Nature">
Proceso de Empaques Molcauchos
Proceso de Empaques Molcauchos
Proceso de Empaques Molcauchos
_____________________________________
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Jurado Orientador
____________________________________
Jurado 1
____________________________________
Jurado 2
3
DIRECTIVAS DE LA UNIVERSIDAD
Secretario General
Dr. Juan Carlos Posada García-Peña
4
Las directivas de la Universidad de
América, los jurados calificadores y el
cuerpo docente no son responsables por
los criterios e ideas expuestas en el
presente documento. Estos corresponden
únicamente a los autores.
5
AGRADECIMIENTOS
6
CONTENIDO
pág.
INTRODUCCIÓN 19
OBJETIVOS 19
1. GENERALIDADES 20
1.1 CLASES DE CAUCHO 20
1.1.1 Caucho Natural 20
1.1.2 Caucho Sintético 20
1.2 VULCANIZACIÓN DE ELASTÓMEROS 21
1.2.1 Azufre 22
1.3 PROPIEDADES FÍSICAS Y QUÍMICAS DEL CAUCHO 23
1.4 LÁTEX 24
1.5 PREPARACIÓN PARA UNA MEZCLA DE CAUCHO 25
1.5.1 Base elastomérica 26
1.5.1.1 Caucho nitrilo 26
1.5.2 Agentes de vulcanización 27
1.5.3 Acelerantes 27
1.5.4 Activadores 27
1.5.5 Antioxidantes 28
1.5.6 Plastificantes 28
1.5.7 Agentes reforzantes 28
1.5.7.1 Negro de Humo 29
1.8 MARCO LEGAL 29
2. DIAGNOSTICO DE LA EMPRESA 31
2.1 DESCRIPCIÓN DE LA EMPRESA 31
2.2 DESCRIPCIÓN DEL PROCESO 33
2.3 IDENTIFICACIÓN DE PROBLEMÁTICA 35
2.3.1 Análisis Pareto 36
2.3.2 Identificación de causa raíz 38
2.3.2.1 Método de las 5 “M” 38
2.4 INDICADOR OEE (OVERALL EQUIPMENT EFFECTIVENESS O EFICACIA
GLOBAL DE EQUIPOS PRODUCTIVOS) 43
2.5 ENCUESTA DE SATISFACCIÓN DEL CLIENTE 46
3. DESARROLLO EXPERIMENTAL 48
3.1 DISEÑO DE EXPERIMENTOS 48
3.1.1 Planteamiento de hipótesis 49
3.1.2 Variables del diseño experimental 49
3.1.3 Diseño de experimentos factorial 50
7
3.1.4 Instrumentación y equipos 50
3.2 METODOLOGÍA EXPERIMENTAL 50
3.2.2 Datos experimentales 52
3.2.3 Resultado del diseño factorial 53
3.3 MEZCLA RESULTANTE PARA LA FABRICACION DE EMPAQUES DE
CAUCHO 54
3.4 CARACTERIZACIÓN 56
3.4.1 Ensayo de tensión y elongación 56
3.4.2 Ensayo reometria de torque 57
3.4.3 Ensayo de flexión 58
3.4.4 Resumen de las pruebas físicas realizadas al caucho natural 59
4. ANÁLISIS DE RESULTADOS 60
4.1 ENSAYOS EXPERIMENTALE 60
4.1.1 Análisis de tensión y elongación 60
4.1.2 Análisis de reometria 62
4.1.3 Análisis de flexión 63
4.2 ANÁLISIS EN LA ADICIÓN DE INSUMOS 64
5. RENTABILIDAD DEL PROYECTO 70
5.1 COSTOS Y GASTOS CON Y SIN LA PROPUESTA 70
5.1.1 Devoluciones e inconformidades 72
5.1.2 Costo unitario 72
5.1.3 Nuevos mercados 76
5.2 RENTABILIDAD 76
6. CONCLUSIONES 78
7. RECOMENDACIONES 79
BIBLIOGRAFÍA 80
ANEXOS 82
8
LISTA DE TABLAS
pág.
9
LISTA DE GRAFICAS
pág.
10
LISTA DE FIGURAS
pág.
11
LISTA DE IMÁGENES
pág.
12
LISTA DE ANEXOS
pág.
13
LISTA DE ABREVIATURAS Y UNIDADES
14
GLOSARIO
15
caucho, dando mayor resistencia a la fricción y dureza al caucho. La temperatura y
tiempo del proceso de vulcanización dependerán de varios factores como la
formulación y la aplicación del producto final.
16
RESUMEN
Este trabajo de grado plantea una propuesta de mejora para los empaques de
caucho fabricados en industrias JOLFERB, realizando una caracterización de los
empaques de caucho natural producidos por parte de la empresa, utilizando la
misma como base para elaborar una nueva formulación junto con un protocolo que
ayude a disminuir las inconformidades presentadas por los clientes de industrias
JOLFERB.
El desarrollo de la caracterización se realizó tanto a la fórmula con base a caucho
natural como a la fórmula de la alternativa propuesta, partiendo de factores que
influyen en la calidad de las láminas que se fabrican en la empresa. Para
posteriormente analizar la influencia de dos factores que influyen en la dureza del
material, que es la principal inconformidad del cliente, se realizó un diseño
experimental con los factores tiempos de vulcanizado y cantidad de plastificante,
teniendo para los mismos dos niveles de 8 y 12 minutos y 1500 y 2000 gramos
respectivamente. De lo cual se identificó que la concentración de plastificante más
acorde para la nueva formulación es de 2000 gr utilizando un tiempo de
vulcanizado de 8 minutos, puesto que en estas condiciones el producto final
presenta las durezas que se requieren.
Se fabricó una lámina utilizando los datos de la parte experimental, comparándola
con las láminas fabricadas actualmente en la empresa, se encontró que se
mejoran las propiedades de flexión, tensión y dureza, obteniendo de esta manera
un producto de mejor calidad. Finalmente se comparó la rentabilidad para el
proceso tradicional y para la alternativa propuesta, para así ver la viabilidad de la
propuesta y la mejora de dicha rentabilidad con la nueva formulación.
17
INTRODUCCIÓN
18
OBJETIVOS
OBJETIVO GENERAL
Desarrollar una propuesta de mejora para el proceso de fabricación de empaques
de caucho natural en Industrias JOLFERB.
