Los profesores del estado de Carolina del Norte, tienen como objetivo mejorar la eficiencia del tejido con un nuevo proceso de anudación.
Dr. Abdel-Fattah M. Seyam y Dr. William Oxenham
Más del 50 por ciento de la producción mundial de fibra se transforma en telas tejidas para aplicaciones como ropa, hogar y textiles técnicos. Mientras que las máquinas de tejer modernas funcionan a alta velocidad, el proceso de tejido sigue siendo el más lento de toda el conducto de producción. Esto se debe a la naturaleza del proceso de tejido y a las propiedades inherentes de los hilos de urdimbre y trama; con resistencia a la tracción finita y la abrasión, los hilos pueden romperse durante el tejido. En caso de que el hilo se rompa, el proceso se detiene automáticamente y el operador tiene que realizar una reparación manual. Una máquina de tejer tiene que realizar una serie de movimientos en secuencia para entrelazar el hilo de trama con numerosos hilos de urdimbre en cada ciclo del tejido. Una cantidad limitada de la faja de urdimbre es suministrada en un plegador de urdimbre por la parte de atrás del telar que eventualmente se terminará, lo que requiere detener el proceso para reemplazar el plegador vacío por un plegador lleno.
Debido a que el proceso de tejido es el cuello de botella en el conducto de producción, la velocidad de tejido y la eficiencia deben maximizarse. Los fabricantes de máquinas han sido exitosos en el desarrollo de máquinas de alta velocidad mediante la creación de mejores y más potentes motores, con piezas más ligeras y fuertes, así como unidades separadas para los movimientos del tejido. De hecho, las máquinas de tejer actuales funcionan más rápido si los hilos de urdimbre y trama pueden soportar las tensiones complejas que surgen de la alta velocidad en combinación con la naturaleza del proceso. Para aumentar las funciones de la máquina por operador, reducir el tiempo de inactividad y mejorar la versatilidad y la calidad, los fabricantes de máquinas de tejer han desarrollado innovadoras tecnologías basadas en electrónica y control que incluyen: reparación automática de trama para reducir el tiempo de inactividad; velocidad de tejido variable para pre programar la velocidad de cada hilo de trama en base a su resistencia para evitar roturas; cambio de tejido / patrón automático para no detener el tejido si se usa la misma urdimbre; prevención de marcas de inicio e inspección del telar. Por otra parte, la investigación y el desarrollo en la preparación del hilo para el tejido – hilado, bobinado, deformación y medidas – han dado lugar a mejores hilos que pueden soportar el rigor del proceso del tejido, minimizar las roturas de los hilos durante el mismo, y por lo tanto aumentar la eficiencia de tejido. Además, ha habido un trabajo importante acerca del papel que juegan el sistema de hilado y los parámetros de procesamiento, en las propiedades del hilo y su correlación con el subsecuente rendimiento del tejido.
Dos causas a largo plazo acerca de la interrupción del tejido permanecen sin resolverse. Estas se refieren a cambios de estilo – cuando se agota el hilo de urdimbre, se requiere una nueva tela con diferentes especificaciones – y anudado – que se realizan cuando se termina el plegador de urdimbre y se continúa con el mismo tejido. El cambio de estilo requiere de cuatro a ocho horas para completarse, mientras que el anudado requiere de 30 a 120 minutos, esto sin contar el tiempo de preparación antes del anudado, el cambio del plegador de urdimbre y de pasar los nudos después del anudado, lo cual depende del ancho y densidad de la urdimbre, el tipo de hilo y la máquina anudadora, lo cual es vital para el tejido de alta velocidad. El anudado se realiza para numerosos tipos de telas tales como camisas, fundas y almohadas, mezclilla, bolsas de aire y casi todos los tejidos de jacquard. Cada sala de tejido tiene varias máquinas anudadoras para realizar el anudado una vez que el plegador de urdimbre se acaba.
Incentivos y Objetivos
Ninguno de los esfuerzos previos de investigación y desarrollo trató de eliminar la interrupción del proceso de tejido a largo plazo mientras la anudación se lleva a cabo. La Fundación Walmart y la Confederación de Alcaldes de Estados Unidos convocaron a realizar propuestas en julio de 2015 desde la Fundación Walmart de Subsidios para la Manufactura y la Innovación, sobre la investigación aplicada, incluyendo el tejido como una de las áreas a investigar. Los investigadores estaban motivados para proponer con éxito un enfoque de investigación innovador y revolucionario para eliminar la interrupción del proceso a largo plazo practicado actualmente y permitir que el proceso de tejido continúe sin detenerse mientras se llevaba a cabo el proceso de anudado.
