Revista de Ciencias Tecnológicas (RECIT). Volumen 3 (1): 10-22
Revista de Ciencias Tecnológicas (RECIT). Universidad Autónoma de Baja California ISSN 2594-1925
Volumen 5 (4): e218. Octubre-Diciembre, 2022. https://doi.org/10.37636/recit.v5n4e218.
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ISSN: 2594-1925
Artículo de investigación
Análisis de correlación del tiempo de vida de taladrina usada en maquina
CNC y productividad en industria metalmecánica de Mexicali
Correlation analysis of the life time of coolant used in CNC machines and productivity in
the metallic industry of Mexicali
Mildrend Ivett Montoya-Reyes , Juan Ceballos-Corral , Ismael Mendoza-Muñoz , Olivia Yessenia Vargas-Bernal
Departamento de Ingeniería Industrial, Facultad de Ingeniería, Universidad Autónoma de Baja California, Boulevard Benito
Juárez S/N, Parcela, CP 21280, Mexicali, Baja California, México.
Autor por correspondencia: Mildrend Ivett Montoya Reyes, Departamento de Ingeniería Industrial, Facultad de Ingeniería, Universidad
Autónoma de Baja California, Boulevard Benito Juárez S/N, Parcela, CP 21280, Mexicali, Baja California, México, E-mail:
mldrend.montoya@uabc.edu.mx. ORCID: 0000-0001-5575-8060.
Recibido: 22 de Diciembre del 2021 Aceptado: 7 de Noviembre del 2022 Publicado: 13 de Noviembre del 2022
Resumen. - El uso de la taladrina en los procesos de maquinado en la industria metálica de Mexicali es de gran relevancia por
su funcionalidad de reducir la fricción entre los metales de maquinado (material de maquinado a procesar y herramienta de
maquinado). Este proceso de fabricación se genera en un material metálico del que se obtiene un óptimo acabado de una
superficie metálica y ayuda en gran medida a alargar la vida útil de las herramientas de la cortadora CNC. En esta investigación
se consideraron tres fases en su desarrollo, siendo la primera etapa, una evaluación detallada del uso de la taladrina (diaria,
semanal, mensual, estacional y anual), utilizada en un proceso de maquinado de una máquina CNC de un 40%una industria
metalmecánica ubicado en la ciudad de Mexicali. En esta fase, se observó un uso considerable de taladrina, de hasta un 40% de
mas, ocasionando una gran preocupación del personal gerencial, administrativo y de supervisión por un 25% de gastos extra de
gastos económicos; cuyo objetivo de esta investigación, fue la de reducir tanto el uso de taladrina como gastos económicos. La
segunda etapa consistió en un análisis de las propiedades fisicoquímicas de la taladrina (viscosidad, y pH), en periodos de cada
ocho horas y comparadas con las especificaciones del fabricante para determinar su funcionalidad óptima en el proceso de
maquinado. Los análisis fisicoquímicos mostraron que la taladrina con un proceso de recuperación de manera eficiente, podría
ser reutilizada, logrando hasta un 80% de recuperación con el proceso propuesto en esta investigación, para su reúso con un
funcionamiento óptimo, para lograr un ahorro uso de taladrina y gastos económicos. La tercera etapa fue un análisis de
simulación con el software MatLab utilizando el proceso con Simulink y el algoritmo PID (P-Proporcional, I-Integral, D-
Derivativo), para determinar las características fisicoquímicas óptimas de la taladrina, evaluando su viscosidad, pH y
temperatura en períodos diarios. Esta fase fue relevante para determinar a futuro el uso adecuado de taladrina con el proceso
de recuperación y lograr los ahorros propuestos en los objetivos al inicio de este estudio científico. La investigación se desarrolló
de 2019 a 2020.
Palabras clave: Industria metalmecánica; Taladrina; Procesos de manufactura; Análisis de simulación
Abstract. - The use of taladrina in cutting processes in the metallic industry of Mexicali is of great relevance due to its functionality
of reducing friction between cutting metals (cutting material to be processed and cutting tool). This manufacturing process is
generated in a metallic material that an optimal finish of a metallic surface is obtained and helps to a great extent to extend the
life of the tools of the CNC cutting machine. In this research, three phases were considered in its development, being the first
stage, a detailed evaluation of the use of taladrina (daily, weekly, monthly, seasonally and yearly), utilized in a cutting process of
a CNC machine of a metallic industry located in the city of Mexicali. In this phase, a considerable use of coolant was observed,
of up to 40% more, causing a great concern of the managerial, administrative and supervisory personnel for a 25% of extra
expenses of economic expenses; whose objective of this investigation was to reduce both the use of coolant and economic expenses.
