El presente proyecto se ha desarrollado en una empresa peruana del rubro minero, a la cual denominaremos Empresa E, que a la fecha ya tiene basta experiencia en fabricar, proveer equipos y servicios técnicos a las diferentes compañías mineras establecidas en el Perú. Dichos equipos son producidos en base a un forro interior de caucho y una plataforma exterior de metal, donde el tratamiento del caucho es dado a través del proceso productivo de vulcanización y el del metal es constituido por medio de operaciones de maestranza y calderería. Es justamente la vulcanización el principal motivo de análisis de este proyecto, al cual se le ha denominado como Validación del proceso productivo del caucho en base a ensayos de dureza. / Tesis

El objetivo general de esta tesis es diseñar e implementar un equipo que sea capaz de controlar la presión, temperatura y el tiempo, permitiendo una interacción automática de los actuadores para lograr obtener niveles de consignas adecuados dentro de la autoclave, teniendo en cuenta un diseño simple y amigable para que cualquier trabajador de la empresa pueda manipularlo. / Tesis

Ingeniera Civil Química / La vulcanización de neumáticos es un proceso químico que requiere escencialmente calor para llevarse a cabo. Las prensas de vulcanización son los equipos en donde se realiza de forma continua este proceso, su estructura abarca, entre otras partes, el molde que le otorga la forma al neumático y los conductos que permiten el ingreso de vapor. Este vapor es utilizado como fuente de calor por lo que se encuentra a altas presiones y temperaturas. Conocer las formas en que se transfiere el calor dentro y en las vías de suministro a una prensa, permite proponer alternativas que disminuyan el gasto energético y optimicen el proceso. Con este fin, se realizó un modelo que considera tanto la estructura de la prensa y el neumático, como las principales etapas del ciclo de operación de la prensa para, mediante la resolución de un sistema de ecuaciones diferenciales parciales con la implementación de elementos finitos, obtener un perfil de temperaturas, a partir del cual se pudo estudiar la transferencia de calor en el neumático. Se obtuvo que el calor entregado a través del vapor corresponde a un porcentaje menor al 1% del calor que efectivamente ingresa a la prensa, lo atribuible a la geometría del sistema. También se determinó que el mecanismo preponderante en la transferencia de calor hacia el neumático, es la convección, por lo que el movimiento de los fluidos cobra gran importancia. Por otro lado, se obtuvo un buen ajuste del modelo a los datos experimentales, particularmente en la etapa de enfriamiento del neumático. La otra parte del estudio consistió en encontrar mejoras a la disipación de energía que se da en las cañerías que transportan el calor hacia la prensa. Se propuso implementar dos tipos de aislaciones, por lo que se realizaron una serie de pruebas para determinar cuál tipo presentaba un mejor desempeño como aislante, determinándose que la aislación de tipo rígida, conformada por una capa interna de lana mineral y una externa de zincalum, permitiría ahorrar 794 [ton/año] de vapor de agua por prensa.

