study of human reliability in aircraft maintenance -...

Rev. Téc. Ing. Univ. Zulia. Vol. 35, Nº 3, 270 - 278, 2012

Study of human reliability in aircraftmaintenance

Luisa Espinosa1*, Argenis Rebolledo2, Ignacio Irausquín2, Alfonso Quiroga1

1Departamento de Mecánica, 2Departamento de Tecnología Industrial,Universidad Simón Bolívar. Apartado 89000. Sartenejas, Baruta, Edo. Miranda, Venezuela.

*[email protected], [email protected], [email protected], [email protected].

Abstract

This research work deals with the development of a survey model designed to collect informationabout functional behavior of the operative personnel working for an aircraft maintenance company devo-ted to service general aviation (small aircraft of less than 12,500 pounds). The reliability model was basedon different factors affecting the workers performance during the productive activity of the company.Influencing factors considered were: training, development, ergonomics, ownership, communication andhuman needs, as proposed by Abraham Maslow. The model used facilitates a better understanding of thecauses that stimulate workers to do a better work to the benefit of their organization. Once the model wascarefully validated and the field data was acquired at the company facilities, the values obtained with theMaslow model were analyzed by means of graphical representation. Results were used as a starting pointto generate human reliability strategies in order to improve processes and maintenance operations in theaviation maintenance company under study.

Keywords: maintenance, general aviation, human reliability, hierarchy of needs.

Estudio de la confiabilidad humanaen el mantenimiento aeronáutico

Resumen

El presente trabajo de investigación se basa en una encuesta diseñada para recopilar la informacióndel comportamiento funcional del personal operativo de una empresa de mantenimiento aeronáutico es-pecializada en aviación general (aeronaves pequeñas de menos de 12500 libras). La configuración del mo-delo de confiabilidad se basó en factores de confiabilidad humana, seleccionados considerando su in-fluencia en los trabajadores durante las labores productivas propias de una empresa. La investigación sefundamentó en los siguientes factores focales: capacitación, desarrollo, ergonomía, pertenencia, comuni-cación y motivación. Los resultados de la evaluación de los factores enumerados, se interrelacionaron conel modelo jerárquico de necesidades desarrollado por Abraham Maslow. El modelo utilizado permite pro-fundizar en las causas que mueven al empleado a trabajar en una empresa aportando su trabajo y sapien-cia para el éxito de la misma. Luego de validar cuidadosamente el modelo, mediante la obtención por sepa-rado de la validez de contenido, la validez de criterio y la validez de constructo, y de adquirir la informaciónde campo en las facilidades de la empresa, se procedió al análisis de los valores obtenidos con el modelo deMaslow a través de representaciones gráficas de los mismos. Los resultados obtenidos se utilizaron comopunto de partida para generar las estrategias de confiabilidad humana, mejorar los procesos y las opera-ciones de la empresa de mantenimiento aeronáutico bajo estudio.

Palabras clave: mantenimiento, aviación general, confiabilidad humana, jerarquía de necesidades.

Rev. Téc. Ing. Univ. Zulia. Vol. 35, No. 3, 2012

Introducción

Actualmente el mantenimiento ha experi-mentado un proceso evolutivo vertiginoso a niveltecnológico, organizacional, económico, social yhumano como consecuencia de la creciente com-petitividad empresarial. La industria aeronáuti-ca no escapa de esta realidad, teniendo ademásque mejorar cada día el nivel de seguridad aérea,responsabilidad directa de cada empresa quepresta servicio de mantenimiento a las aeronavespara las cuales está oficialmente habilitada.