El trabajo propuesto se centró en el desarrollo de mecanismos portátiles que podrían funcionar con cualquier máquina actual de anudado automático, para eliminar la necesidad de interrumpir el proceso de tejido y llevar a cabo el anudado. Actualmente cuando el plegador de urdimbre se agota, el operador detiene el proceso, y una máquina de anudado automático y su mesa son llevadas al telar junto con un plegador de urdimbre lleno. El tiempo de armado, que es realizado por los operadores de anudado, se requiere antes del anudado automático de cada hilo de urdimbre desde que se termina en el plegador y su correspondiente hilo en el plegador lleno. Después del anudado, el plegador de urdimbre vacío es sacado del telar y reemplazado por un plegador de urdimbre lleno. Los nudos se pasan a través de diferentes partes de la máquina tejedora, y posteriormente el proceso de tejido se reanuda después de muchas horas perdidas de producción.
Los beneficios reconocidos del proyecto incluyen aumentar la eficiencia / productividad del tejido y reducir el costo de los productos tejidos. Esto proporcionará a los fabricantes de tejidos de Estados Unidos una ventaja competitiva y potencialmente aumentará el número de empleos en la industria del tejido y sus industrias aliadas, lo cual está en línea con el objetivo de la fundación Walmart de Subsidios para la Manufactura y la Innovación de E.U.
Enfoque
Para continuar el tejido durante el proceso de anudado y alcanzar los objetivos del proyecto, se requieren dos desarrollos:
- Desarrollar un procedimiento de bobinado del plegador del telar, durante el proceso de medidas y urdidor, para crear un plegador de urdimbre con cola que estará disponible para hacer el anudado antes de que el plegador de urdimbre se termine; y
- Desarrollar un acumulador de fajas de urdimbre para almacenar la cola de la urdimbre mientras la máquina de tejer está formando la tela a partir de la faja de la urdimbre principal.
El largo de la cola de la urdimbre, que depende de la velocidad del tejido y de la densidad de selección – o de la velocidad de surtido de la tela – debe ser suficiente para dar tiempo a la anudación y sus procedimientos asociados.
En la figura 1 se muestra un esquema del concepto de proceso continuo de anudado. La figura muestra que el plegador de urdimbre se está terminando, la cola se desenrollará y estará disponible para conectar el hilo en el plegador de reemplazo. Como puede verse en la figura, la cola de la faja de la urdimbre es alimentada a través de los rodillos del acumulador a la mesa de anudar. La faja llena del plegador de urdimbre también se introduce en la tabla de anudar. Los hilos de las dos fajas de la urdimbre serán unidos y cualquier exceso de extensión de la faja de la urdimbre será acomodada por la extensión de los rodillos móviles del acumulador, que también es parte de un sistema de control para asegurar una tensión uniforme. Cuando el proceso es terminado, el plegador de urdimbre lleno reemplazará el plegador vacío de la urdimbre. A continuación, la máquina anudadora y el acumulador son movidos hacia el depósito de almacenamiento o hacia la siguiente máquina de tejer para otro procedimiento de anudadura. Para diseñar y construir equipos y procedimientos continuos, se decidió realizar un estudio del tiempo de anudado para medir el tiempo de cada tarea realizada durante todo el proceso, incluida la preparación para el anudado, así como las tareas de post anudado.
Esto permitirá determinar las tareas que se podrían realizar durante la formación de la cola del plegador de urdimbre y el proceso sin interrupciones del anudado, así como diseñar el equipo con fines ergonómicos, lo que conducirá a una mejora general en la eficiencia del tejido.