The second stage was an analysis of the physicochemical properties of taladrina (viscosity and pH)), in periods of every eight
hours and compared with the manufacturer's specifications to determine its optimal functionality in the cutting process. The
physicochemical analyzes showed that the coolant with an efficient recovery process could be reused, achieving up to 80%
recovery with the process proposed in this research, for its reuse with optimal functioning, to achieve savings in the use of coolant.
and economic expenses. The third stage was a simulation analysis with the MatLab software with the use of the Simulink process
and the PID algorithm (P-Proportional, I-Integral, D-Derivative), to determine the optimal physicochemical characteristics of
taladrina, evaluating its viscosity, pH and temperature in daily periods. This phase was relevant to determine in the future the
appropriate use of coolant with the recovery process and achieve the savings proposed in the objectives at the beginning of this
scientific study. The investigation was developed from 2019 to 2020.
Keywords: Metallic industry; Taladrina; Manufacturing processes; Simulation analysis.
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1. Introducción
El objetivo principal de esta investigación fue el
evaluar el rendimiento funcional de la taladrina
usada en una maquina CNC de una industria
metalmecánica ubicada en la ciudad de Mexicali.
Esto se desarrolló debido a que, en la mayoría de
las industrias de este ramo, es lograr un uso óptimo
de aceites y lubricantes en este tipo de máquinas
industriales. Uno de estos aceites es la taladrina
utilizada en operaciones de maquinado en
máquinas CNC, que es usada para disminuir la
temperatura mientras se elabora el maquinado o
pulido de metales [1, 2]. Debido a las estrictas
regulaciones ambientales, se han desarrollado
estrategias para evaluar el ciclo de vida de la
taladrina en base a propiedades fisicoquímicas
como pH y viscosidad. Con este estudio científico,
se logró determinar en base a sus propiedades
fisicoquímicas, la cantidad de veces que se podía
reutilizar taladrina en una maquina CNC, donde se
elaboró el análisis, para un proceso de maquinado
[3]. Esto fue necesario para disminuir gastos
económicos y generar un ahorro por compra de
material en periodos más largos. El proceso de
reúso de taladrina se muestra en la figura 1. La
figura 1 muestra la manera en que se utiliza la
taladrina en los procesos de maquinado en una
maquina CNC en la industria metalmecánica
donde se realizó la investigación. En este tipo de
empresa industrial, se fabrican correderas
metálicas para muebles de oficina y de casas-
habitación, siendo un producto de muy
demandado. En dicha figura, se observan cuatro
fases, siendo la primera, cuando se coloca en un
deposito taladrina nueva que será utilizada en el
proceso de maquinado de la maquina CNC [4, 5].
La segunda fase representa la acción de obtener
taladrina usada en un primer proceso de
maquinado, y pasar a la fase tres que es donde se
evalúa la viscosidad con un viscosímetro Mitutoyo
y el pH con un pHmetro Metter Toledo [6, 7]. Una
vez evaluadas las dos características
fisicoquímicas mencionadas en la fase tres, se
determina si es posible utilizar la taladrina para un
segundo proceso de maquinado y así
sucesivamente se repite el proceso de la fase
dos a la cuatro; pudiendo lograr ahorros
significativos por no estar comprando
constantemente taladrina y con ello disminuir
gastos económicos en la industria evaluada.
Esto es de acuerdo a los análisis de la fase tres.
Figura 1. Etapas de uso de taladrina en maquina CNC
para proceso de maquinado. Fuente. Información de la
investigación.
1.1 Industria metalmecánica
Este tipo de industria es de gran relevancia en
el desarrollo de cualquier region del mundo,
generando importante porcentaje del PIB en los
países donde se tienen empresas de este sector
industrial [8]. La ciudad de Mexicali donde esta
localizada la empresa industrial de
metalmecánica donde se realizó la
investigación, tiene más de 150 industrias
manufacturera, de diferentes sectores como el
ramo electrónico, biomédico, metalmecánico,
textil y manufactura de plásticos, esencialmente
[9], como se observa en la figura 2, donde la
industria metalmecánica de esta ciudad es de
gran importancia en la economía de esta region.
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Figura 2. Principales industrias establecidas en Mexicali
Fuente. Información de la investigación.