Lima Caucho S.A., es una empresa peruana, inmersa en el sector manufacturero y dedicada a la fabricación de neumáticos para autos, camiones, vehículos agrícolas y/o mineros. Cuenta con numerosa maquinaria en la planta industrial, sin embargo, a pesar de ser una empresa importante a nivel mundial, no escapa al hecho de que la tecnología avanza día con día y sus equipos o maquinarias pueden quedar obsoletos. Como parte de todo esto, es que nace la necesidad de esta empresa de realizar un proyecto de automatización en el área de vulcanización de neumáticos. Esta área cuenta con 34 prensas vulcanizadoras de diferentes tipos, modelos y características. De estas 34 prensas, 4 prensas vulcanizan neumáticos Off The Road; que son los neumáticos de 75” y 85” de diámetro, y se utiliza para camiones agrícolas. Al tener la necesidad de introducirlas a un sistema automático, lo cual implica el uso de un Controlador Lógico Programable (PLC), lo cual se dificulta de gran manera, haciéndose necesario un trabajo menos técnico y más ingenieril, ya que no consiste en simplemente programar un PLC, sino que se debe diseñar un control de todas las variables para el correcto funcionamiento. El objetivo de este proyecto es realizar la automatización de este tipo de prensas, al nuevo sistema de supervisión y control automático, para lo cual es necesaria no sólo la automatización total de la máquina, sino el diseño de un controlador de temperatura, lo cual es el principal obstáculo para la realización de dicho trabajo de modernización. / Lima Caucho S.A., is a Peruvian company, immersed in the manufacturing sector and dedicated to the manufacturing of tires for cars, trucks, agricultural and / or mining vehicles. It has numerous machineries in the industrial plant. However, despite being a important company at a global level, it does not escape the fact that technology advances day by day and its equipment or machinery can become obsolete. As part of all this, is the need for this company to carry out an automation Project in the tire vulcanization area. This area has 34 vulcanizing presses of different types, models and characteristics. Of these 34 presses, 4 presses vulcanize agricultural tires; it should be emphasized that the tires are 75 "and 85" in diameter, and used for agricultural trucks. Having the need to introduce them to this new automatic system, which implies the use of a Programmable Logic Controller (PLC), which makes it difficult in a big way, which is why a less technical and more engineering work is necessary, since it does not only consist of simply programming a PLC, but rather a design has to be done to control of all the variables for the correct functioning. The objective of this project is to automate this type of presses, to the new automatic supervision and control system, for which it is not only necessary the total automation of the machine, but also the design of a temperature controller, which is the main obstacle to complete the modernization of this project. / Tesis

En el presente trabajo, se aborda la problemática de la baja eficiencia del proceso de vulcanización de neumáticos en una empresa del Perú, lo cual tiene como consecuencia pérdidas monetarias en hora hombre y máquina; y pedidos no atendidos. Esta Tesis busca analizar, integrar y modelar diferentes herramientas utilizadas en la ingeniería, lo cual ayude a la obtención de una propuesta de mejora basada en un modelo más eficiente de trabajo y que evite costos altos de mantenimiento de los equipos de producción, sin incurrir en elevados costos por implementación. En tal sentido, esta investigación tiene como objetivo principal incrementar la eficiencia del proceso de vulcanización empleando herramientas Lean Manufacturing y Estudio del Trabajo. Las diferentes herramientas de ingeniería utilizadas buscan reducir el tiempo de set up, desarrollar una gestión del mantenimiento adecuada para lograr el incremento de la Eficiencia General de los Equipos (OEE) y mejorar el método de trabajo actual a través de procedimientos. La validación de la propuesta de mejora en la empresa en estudio arrojó resultados positivos, lo cual permitió cumplir con los objetivos previstos mejorando el método de trabajo de los operarios e incrementando el índice de conocimientos de las partes involucradas en la propuesta. Finalmente, se obtuvieron conclusiones respecto a lo trabajado y se establecieron recomendaciones que aporten a la efectividad del modelo propuesto, analizando las posibles mejoras que puedan surgir en un futuro. / In this work, the problem of the low efficiency of the tire vulcanization process in a company in Peru is addressed, which results in monetary losses in man and machine hours; and unmet orders. This thesis seeks to analyze, integrate and model different tools used in engineering, which helps to obtain an improvement proposal based on a more efficient work model and that avoids high maintenance costs of production equipment, without incurring in high implementation costs. In this sense, this research has the main objective of increasing the efficiency of the vulcanization process using Lean Manufacturing and Work Study tools. The different engineering tools used seek to reduce set-up time, develop adequate maintenance management to achieve an increase in General Equipment Efficiency (OEE) and improve the current work method through procedures. The validation of the improvement proposal in the company under study yielded positive results, which allowed meeting the planned objectives by improving the working method of the operators and increasing the knowledge index of the parties involved in the proposal. Finally, conclusions were obtained regarding the work and recommendations were established that contribute to the effectiveness of the proposed model, analyzing the possible improvements that may arise in the future. / Trabajo de Suficiencia Profesional