OBJETIVOS ESPECÍFICOS
19
1. GENERALIDADES
En la parte final del capítulo se definen los términos que influyen en la formulación
y elaboración del caucho los cuales incluyen compuestos orgánicos e inorgánicos
que se mezclan para otorgar características y propiedades específicas de acuerdo
al producto a fabricar.
1.1 CLASES DE CAUCHO
20
Figura 1. Tipos de caucho sintéticos y sus características.
Uno de los metodos mas comunes para vulcanizar mezclas de caucho es el que
emplea azufre como agente vulcanizante. Este sistema de vulcanización necesita
ademas del azufre, una variedad de aditivos que comprenden el sistema de
vulcanización. Estos aditivos pueden ser aceleradores, activadores y/o
21
antioxadantes. La reaccion que ocurre del polimero con el azufre durante la
vulcanizacion se resume en la figura 2.2
22
Figura 3. Diagrama deformación–esfuerzo del caucho natural
vulcanizado
Para las mezclas de caucho es recomendada una cantidad de azufre del 0.5 al 3
% del peso del caucho para artículos blandos y del 15 al 30 % para piezas más
duras.
23
Imagen 1. Cadena de polímeros caucho natural
1.4 LÁTEX
24
pentaclorofenato sódico, el disulfuro de tetrametiltiuram, el dimetilditiocarbamato
sódico o el óxido de zinc.7
25
antioxidantes, acelerantes, activadores, agentes de vulcanización y
plastificantes.12
26
alta resistencia a los solventes y aceites, fácil extrusión y buena resistencia al
agua. Su temperatura de trabajo está entre los -30 hasta los 125 °C.16
1.5.4 Activadores. Junto con los aceleradores, que son con los que primero
reaccionan, favorecen la velocidad de vulcanización, activando al mismo tiempo al
azufre para iniciar la vulcanización. Los activadores más usados en las
formulaciones de mezclas de caucho, son el óxido de zinc en concentraciones de
2 - 4 phr combinado con el ácido esteárico en concentraciones de 1 - 3 phr. El
ácido esteárico además de ser un activador, reduce la viscosidad durante el
mezclado funcionando como un lubricante. En la figura 5 se observa, en las
distintas reometrias, el efecto de los activadores en el tiempo de vulcanización,
manifestado en los aumentos de torque.19
16 lbid.
17 PÉREZ ROSAS, Humberto. Recuperación y uso del solvente y producto, en la obtención de la 4,
4´-ditiodimorfolina. México: Instituto Politécnico Nacional (IPN). 2016.
18 GONZÁLEZ, Op., Cit.
19 lbid.
27
Figura 5. Efecto de los activadores en el tiempo de
vulcanización
28
primas. Estos pueden ser por lo general de tipo orgánico e inorgánico, cargas
negras o blancas y rebaba de procesos anteriores.22
1.5.7.1 Negro de Humo. Quizá uno de los reforzantes más empleados en las
mezclas de cacho es el negro de humo, debido a que este acrecienta la
resistencia a la abrasión y a la tensión, además de funcionar como pigmento y dar
el color negro característico de muchos productos. Su inclusión puede hacerse en
intervalos comprendidos entre 5 y 50 phr.23
22lbid
23BELTRÁN, M. y MARCILLA, A. Tema 2: Tipos De Plásticos, Aditivacion y Mezclado. En:
Tecnología De Polímeros. p. 75..
24 FINAGRO. Normatividad Vigente. p. 8
29
Tabla 1. Marco Jurídico Nacional
NORMA REGULACIÓN
Resolución ICA No. 1478 de Por la cual se adoptan normas de carácter
2006 fitosanitario y de recursos biológicos para
la producción, distribución y
comercialización de material de
propagación vegetativa de caucho natural
(Hevea sp)
LEY 686 DE 2001 (agosto Por la cual se crea el Fondo de Fomento
15) Cauchero, se establecen normas para su
recaudo y administración y se crean otras
disposiciones.
DECRETO NUMERO 2025 Por el cual se reglamenta el Control
DE 1996 (noviembre 6) Interno.
DECRETO NUMERO 3244 Por el cual se reglamenta la Ley 686 de
DE 2002 (diciembre 27) 2001.
Procedimiento de recaudo FONDO NACIONAL DE FOMENTO
CAUCHERO PROCESO DE RECAUDO
DE LA CUOTA DE FOMENTO
CAUCHERO LEY 686 DE 2.001
DECRETO REGLAMENTARIO 3244 DE
2002
Formato de recaudo Formato de recaudo Ley 686 de 2001 -
Fondo Nacional de Fomento cauchero
Fuente: FINAGRO. Normatividad Vigente
30
2. DIAGNOSTICO DE LA EMPRESA
31
Tabla 2. Productos fabricados en industrias JOLFERB
ZAPATAS: Absorbe y
amortigua las irregularidades
de distintos materiales como
sillas, bastones y demas.
BUJES REDUCTORES: El
casquillo de caucho se utiliza
en una variedad de
aplicaciones, tales como los
amortiguadores, aisladores de
vibración, resistencias a la
abrasión, y así sucesivamente.
32
2.2 DESCRIPCIÓN DEL PROCESO
33
Figura 6. (Continuación)
34
Mezclado: se realiza en un molino abierto que lleva dos rodillos que giran en
sentidos opuestos (Imagen 4). En dicho molino se van incorporando las
distintas materias primas empezando con el caucho natural que es la base
elastomerica. Luego se añade el antioxidante y las demas materias primas sin
un orden establecido(reforzantes caolín, negro de humo, oxido de zinc, acido
estearico, MBT, azufre y el plastificante). Este proceso se lleva a cabo a una
temperatura entre 25 a 30 °C para evitar una prevulcanización del compuesto.
La mezcla se hace pasar una y otra vez por el molino hasta que esta se
homogeniza en un tiempo aproximado de 30 a 40 minutos.
35
Tabla 3. Devolución mensual JOLFERB
36
Tabla 4. Razones de devolución mensual JOLFERB
Defectos de
1 36 36 40% 40%
dureza
Producto en mal
2 16 52 18% 58%
estado
Terminación
4 6 73 7% 81%
equivocada
Error en cantidad
7 4 87 4% 97%
enviada
8 Otros 3 90 3% 100%
Total 90
Defectos en dureza: las durezas medidas por el cliente no están dentro del
intervalo 35 a 45 shore A.
