See discussions, stats, and author profiles for this publication at: https://www.researchgate.net/publication/272493341 DISMINUCIÓN DE LA VARIACIÓN DIMENSIONAL DE PIEZAS ASERRADAS COMO EFECTO DE LA CALIDAD DEL FILO DE SIERRAS CINTAS Conference Paper · June 2008 CITATIONS READS 0 384 2 authors, including: Jhonattan Trejo Federal University of Technology - Paraná/Brazil (UTFPR) 14 PUBLICATIONS 8 CITATIONS SEE PROFILE All content following this page was uploaded by Jhonattan Trejo on 19 February 2015. The user has requested enhancement of the downloaded file. V CONGRESO BOLIVARIANO DE INGENIERÍA MECÁNICA II CONGRESO BINACIONAL DE INGENIERÍA MECÁNICA 17 – 20 Junio de 2008, Cúcuta -Colombia DISMINUCIÓN DE LA VARIACIÓN DIMENSIONAL DE PIEZAS ASERRADAS COMO EFECTO DE LA CALIDAD DEL FILO DE SIERRAS CINTAS Jhonattan J. Trejo F., Pablo M. Ninin J. Universidad de Los Andes. Facultad de Ciencias Forestales y Ambientales. Laboratorio Nacional de Productos Forestales - ULA (LNPF-ULA) Mérida 5101. Venezuela. e-mail: trejojhon@gmail.com, ninin@ula.ve RESUMEN Se evaluó el efecto del tratamiento de mejora de la calidad de afilado en sierras de cinta para el procesamiento primario de trozas de Pino pátula sobre las variaciones dimensionales correspondientes al espesor de piezas aserradas, considerando para ello el tiempo efectivo de corte. Se aplicaron dos tratamientos de afilado, preparando cintas “A” y “B”, con idénticas magnitudes de variables inherentes a la geometría del diente. La cinta “A” perfilada y afilada utilizando piedra abrasiva granulometría 60, vale decir, el perfilado y afilado convencional en la industria. La cinta “B” luego del perfilado convencional, fue afilada con piedra abrasiva matriz resinóide de granulometría 120, eliminando las rebabas producto del perfilado, dejando un acabado de calidad con notable reducción de la rugosidad del perfil. Al evolucionar los diferentes desgastes (“A” y “B”) de las herramientas cortantes considerando sus correspondientes tiempos efectivos de corte, resulto que la variabilidad de los espesores de la madera aserrada correspondiente al procesamiento con sierras de cintas con afilado convencional (“A”), fue notablemente superior que la del procesamiento con cintas con acabado final de calidad del afilado(“B”). Se consideraron las tolerancias de variación de espesor de madera aserrada establecidas con las normas de peso internacional. Un afilado de calidad final contribuye con la reducción de las variaciones dimensionales de las piezas aserradas durante el proceso de aserrado y por ende, con el rendimiento de la materia prima. Palabras claves: Control de calidad, Industria del aserrío, Variación dimensional, Piezas aserradas, Control dimensional, Rendimiento. INTRODUCCIÓN Lograr un producto de calidad es la meta fundamental en la cadena de procesamiento mecánico de la madera. Las variaciones dimensionales se corresponden con aquellas imperfecciones o deformaciones que se pueden presentar entre diferentes piezas aserradas o en una misma pieza, causada por un conjunto de variables inherentes a las condiciones de corte y de la herramienta cortante. La magnitud de las variaciones dimensionales está estrechamente relacionada con el rendimiento de materia prima, teniendo a su vez una influenza directa sobre la productividad. Las dimensiones inexactas de producto de madera aserrada, ocasionan graves problemas en los procesos posteriores de manufactura hasta lograr un bien final, generando fundamentalmente pérdidas de materia prima y retrabajos o procesamientos adicionales que reducen la productividad. La presente investigación se 110 V CONGRESO BOLIVARIANO DE INGENIERIA MECANICA II CONGRESO BINACIONAL DE INGENIERIA MECANICA 17-20 Junio 2008, Cúcuta, Colombia ISBN 978-958-44-3510-1 concentra en el efecto de la calidad de filo sobre la variación dimensional de piezas aserradas. La calidad deber ser lograda con el mayor rendimiento de la materia prima – troza y