El ramo metalmecánico es muy importante en esta
región de la República Mexicana, ubicada en el
noroeste del país, y considerada como una zona
fronteriza con el estado de California de estados
Unidos, donde se tiene un gran potencial de
intercambio comercial, por el nuevo Tratado de
Libre Comercio (TLC), entre Estados Unidos,
Canadá y Mexico [10]. De las 150 industrias
ubicadas en Mexicali, el 35% son del ramo
metalmecánico [9], y algunas otras industrias son
otro tipo de empresas industriales que tienen al
menos una maquina CNC, donde se usa la
taladrina. Este tipo de industria utiliza materiales
de acero, aluminio, cobre, cromo y níquel; entre
los principales, manufacturando desde correderas
metálicas para muebles, estructuras para equipos
electrónicos, automóviles, aviones, trenes e
infraestructura vial, como se ilustran en la figura 3.
Figura 3. Materia prima para la fabricación de correderas
para muebles en una industria metalmecánica de la
ciudad de Mexicali. Fuente. Información de la industria
donde se desarrolló la investigación.
La figura 3 ilustra la materia prima utilizada
para fabricar las correderas metálicas para
muebles en una industria metalmecánica
ubicada en Mexicali, siendo muy utilizadas en
una gran diversidad de actividades en oficinas,
casas-habitación, oficinas e industrias. El
material como materia prima es de aluminio.
Este tipo de productos es muy requerido en esta
zona de la República Mexicana, Esto indica que
este tipo de industria es muy importante en el
mercado de la region y a nivel global.
1.2 Propiedades fisicoquímicas de taladrina
Este tipo de características es de gran
importancia en todos los materiales y sustancias
utilizadas en cualquier tipo de industria, debido
a que, en base a sus especificaciones, se puede
determinar el funcionamiento de la taladrina en
los equipos y maquinaria industrial del ramo
metalmecánico [11]. El uso de taladrina en
procesos de maquinado es para actuar como
refrigerante y así poder disminuir la
temperatura. Además, la taladrina actúa como
lubricante para minimizar el rozamiento entre la
herramienta de maquinado y la pieza que se está
transformando con el proceso de maquinado
para que sea más rápido. También elabora la
función de limpieza eliminando virutas
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generadas en el proceso de maquinado. Existen
dos principales tipos de taladrina, donde la primera
son emulsiones que usan aceite y agua, y la otra
usan aceite, siendo llamadas sintéticas. En esta
investigación se utilizó la primera (taladrina),
donde se evaluaron dos propiedades
fisicoquímicas: pH y viscosidad [12]. Este proceso
de análisis fue para determinar si se podía
reutilizar este tipo de sustancia liquida conocida
como taladrina, y una vez usada en los procesos de
maquinado de una CNC, se elaboró un proceso de
recuperación para no usar taladrina nueva y así
evitar generar nuevos costos. En este estudio
científico, se observó que al usar herramientas de
la metodología 5S y el mantenimiento preventivo
de manera óptima en los periodos requeridos, se
pudo mantener a la maquina CNC de análisis, con
un rendimiento óptimo. Además, se elaboró un
orden adecuado de las herramientas de CNC y en
buen estado para su eficiente operación. En base a
esto se elaboraron como lo especifica en la fase
tres de la figura 1, un análisis de los niveles de pH
y viscosidad de taladrina utilizada por primea vez
y veces posteriores a esta, indicando en la tabla 1
las especificaciones estándares de pH y
viscosidad. La taladrina evaluada fue de color
blanca por tener mayor capacidad de disminuir la
temperatura en los procesos de maquinado, que los
otros tipos de taladrina [13]. El gasto de taladrina
usada fue del 60% por lo que el 40% restante, se
procedió a reutilizarla con un método
especializado, utilizando imanes para retirar
virutas o materiales metálicos, que originen alguna
situación problemática al momento de reutilizar la
taladrina. Los valores de pH y viscosidad fueron
representativos de los niveles promedio de cuatro
veces al día, en que se suministró taladrina al
recipiente instalado en la CNC, para su operación
[14, 15]. Con estos dos meses de análisis, se
concluyó que el proceso de reciclado es de gran
utilidad para reducir costos por uso de taladrina en
la industria evaluada. Cabe señalar que una vez
que la taladrina no se puede utilizar se le llama
taladrina agotada. Según información técnica de
aceites, existen dos tipos de viscosidad, siendo la
viscosidad dinámica (también llamada viscosidad
absoluta, con una resistencia interna del fluido
antes de ser cortado o generar una acción en
donde las moléculas se deslicen entre ellas), y
la otra es la viscosidad cinemática (la que se
relaciona con la densidad de la taladrina) [15].