El Mantenimiento Centrado en Confiabili-dad (RCM por sus siglas en inglés) se originó alinicio de la década de los sesenta en la industriaaeronáutica con la creación del MaintenanceSteering Group (MSC) como consecuencia de lanecesidad de reducir las fallas en aeronaves civi-les. Sin embargo no fue hasta 1978, cuando elverdadero nacimiento del MCC ocurrió como pro-ducto de la publicación de un reporte comisiona-do por el Departamento de Defensa de los EEUU ala empresa United Airlines y preparado por Stan-ley Nolan y Howard Heap. El reporte contenía untratamiento amplio, muy detallado, del desarrolloy aplicación del MCC en el mantenimiento de laaviación civil, para extenderse en los años si-guientes hacia la industria de producción en ge-neral [1] sin demorar su utilización en el campo dela explotación de producción industrial.

En contraposición, los avances en confiabi-lidad humana partieron de los conceptos aplica-dos en las empresas de producción para extrapo-larse luego a la industria aeronáutica. Es obvioque el impacto de las fallas es mucho mayor en elcampo de la aviación que en la industria manu-facturera, por lo que en la actualidad está ganan-do amplia notoriedad la importancia del factorhumano en los sistemas de gestión de la seguri-dad aeronáutica (HF en SMS, por sus siglas eninglés).Particularmente en Venezuela, la Autori-dad Aeronáutica Civil en su circular de asesora-miento código CAA-09-21 provee información so-bre la aplicación de métodos de confiabilidadcomo una parte integral de los programas demantenimiento de aeronaves [2], sin embargo lacircular se basa enteramente en confiabilidad deequipos y en el análisis estadístico aplicado ensistemas y componentes discretos, ya que la ocu-

rrencia de fallas puede ser en tales casos, fácil-mente reducida a estadísticas con resultados sig-nificativos de aplicación directa. Si se parte delhecho que la confiabilidad de un sistema tiene suvalor tope en la confiabilidad de su parte más dé-bil [3], en el sistema ambiente-ser humano-equi-po, el ser humano aparenta ser el componentemás débil, el menos conocido y menos controla-do; condición que no se toma en cuenta para elanálisis de la confiabilidad en el documento legalvenezolano.

En el campo aeronáutico el estrés emocio-nal del personal técnico es creciente, por la nece-sidad de anticipación de las posibles consecuen-cias ocasionadas por error humano y que pudie-ran resultar fatales. La prevención de riesgos co-mienza con la formación del personal, el trabajoen equipo, el correcto desempeño y el manejo dela información, las cuales igualmente formanparte integral de la confiabilidad de todo sistema[4]. Esta es la razón de investigación, arroje re-sultados similares a los modelos utilizados en elanálisis de los sistemas de equipos, reducir al mí-nimo las fallas del factor humano con una meto-dología que permita mejorar los procesos y lasoperaciones de la empresa en observación, basa-da en la evaluación de los elementos de la confia-bilidad humana y su relación con la jerarquía denecesidades de Maslow.

En algunas organizaciones se administra elrecurso humano sin considerar sus necesidadesbásicas, lo que trae como consecuencia en mu-chos casos, la disminución de la confiabilidadhumana y el consecuente incremento de erroresy fallas asociados a las personas. El concepto dejerarquía de necesidades de Maslow, planteadoen su teoría de la personalidad, muestra las nece-sidades que afectan a todo individuo y que se en-cuentran organizadas de forma estructural comouna pirámide, en donde la parte más baja de laestructura ubica aquellas necesidades dominan-tes que tienen máxima prioridad y la cúspide dela pirámide, las etéreas no menos importantes,sino menos prioritarias [5]. El ser humano al sercapaz de subsanar las necesidades de determi-nado nivel Maslow, se traza nuevas metas paraalcanzar los niveles superiores sucesivos, tratan-do de alcanzar la mayor satisfacción personalposible.


Estudio de la confiabilidad humana en el mantenimiento aeronáutico 271

Parte experimental

El concepto básico de confiabilidad se rela-ciona con la probabilidad que existe en un am-biente específico, que una persona o equipo per-manezca sin fallar (cumplir las funciones paralas que fue entrenada), durante un número dehoras determinado [6]. El nivel de confiabilidadhumana depende en gran medida de la los facto-res que le afectan, capaces de crear condicionesde fallas latentes. La Figura 1 muestra los facto-res en los que se basa la confiabilidad humana,todos en amplia interrelación y girando en tornoa la satisfacción de necesidades individuales.