Producto en mal estado: la pieza presenta oxido, perdiendo propiedades y
manchando las superficies donde es usada.
Manchado: el producto no está totalmente homogenizado, lo que genera
manchas de color negro sobre las superficies donde es realizada la prueba para
el manchado.
Terminación equivocada: residuos adheridos a los moldes reprocesados de
una vulcanización a otra, hacen que la pieza quede con grumos o formas
distintas a las del molde.
Pedido duplicado: producto enviado previamente.
Baja rotación: con ciertos clientes se estipula un tiempo para vender el
producto o regresarlo a la compañía.
Error en cantidad enviada: se envía un lote con piezas faltantes o demás.
37
Otros: razones como tardanza en los tiempos estipulados o productos mal
empacados o errores en facturación.
40 100%
35
30 80%
25 60%
20
15 40%
10 20%
5
0 0%
2.3.2.1 Método de las 5 “M”: es un análisis estructurado que por medio de cinco
ejes principales busca identificar las posibles causas de un problema. Dichos ejes,
para seguir un orden que permita abarcar gran parte de las causas y enfocar de
manera más concreta el principal problema. Las “M” corresponden a máquina,
método, mano de obra, medio ambiente y materia prima.
38
Imagen 7. Diagrama de Ishikawa para el producto no conforme por defectos en dureza.
39
En el diagrama de Ishikawa (imagen 7) están todas las posibles causas que
generan un producto no conforme, divididas en 5 ítems. A continuación se
mencionan las más importantes para cada apartado con su respectiva explicación.
40
Tabla 5. Formulación caucho natural industrias JOLFERB
Caucho 3000
100
natural
antidegradantes
31 GONZÁLEZ, Op., Cit.
32 lbid.
33 lbid
41
El siguiente balance de masa de la tabla 6 evidencia la cantidad de rebaba que se
genera en el proceso así como las entradas y salidas del mismo.
Dosificación Dosificación
Entradas Salidas
(gr) (gr)
Caucho Producto
3000 11684
natural terminado
Caolín 7000 Rebaba 1016
Negro de
1500
humo
Acido
170
esteárico
Óxido de
130
Zinc
Antioxidante 130
M.B.T 90
Azufre 180
Aceite
500
quemado
42
MEDIO AMBIENTE: las elevadas temperaturas ambientales (28°C o mas),
aceleran el deterioro de la pieza. Las fuentes de calor externas (maquinas de la
planta) incrementan la temperatura ambiente, haciendo que los artículos ya
fabricados sean sometidos constantemente a calor, afectando las propiedades del
producto endureciendolo o ablandandolo en un tiempo de exposición prolongado
(meses de almacenamiento).34Conjuntamente la falta de organización y limpieza
en planta contribuyen a la contamiacion de la materia prima y a su vez una mala
dosificación de la misma.
MATERIA PRIMA: hay un mezclado deficiente, las materias primas son
incorporadas sin un orden especifico. La norma NTC 898 (Caucho. Materiales,
equipos y procedimientos para mezcla de compuestos patrón y Preparación de
láminas vulcanizadas) o ASTM D3182 establece un orden de incorporación, que
permite un mayor aprovechamiento de las propiedades que cada materia prima
confiere a la mezcla. En la actualidad solo se tiene encuenta el orden de
incorporacion del antioxidante y el caucho natural. El orden sugerido por la norma
para que las distintas materias primas cumplan de manera adecuada su funcion
en la mezcla es el siguiente: (1) caucho o la base elastomerica, (2) 50 % de la
carga reforzante, (3) 50% restante de la carga, (4) activadores (óxido de zinc y
ácido esteárico), (5) Acelerantes y (6) el agente vulcanizante. 35
2.4 INDICADOR OEE (OVERALL EQUIPMENT EFFECTIVENESS O EFICACIA
GLOBAL DE EQUIPOS PRODUCTIVOS)
principiantes/98-calcular-oee
43
Imagen 8. Calculo del indicador OEE
44
Tabla 7. Indicador OEE industrias JOLFERB
Tiempo disponible : 8
horas
PLANIFICACIÓN (Turno 8 h) Velocidad estándar: 108 100%
piezas/hora
Objetivo: 864
piezas/turno
Solo 7 h productivas de
8 disponibles, por
cambio de turnos,
tiempos de arranque, 87,50%
DISPONIBILIDAD
cambio de moldes y
retrasos.
Capacidad productiva:
756 piezas/turno
Fabricadas una media
de 81 piezas/hora, por
RENDIMIENTO reprocesos. 75%
Piezas reales fabricadas:
567 piezas/turno
Del total de piezas
fabricadas, una media
de 102 piezas son 82,01%
CALIDAD
defectuosas
Piezas bien fabricadas:
465 piezas/turno
Disponibilidad 87,50%
Rendimiento 75%
Calidad 82,01%
Se han fabricado 465
53,82%
OEE piezas en buen estado
durante el turno, frente
a una capacidad
productiva de 864
piezas por turno.
Fuente: Industrias JOLFERB
De la tabla 7 se tienen los porcentajes calculados de cada factor (disponibilidad,
rendimiento y calidad), con un resultante de 53,82 % para el inidcador OEE. Lo
que indica que la eficiencia esta por debajo del 60 %, respecto al objetivo
propuesto por la compañia de 864 piezas por turno. Ademas de esto, el producto
45
no conforme mencionado en anteriores analisis, es detectado como pieza
defectuosa ocacionalmente. Teniendo asi para el factor calidad 102 piezas
defectuosas de las cuales el 74,51% son por defectos en dureza (76 piezas). Lo
cual afecta considerablemente el porcentaje de la calidad y por ende el del
indicador OEE.
Se realizó una encuesta a los principales clientes de la compañía para conocer las
sugerencias, fidelidad e inconformidades que se tienen respecto a los empaques
de caucho actualmente fabricados. La encuesta fue realizada en linea por ser la
opcion mas economica y rapida, a 10 de los mas importantes clientes de industrias
JOLFERB. Esta consta de 13 preguntas elaboradas en conjunto con la compañía
(Anexo E) y de la cuales se extraen los datos mas pertinentes para enacaminar la
propuesta de mejora en la tabla 8.