La densidad de la taladrina blanca 15° C Kg/l
es 0.90 kg/m3 y pH de 9, y conforme se
incrementa la temperatura, la densidad
disminuye, y si la temperatura disminuye, la
densidad aumenta. De acuerdo al estándar
ASTMD-445, la viscosidad estándar a 40 °C es
de 16 a 18 cSt (centiStoke, que es la unidad de
medición de la viscosidad cinemática). El torno
de control numérico (Torno-CNC) donde se
realizó el proceso de investigación, contiene un
recipiente de 20 litros para la taladrina, que era
suficiente para un día de trabajo y utiliza el
código G para ser programado y así elaborar sus
funciones [16]. En la figura 4 se muestra un
torno CNC utilizado en la industria donde se
realizó el estudio científico.
Figura 4. Torno de control numérico similar usado en
proceso industrial de industria metalmecánica. Fuente.
https://www.mecanizadosgarrigues.es/blog/tornos-cnc/
La figura 4 muestra un torno de control
numérico donde se observa el uso de taladrina
color blanca para el enfriamiento de la zona
donde se realiza el maquinado. Este torno de
control numérico es similar al utilizado en la
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industria metalmecánica donde se realizó
investigación.
1.3 Maquinas CNC
La máquina CNC es también considerada como
una maquina automatizada con herramientas de
control numérico por computadora [17, 18], que
elabora diversas funciones como las que se
mencionan en la tabla 1.
Tabla 1. Principales herramientas de máquinas CNC
Operación
Concepto
Amoladora
Es una herramienta eléctrica
usada con un motor para cortar,
lijar y pulir metales
Cortadora
de plasma
Es utilizada para cortar
materiales metálicos con un
proceso de fundido usando una
antorcha de plasma
Fresadora
Desarrolla un proceso de corte
generando virutas de manera
rotativa
Taladradora
Es una herramienta usada para
elaborar orificios en piezas
metálicas
Torno
Es un conjunto de herramientas
que elaboran diversas
operaciones como agujerear,
cortar, cilindrar, desbastar,
ranurar y roscar en piezas
metálicas
En la tabla 3 se muestran los principales tipos de
herramientas usadas en máquinas CNC, para los
diversos tipos de maquinado, donde se observa que
cada herramienta presenta su concepto para ser
considerada de acuerdo a los tipos de productos a
manufacturar en las industrias metalmecánica. Los
más utilizados en este tipo de industria ubicada en
la ciudad de Mexicali, son la fresadora, taladradora
y torno.
1.4 Procesos de maquinado
Se realizan de acuerdo a las necesidades de los
productos a fabricar, donde se representan en la
tabla 2, los de mayor utilidad en la industria
metalmecánica [19, 20].
Tabla 2. Operaciones con máquinas CNC
Operación
Concepto
Fresado
Fabrica piezas metálicas con
diversos tipos de figuras con
algunas zonas a profundidad,
usando herramienta de punta
Lapeado
Es un proceso que ayuda a
mejorar el acabado de una pieza
buscando eliminar la rugosidad.
Se elabora cuando se frotan dos
superficies con un abrasivo de
grano muy fino
Mandrinado
Se desarrolla para ampliar o
mejorar la calidad de un agujero
de una pieza fabricada
Rectificado
Se realiza en piezas metálicas
que requieren acabados muy
especializados para productos
específicos
Roscado
Se lleva a cabo en piezas
fabricadas donde una parte de
estas se elabora el maquinado
para generar roscar externas.
Taladrado
Se desarrolla con una
herramienta en forma de taladro
para fabricar orificios o
acabados circulares en piezas
Torneado
Fabrica piezas cilíndricas con
una herramienta de corte opera
de manera lineal, mientras la
pieza gira en su proceso de
maquinado
Tronzado
Se realiza cuando una pieza
cilíndrica debe ser cortada o
separada de una conexión
metálica
La tabla anterior muestra de manera específica
los ocho principales tipos de operación
elaboradas por máquinas CNC observándose
cada proceso para cada forma de manufacturar
materiales metálicos. Las de mayor aplicación
en la industria metalmecánica ubicada en
Mexicali, son operación de fresado, rectificado,
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roscado, taladrado y torneado. Cabe señalar que,
en esta ciudad, se tienen grandes empresas
industriales que fabrican productos metálicos, así
como medianas, pequeñas y microempresas; que
tienen algún tipo de operación con CNC.
1.5 Analisis de simulación con PID
El desarrollo de simulaciones matemáticas, ha sido
de gran relevancia en cualquier tipo de actividad y
en especial en procesos industriales de diversos
tipos de industrias. En esta investigación se
desarrollaron simulaciones matemáticas para
estimar el comportamiento de ciertos parámetros
involucrados en el procesamiento de materiales
metálicos, esencialmente en máquinas CNC. Para
la evaluación de este estudio científico, se utilizó
el algoritmo PID con el cual se pudo analizar
parámetros de temperatura en el proceso de
maquinado, además de la dureza del agua, pH y
viscosidad que conforman la taladrina usada en
máquinas CNC. En la figura 5, se muestran los tres
tipos de funciones del algoritmo PID [21].