Para lograr el objetivo principal de la inves-tigación, de hacer una evaluación de los factoresde la confiabilidad humana en el mantenimientode una empresa de aviación general y generar es-trategias para su mejoramiento, es preciso comometodología, medir el nivel de satisfacción en quelos trabajadores de la empresa se encuentran. Alefecto se propone un modelo basado en la teoríade jerarquización de necesidades de Maslow [5],que combina tres grandes aspectos: satisfacciónde las necesidades fisiológicas y de seguridad, sa-tisfacción de las necesidades sociales y de au-toestima, y la satisfacción de las necesidades deautorrealización, apoyándose en una investiga-ción de campo descriptiva. Para el caso de estu-dio dentro del mantenimiento aeronáutico, cadauno de estos factores considerados implica losiguiente:

– Satisfacción de las necesidades fisiológicasy de seguridad: el factor de la confiabilidadhumana referente a la ergonomía, reconocelos requerimientos de satisfacción de lasnecesidades fisiológicas básicas como do-minantes y determinantes, complementa-dos por descanso, comodidad física, hora-rio de trabajo razonable (de acuerdo a la ta-rea desempañada), condiciones seguras detrabajo, remuneración y beneficios acordesa la especialización de la tarea. Así mismo,la estabilidad laboral juega un papel pri-mordial en este ámbito factorial.

– Satisfacción de las necesidades sociales yde autoestima: los factores de comunica-ción y pertenencia se reflejan básicamenteen las personas como componente cultural,con influencia de la amistad de los colegas,

interacción con los clientes y relación ami-gable con los gerentes; en lo relativo al fac-tor de la motivación y autoestima, se estu-dia la responsabilidad de cada trabajadorpor los resultados obtenidos en su labor, or-gullo, reconocimiento y ascensos.

– Satisfacción de las necesidades de auto-rrealización: considera todos los factoresasociados con el trabajo creativo y desa-fiante producto de la iniciativa de cada tra-bajador, la diversidad y la autonomía pararealizar las labores, así como el nivel de par-ticipación en las decisiones relacionadasdirectamente con su trabajo. Incluye adi-cionalmente los factores de la confiabilidadhumana referentes al crecimiento y la capa-citación, así como la motivación.

Muchos de los factores de la confiabilidadhumana involucran los sentimientos asociadosal crecimiento individual, el reconocimiento pro-fesional y las necesidades de autorrealización,adicionalmente dependen de las tareas que laspersonas realizan en su trabajo. Sin embargo, loscargos se definen tradicionalmente buscandoatender los principios de eficiencia, eficacia yeconomía enfocados en los sistemas y equipos,sin tener en cuenta el desafío y la oportunidadpara la creatividad del individuo que los opera omantiene, lo que conduce a que se pierda el estí-mulo psicológico para quienes se desempeñan entales labores, creando un efecto desmotivadorque provoca apatía, desinterés y falta de direc-


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Figura 1. Elementos de la confiabilidadhumana [4].

ción, actitudes que influyen directamente sobrelos errores humanos que ocurren durante la jor-nada de trabajo.

Puede decirse que si no se brinda entrena-miento y orientación adecuados a todos losmiembros de una organización, es difícil que sepueda dirigir su iniciativa a la identificación y so-lución de los problemas asociados a su quehacer.Este suele ser el caso de la industria aeronáuticaen donde se pueden generar repercusiones fata-les, por esto es importante la participación delpersonal de todos los niveles de la organizaciónpara generar ideas. En muchos casos es posibleque a los supervisores se les dificulte solicitar lacooperación de sus subordinados, en especialcuando las nuevas proposiciones generadas enniveles superiores cambiarían la manera comodeban desempeñar sus trabajos, por esto se con-sidera la encuesta como herramienta principalde recolección de información para la presenteinvestigación.