con la mayor productividad. Estas variables son los indicadores del desempaño de un aserradero. Según Williston 1978, citado por Rondón 1993, las variaciones dimensionales de la madera aserrada tienen efectos negativos notables, no solo sobre la calidad de los productos sino también sobre el rendimiento de la materia prima. El costo de la materia prima es el mayor para un aserradero, siendo uno de los principales factores que afectan la rentabilidad de la industria maderera, por esta razón es indispensable controlar las pérdidas y maximizar el rendimiento en volumen y calidad del producto resultante. A su vez si el producto elaborado sufre una disminución en su calidad, por ende, sufrirá una reducción en su precio, lo que trae como consecuencia una declinación en el beneficio del aserradero. Según Williston 1992, citado por Rondón 1993, se debe admitir que grandes cantidades de dinero pueden ser perdidas cada año, inclusive en un aserradero de tamaño modesto, en forma de perdidas directas en la materia prima o por el decrecimiento de la calidad de los productos. En Norteamérica, en la misma medida que el precio de la materia prima sufría de incrementos progresivos, muchos aserraderos examinaron críticamente el control dimensional de la madera aserrada en cada centro de máquinas, como un medio para incrementar los beneficios. Se ha reconocido que un buen control de las dimensiones de la madera aserrada genera una mejoría que permite incrementar la rentabilidad, debido a que se alcanzan lograr aumentos en el orden del 20% y más en el rendimiento de la materia prima (Williston 1988). Los países industrializados han adoptado una tendencia a la aplicación de sistemas de control de calidad de los productos, trabajando a partir de la asignación para las dimensión final o Target Size, que no es más que trabajar el espesor de las piezas a aserrar en función de las posibles perdidas de materia prima en el procesamiento (Ninin, 1994), entre ellas la variación dimensional bajo control y dimensión final del producto. El control de calidad en los aserraderos, comienza desde el mismo momento que es seleccionada la troza, para obtener un producto de calidad conocida. Su selección y clasificación son determinantes de su correcto procesamiento o conversión en madera aserrada, proceso de secado y embalaje o empaque (Navarrete, 1991). Para asegurar la comercialización de la madera aserrada, es necesario mejorar la calidad de los productos, ya que tanto en el mercado nacional como en el internacional son cada vez mayores las exigencias que se imponen a los productos forestales. Como prueba de ello, podemos citar la adopción de sellos de calidad para productos manufacturados (madera) que ingresan a la Comunidad Económica Europea (C.E.E). DESARROLLO Se prepararon dos (2) cintas (herramienta cortante utilizada), ambas con características geométricas idénticas (Cinta A y Cinta B). Las especificaciones de las sierra de cinta utilizadas fueron: ancho (200 mm), espesor (1,45 mm), longitud (9000 mm) y las características técnicas de su dentadura que se encuentra conformada por: paso (50 mm), altura del diente (17 – 18 mm), capacidad de garganta (504 mm³) , ángulos de corte (α) (30˚), ángulo libre (γ) (10˚) y ángulo de hierro (β) (50˚), sus valores de traba (λ) (0,8 mm), sus ángulos de rectificación tanto frontal (7˚) como lateral (6˚) y el perfil de la dentadura (pico de loro), como se aprecia en la figura 1. La cinta A, representa al afilado de tipo convencional y ampliamente utilizado en el país, y no es más que recorrer la dentadura con la piedra del esmeril de la afiladora de sierras de cintas, la cual es alimentada eléctricamente a través de un motor trifásico de 0,47 kw solo para el giro del esmeril y de 3400 rpm; encargada de eliminar de los fondos de gargantas (fondos de los dientes) las microfisuras, y corregir el filo de la arista cortante (arista del diente), como se aprecia en la figura 2. La piedra