������������

Donde:

P:������� potencia que ejercen los rodillos (W)

w:������� velocidad angular de los rodillos� (rad/s)

F:������� fuerza que aplican los rodillos (N)

L: ������ longitud de contacto entre el rodillo y el material (m)

 

Para el sistema de calandras se utiliz� el mismo criterio de dise�o de rodillos, sin embargo el proceso requiere temperaturas superiores a los 100 �C, ya que se deben alcanzar las condiciones �ptimas para el proceso de termofijaci�n. El proceso de termofijaci�n es �nicamente para la fibra sint�tica y las temperaturas deben ser ajustadas en base al tipo de fibra sint�tica que se utiliza como indica la Tabla 3.10 (Locku�n, 2012, p. 7).

 

Tabla 3.10. Condiciones de temperatura para termofijaci�n de fibras sint�ticas

 

(Locku�n,� 2012)

 

La rama secadora es un equipo que consta b�sicamente de una banda transportadora, una c�mara abierta donde circula aire caliente y un intercambiador de calor para que el aire que ingrese a la c�mara alcance la temperatura superior a la temperatura de ebullici�n del agua, por lo cual es importante que la rama secadora posea una banda lo suficientemente ancha para que la tela repose sin problema alguno, los aspectos m�s importantes que se tom� en cuenta son el peso que debe soportar la banda y la velocidad de los rodillos o engranaje, las cuales estar�n en funci�n del tiempo de residencia de la tela (Halmos G., 2006, pp. 5-28),

 

La velocidad para la banda se encuentra en relaci�n con el ancho de la misma y el peso espec�fico del material que debe soportar, �sto se puede relacionar con velocidades de la Tabla 3.11 las cuales son normalizadas seg�n la norma DIN 22101 (DIN 22101, 2002, pp. 5-25).

 

 

Tabla 3.11. Relaci�n ancho de banda-velocidad seg�n la norma DIN 22101

������ A- Materiales ligeros deslizables, no abrasivos con peso espec�fico de 0,5-1,0 t/m³

������ B- Materiales no abrasivos o muy poco abrasivos con peso espec�fico de 1,0-1,5 t/m³

������ C- Materiales medianamente abrasivos y pesados con peso espec�fico de 1,5-2,0� t/m³

������ D- Materiales muy abrasivos, pesados y cortantes con peso espec�fico de 2,0� t/m³

 

La cisterna que es la estructura de almacenamiento del agua requerida por la f�brica debe ser dise�ada en base al balance de masa y a la planificaci�n del uso de las m�quinas de tinturaci�n (De la Fuente y Fern�ndez, 2005, pp. 13-29; Harmsen, 2002, pp. 500-510).

 

Resultados

A partir del an�lisis desarrollado para el dise�o de una l�nea o planta de acabados textiles para la optimizaci�n de sus procesos qu�micos, se alcanzaron los siguientes resultados:

 

 

 

 

 

 

 

Diagrama de bloques bpd y diagrama de flujo pfd

Diagrama de bloques bpd del proceso de acabados textiles

 

Figura 3.1. Diagrama de bloques del proceso de acabados textiles

 

 

 

 

 

3.1.2. Diagrama de bloques BPD del proceso de tinturaci�n

 

Figura 3.2. Diagrama de bloques del proceso de tinturaci�n

 

 

 

 

 

 

 

�

 

Diagrama de flujo PFD

 

Figura 3.4. Diagrama de flujo parte 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Figura 3.5. Diagrama de flujo parte 2

 

 

Figura 3.6. Diagrama de flujo parte 3

 

 

Figura 3.7. Diagrama de flujo parte 4

 

 

 

 

 

Figura 3.8. Diagrama de flujo parte 5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Disposici�n Layout

 

Figura 3.9. Layout de la distribuci�n de la planta.

Conclusiones

El paso principal para la implementaci�n o propuesta de cualquier dise�o, consiste en el reconocimiento y an�lisis de todas las variables adecuadas, con el fin de obtener el resultado deseado. En este caso el punto de partida es la optimizaci�n de los procesos qu�micos, que brinda un gran aporte al estudio de ingenier�a en plantas textiles.

El dise�o presentado a la Industria Tornasol, resuelve una tem�tica de mucho control y cuidado, controlando los principales procesos qu�micos para la producci�n de acabados textiles como tejidos y algod�n, adem�s que busca el correcto uso de los recursos en la empresa, teniendo como enfoque principal la reutilizaci�n y optimizaci�n.

 

 

 

 

Referencias

1.               Albrecht, W., Fuchs, H. y Kittelmann, W. (2003). Nonwoven Fabrics: Raw materials, manufacture, applications, characteristics, testing processes. Heppenheim, Alemania: WILEY-VCH.

2.               API 620. (2002). Design and Construction of Large, Welded, Low-Pressure Storage Tanks. Recuperado de: https://law.resource.org/pub/us/cfr/ibr/002/api.620.2002.pdf (Septiembre, 2016).