En la Figura 2, se muestran los factoresconsiderados en la metodología para estructurar

el conjunto de preguntas de la herramienta deevaluación utilizada. Estos factores fueron toma-dos en cuenta luego de la revisión documental,por adaptarse mejor al tipo de organización [4].Las preguntas definidas en la encuesta están di-señadas para una muestra probabilística repre-sentada por el 41% del personal de taller de unaempresa de mantenimiento aeronáutico general,escogida al azar. La población total fue de 88 per-sonas, por lo que el tamaño de muestra calculadopermite cumplir con una muy poca probabilidadde error en las predicciones y resultados presen-tados a raíz de las encuestas. Para los efectos dela presente investigación, la población fue dividi-da en sub-poblaciones o estratos, con el fin deaumentar la precisión de la muestra. Los estratosdelimitados fueron: Gerentes, Jefes de grupo,Técnicos y Ayudantes. Cabe destacar que todoslos encuestados son de sexo masculino y cada es-trato señala a su vez, el nivel de educación. La va-lidez total del instrumento se logró al observarpor separado la validez de contenido, la validez decriterio y la validez de constructo. La encuestaconstó de dos partes identificadas como: (a) y (b).



Figura 2. Aspectos considerados para la evaluación de la confiabilidad humana.

La primera parte se refiere a la satisfacción de lasnecesidades según Maslow, que está estructura-da en diecinueve (19) ítems. La segunda parte serefiere específicamente a la capacitación y estáestructurada en diez (10) ítems. Ambas partes dela encuesta se encuentran formuladas en escalatipo Likert, con los criterios de respuesta: siem-pre, con frecuencia, a veces, rara vez y nunca.

Los resultados del coeficiente de confiabili-dad o nivel de confianza del instrumento utiliza-do en la evaluación (Tabla 1), resultaron para laparte “a” de la encuesta de 82% y para la parte “b”de la misma de 94%, el porcentaje se midió segúnel método de las mitades partidas o Split halves[7].

Resultados y discusión

A continuación se presenta la informaciónobtenida gracias a la estadística inferencial.

Capacitación y desarrollo

Se observa en la Figura 3 que los trabajado-res tienen una tendencia positiva hacia la capaci-

tación, se sienten responsables de su nivel de en-trenamiento y están dispuestos a financiar susestudios de vez en cuando, si se les solicitare.

Por otro lado, la Figura 4 señala que no escomún la capacitación continua en la empresa apesar de la importancia que tiene la misma paralos encuestados, en cuanto aumenta sus habili-dades y desarrolla las destrezas. Así mismo, de-muestra la relevancia que posee la capacitaciónal momento de ingresar a la empresa para laspersonas de la compañía, al igual que los cursosa distancia, ya que están plenamente conscien-tes que tales actividades aumentan su capacidadpara desarrollar las tareas complejas que puedanpresentarse durante su labor.


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Tabla 1Confiabilidad del Instrumento

Instrumento Coeficiente deConfiabilidad

Porcentaje deConfiabilidad

Parte a 0,82447 82%

Parte b 0,94384 94%

Figura 3. Resultados de la disposición al entrenamiento que poseen los trabajadores.

Figura 4. Importancia de la capacitación.

Los trabajadores de la empresa consideranque los cursos de mejoramiento personal y au-toestima aportan valor al programa de entrena-miento tal como lo demuestra la Figura 5.

Así mismo, en opinión de los encuestados,la empresa no siempre ofrece los cursos adecua-dos a la labor que se realiza cada uno de ellos, loque se observa en la Figura 6.

Ergonomía y seguridad

La Figura 7 muestra el nivel de satisfacciónde necesidades fisiológicas de los trabajadores

encuestados. Se ve que no siempre existe un ni-vel adecuado de comodidad y satisfacción duran-te las tareas, pese a que la empresa cuenta conhorario de trabajo y períodos de descanso razo-nables.