Estudio de Tiempo del Anudado
Este estudio se realizó en el Laboratorio de Tejido del Colegio de Textiles de la Universidad de Carolina del Norte en un telar de alambre G6200, que teje una tela de 60 pulgadas de ancho con 3,120 hilos de urdimbre (o extremos / pulgadas = 53.5). El hilo de urdimbre utilizado fue de 2 capas, hilado. El tiempo total desde que el plegador de urdimbre se terminó hasta la reanudación del tejido con la nueva urdimbre fue de 196 minutos. Y se requirió un equipo de tres operadores para llevar a cabo todos los procedimientos, sin embargo, la mayor parte del tiempo un sólo operador llevó a cabo las tareas. Para obtener el tiempo preciso de cada tarea se utilizó un sistema de captura de video.
El video fue transmitido para mostrar el principio y el final de cada evento. La Tabla 1 (del sitio textilespanamericanos. com) permite ver el comienzo y el final, así como el tiempo de cada tarea.
Este estudio de tiempo reveló que hay muchas tareas necesarias antes y después del actual anudado. El proceso de anudado (tarea 22) tardó 77 minutos en completarse. La preparación para las tareas de anudado (1-21) tomó 98 minutos, mientras que las tareas (23-27) llevadas a cabo después del anudado tomaron 21 minutos. Cabe señalar que el número de extremos anudados en este caso fue bajo, en comparación con la alta densidad de urdimbre. La densidad de urdimbre de tales urdimbres de alta densidad podría alcanzar 300 extremos/pulgada o más para aplicaciones como sábanas de cama de hilos de título alto, telas forradas y doble tela. Con un número tan elevado de hilos de urdimbre, se espera que el tiempo de interrupción para llevar a cabo el proceso de anudado y su preparación sea mucho mayor que el caso estudiado aquí.
Desarrollo de Equipos
Un acumulador pasivo de almacenamiento de urdimbre fue diseñado y construido como un primer prototipo en la estación de maquinaria del estado de Carolina del Norte. Fue diseñado para trabajar con una muestra de telar CCI de 20 pulgadas de ancho disponible en el Colegio de Textiles. La palabra “pasivo” indica que no hay control de tensión de la faja de urdimbre, más bien la tensión de la faja de urdimbre es controlada por rodillos y pesos muertos. Se trata de un prototipo sencillo y flexible que se utiliza para desarrollar una solución final, más sofisticada. El propósito del primer prototipo es estudiar la interacción operador/máquina, mejorar la ergonomía, reducir el tiempo de proceso y conducir al diseño de un prototipo activo con control de tensión. La figura 2 muestra el acumulador de urdimbre desmontado y ensamblado. El sistema se diseñó en dos partes para permitir la desconexión del sistema de la faja de urdimbre, después de completar el proceso de anudado utilizando cuatro abrazaderas de liberación rápida para desmontar/montar rápidamente.
La figura muestra las partes del acumulador de la urdimbre. El número entre paréntesis indica la cantidad de cada parte. Un soporte del plegador de urdimbre, que se necesita para trabajar con la máquina de bordado para formar el plegador con cola, también fue diseñado y construido. Este equipo soporta un plegador de urdimbre que tiene el extremo de la faja de urdimbre con la extensión requerida. El plegador del telar es llamado “plegador de cola”. El soporte es un bastidor con dos cojinetes para permitir desenrollar el extremo para formar el plegador final con cola usando la urdimbre. Este es también un sistema pasivo. Un sistema más sofisticado será construido que tendrá control de tensión y alimentación positiva.
Proceso de Prueba del Anudado Continuo
El proceso sin interrupción de anudado requiere dos pasos. El primer paso es formar un plegador de urdimbre con cola y el segundo paso es llevar a cabo el proceso de anudado y sus tareas relacionadas mientras la máquina de tejer está funcionando.
Paso 1: Procedimiento de Formación de Plegador de Urdimbre con Cola
Se utilizó un CCI Lutan V3.6, equipado con una fileta giratoria, para formar un plegador con cola y un plegador de urdimbre final con cola. El ancho de la urdimbre era de 20 pulgadas con 50 extremos/pulgada para un total de 1,000 extremos y un conteo de hilo de 42/2. Después de que la urdimbre fue llenada en el tambor de patrón, el extremo del plegador de urdimbre fue enrollado. La longitud de la cola fue de unos 7 metros – 1 yarda desde el punto del despegue de la cola hasta el plegador de urdimbre en el telar; 4 yardas en el acumulador y 2 yardas desde el acumulador hasta la tabla de anudado. El plegador de cola se fijó en el soporte del plegador. El plegador de urdimbre se colocó en los dos cojinetes.