abrasiva de la afiladora de sierras, está conformada principalmente por óxido de aluminio blanco, con una liga cerámica vitrificada y una granulometría estandarizada en la industria del país de grano 60. Esta piedra abrasiva, al realizar su acción sobre el metal de la cinta, deja una superficie bastante rugosa y perpendicular al eje de la cinta (de acuerdo a la ubicación del esmeril respecto a la cinta). Figura 1 Terminología de una cinta 111 V CONGRESO BOLIVARIANO DE INGENIERIA MECANICA II CONGRESO BINACIONAL DE INGENIERIA MECANICA 17-20 Junio 2008, Cúcuta, Colombia ISBN 978-958-44-3510-1 acción en el mismo instante, es decir, 6 dientes cortando a la vez, y así evaluar la influencia del afilado con acabado final, tomando en consideración la capacidad de corte de la Sierra de Cinta Brenta de 55 Hp y la caja de velocidades de 12 combinaciones, al determinar el espesor de viruta óptimo, tomando en cuenta los grupos energéticos (Ninin, 1986). Para ello fue necesario realizarle pruebas a la materia prima en la sección de Ensayos del Laboratorio Nacional de Productos Forestales (LNPF), con el fin de determinar la densidad de la madera de Pino Pátula utilizada en esta investigación. Encontrando valores de densidad promedio de 0,527 grs/cm³. Figura 2 Recorrido del esmeril por cada diente durante el proceso de afilado. Vale resaltar que luego que el esmeril hace su trayectoria sobre el diente, deja una cantidad considerable de rebabas, las cuales afectaran de forman considerable la capacidad de seccionamiento de la madera de acuerdo a lo expuesto por Trejo J., 2006. Lo correspondiente a la cinta B, representa un afilado con acabado final de calidad. Este tratamiento consiste en hacer pasar una piedra para acabado final (matriz resinóide) de granulometría mayor (120), como un paso posterior al perfilado tradicional. Esto con el fin de borrar las marcas que deja el esmeril de la afiladora de cintas y eliminar los residuos de metal en forma de rebaba presentes en los dientes luego de un afilado convencional utilizando la tradicional piedra de granulometría 60. Luego que se preparan las cintas, se verifica el correcto afilado de cada una de las variables inherentes a la geometría de la herramienta, utilizando como instrumento de medición un vernier digital con precisión de 0,001 mm y un medidor de trabas con precisión de 0,01 mm; con una intensidad de muestreo del 20% de los dientes que conforman la cinta. Se selecciona al azar en sectores simétricos de la herramienta en cuestión. Los resultados permitieron confirmar el control de la calidad geométrica de las herramientas, puesto que el coeficiente de variación CV (%) arrojó valores inferiores al 10%, en donde tenemos que el CV (%) de la muestra (n = 40 dientes) fue de 7,19%, para el ángulo de corte de 7,43%, para el ángulo libre de 7,21%, para el ángulo de hierro de 7,80%, para la traba izquierda de 7,12% y para la traba derecha de 7,22%. Se estandarizaron las alturas de corte a 300 mm, para mantener la misma proporción de dientes haciendo su Es importante resaltar, que procesar la madera tomando en consideración los espesores de viruta óptimo, conlleva a acercarse a la saturación de las gargantas de los dientes de la cinta; teniendo que por definición, el espesor de viruta óptimo (Ev opt) es aquel que para una altura de corte dada, satura la capacidad de evacuación de las gargantas con el aserrín resultante, con el menor consumo de energía posible; como se refleja en las 5 metas del procesamiento de la madera, descritas Trejo J., 2006. Tomando en consideración la expresión matemática del espesor de viruta óptimo, se tiene que el valor ajustado a nuestras características es de 0,56 mm: EvOpt = Val * Paso Vh (1) Donde: i. ii. iii. iv. Ev opt: espesor de viruta óptimo (mm). Val: velocidad de alimentación (m/min). Paso: paso de la herramienta (distancia entre dos aristas de dientes consecutivos) (mm). Vh: velocidad de la herramienta (m/min). Por