La Figura 8 indica que la seguridad física delos trabajadores es preservada, aunque no todoel tiempo. En cuanto a la seguridad que propor-ciona el hecho de trabajar en una empresa demantenimiento aeronáutico como la consideradaen el estudio, el personal dice sentirse con muchaestabilidad y conforme con la remuneración y be-neficios otorgados.



Figura 5. Relación entre el adiestramiento y la autoestima.

0% 10% 20% 30% 40% 50%

Siempre

Con frecuencia

A veces

Rara vez

Nunca

No respondióCapacitación adecuada a

la labor

Figura 6. Adiestramiento adecuado.

Figura 7. Satisfacción de las necesidades fisiológicas.

Comunicación y pertenencia

La satisfacción de las necesidades socialesde los encuestados en la empresa se presenta enla Figura 9. Las relaciones con los compañeros, lapreferencia por el trabajo en equipo y el hecho decontar con una supervisión adecuada de controlde calidad durante el trabajo por parte de sus su-periores inmediatos, son las variables mejor pon-deradas. No obstante, los trabajadores no siem-pre sienten equidad en el trato en el trabajo, nologran una interacción positiva con los operado-res de las aeronaves y sienten que en el liderazgo

de la gerencia, no necesariamente coexisten lacomunicación y la sinceridad.

Motivación y autorrealización

La Figura 10 muestra el nivel de satisfac-ción de las necesidades de autoestima. Los traba-jadores se sienten plenamente responsables desus labores en la empresa y están conformes y or-gullosos del trabajo que están realizando. Sinembargo, se observa que el personal consideraque no es tomado en cuenta a pesar de su esfuer-zo y devoción por la calidad de su trabajo, en


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Figura 8. Satisfacción de las necesidades de seguridad.

Figura 9. Satisfacción de las necesidades sociales.

Figura 10. Satisfacción de las necesidades de autoestima.

esencia, la mayoría no cree tener posibilidadesefectivas de ascenso.

Las necesidades de autorrealización seaprecian claramente en la Figura 11. No todos lostrabajadores participan en la toma de decisiones,ni sienten libertad y autonomía en su trabajo es-pecializado.

Discusión

Con respecto al factor de capacitación y de-sarrollo, existe una tendencia a no reconocer quelos entrenamientos son adecuados a la labor, sinembargo es conocido que los trabajadores que seencargan del mantenimiento de una aeronave es-pecífica poseen al menos un curso en tal aerona-ve. Las respuestas se basan sin embargo, en larecurrencia de tales cursos, el personal sólo havisto el curso adecuado a su labor una vez duran-te el tiempo en la empresa, lo que no es recomen-dable por tratarse de actualización inadecuadaen los equipos que se mantienen.

Para afectar positivamente la capacitacióny el desarrollo en la empresa es necesario el com-promiso de la alta gerencia, para que exista unproceso de entrenamiento que genere nuevas ap-titudes y aumente la confianza a mediano y largoplazo. La formación de competencias para desa-rrollar las habilidades y destrezas del personal,generando comunidades del conocimiento parael desarrollo del mantenimiento, crearán meca-nismos que permitirán el aprendizaje y el desa-rrollo de competencias en cada uno de los traba-jadores por sí mismos.

En otro orden de ideas, los principios bási-cos que encierra la ergonomía [8] incluyen cons-truir estaciones de trabajo ajustadas a la estatu-ra, mantener las piezas al alcance, buena ilumi-

nación, temperatura, humedad, niveles de ruido,entre otras. La empresa puede tomar diferentesacciones a seguir, tales como separar al trabaja-dor de cualquier peligro al automatizar las ta-reas, rotar al personal en los trabajos de maneraque se restrinja la exposición a determinado ries-go y realizar un estudio detallado de medición deltrabajo para detectar dónde realizar mejoras. Encuanto a la satisfacción de las necesidades de se-guridad del personal, además de los sistemas er-gonómicos, se propone implementar un verdade-ro programa de seguridad industrial en la empre-sa, en donde exista la participación constante detodos los niveles mediante la creación del comitémultidisciplinario de Higiene y Seguridad Indus-trial con carácter representativo formal, que en lapráctica monitoree todas las áreas y labores paravelar por el cumplimiento de las normas de segu-ridad, que no sólo se consideren al momento delas auditorias sino que además presente un in-forme que señale las condiciones del taller, losequipos en mal estado, así como las necesidadesde adquisición y/o actualización de unidades.