Figura 5. Algoritmo de simulación PID (Proporcional,
Integral y Derivativo). Fuente. Información de la
investigación
La figura anterior representa los tres de funciones
del controlador PID, ilustrando el algoritmo en
función proporcional como una función normal f
(t) que no genera ningún cambio en la operación
que representa a función. Además, se tiene la
función integral f ʃ (t) representando un cambio
con un decremento en un intervalo de análisis de a
y b en un gráfico de dos ejes (X, Y). Por último, se
tiene la función derivativa f’ (t), que representa un
cambio con un incremento en un intervalo de
análisis de a y b en un gráfico de dos ejes (X, Y).
Estas tres funciones pueden ser utilizadas por
separado con una acción de retroalimentación,
o pueden ser dos o las tres, dependiendo el tipo
de análisis y variables participantes en un
estudio científico.
2. Metodología
El proceso de la investigación se realizó en tres
etapas, como explica enseguida:
Etapa 1. Se elaboró una evaluación de la
cantidad de uso de taladrina en un torno de
control numérico de una industria
metalmecánica ubicada en la ciudad de
Mexicali, para con ello conocer si se estaba
utilizando de manera adecuada la taladrina.
Esta evaluación fue en periodos horarios,
diarios y semanales durante dos meses, para
determinar la cantidad de taladrina usada
principalmente de manera diaria. En esta etapa
se desarrolló un sistema de recuperación de
taladrina.
Etapa 2. Se realizaron análisis de dos
propiedades fisicoquímicas de la taladrina,
siendo el pH y la viscosidad cinemática, para
determinar la posibilidad de que se pudiera
reciclar el resto de la cantidad de taladrina
usada en el proceso de maquinado, siendo el
40%. En esta fase se propuso un sistema con
imanes, que está en proceso de desarrollo para
una publicación posterior.
Etapa 3. Se desarrolló una simulación
matemática con el controlador PID, para
evaluar las posibles variables que pueden
generar el uso óptimo de la taladrina en un torno
de control numérico perteneciente a la empresa
industrial donde se realizó el estudio científico.
El proceso de la metodología se muestra en la
figura representado como diagrama de flujo de
la secuencia de etapas elaboradas en esta
investigación.
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Figura 6. Etapas del proceso de investigación.
La figura 6 muestra las etapas desarrolladas en esta
investigación, donde se observa en cada etapa (de
la 1 a la 4). Lo novedoso de este estudio científico
es determinar en base a el pH y viscosidad, que
tanta taladrina se puede recuperar y aplicar el
sistema de recuperación en procesos industriales
de la industria metalmecánica de la ciudad de
Mexicali. Las etapas de la investigación, fueron
desarrolladas por separado para obtener la máxima
funcionalidad de la taladrina y se explican a detalle
en la sección de resultados.
2.1 Caso de estudio
Esta investigación se llevó a cabo al detectarse en
una empresa del ramo metalmecánico ubicada en
la ciudad de Mexicali, de la generación de altos
costos por el uso de taladrina, donde se desconocía
en ocasiones, si la taladrina tenía funcionalidad
para el proceso de maquinado en una máquina
CNC con torno. Se tenía un proceso en el cual se
realizaba el cambio de taladrina del recipiente de
la maquina CNC, sin saber si todavía podía servir
como lubricante para el proceso de maquinado.
Además, no se verificaban sus propiedades
fisicoquímicas como pH y viscosidad, que son
relevantes en la funcionalidad de la taladrina. Con
esta situación, se procedió a desarrollar el estudio
científico en la empresa ubicada en esta ciudad del
noroeste de la República Mexicana.
2.2 Herramientas estadísticas
En el proceso de la investigación, se utilizaron
las herramientas de Six Sigma y se
desarrollaron análisis con herramientas
estadísticas como regresión y correlación con
una distribución normal; además de análisis de
varianza (ANOVA).
2.3 Instrumentación utilizada
En estudio científico fue necesario usar un
dispositivo medidor de pH (Medidor de pH y
temperatura de mesa Laboratorio Milwauke) y
el viscosímetro de Ostwald para medir
viscosidad (Viscosímetro Cannon Fenske No.
100 Opaco Sin Calibrar Dc Sci).
2.4 Variables del estudio
Se evaluaron las variables de niveles de pH
(acides de 0a 6 o básico de 8 a 14) y viscosidad
cinemática, para obtener los valores requeridos
para analizar la funcionalidad de la taladrina.