3.               Asociaci�n de Industriales Textiles del Ecuador AITE. (2016). Estad�sticas de importaci�n de bienes textiles por tipo de producto en el a�o 2014-2015. Recuperado de:� http: // www.aite.com.ec/estadisticas-de-comercio-exterior-textil-77288.html� (Septiembre, 2016).

4.               ASTM A 516. (2000). Pressure vessel Steel. Recuperado de: http://www.ferrocortes.com.co/download/FT-11-001-ASTM-A516-GR70.pdf (Noviembre, 2016).

5.               Banco Central del Ecuador. (2017). Indicadores econ�micos. Recuperado de: https://www.bce.fin.ec/index.php/component/k2/item/ 754 (Febrero, 2017).

6.               Casals, M., Dolors, M. y Roca, X. (2001). Complejos Industriales. Barcelona, Espa�a: Edicions UPC.

7.               Castells, X. (2005). Tratamiento y Valorizaci�n energ�tica de residuos. Barcelona, Espa�a: Fundaci�n Universitaria Iberoamericana.

8.               Che-Seung, C., Byeong-mMook, y C., Moo-Jin, P. (2005). Development of Real-Time Vision-Based Fabric Inspection System. IEEE TRANSACTIONS ON INDUSTRIAL ELECTRONICS, VOL 52, N�4. pp. 1073-1079. doi: 10.1109/TIE.2005.851648

9.               Choudhury, R. (2006). Textile Preparation and Dyeing. New Hampshire, Estados Unidos de Am�rica: Science Publishers.

10.            Cie, C. (2015). Ink Jet Textile Printing. Cambridge, Inglaterra: ELSEVIER: The Textile Institute.

11.            De la Fuente, D. y Fern�ndez, I. (2005). Distribuci�n en Planta. Asturias, Espa�a: Editorial Universidad de Oviedo (Junio, 2016).

12.            DIN 22101. (2002). Continuous conveyors- Belt conveyors for loose bulk materials, basics for calculation and dimensioning. Recuperado de: https://es.scribd.com/doc/146209844/DIN-22101-e-pdf (Septiembre, 2016).

13.            F�quene, C. (2007). Producci�n limpia, contaminaci�n y gesti�n ambiental. Bogot�, Colombia: Editorial Pontifica Universidad Javeriana.

14.            Giancoli, D. (2006). F�sica: Principios con aplicaciones vol. 1. (6ta ed.). Naucalpan de Ju�rez, M�xico: PEARSON Prentice Hall.

15.            Groover, M. (2000). Fundamentos de manufactura moderna: materiales, procesos y sistemas. (2da ed.). Naucalpan de Ju�rez, M�xico: Pearson Prentice Hall.

16.            Halmos G. (2006). Roll Forming Handbook. Toronto, Canad�: CRC Taylor & Francis Group.

17.            Incropera, F., DeWitt, D. y Lavine A. (2007). Fundamentals of Heat and Mass Transfer. (6ta ed.). Jefferson� City, Estados Unidos de Am�rica: John Wiley & Sons.

18.            Instituto Latinoamericano de Planificaci�n Econ�mica y Social (ILPES). (2006). Gu�a para la presentaci�n de proyectos. (27ma ed.). M�xico D.F., M�xico: Siglo Veintiuno Editores.

19.            Lacasse, K. y Baumann, W. (2004). Textile Chemicals: Environmental Data and Facts. Dortmund, Alemania: Springer.

20.            Locku�n, F. (2012). La Industria Textil y su control de Calidad� V-VI. M�xico D.F., M�xico: UL.

21.            M�ndez, R., Vidal, G., Loberl, K. y M�rquez, F. (2007). Producci�n limpia en la industria de Curtiembre. Coru�a, Espa�a: Editorial Imprenta Universitaria.

22.            Navarro, P. y P�rez, J. (2003). Manual de Qu�mica de las Disoluciones. (2da ed.). Alicante, Espa�a: Editorial Club Universitario.

23.            Perry, R. (2000). Chemical Engineer Handbook. Tomo III. (6th ed.). New York, Estados Unidos de Norte Am�rica: McGraw-Hill

24.            Peters, M. y Timmerhaus, K. (2002). Plant Design and Economics for Chemical Engineers. Tokio: McGraw-Hill.

25.            Pineda, L. y Jara, M. (2010). Prospectiva y vigilancia tecnol�gica en la cadena fibra-textil-confecciones. Bogot�, Colombia: Universidad del Rosario.

26.            Rehbein, M. (2009). Digital textile printing and the influence on design. M�nich, Alemania: GRIN Verlag GmbH.

27.            Sinnott, R. (2005). Chemical Engineering Design. (4ta ed.). Londres, Inglaterra: Elsevier.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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