Tabla 8. Aspectos importantes de la encuesta de satisfacción del cliente
46
competitivos y un 70% sugiere empaques con base en caucho nitrilo. Como se
puede apreciar en la gráfica 2:
Gráfica 2. Aspectos más relevantes de la encuesta
Los cauchos NBR son más resistentes a agentes atmosféricos y al agua. Tienen
una mayor dureza por su estructura polimérica (1,2-butadiene y el butadieno 1.3)
frente al caucho natural (2-metilbutadieno).37 Además de ser más duro y resistente
que el caucho natural, el caucho nitrilo o NBR presenta una mejor apariencia del
producto terminado, esto debido a que por afinidad química se hace necesaria la
inclusión, para mezclas de este tipo, de plastificantes de mayor calidad. Un
ejemplo de estos plastificantes es el DOP que confiere al producto final mejor
aspecto y brillantez que un aceite lubricante, usado generalmente para mezclas
con caucho natural
37BILURBINA ALTER, Luis; LIESA MESTRES, Francisco. Corrosión y protección. Edicions UPC,
2003. p. 98
47
3. DESARROLLO EXPERIMENTAL
Por tal razón se plantea una formulación alterna con la que se obtenga un
producto más resistente, formulado en PHR y que satisfaga las necesidades del
cliente. Para tal fin se toma como base la formulación actual presentada en el
diagnóstico, variando en esta su base elastomérica (caucho NBR por caucho
natural), su plastificante (DOP por aceite quemado), incorporando rebaba de
procesos anteriores buscando economizar costos y un acelerante más que
complemente al existente y de mayor estabilidad a la vulcanización. Además de
esto se plantea la formulación en PHR para que cada materia prima cumpla
adecuadamente su función dentro de la mezcla, incorporando cada una de las
mismas según orden de la norma NTC 898. Dicha formulación se emplea en un
diseño de experimentos que permita establecer las condiciones de tiempo de
vulcanización y cantidad de platificante necesarias para cumplir con los
requerimientos cliente.
48
en la encuesta (empaque con caucho nitrilo). Para tal fin se decidio emplear una
herramienta estadistica (DOE) que sirva para plantear mejores condiciones en el
proceso en vista de la problemática ya mostrada. El DOE o diseño de
experimentos permite analizar por medio de modelos estadisticos, la interaccion
de variables importantes en el proceso y con esto tener la información necesaria
para mejorarlo. Para tener un punto de partida para el desarrollo del diseño de
experimentos se plantea una hipotesis que buscamos confirmar o rechazar.
3.1.1 Planteamiento de hipótesis. Para este análisis se tienen los factores fijos
(concentración de plastificante y tiempo de vulcanización), utilizando para su
corroboración la hipótesis de que los mismos tienen efecto en las durezas
requeridas por los clientes. Se hace un planteamiento de hipótesis con el propósito
de tener claridad en lo establecido para el experimento y realizar una correcta
lectura los resultados. Las hipotesis planteadas son las siguientes:
3.1.2 Variables del diseño experimental. Para llevar a cabo el diseño factorial se
deben definir los factores y la variable de respuesta del experimento. Por
consiguiente se establecio el tiempo y a la cantidad de plastificante como los dos
factores inscidentes sobre la variable dependiente o de respuesta la dureza.
49
10 minutos por lo que se eligió para abarcar un rango por encima y por abajo
del usado genericamente por la empresa, un tiempo de 8 y 12 minutos.
Tabla 9. Factores y niveles del diseño de experimentos
de vulcanización)
Factor A (Tiempo 8 min 1500 gr 2000 gr
Para la inclusión en la formulación del nitrilo cabe aclarar que su base deja de ser
el caucho natural y pasa a ser el nitrilo. El nitrilo mezclado, hasta en mínimas
cantidades, con caucho natural no permite la compactación en la mezcla y altera
las propiedades del producto final por no tener afinidad con el nuevo plastificante
ni con el NBR, por tal razón la base para la nueva formulación es únicamente el
50
nitrilo. Además de esta consideración es importante mencionar que el aceite
usado en las formulaciones de caucho natural no puede ser el mismo que para la
alternativa, para tener afinidad con el caucho nitrilo, es empleado un aceite
conocido como DOP (éster Di-Octil ftalato) como plastificante. Para la nueva
formulación adicionalmente se hace la inclusión de un subproducto conocido como
retal (de nitrilo), que sencillamente es la rebaba o el residuo de procesos
anteriores. Dicho retal se formula como parte de la base elastomérica, que junto al
NBR sin procesar hacen los 100 phr de los que se parte para formular el resto de
los componentes. Como ultima consideración para la nueva formulación se hizo la
inclusión de otro acelerante conocido como Thiuram puesto que en la mayoría de
formulaciones con NBR se utiliza más de un acelerante para tener un mejor
tiempo de procesamiento antes de la vulcanización y a su vez un mejor tiempo de
cura.
51
Figura 7. Descripción del proceso
El anterior proceso se realiza dos veces hasta el paso del secado. Es decir, salen
dos láminas con diferente formulación, variando únicamente la cantidad de
plastificante (1500 y 2000 gr) para cada una. De cada lámina se cortan 6 muestras
con las dimensiones de los moldes, de las cuales 3 se vulcanizan en un tiempo de
8 min y las otras 3 en tiempo de 12 min. Obteniendo de esta forma 12 muestras de
las cuales es posible medir los datos de dureza necesarios para el experimento.
3.2.2 Datos experimentales. Se estudia el efecto del tiempo de vulcanización
(Factor A) y de la cantidad de plastificante (Factor B) como factores que afectan la
dureza en el producto final, realizando cada condición experimental por triplicado.
En la tabla 11 se ilustran los datos obtenidos para el desarrollo experimental.