3. Resultados
El uso inadecuado de taladrina en torno de
control numérico de industria metalmecánica,
preocupaba al personal gerencial y de
supervisión en la empresa industrial donde se
realizó la investigación. En base a eso se
realizaron las tres etapas descritas
anteriormente.
3.1 Analisis del uso de taladrina
Se desarrolló en el periodo inicial de la
investigación hasta los dos meses del análisis,
para determinar la cantidad de uso de taladrina
en un torno control numérico de la empresa
evaluada. Esta información se representa en la
tabla 3. El costo de la taladrina de color blanca
es de 1000 pesos mexicanos en garrafones de
20 litros, siendo 50 pesos mexicanos por litro.
Al principio de la investigación, no se
recuperaba nada de taladrina usada y no se
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generaba ningún ahorro de los costos iniciales de
los costos de producción planeados,
Tabla 3. Uso de taladrina en torno de control numérico
Taladrina
B
Semanas
1
0
2
6
3
7
4
7
5
8
6
8
7
8
8
8
A. Cantidad nueva de litros usados en el proceso
de maquinado
B. Cantidad de litros recuperados (40% por cada
20 litros)
C. Ahorro porcentual de litros recuperados
La tabla anterior muestra el análisis del uso de
taladrina en el proceso de maquinado con el torno
de control numérico. Se observa que a medida que
la investigación se está desarrollando, se va
reutilizando la taladrina y con ello se van
recuperando mayor cantidad de litros y generando
un ahorro significativo de que disminuía la
preocupación gerentes de costos y manufactura y
personal de supervisión de procesos industriales.
Del 40% que quedaba como resto de taladrina al
final del proceso de maquinado por día, se
recuperaba un porcentaje por eliminar virutas y
otras sustancias derivadas del proceso de
maquinado. En esta sección se obtuvo una
ecuación matemática en base al análisis de
regresión y correlación, mostrándose enseguida:
F(x) = 2 /3 X3 - 5 /9 X2 + 1 /5 X + 5 /6
Esta ecuación matemática fue obtenida con una
serie de datos del uso de taladrina que la empresa
tenía desde un periodo de un año antes de iniciar
la investigación, y con esta función matemática, se
logró obtener un valor estimado a un futuro de un
ano del uso de taladrina, que era muy considerable
e incrementaría los costos de fabricación.
Conforme transcurrió la investigación, se observó
que los porcentajes de recuperación y el uso
inicial de taladrina el ahorro porcentual
mostrados en la tabla 3, indican que este
proceso de recuperación de taladrina, es
relevante en la maquinaria utilizada en la
industria metalmecánica. Con esto se
comprueba de manera cuantitativa, la
importancia de este estudio científico que puede
ser aplicado no solo en la industria local, sino
regional, nacional y mundial.
3.2 Desarrollo del sistema de recuperación de
taladrina
La segunda etapa consistió del diseño y
fabricación del sistema que reciclaba el líquido
cortante, para realizar la propuesta a la empresa
que permitió realizar el análisis. El diseño se
representa en un diagrama de flujo con sus
respectivas etapas y fotografías, ilustrando solo
lo de mayor importancia en la operación del
sistema de reciclaje, mostrado en la figura 7,
ilustrándose las cuatro etapas y dos fotografías,
siendo la primera foto ubicada en la parte
inferior del diagrama, mostrando un sistema de
imanes (con un electroimán)., que conectado a
una fuente de voltaje de 12 voltios, genera un
efecto electromagnético y con ello los residuos
metálicos del proceso de corte de los metales, y
se unen a los extremos de una tubería, iniciando
la función de recuperación del agua. La segunda
foto ubicada en la parte superior del diagrama,
ilustrando una bolsa de carbón activado que
elabora el proceso de filtrado de los residuos
restantes.
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Figura 7. Proceso de recuperación de taladrina. Fuente.
Información de la investigación
3.3 Evaluacion de propiedades fisicoquímicas
El análisis realizado de propiedades
fisicoquímicas (pH y viscosidad) fue en el mismo
periodo del uso de taladrina blanca con las ocho
semanas para determinar si la taladrina era óptima
para ser usada de nuevo en el proceso de
maquinado. Además, se examinó a simple vista, si
los productos fabricados presentaban manchas de
algún color después de elaborar el proceso de
maquinado en una CNC, con taladrina reutilizada.
La información obtenida de los análisis de pH y
viscosidad, se muestran en las tablas 4 y 5.