Los caucho son materiales que están formados por 10 o más componentes. Estos compuestos poseen propiedades únicas que los hacen adecuados en distintas aplicaciones donde se requieren resistencia a la corrosión química y propiedades elásticas. Por ello, se hacen insustituibles en la producción de neumáticos, mangueras, cables, fajas de transmisión, sellos, etc. Es debido a estas propiedades que el reciclaje de sus residuos presenta diversos retos. El reciclado de estos materiales comienza por un proceso de reducción de tamaño y molienda, en el cual se obtienen partículas de caucho en tamaños que varían desde los milímetros hasta las micras. Para ello, se deben realizar diferentes procesos de molienda según el tamaño del residuo. Estos procesos se dividen en primario, secundario y terciario. Además, la molienda de caucho se puede realizar por diferentes métodos como son la molienda a temperatura ambiente y la molienda criogénica. En la molienda a temperatura ambiente, no se busca modificar la temperatura del residuo de caucho antes o durante el proceso de molienda; sin embargo, durante la molienda la temperatura de se puede elevar hasta los 130°C debido a las grandes fuerzas presentes en el proceso. La molienda criogénica, llamada así porque las temperaturas de los residuos del caucho se enfrían a temperaturas criogénicas para llevar al caucho a un estado vítreo. En ese estado, el caucho se vuelve un material frágil y facilita su molienda. Uno de los método para la reutilización de los cauchos se realiza mediante el proceso de desvulcanización. La desvulcanización, como su nombre lo indica, es un proceso en el cual se logra romper los enlaces creados en la vulcanización para obtener un producto similar al material virgen antes de ser vulcanizado. Este caucho desvulcanizado se puede volver a vulcanizar de la misma forma que un material virgen; sin embargo, la propiedades mecánicas obtenidas en el producto final suelen ser menores. Existen diferentes métodos de desvulcanización: la química, la cual viene siendo aplicada desde hace algunas décadas; la desvulcanización ultrasónica o por microondas, las cuales presentan un resultado prometedor; y la desvulcanización biológica, la cual se encuentra en un estado de investigación.

El presente proyecto se ha desarrollado en una empresa peruana del rubro minero, a la cual denominaremos Empresa E, que a la fecha ya tiene basta experiencia en fabricar, proveer equipos y servicios técnicos a las diferentes compañías mineras establecidas en el Perú. Dichos equipos son producidos en base a un forro interior de caucho y una plataforma exterior de metal, donde el tratamiento del caucho es dado a través del proceso productivo de vulcanización y el del metal es constituido por medio de operaciones de maestranza y calderería. Es justamente la vulcanización el principal motivo de análisis de este proyecto, al cual se le ha denominado como Validación del proceso productivo del caucho en base a ensayos de dureza.

El objetivo general de esta tesis es diseñar e implementar un equipo que sea capaz de controlar la presión, temperatura y el tiempo, permitiendo una interacción automática de los actuadores para lograr obtener niveles de consignas adecuados dentro de la autoclave, teniendo en cuenta un diseño simple y amigable para que cualquier trabajador de la empresa pueda manipularlo.