52
Tabla 11. Diseño factorial para evaluar dureza
Factor B (cantidad de
Niveles Aceite DOP)
1500g 2000g
Factor A (Tiempo
50 40
de vulcanizado)
8 min 45 35
48 38
55 43
12 min 57 40
60 45
3.2.3 Resultado del diseño factorial. Para hacer una correcta interpretación de
los datos obtenidos se realiza un análisis de varianza (ANOVA) que busca
establecer diferencias entre los grupos de datos obtenidos de la variable de
respuesta (dureza) para así saber si las variables o factores seleccionados son
significativos en el experimento y así aceptar o rechazar la hipótesis planteada. En
la tabla 12 se ilustra el análisis de varianza (ANOVA) desarrollado con el software
Statgraphics versión Centurión XVI.II, el cual evalúa la incidencia de los factores al
comparar las medias de la variable respuesta en los diferentes niveles de los
factores, para declarar las posibles significancias estadísticas entre los
tratamientos.
53
dureza en contribuciones debidas a varios factores. Los valores-P prueban la
significancia estadística de cada uno de los factores. Puesto que los valores-P
para los factores A y B son menores que 0,05, estos tienen un efecto
estadísticamente significativo sobre la dureza con un 95.0% de nivel de confianza.
Haciendo uso de las tablas de distribución F se deduce que si hay efecto de la
concentracion de plastificante (aceite DOP) y tiempo de vulcanizado con respecto
a las durezas requeridas por el cliente (dentro del intervalo 35 a 45 shore A). Lo
que corrobora la hipótesis alterna descrita en el planteamiento de hipótesis. La
grafica 3 muestra el efecto de cada factor en la dureza. A mayor tiempo de
vulcanización se tiene una mayor dureza, mientras que a mayor cantidad de
plastificante se reduce la dureza.
54
Tabla 13. Formulación con caucho nitrilo
55
tener inclusive una mezcla masterbatch (mezcla homogénea de caucho y una o
varias materias en una proporción alta para su uso como materia prima en la
mezcla final del material) y una final.
Para ver la mejora del producto mas significativamente, se realizan ensayos fisicos
tanto a la formulacion con caucho natural como a la alternativa con caucho nitrilo.
Para ello, se plantean 3 ensayos fisicos para medir la calidad del producto en
distintos aspectos como tensión, elongación, tiempos de vulcanización, y flexión.
3.4 CARACTERIZACIÓN
Por la aplicación del producto final (empaque para griferia) se tomo la decision de
hacer un ensayo de tensión - elongación, reometria, y flexión, debido a que cada
uno proporciona información necesaria para saber la calidad de la pieza y poderla
comparar. Con el ensayo de de tensión - elongación se sabra cual material tiene
mayor resistencia para la presion de agua en las griferias, la reometria estipula el
tiempo de vulcanización adecuado para las mezclas de caucho y el mejor tiempo
de formado de la pieza y finalmente el ensayo de flexión permite estimar si se
cumple con los minimos ciclos recomendados para estos productos.
56
La caracterización inicial para el caucho natural se realizó mediante un
acondicionamiento de la muestra con una humedad relativa de 50% HR a una
temperatura de 23°C en un tiempo de 24 horas, en cuanto a las condiciones
ambientales del ensayo la temperatura es de 21,5°C con una humedad del 47,7%
HR utilizando mordazas neumáticas, según la norma NTC444:2006.
Por lo general este tipo de formulaciones que son en su mayoría para empaques
de grifería deben soportar un mínimo de presiones de agua de 20 psi o 0,138
MPa, por lo que el producto actual alcanza a cumplir con lo requerido, con una
resistencia mediana de tensión de 0,39 Mpa.
obtenidos por trituración mecánica a mezclas puras de EPDM. MS tesis. Universidad EAFIT,
2012.p. 38
57
En línea punteada la energía en kJ y en la línea continúa el torque, ambas con
respecto al tiempo en minutos. En la imagen 9 se ve el comportamiento de la
formulación con caucho natural en la cual se obtiene un tiempo de cura (t90) de
5,7 minutos y un tiempo scorch de 4,3 minutos. Demostrando de esta manera que
el proceso actual se está llevando a un tiempo por encima del requerido, haciendo
que el producto entre en su proceso de reversión y pierda sus propiedades.
3.4.3 Ensayo de flexión. Este análisis es realizado por el laboratorio calzado
Atlas, El equipo de prueba de flexión Ross es un equipo de flexión para suelas de
zapato que se utiliza para determina la resistencia a la flexión en productos de
caucho, el método consiste en doblar continuamente la muestra y observar los
daños y roturas de los productos de caucho. Tanto para ensayos de tracción como
de flexión, calzado atlas dispone de tres máquinas universales de ensayo, una de
ellas equipada con cámara de temperatura para ensayos desde -100 hasta 360
°C.
41LUIS, Moreno; DAMARIS, Calvo. “Estudio mecánico del asfalto modificado con polímeros y
cueros que son utilizados en la elaboración del calzado”.
58
3.4.4 Resumen de las pruebas físicas realizadas al caucho natural. A
continuación se presenta un resumen de los resultados para la formulación con
caucho natural, en la tabla 16.
Resistir un mínimo
0,39[Mpa]
Tensión de presión de agua
Mediana, Máxima
elongación de 20 psi o 0,138
0,47[Mpa]
Mpa
Estos resultados reflejan una tensión que cumple con los mínimos requeridos para
este tipo de productos, estando por encima por 0,252 Mpa. Además se muestra
por medio de la reometria, que el tiempo de vulcanización actual de 10 minutos, es
más largo del necesario por 4,3 minutos, sobrevulcanizando la mezcla y por ende
alterando las propiedades del producto final generando inconformidades en el
mismo. Finalmente el ensayo de flexión dio como resultado unos ciclos soportados
por el material, inferiores a los mínimos requeridos por 50 ciclos. Todo lo anterior
que sirve como punto de partida para un posterior análisis comparativo con el
proceso alterno.
59
4. ANÁLISIS DE RESULTADOS
Tiempo Tensión
(minutos) (Mpa)
8 0,34
10 0,45
12 0,39
60
Tabla 18. Valores de tensión para la alternativa
Para hacer el análisis de las dos tablas de resultados se plantea la gráfica 4, que
representa la tensión en los dos procesos evaluados con respecto al tiempo de
vulcanizado para la fabricación de productos de grifería, en donde se puede ver
como en el proceso alternativo al minuto 8 de vulcanización se logra obtener el
valor más alto en la tensión de 0,47 Mpa. Para dicha grafica se tomaron los datos
como puntos debido a que cada uno representa el punto obtenido en el máximo
de tensión hasta la rotura total del material, para cada muestra a distinto tiempo de
vulcanización.