Tabla 4. Relación de pH y temperatura de taladrina (2019)
Día
A
B
T,
°C
pH
T,
°C
pH
1
40
8
42
6
2
41
8
41
6
3
40
8
41
7
4
42
8
43
7
5
40
9
44
7
6
40
9
41
7
7
41
9
40
7
8
40
9
42
8
A. No Generó Manchas en Superficie Metálica de
Productos Fabricados
B. Genero Manchas en Superficies Metálicas de
Productos Fabricados
La tabla 4 representa los niveles de pH a una
temperatura estuvo oscilando entre los 40 °C a
42 °C en las ocho semanas evaluadas, cuando
no se presentaron manchas en los productos
metálicos fabricados. En cambio, cuando la
temperatura osciló entre los 41 °C y 44 °C, los
productos metálicos manufacturados
presentaron manchas como principios de
presencia de fenómeno de corrosion. La
información numérica obtenida indicó que, al
inicio de la investigación, el pH fue de 8 en las
primeras cuatro semanas y en las siguientes
cuatro semanas fue de 9. En esta fase de este
análisis con el pH descrito no se generaron
manchas en los productos manufacturados. Para
la siguiente fase de este análisis, el pH
presentado fue 6 en las primeras dos semanas,
de 7 en las siguientes cinco semanas y de 8 en
la última semana, generando manchas en los
productos fabricados, debido al pH con
tendencia a nivel acido. Posteriormente se
realizó la evaluación de la viscosidad
cinemática, expresando la información en la
tabla 5.
Tabla 5. Relación de viscosidad y temperatura de
taladrina (2019)
Día
A
B
T,
°C
Viscosidad,
cSt
T,
°C
Viscosidad,
cSt
1
40
15
42
17
2
41
15
41
17
3
40
16
41
18
4
42
16
43
19
5
40
17
44
19
6
40
17
41
20
7
41
18
40
20
8
40
18
42
20
A. No Generó Manchas en Superficie Metálica
de Productos Fabricados
B. Genero Manchas en Superficies Metálicas de
Productos Fabricados
La tabla 5 representa los niveles de viscosidad
cinemática, ilustrando a diversos índices de
temperatura, presentándose acciones similares
al análisis del pH, con respecto a la presencia
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sin manchas en los productos metálicos
fabricados, con temperaturas de oscilando desde
los 40 °C a los 42 °C; y con manchas con
temperaturas y entre los 41 °C y 44 °C. Los valores
de viscosidad cinemática del análisis sin la
generación de manchas fueron de 15 a 18, en el
rango normal, exceptuando el primer valor de 15.
En el análisis donde se generaron manchas, los
valores fueron de 17 a 20, estando los valores 17 y
18 en el rango y fuera del rango Esto fue de
acuerdo a como estuvo oscilando la temperatura.
Respecto a los niveles de viscosidad cinemática, se
observó que, si la temperatura se incrementa, la
viscosidad cinemática disminuye y con ello la
taladrina blanca recuperada fluye con mayor
rapidez, solo que no actuó al 100% como
refrigerante al momento de elaborar el proceso de
maquinado. Es por esto que se incrementaba la
temperatura. Aun con los niveles variantes de pH
y viscosidad cinemática, el porcentaje de
productos con manchas era bajo, por lo que este
tipo de análisis muestra que la recuperación de
taladrina puede ser una opción para el ahorro de
costos por la compra de este material usado en
tornos de control numérico con sus procesos de
maquinado.
3.4 Simulación matemática de recuperación de
taladrina
Esta evaluación se realizó con el controlador PID
en el software MatLab con la aplicación de
Simulink. El análisis niveles de correlación de las
variables involucradas en la simulación
matemáticas, siendo la temperatura dentro del
torno con control numérico en el proceso de
maquinado, como variable de entrada y el pH y la
viscosidad cinemática como variables de salida,
representados por la figura 8 como el proceso de
simulación. El porcentaje de error fue medido un
índice de comparación de niveles de pH y
viscosidad con cantidad de piezas fabricadas, para
determinar los periodos de tiempo en los cuales la
taladrina era funcional para los procesos de
maquinado en la maquina CNC. Los datos para los
análisis estadísticos fueron obtenidos con los
dispositivos medidores de pH y viscosidad, así
como de la cantidad de piezas con contadores
electrónicos.
Figura 8. Representación de la simulación matemática
del proceso de maquinado. Fuente. Información de la
investigación
A- f (t), B-ʃf(t), C-f’(t), D-Industrial process, E-Error
La figura 8 muestra la manera de cómo se
utilizó el PID en el proceso de maquinado con
las variables mencionadas y descritas en la tabla
6, como lo indica su análisis. Las funciones del
PID, fueron explicadas anteriores, ilustrando el
cuadro con el proceso industrial y el proceso de
retroalimentación con los márgenes de error en
cada evaluación de correlación. Se elaboró una
simulación con los periodos similares a los
análisis del inicio de la investigación de ocho
semanas, para determinar en periodos cortos la
posibilidad de tener un proceso de recuperación
de taladrina lo más óptimo posible y de ahorro
de costos, que fue la meta principal de la
industria donde se realizó el estudio científico.