el efecto de los esfuerzos de corte en la parte dentada de la cinta y que éstas además se encuentran sometidas a esfuerzos de tensión de montaje constante, tradicionalmente se ha establecido como mantenimiento preventivo de que los turnos de trabajo de cada cinta están limitados a 4 horas/cinta, para luego diagnosticarlas en la sala de afilado, hacer limpiezas de gargantas y minimizar el efecto de posibles microfisuras, aplicando un paso muy suave del esmeril, siendo para la presente investigación de sumo interés de no afectar el filo sino solamente el fondo de la garganta de la parte dentada, puesto que se trata de la zona de mayor concentración de esfuerzos. 112 V CONGRESO BOLIVARIANO DE INGENIERIA MECANICA II CONGRESO BINACIONAL DE INGENIERIA MECANICA 17-20 Junio 2008, Cúcuta, Colombia ISBN 978-958-44-3510-1 Se tomaron como referencia, los valores de tolerancia para piezas aserradas de la norma internacional Southern Pine Inspection Bureau (SPIB), ya que muestra limites de tolerancia más exigentes que para la norma Venezolana COVENIN, y además es importante desarrollar la presente investigación con miras de establecer las estrategias de mercado en función de normas internacionales. Por lo tanto para piezas aserradas con espesores nominales (Enominal) de 20mm se tomó como limite superior de control (LIC) equivalente 18,4mm y como limite inferior de control (LSC) el valor de 21,6. Siendo entonces la tolerancia de variación de espesor de madera aserrada máxima equivalente a 1,6mm. El levantamiento de información inherente a las variaciones dimensionales, se realizaron para cada tipo de cinta, siendo la referencia límite o parada de toma de mediciones la presencia, de manera constante y con magnitudes crecientes, de variaciones dimensionales que no estaban en conformidad con lo establecido por las normas SPIB. Es decir, para la cinta tipo “A”, de afilado convencional, se alcanzo a medir la variación dimensional a 60 piezas muestra, puesto que de manera constante y con magnitudes crecientes ocurrían piezas con variaciones dimensionales superiores a lo preestablecido por la norma SPIB. De igual manera, ocurrió para el caso de la cinta tipo “B” de afilado con acabado final de calidad, se alcanzo a medir la variación dimensional a 90 piezas muestra. Las mediciones del espesor de las piezas aserradas, fue realizada mediante la utilización de un vernier digital con precisión a 0,001mm. Las lecturas se realizaron en 5 sectores de las piezas aserradas con igual distanciamiento entre medidas, a partir de 304,8mm (1pies) de los extremos, como se aprecia en figura 3 y 4. Figura 3: Zonas para toma de lecturas del espesor de las piezas aserradas Figura 4: Lecturas de espesor de las piezas aserradas (Vernier Digital) RESULTADOS Para la cinta tipo “A”, de afilado convencional, se realizaron mediciones de variación dimensional sobre piezas hasta un total de 12 horas, es decir, 3 turnos de 4 horas, es decir hasta presentarse de manera constante y con magnitudes crecientes variaciones dimensionales de no conformidad con la norma SPIB. De igual forma, en el caso de la cinta “B” de afilado con acabado final de calidad, se realizaron mediciones de variación dimensional sobre piezas hasta un total de 18 horas, es decir, 4 turnos de 4 horas más 2 horas adicionales. El primer análisis nos permite afirmar, que un total de 60 piezas muestra obtenidas con la cinta tipo ”A”, correspondiente al tratamiento de afilado convencional, el 46,67% de las piezas muestra presentaron variaciones dimensionales superiores a las establecidas por las normas SPIB. Con respecto a las piezas obtenidas con la cinta tipo “B”, que representa el afilado con acabado final de calidad, resultó con un 17,78% de piezas muestra que presentaron variaciones dimensionales superiores a las establecidas por las normas SPIB. Por otra parte, se observa de manera general, en las figuras 5 y 6, la tendencia a ser mayor el número de piezas con variaciones