L'estudi de la reacció de vulcanització en presència de càrregues mostra la influència de la superfície del negre de carboni a la reacció de vulcanització, i més concretament de l'activitat superficial del negre de carboni. Aquest estudi de la influència a la vulcanització s'amplia a altres paràmetres com la microestructura superficial del negre de carboni. Els resultats mostren un efecte d'activació de la reacció a major superfície específica, a major activitat superficial i en especial de la major component polar de la superfície. Per tal de millorar el seguiment de la reacció de vulcanització s'ha desenvolupat una metodologia analítica d'HPLC. Aquest mateix procés a la superfície del negre de carboni s'ha estudiat mitjançant ToF-SIMS, confirmant-se com una eina útil per al seguiment dels intermedis de reacció a la superfície de la càrrega. Finalment, s'ha modificat l'activitat superficial d'alguns dels components de la vulcanització, en aquest cas l'accelerant i el sofre, mitjançant polimerització amb plasma fred per tal d'estudiar-ne l'efecte a la vulcanització i el seu comportament al sí de la mescla. En el cas de l'accelerant els resultats mostren la possibilitat de modificar l'activitat de l'accelerant a la vulcanització sense alterar les propietats finals del producte. Pel que respecta a la modificació del sofre, els resultats obren les portes a un camí de tractament superficial de les partícules de sofre per a reduir l'efecte de migració del sofre. / El estudio de la reacción de vulcanización en presencia de cargas muestra la influencia de la superficie del negro de carbono en la reacción de vulcanización, y más concretamente de la actividad superficial del negro de carbono. Este estudio de la influencia en la vulcanización se amplia a otros parámetros como la microestructura superficial del negro de carbono. Los resultados muestran un efecto de activación de la reacción a mayor superficie específica, a mayor actividad superficial y en especial de la mayor componente polar de la superficie. Para mejorar el seguimiento de la reacción de vulcanización se ha desarrollado una metodología analítica de HPLC. Este mismo proceso en la superficie del negro de carbono se ha estudiado mediante ToF-SIMS, confirmándose como una herramienta útil para el seguimiento de los intermedios de reacción en la superficie de la carga. Finalmente, se ha modificado la actividad superficial de algunos de los componentes de la vulcanización, en este caso el acelerante y el azufre, mediante polimerización con plasma frío para estudiar el efecto en la vulcanización y su comportamiento en el sí de la mezcla. En el caso del acelerante los resultados muestran la posibilidad de modificar la actividad del acelerante en la vulcanización sin alterar las propiedades finales del producto. Referente a la modificación del azufre, los resultados abren las puertas a un camino de tratamiento superficial de las partículas de azufre para reducir el efecto de la migración del azufre. / The study of the vulcanization in the presence of fillers shows the carbon black surface influence on the vulcanization reaction and specially its surface activity component. These studies have been opened to other parameters like the microstructure of the carbon black surface. Results show the activation effect of the vulcanization reaction at higher surface activity and specially at higher polar component. To improve the following of vulcanization reaction it has been developed a new analytical HPLC methodology. The same process on the carbon black surface has been studied by ToF-SIMS, and it has been demonstrated to be a useful technique to follow the vulcanization reaction. Taking in account the significance of surface activity, surface activity of some components like the accelerator and sulfur has been modified by cold plasma polymerization in order to study the effect on the vulcanization and the behavior in the mix. Concerning the accelerator, results show that it's possible to modify the accelerator performance without modifying the properties of the rubber goods. Sulfur surface activity treatment results open a new field for surface activity treatments to minimize the blooming effect.