Gráfica 4. Resistencia a la tensión en los procesos tradicionales y alternativos.
Valores de tension
0,45
Tension (Mpa)
0,4
Alternativo
0,35
Tradicional
0,3
6 7 8 9 10 11 12 13
Tiempo de vulcanización (min)
61
vulcanizar), acrecienta las propiedades mecánicas del producto final, como se
evidencio para este ensayo, en resistencia a la tensión y en rigidez.
62
Tabla 19. Resultados de la reometria
Según la tabla 19, la nueva formulación tiene un mejor tiempo scorch por un 1,1
minuto más que la actual. Es decir que hay un mayor tiempo para que la pieza
adquiera su forma en el molde, evitando deformaciones, perdidas de materia
prima y que se presente una prevulcanizacion. Tanto de la tabla 19 como de la
imagen 10 se puede constatar que aunque el tiempo de cura es más corto para la
formulación con caucho natural, la torsión mecánica máxima es más alta para la
alternativa por 1 Nm. Lo anterior, se ve también reflejado en un mayor gasto
energético producto del mayor torque requerido por los rotores del equipo para
producir la masticación de la mezcla, lo que hace que la formulación alterna tenga
mayor rigidez y por ende mayor resistencia al desgaste.
4.1.3 Análisis de flexión. Para calcular la incertidumbre en la medición de esta
prueba, se utilizó un factor de cobertura K=2 para un nivel de confianza
aproximado del 95,45%. Lo anterior estimado según el documento: JCGM
100:2008 para la expresión de la incertidumbre de la medida. El ensayo según
norma NTC 632: 1996 se realiza a un número total de 200.000 flexiones o menos,
hasta llegar a la rotura total del material. Por lo general la resistencia a la flexión
debe ser de un mínimo de 200 ciclos para la propagación del corte inicial hasta los
2/3 del ancho total de la probeta de ensayo para compuestos de caucho
vulcanizado. Los resultados obtenidos para la alternativa se evidencian a
continuación en la tabla 20.
63
Tabla 21. Resultados ensayo de flexión
64
otra parte para el proceso alterno las partes están dentro de lo recomendado para
que el plastificante cumpla con su función (aumentar flexibilidad y facilitar la
transformación del elastómero42). Empleando para la nueva formulación un aceite
tecnificado con propiedades específicas, que permiten obtener un producto de
mejor apariencia y mayor calidad (mejorando entre otras propiedades la apariencia
y dureza) por tener propiedades especiales, como ser incoloro, poco volátil,
estable al calor, agua, temperaturas bajas y por tener temperaturas de proceso
hasta de 180 °C.43
BASE
FORMULACIÓN Cantidad (gr)
ELASTOMERICA
Caucho Natural ACTUAL 3000
Caucho Nitrilo ALTERNA 6000
Fuente: Creación propia
El NBR tiene una dureza mayor que el caucho natural por 13 shore A (Natural 42 y
Nitrilo 55) y una temperatura máxima de trabajo mayor por 30 °C (90 °C y 120 °C),
por lo cual puede otorgarle al producto final resistencia a los aceites, muy buena
resistencia a los solventes y la capacidad de soportar un mayor rango de
temperaturas (-20 a 120 ° C aprox.) que los empaques con una base de caucho
natural. Además de emplear materia prima que está actualmente en desuso en la
empresa (15 sacos de 25 Kg). Para la formulación propuesta, se utilizó un caucho
nitrilo de clase media con concentraciones entre 20 y 25 % de nitrilo, puesto que
para productos de grifería no es necesaria una alta concentración de nitrilo, a
diferencia de la industria automotriz que requiere contenidos más altos (35 y 40
%).
42 BELTRÁN, M. I., et al. Tema 2. Tipos de plásticos, aditivación y mezclado. Tecnología de los
Polímeros, 2011.p. 65
43 WEISSERMEL, Klaus; ARPE, Hans-Jürgen. Química orgánica industrial. Reverté, 1981. p. 132
65
Tabla 24. Base elastomérica con y sin retal
BASE
FORMULACIÓN PHR Cantidad (gr)
ELASTOMERICA
Caucho Natural ACTUAL 100 3000
Caucho Nitrilo ALTERNA 60 6000
Retal ALTERNA 40 4000
Fuente: Creación propia
Como se puede observar en la tabla 24, para la formulación alterna un 40 % de la
base elastomérica es el retal, economizando de esta manera los costos en caucho
nitrilo y por ser el retal un subproducto de procesos anteriores que no genera
ningún costo adicional.
558.p. 132
66
minutos respecto al proceso actual (de 5,7 a 6,3 minutos) dando un mejor tiempo
para el formado del material en el molde de la prensa hidráulica.
Para realizar este análisis es necesario hacer una proyección con la propuesta de
mejora, para poder compararla con el indicador OEE calculado del proceso actual.
Los resultados obtenidos para los dos procesos se muestran en la siguiente tabla.
67
Tabla 27. Análisis indicador OEE
ACTUAL ALTERNO
Tiempo disponible : 8 Tiempo disponible :
horas 8 horas
PLANIFICACIÓN Velocidad estándar: Vel. estándar: 108
100% 100%
(Turno 8 hrs) 108 piezas/hora piezas/hora
Objetivo: 864 Objetivo: 864
piezas/turno piezas/turno
Tiempo disponible : 8 Tiempo disponible :
horas 8 horas
Horas productivas de Horas productivas
las disponibles: 7 de las disponibles:
horas 7 horas
FACTORES DE EVALUACIÓN
Razones: Razones:
DISPONIBILIDAD - Cambio de turnos 87,50% - Camb. de turnos 87,50%
- Tiempos de arranque - T. de arranque
- Cambio de moldes y - Cambio de moldes
retrasos. y retrasos.