El plegador con cola fue fijado sobre el soporte del plegador. El plegador de urdimbre fue colocado en los dos cojinetes. El plegador de urdimbre se forma a partir de una faja de urdimbre plegada; y la cola y la faja principal sobre el tambor forman un pliegue. El pliegue se consigue mediante una varilla de resorte que es empujada hacia abajo contra la faja de la urdimbre y soportada por las pestañas del plegador de urdimbre. Después de colocar la varilla de resorte asegurada, comienza el enrollamiento del plegador del telar. El plegador de urdimbre se forma a partir de la cola del plegador y la faja de la urdimbre desde el tambor de patrones hasta el extremo de la cola. El extremo de la cola se sujeta con cinta adhesiva para mantener el hilo de la urdimbre extendido y para reducir el manejo y el cepillado en preparación para el anudado. El enrollamiento del plegador de urdimbre con la cola continúa formando la faja de la urdimbre en el tambor de patrón hasta que toda la urdimbre es transferida.
Paso 2: : Proceso del Procedimiento del Anudado Continuo
Una vez que el extremo de la cola se funde fuera del plegador de urdimbre durante el tejido, los procedimientos del proceso de anudado sin interrupción comienzan. El nuevo plegador de urdimbre lleno, el acumulador y la mesa de anudado son llevados y colocados detrás de la máquina de tejer. La nueva faja de la urdimbre se retira y se guía hasta la mesa de anudar donde se cepilla y se sujeta. La cola de la faja de la urdimbre es tomada y enroscada a través de los rodillos acumuladores y luego se sujeta a la mesa de anudar por encima de la faja de urdimbre del nuevo plegador. Las dos fajas de la urdimbre se cepillan y los hilos de urdimbre se enderezan en preparación para el atado o anudado. La máquina anudadora es traída, se acopla a los carriles y el anudado comienza. Los pasos anteriores se llevan a cabo mientras la máquina de tejer está funcionando desde la faja principal de la urdimbre del plegador de telar y la cola es almacenada en el acumulador.
Cuando la faja principal de la urdimbre se termina, la barra de resorte se descubrirá y se retirará. En esta fase, el acumulador eliminará cualquier inactividad que resulta de retirar la barra de resorte; y el acumulador alimentará la máquina de tejer desde la faja de la urdimbre almacenada (cola). La máquina de tejer se detendrá después de 10 minutos durante esta prueba para reemplazar el plegador de urdimbre vacío por el plegador de urdimbre lleno. Entonces, el proceso de tejido se reanuda. El acumulador suministra el telar con el plegador de urdimbre desde la cola hasta que se termina. El acumulador se desmonta y luego se lleva al almacenamiento o, en caso necesario, al siguiente anudado. El nuevo plegador del telar suministra la urdimbre después de detener el telar durante un corto período de tiempo para pasar los nudos a través los ojos de alambre de malla y los dientes del peine. Debe observarse que el tiempo de interrupción para instalar el nuevo plegador lleno se puede eliminar teniendo un punto de sujeción incorporado al acumulador o el rodillo para mantener la tensión de la faja bajo control. Además de la eliminación del tiempo de interrupción y la pérdida de producción, se obtuvieron ventajas adicionales durante la realización de la prueba. Estas incluyen la eliminación de las tareas que se muestran en la Tabla 1, la reducción de los residuos de la urdimbre, y la necesidad de comprobar el borde de la urdimbre. La cola que sale del rodillo de la urdimbre es obvia y es posible instalar un sensor óptico para detectar la apariencia de la misma.
Próximos pasos
Este ensayo marca una innovación tecnológica histórica y demostró el concepto del proceso de anudado sin interrupciones, además de que abre el camino para la comercialización del proceso para cualquier tipo de máquina de tejer. Actualmente, los autores están colaborando con una empresa de tejidos basada en Carolina del Norte y planeando ensayos a gran escala en sus instalaciones.
Notas del Editor: Este material se basa en el trabajo apoyado por la Fundación de Subsidios de Manufactura e Innovación de los E.U. No. 2016-1006. Los autores desean expresar su agradecimiento al Dr. Mohamed Midani por la ayuda con el estudio del tiempo de anudado y el cuadro del acumulador.
Julio-Agosto de 2017