La vulcanització per microones és un procés madur i no hi ha dubte sobre la seva eficiència per produir articles de cautxú d'alta qualitat. Les microones són conegudes no només per la seva capacitat d'accelerar els processos i augmentar la eficiència de la transferència energètica, sinó que també són capaces en certs casos de canviar els camins de reacció. Hi ha evidències, basades en canvis en propietats físiques al comparar productes vulcanitzats amb el mètode convencional i amb microones, que indiquen que alguns canvis poden succeir al treballar amb diferents fonts d'escalfament. No obstant això, hi ha una falta d'informació sobre els efectes que les microones tenen en la química de la vulcanització. Per tant, el principal objectiu d'aquesta tesi es basa en estudiar la vulcanització assistida amb microones des d'una nova perspectiva, centrant-se en els efectes d'aquesta radiació en els ingredients principals de les formulacions de cautxú, en el mecanisme de vulcanització, en la reticulació de la xarxa polimèrica i també en el procés de devulcanització.La primera part de la feina va consistir en desenvolupar i optimitzar tots els mètodes analítics necessàris per explorar totes les etapes del procés de vulcanització i identificar tots els intermedis formats. Estudis de Model Compound Vulcanization (MCV) utilitzant esqualè com a molècula model s'han realitzat per entendre millor la influència d'aquesta radiació en el mecanisme de la reacció, encara que alguns experiments també s'han realitzat amb mostres de cautxú natural. Tècniques com HPLC-MS, MALDI-TOF o GPC s'han utilitzat per caracteritzar les mostres de MCV, mentre que mesures d'inflament, de tensió-elongació, compressió i duresa s'han realitzat per caracteritzar les mostres de cautxú natural.Dos dels sistemes de vulcanització més comuns han estat estudiats (sulfenamides i tiurams). A més, s'ha donat un especial èmfasi a l'estudi de la influència de les microones en el sistema activador, intentant reduir el contingut de ZnO i cercar, a través de diverses estratègies, substituts més amigables amb el medi ambient. Finalment, tot el coneixement adquirit en aquests estudis s'ha utilitzat per optimitzar el comportament devulcanitzant del disulfur de difenil (DPDS) amb l'ajut de les microones, demostrant que les microones poden ajudar a avançar en la recerca d'una solució al problema del reciclatge dels residus de cautxú. / La vulcanización por microondas es un proceso maduro y no cabe duda sobre su eficiencia para producir artículos de caucho de alta calidad. Las microondas son conocidas no sólo por su capacidad de acelerar los procesos y aumentar la eficiencia de la transferencia energética, sino que también son capaces en ciertos casos de cambiar los caminos de reacción. Hay evidencias, basadas en cambios en propiedades físicas al comparar productos vulcanizados con el método convencional y con microondas, que indican que algunos cambios pueden suceder al trabajar con diferentes fuentes de calentamiento. Sin embargo, hay una falta de información sobre los efectos que las microondas tienen en la química de la vulcanización. Por lo tanto, el principal objetivo de esta tesis se basa en estudiar la vulcanización asistida por microondas desde una nueva perspectiva, centrándose en los efectos de esta radiación en los ingredientes principales de las formulaciones de caucho, en el mecanismo de vulcanización, en la reticulación de la red polimérica y también en el proceso de devulcanización.La primera parte del trabajo consistió en desarrollar y optimizar todos los métodos analíticos necesarios para explorar todas las etapas del proceso de vulcanización y identificar todos los intermedios formados. Estudios de Model Compound Vulcanization (MCV) utilizando escualeno como molécula modelo se han realizado para entender mejor la influencia de esta radiación en el mecanismo de la reacción, aunque algunos experimentos también se han realizado con muestras de caucho natural. Técnicas como HPLC-MS, MALDI-TOF o GPC se han utilizado para caracterizar las muestras de MCV, mientras que medidas de inflamiento, de tensión-elongación, compresión y dureza se han realizado para caracterizar las muestres de caucho natural.Dos de los sistemas de vulcanización más comunes han sido estudiados (sulfenamidas y tiuramos). Además, se ha dado un especial énfasis al estudio de la influencia de las microondas en el sistema activador, intentando reducir el contenido en ZnO y buscar, a través de diversas estrategias, substitutos más amigables con el medio ambiente. Finalmente, todo el conocimiento adquirido en estos estudios se ha utilizado para optimizar el comportamiento devulcanitzante del disulfuro de difenilo (DPDS) con ayuda de las microondas, demostrando que las microondas pueden ayudar a avanzar en la búsqueda de una solución al problema del reciclaje de los residuos de caucho. / Microwaves vulcanization is a mature process and there is no doubt about its efficiency on producing high quality goods. Microwaves are found not only to speed up the processing and increase the energy transfer efficiency, but also to be in some cases able to change reaction pathways. There are some evidences, based on changes in physical properties when comparing conventional and microwaves vulcanization, that suggest that some changes occur when working with different heating sources. However, there is a lack of information of the effects of MW in vulcanization chemistry. Therefore, the principal aim of this thesis consists of studying microwave-assisted vulcanization from a new perspective, focusing on the effects of this radiation in the main ingredients of a rubber compound, in the vulcanization mechanism, in the final crosslinked network and also in the devulcanization process.The first part of the work consisted in developing and optimizing all the analytical methods necessary to explore all the steps of vulcanization process and identifying all the intermediates formed. Model Compound Vulcanization (MCV) studies, using squalene as a model molecule, have been used to understand better the influence of this radiation in the reaction mechanism, even though some tests have been also performed in natural rubber samples. Techniques as HPLC-MS, MALDI-TOF or GPC have been used to characterize the MCV samples, whereas swelling measurements, stress-strain measurements, compression set or hardness have been used to characterized natural rubber samples. Two of the most common vulcanizing systems have been studied (using sulfenamide and/or thiuram accelerator types). In addition, a special emphasis has been given to the study of the microwaves influence on the activator system, trying to reduce ZnO contents and finding more environmental friendly substitutes through different strategies. Finally, all the knowledge acquired in all these studies has been used to optimize the devulcanizing behavior of diphenyl disulfide (DPDS) with the help of microwaves, proving that microwaves can help to advance in the search of a solution to the problem of waste rubber recycling.