Tabla 6. Analisis de correlación con la simulación
matemática
Factores
Temperatura,
pH
Viscosidad
cinemática,
Semanas
1
0.86
0.89
0.87
2
0.83
0.86
0.84
3
0.80
0.84
0.81
4
0.79
0.81
0.78
5
0.76
0.78
0.75
6
0.74
0.74
0.72
7
0.73
0.73
0.71
8
0.72
0.70
0.70
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La tabla anterior ilustra los niveles de correlación
de las tres variables principales involucradas en el
proceso industrial de maquinado, indicando que, a
mayor índice de correlación, se relacionan las
variables evaluadas. El tener valores iniciales s
cercanos a 0.9 en las tres variables, representa que
la temperatura tiene un efecto considerable y la
taladrina funcionaba correctamente como
refrigerante. Conforme transcurrió el periodo de
análisis, el índice de correlación, fue
disminuyendo hasta el nivel de 0.7 o cercano a
este, indicando que la taladrina funcionaba como
refrigerante, pero con un efecto menor, por lo que
debía de cambiarse por taladrina nueva. Esto fue,
para que no se dañaran los productos fabricados,
ni se generaran manchas en estos, así como
proteger la herramienta del taladro de control
numérico. Para estimar a futuro de corto plazo por
periodos de cada dos meses, se elaboró una
simulación matemática con el controlador PID,
obtenido las funciones matemáticas óptimas para
cada algoritmo en la figura 9, representando una
estimación con un nivel de error del 0.05%.
Figura 9. Simulación matemática del proceso de maquinado.
Fuente. Información de la investigación.
A- f (t) = 4s / (9s + 4)
B-ʃf(t) = (3s2 + 5s -7) / (2s – 8)
C-f’(t) = (4s + 6)) / (6s2 - 3s -9)
D-Industrial process
E-Margen de Error en Retroalimentación
Como se observa en la figura anterior, con las
funciones óptimas obtenidas, se determinaron los
periodos adecuados de uso de taladrina reusada y
la nueva.
Con estas funciones matemáticas se obtuvo
una estimación de la relación de valores de pH
y viscosidad a futuro para determinar los
periodos de cambio de la taladrina y de
mantenimiento preventivo de la maquina CNC
evaluada.
4. Conclusiones
La investigación mostró la posibilidad de
reutilizar taladrina de un torno de control
numérico de una industria metalmecánica
ubicada en la ciudad de Mexicali. Este tipo de
industria en esta ciudad es de gran importancia
en el desarrollo económico de la region, por lo
que existe una gran cantidad de estas empresas
industriales desde grandes industrias hasta
microempresas con diversos tipos de
maquinado. Los índices de correlación
confirmaron la posibilidad del reúso de la
taladrina, para generar ahorro en costos, en base
al sistema de recuperación con imanes y la fibra
de carbono. Este es un prototipo de análisis para
con el proceso de mejora continua, disminuir
los costos y con ello generar máximas
ganancias económicas. Las evaluaciones en
cada etapa fueron relevantes para obtener la
máxima eficiencia del uso de taladrina en el
torno de control numérico analizado. Esta
investigación fue para determinar en una
maquina CNC en especial de torno del uso
óptimo de taladrina, y con este mismo proceso
pueden ser evaluados otros tipos de sistemas
mencionados en la tabla 2, que pueden operar
en conjunto con la maquina CNC. Este estudio
científico será relevante para obtener un óptimo
ahorro del uso de taladrina, y con ello reducir
los costos de manufactura de la industria
metalmecánica local, regional, nacional e
internacional.
5.- Reconocimiento de autoría
Mildrend Ivett Montoya Reyes:
Conceptualización; Recursos; Ideas;
Metodología; Análisis formal; Investigación;
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Recursos; Análisis de datos; Juan Ceballos
Corral: Ideas; Investigación; Análisis de datos;
Escritura. Ismael Mendoza Muñoz:
Conceptualización; Metodología; Análisis formal;
Investigación; Análisis de datos; Revisión y
edición; Administración de proyecto. Olivia
Yessenia Vargas Bernal: Metodología; Análisis
formal; Investigación; Recursos; Análisis de datos.
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Derechos de Autor (c) 2022 Mildrend Ivett Montoya-Reyes, Juan Ceballos-Corral, Ismael Mendoza-Muñoz, Olivia Yessenia
Vargas-Bernal
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