Capacidad
Capacidad productiva:
productiva: 756
756 piezas/turno
piezas/turno
Media de piezas
Media de piezas
fabricadas: 81
fabricadas: 81 p/h
piezas/hora
RENDIMIENTO Razón: Reprocesos 75% Razón: Reproc. 75%
Piezas reales
P. reales
fabricadas: 567
fabricadas: 567 p/t
piezas/turno
Piezas defectuosas: Piezas
102 defectuosas: 26
CALIDAD Piezas fabricadas en 82,01% Piezas fabricadas 95,41%
buen estado: 465 en buen estado:
piezas/turno 541 piezas/turno
Disponibilidad 87,50%
D 87,50% R 75%
Rendimiento 75%
C 95,41%
Calidad 85,89%
INDICADOR
Se han fabricado
Se han fabricado 487
OEE 541 piezas en buen 62,62%
piezas en buen estado 53,82%
estado durante el
durante el turno, frente
turno, frente a una
a una capacidad
capacidad
productiva de 864
productiva de 864
piezas por turno.
piezas por turno.
68
Para la proyección del proceso alterno se tuvieron en cuenta los mismos
parámetros: turno, velocidad estándar y objetivo de producción del proceso actual,
así como los factores de disponibilidad y rendimiento los cuales serían los mismos
para la alternativa propuesta. Lo único que cambio en la valoración del indicador
OEE fue la disminución de piezas defectuosas de 102 a 26, debido a que la nueva
formulación es realizada en PHR, por la inclusión y cambio de algunas materias
primas. Adicionalmente, se planteó un orden de mezclado según norma NTC 898,
con el objeto de objetener la mejora en la calidad del producto, de manera que se
eliminarian las devoluciones que se generan por defecos en dureza. Las 26 piezas
estarian representadas unicamente por las devoluciones que se generan por
producto en mal estado, manchado, terminación equivocada, pedido duplicado,
baja rotación y error en cantidad enviada. Con lo que se mejoraria además el
indicador OEE en un 8,8 %, minimizando retrabajos y perdidas ocasionadas por
productos defectuosos.
Adicionalmente se requiere hacer una disminución de los tiempos de vulcanización
según los ensayos de reometria, en 4,3 minutos para la formulación con caucho
natural y en 1,7 minutos para la formulación con nitrilo, esto con el fin de evitar que
las mezclas entren en su proceso de reversión y se sobrevulcanicen (perdiendo
propiedades mecánicas y ocasionado piezas defectuosas) y para economizar
tiempos y gastos energéticos en las prensas. Por lo tanto los tiempos de
vulcanización quedarían: para la formulación con caucho natural en 5,7 minutos y
para la formulación con caucho nitrilo 6,3 minutos.
69
5. RENTABILIDAD DEL PROYECTO
Este capítulo tiene el propósito de plantear la rentabilidad del proyecto y así ver la
posibilidad de implementar la propuesta. Para dicho objetivo el capítulo en primera
instancia, hará una descripción de los costos y gastos actuales y los esperados o
proyectados con la propuesta de mejora, además de hacer un análisis del costo
unitario y de las ventas para cada producto (actual y alterno), para finalmente
mostrar la rentabilidad para cada caso.
70
Tabla 28. Promedio de costos y gastos mensuales industrias JOLFERB
PROMEDIO MENSUAL
CONCEPTO (COP)
ALTERNATIVA ACTUAL
Mantenimiento de prensa hidráulica 1520000 1520000
GASTOS
Químicos de mezcla
Químicos de mezcla 6
6 clases (negro de
clases (negro de humo
humo 200 Kg, óxido
200 Kg, óxido de zinc 20
de zinc 20 Kg,
Kg, antioxidante 20 Kg , 1900000 1900000
antioxidante 20 Kg,
MBT 20 Kg, ácido
MBT 20 Kg, ácido
esteárico 25 Kg, azufre
esteárico 25 Kg,
25 Kg)
azufre 25 Kg)
Tambor de Caolín Tambor de Caolín
100000 100000
(200kg) (200kg)
Thiuram (20 kg) - 186000 0
Aceite quemado de motor
Aceite DOP (250kg) 1200000 100000
(caneca con 70 Kg)
TOTAL 5936000 4350000
SERVICIOS PÚBLICOS:
Agua 119400 119400
Luz 928000 928000
Teléfono 104000 104000
Internet 26000 26000
COSTOS FIJOS
71
Como se puede ver en la tabla 28 las devoluciones bajarían en un 40%, puesto
que con la propuesta de mejora se pretende no tener devoluciones por defectos
en dureza. El valor de 1220418,266 COP estaría representado únicamente por las
devoluciones que se generan por producto en mal estado, manchado, terminación
equivocada, pedido duplicado, baja rotación y error en cantidad enviada. En
cuanto al aumento del impuesto de iva y retefuente se daría por el incremento de
piezas fabricadas (de 864 a 1447), como se mostrara en el análisis de costo
unitario.
PROMEDIO 2,034030443
1,220418266
OCTUBRE 1,645310406
SEPTIEMBRE 3,263828568
AGOSTO 1,606441382
JULIO 1,455383466
JUNIO 2,199188394
5.1.2 Costo unitario. Para este apartado se hace una descripcion del costo
unitario de cada materia prima incidente en el proceso, para determinar el costo de
fabricacion de cada pieza. Asi como tambien se presentan los costos de venta
para los productos que comercializa la compañía. La informacion suministrada por
industras JOLFERB se organizó en las siguiente tabla:
72
Tabla 29. Costo unitario de producción actual y alterna
COSTO COSTO
COSTO COSTO
X CADA X CADA
MATERIAS PRIMAS (Kg) (Kg) UNITARIO UNITARIO
MEZCLA MEZCLA
(COP/Kg) (COP/Kg)
(COP) (COP)
FORMULACION
ACT. ALT. ACT. ALT. ACT. ALT.