dimensionales en conformidad con las normas SPIB, en las primeras horas del turno, para luego ir incrementado el número de piezas de con variación dimensional no admisible, lo cual evidencia la acción del desgaste de la herramienta. Para el caso del tratamiento de cinta tipo “A”, se observa que la generación de desvíos en el corte que producen variaciones dimensionales que están en no conformidad con la norma SPIB, se inician de manera 113 V CONGRESO BOLIVARIANO DE INGENIERIA MECANICA II CONGRESO BINACIONAL DE INGENIERIA MECANICA 17-20 Junio 2008, Cúcuta, Colombia ISBN 978-958-44-3510-1 25 24 23 Espesor(mm) incipiente a partir de las 8 horas de turno, para luego ir aumentando las magnitudes provocando las mayores variaciones dimensionales hasta las 12 horas. Para el caso del tratamiento de cinta tipo “B”, se observa que los desvíos en el corte que generan variaciones dimensionales no admisibles por la norma SPIB, se inician de manera incipiente a partir de las 16 horas, para luego sufrir ligeros incrementos de variaciones dimensionales que se separan del limite superior de control y del limite inferior de control, alcanzando las mayores magnitudes de variación dimensional alrededor de las 16 horas. 22 21 20 19 25 18 24 17 Espesor(mm) 23 4h 8h 12h 22 LSC Enominal 21 Emax Emin 16h LIC Figura Nº6. Variaciones Dimensionales para Afilado con acabado final. 20 19 18 LSC Enominal 8h LIC 10h 11h 23 6h 17 4h 11 2h 4 1 17 Emax Figura Nº5. Variaciones Dimensionales para Afilado Convencional. 12h Emin Es evidente, en las Figura 5 y 6, que el efecto del desgaste de los filos esta íntimamente relacionado con la presencia e incrementos de los valores de espesor, expresados en términos de variación dimensional. En tal sentido, el efecto del desgaste del filo de la cinta tipo “A”, de afilado convencional, se inicia a partir de las 8 horas, mientras que para la cinta tipo “B”, de afilado con acabado final de calidad, ocurre a partir de las 16 horas. Por lo tanto se puede afirmar que el efecto progresivo del desgaste del filo sobre la variación dimensional en el espesor de madera aserrada, se reduce aproximadamente en un 50% cuando se aplica el afilado con acabado de calidad. Es importante destacar, al observar la evolución de las variaciones dimensionales en el tiempo, que existe un comportamiento más homogéneo para el caso del afilado con acabado final de calidad ante el afilado convencional, encontrando valores más dispersos y con la incidencia de piezas aserradas fuera de norma en las primeras horas del procesamiento de la materia prima. A partir de la diferencia entre la mayor y menor dimensión de espesor medido en cada pieza muestra, tanto para el tratamiento de cinta tipo “A” como para el tipo “B”, se desarrollo un análisis de varianza, con el objeto de determinar sin existen diferencias estadísticas entre los dos tratamientos en cuestión. En el cuadro 1, se observa que existen diferencias altamente significativas a un 95% de 114 V CONGRESO BOLIVARIANO DE INGENIERIA MECANICA II CONGRESO BINACIONAL DE INGENIERIA MECANICA 17-20 Junio 2008, Cúcuta, Colombia ISBN 978-958-44-3510-1 confiabilidad entre las variaciones dimensionales generadas por el aserrado con cintas con afilado de acabado tradicional (Cinta tipo “A”) y las obtenidas por el afilado de acabado de calidad (Cinta tipo “B”) Cuadro 1. Análisis de Varianza para la diferencia entre la mayor y menor dimensión de espesor medido en cada pieza muestra. Fuente de Gl Suma Cuadrad F P Variación Cuadrad Medio Tipo de 1 15,00 15,00 10,22 0,002 Cinta Error 148 217,15 1,47 Total 149 232,15 Al ser altamente significativa la diferencia entre los tratamientos en cuestión, se procedió a ejecutar un análisis de diferencia de medias por el Método Tukey, evidenciando con un 95% de confiabilidad que las medias de variación dimensional de piezas aserradas, generadas por el aserrado con cintas de afilado de acabado tradicional (Cinta tipo “A”) son significativamente mayores que las obtenidas con el afilado de acabado de calidad (Cinta tipo “B”) 3. En lo referente al mantenimiento del filo de las cintas, se aprecia un notable beneficio en lo referente a la vida útil del filo, cuando el afilado de acabado final es aplicado. Este tratamiento permite duplicar la vida útil del filo, expresado en términos de tiempo de trabajo o turno. 4. Lo que conduce hacia la aplicación de un concepto novedoso y en plena evolución, la ecoeficiencia. Que puede resumirse en “Producir más con menos”, es decir, reducir los desechos, consumir menos energía y materias primas, lo que implica para la empresa reducir sus costos de producción y operación; para el ambiente disminuir la contaminación y el deterioro (Taylhardt, 1998). RECOMENDACIONES 1. Cuantificar la rugosidad del metal, a través de la utilización del rugosímetro, en ambos casos de afilado. Es decir, para la superficie de los dientes con el recorrido de la piedra abrasiva de granulometría 60 y la piedra abrasiva de matriz resinoide de granulometría 120, y así atribuirle valor de la variación de la rugosidad del metal respecto a la variación del consumo de intensidad de corriente consumida. 2. Cuantificar la cantidad de insumos consumidos y tiempos de operación de reparación y mantenimiento de herramientas cortantes para ambos casos de afilado. 3. Evaluar una metodología que permita cuantificar la rata de desgaste de las cintas en ambos tratamientos, y que tenga viabilidad de aplicación en la industria nacional del aserrío; ya que, los métodos actualmente utilizados son de tipo indirectos. 4. Fomentar el uso de metodologías para evaluar gargantas y espesores de virutas en la industria nacional del aserrío, con la finalidad de manejar variables que permitan incrementar su productividad. 5. Divulgar los resultados obtenidos mediante talleres demostrativos en la industria del aserrío nacional y fabricantes de las piedras abrasivas. CONCLUSIONES 1. 2. Si la potencia de motor de la sierra de cinta es suficientemente holgada, se puede afirmar que la causa de los desvíos de la línea de corte, que genera una variación dimensional y por ende un menor aprovechamiento de la materia prima, es causada por el grado de desgaste del filo de la herramienta cortante. Una cinta que presente desvíos continuos y considerables hacia las primeras horas del proceso de obtención de madera aserrada, implica una deficiencia en la calidad del trabajo realizado en la sala de afilado, por el contrario, una cinta que muestre desvíos de la línea de corte luego de pasadas las 4 horas de trabajo para un afilado convencional, es considerada como una situación normal producto del efecto progresivo del desgaste. La variabilidad de los espesores resultantes del procesamiento primario de Pino Pátula con sierras de cintas con afilado convencional es superior que la variabilidad de los espesores resultante del procesamiento con sierras de cintas con afilado con acabado final de calidad. De este modo, el rendimiento de la materia prima alcanzado por la menor incidencia de los desvíos de la línea de corte y por la menor proporción de productos defectuosos (que no satisfacen las normas de calidad dimensional), justifica la aplicación de un acabado final de calidad del afilado. Agradecimientos Se agradece al Laboratorio Nacional de Productos Forestales – ULA (LNPF-ULA), por la cooperación económica y tecnológica para el desarrollo de esta investigación. 115 V CONGRESO BOLIVARIANO DE INGENIERIA MECANICA II CONGRESO BINACIONAL DE INGENIERIA MECANICA 17-20 Junio 2008, Cúcuta, Colombia ISBN 978-958-44-3510-1 REFERENCIAS Ed M. Williston. 1988, Lumber manufacturing: the design and operation of sawmills and planer mills. USA. 2. Instituto Forestal – Corporación de fomento de producción. 1989, Principios de organización y operación del aserradero. Chile. 3. JUNAC, Junta del Acuerdo de Cartagena, 1989. 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