ACTUAL ALTERNA
CAUCHO CAUCHO
3 6 5700 6250 17100 37500
NATURAL NITRILO
NEGRO DE NEGRO DE
1,5 1,5 4700 4700 7050 7050
HUMO HUMO
ACEITE ACEITE
0,5 2 1600 5134 800 10268
QUEMADO DOP
OXIDO DE OXIDO DE
0,13 0,13 13000 13000 1690 1690
ZINC ZINC
ANTIOXI. ANTIOXI. 0,13 0,13 8000 8000 1040 1040
MBT MBT 0,09 0,09 11470 11470 1032 1032
- THIURAM - 0,07 - 9300 - 651
ACIDO ACIDO
0,17 0,17 12800 12800 2176 2176
ESTEARICO ESTEARICO
MEZCLAS ELABORADAS
5 5 160941 313536
DIARIAS
PIEZAS POR DIA 864 1447 COSTO POR PIEZA 186,28 216,68
Fuente: industrias JOLFERB
La cantidad de mezcla al ser mayor que el proceso actual genera una mayor
cantidad de piezas por día. Por otro lado las ventas de todos los productos
tendrían un incremento promedio del 40 % en su precio de venta, según lo
sugerido por la analista de producción. Lo anterior soportado bajo una
investigación hecha por la compañía en el año 2016, que sirvió como fundamento
para sugerir los precios del nuevo producto en base a los que maneja la
competencia directa (Cauchos la roca) y a los aumentos en el costo de
fabricación. Los productos y las ventas con el incremento mencionado quedarían
de la siguiente manera:
73
Tabla 30. Costo de venta productos con formulación actual y alterna
EMPAQUE PARA
GALAPAGO Y 767 1073,8 100 76.700 107.380 GALAPAGO
UNION GIGAUTH
EMPAQUE PARA
GALAPAGO
GALAPAGO Y 922 1290,8 100 92.200 129.080
DE 11/2
UNION GIGAUTH
EMPAQUE PARA
GALAPAGO Y 1.364 1909,6 100 136.400 190.960 2 PULGADAS
UNION GIGAUTH
EMPAQUE PARA
GALAPAGO Y 1.540 2156 100 154.000 215.600 3 PULGADAS
UNION GIGAUTH
EMPAQUE PARA
GALAPAGO Y 1.663 2328,2 100 166.300 232.820 4 PULGADAS
UNION GIGAUTH
EMPAQUE PARA
GALAPAGO Y 3.842 5378,8 100 384.200 537.880 6 PULGADAS
UNION GIGAUTH
EMPAQUE PARA
GALAPAGO Y 4.626 6476,4 100 462.600 647.640 8 PULGADAS
UNION GIGAUTH
EMPAQUE PARA
GALAPAGO Y 7.695 10773 100 769.500 1.077.300 10 PULGADAS
UNION GIGAUTH
EMPAQUE PARA
50 70 100 5.000 7.000 GATO
LLAVE
EMPAQUE PARA
50 70 100 5.000 7.000 1/2 PULGADA
LLAVE
74
Tabla 30. (Continuación)
EMPAQUE COPA
65 91 100 6.500 9.100 5/8 PULGADA
DE LLAVE GRANDE
EMPAQUE COPA
DE LLAVE 60 84 100 6.000 8.400 1/2 PULGADA
PEQUEÑA
EMPAQUE
CONECTOR O 5/8 DE
60 84 100 6.000 8.400
MEDIDOR DE PULGADA
AGUA
EMPAQUE
TROMPO PARA 60 84 100 6.000 8.400 SANITARIO
EMBOLO
ZAPATAS O BOTA 1/8 DE
50 70 100 5.000 7.000
DE MUEBLES PULGADA
ZAPATAS O BOTA
114 159,6 100 11.400 15.960 1/2 PULGADA
DE MUEBLES
75
Tabla 31. Promedio de ventas
5.2 RENTABILIDAD
76
Tabla 32. Rentabilidad mensual con y sin la alternativa
PROCESO
COSTOS Y
16´022.496,3 COP
GASTOS
ALTERNO VENTAS 17´909.454,9 COP
UTILIDAD 1´886.958,6 COP
RENTABILIDAD 11,78%
COSTOS Y
14´534.642,9 COP
GASTOS
ACTUAL VENTAS 12´792.467,8 COP
UTILIDAD -1´742.175,1 COP
RENTABILIDAD -11,98%
Fuente: industrias JOLFERB
En la rentabilidad mostrada en la tabla 32 se puede observar que para el proceso
actual es negativa, genarando perdidas por un monto de 1´742.175,14 COP
mensuales, lo que quiere decir que los costos y gastos generados en la
fabricacion de lo empaques con caucho natural son mas altos que las ventas de
los productos. Perdidas que la compañía sopesa con el proceso de inyeccion de
plasticos que se lleva en paralelo con los cauchos debido a que este deja un
amplio margen de utiidad. Teniendo un valor de 2´034.030,443 COP en
devoluciones que incrementa considerablemente los costos y por ende disminuye
la rentabilidad para el proceso actual con caucho natural.
A pesar que la nueva formulacion genera mayores costos por su materia prima, la
diminucion en las devoluciones y el aumento del precio de venta del producto,
hacen de la propuesta una opcion mas rentable que la actual, evitando perdidas
mensuales y generando una utilidad de 1´886.958,62 COP mensuales. Mejorando
la rentabilidad de un proceso a otro según los porcentajes calculados (actual -
11,98 y alterno 11,78), en un 23,76%. Cabe aclarar que en la actulidad hay una
gran cantidad de NBR y de ripio sin usar en la compañía, lo que podria ser
empleado para disminuir los costos de de materia prima. Ademas en este analisis
tampoco se tuvo en cuenta la posible disminucion energética que se daría al evitar
reprocesos por defectos en dureza.
77
6. CONCLUSIONES
A pesar de ser más elevado el costo de la materia prima para el proceso alterno
(Alternativa: 5´936.000 COP y actual: 4´350.000 COP), por la inclusión de NBR,
del aceite DOP y de tener dos materias primas más en el proceso, el aumento
en el precio de venta (Alternativa: 17´909.454,9 COP, actual: 12´792.467,8
COP) y la disminución en las devoluciones hacen de la propuesta una opción
rentable en un 23,76% más que con el caucho natural.
78
7. RECOMENDACIONES
79
BIBLIOGRAFÍA
80
LUNA,Patricio M. Estudio De La Aplicacion Potencial De Compuestos Obtenidos
Con Residuos De Caucho Reciclado Provenientes De Continental Tire Andina
Como Materiales Estructurales. Cuenca.: Universidad Politécnica Salesiana, 2013.
p. 7.
81
ANEXOS
82
ANEXO A.
RESULTADOS CARACTERIZACION INICIAL DEL CAUCHO
83
84
ANEXO B.
RESULTADOS DEL CAUCHO NITRILO
85
86
87
ANEXO C.
COSTOS ENSAYOS
88
ANEXO D.
ENSAYOS DE REOMETRIA DE TORQUE
89
ANEXO E.
ENCUESTA DE SATISFACCIÓN DEL CLIENTE
90
91
92