En cuanto a la comunicación y pertenencia,la consolidación de los equipos naturales de tra-bajo sería la mejor estrategia para el mejoramien-to de ambos factores de la confiabilidad humana.Es necesario que se aliente la participación de to-dos en el logro de los objetivos comunes y quecada quién, en su función dentro del equipo detrabajo, aporte valor en la solución de problemas.Se sugiere propiciar la comunicación entre líde-res y personal a través los recursos disponiblespara tal fin, destacando el nivel de importanciapara la organización del trabajo que cada traba-jador realiza y lo que se espera de su desempeñoen la empresa; así mismo, informar los avancesalcanzados en sus labores y explicar dentro de loposible la razón de disposiciones que parezcan



Figura 11. Satisfacción de las necesidades de autorrealización.

poco prudentes. Las reuniones sociales periódi-cas y los círculos de calidad, facilitarían la inte-rrelación informal entre todos los niveles de la or-ganización y sus clientes; todo lo cual redundaráen el aumento de la confiabilidad humana dentrode la empresa.

Se plantea igualmente, realizar eventoscuya finalidad se centre en otorgar reconocimien-tos a todos los trabajadores de la empresa, en to-dos los casos que su desempeño aporte valor tan-gible a la imagen del negocio; así mismo, celebrarla antigüedad de los trabajadores destacando sulabor e iniciativa de manera pública con distin-ciones alegóricas al caso.

Las necesidades de autorrealización a suvez, se pueden compensar asignando trabajosdesafiantes al personal, estableciendo los objeti-vos a cumplir de manera específica y permitiendoque el trabajador participe en las decisiones rela-cionadas con su puesto de trabajo. Una labor mo-nótona tiende a generar agotamiento en el traba-jador y en consecuencia suele aumentar la ten-dencia al error y generar accidentes involunta-rios, casi siempre acompañados de creciente in-satisfacción con la posición de trabajo que ocupa,reduciendo a veces en forma notable su confiabi-lidad. Situaciones de este tipo se superan oto-gando al trabajador libertad de acción de tal for-ma que se sienta independiente, capaz de definirsus propias estructuras y ejercer control internosobre los problemas que resuelve. Desarrollandosus potenciales personales, su desempeño crece-rá como consecuencia de la estimulación de laautoestima y su confiabilidad tenderá a crecer.

Conclusiones

El estudio estuvo orientado a facilitar elproceso de integración del factor humano en lagestión de la confiabilidad en el mantenimientoaeronáutico, con la finalidad de dotar a la empre-sa considerada con una herramienta prácticapara evaluar el impacto de la satisfacción de lasnecesidades que contribuyan a mejorar la confia-bilidad del trabajo realizado y, por ende, del tra-bajador. La aplicación del modelo explica en granparte los problemas en la eficiencia y eficacia dela gestión humana en la empresa. La obligatorie-

dad del cumplimiento de parámetros relativos ala vigilancia de la confiabilidad humana, comofactor determinante para la seguridad de las ope-raciones de mantenimiento, se está generalizan-do a tal nivel que su inspección por parte de lasautoridades aeronáuticas civiles tiende a ser unode los puntos focales en la reducción de sinies-tralidad. La metodología presentada propone en-tonces, un conjunto de actividades que tienenpor objeto incrementar la confiabilidad del factorhumano, de forma que, la estructura genérica delmodelo utilizado permite su implementación encualquier empresa relacionada con el área demantenimiento aeronáutico.

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Recibido el 10 de Abril de 2011

En forma revisada el 18 de Junio de 2012.


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Rev. Téc. Ing. Univ. Zulia. Vol. 35, Nº 3, 279 - 283, 2012

Design of radiation shields for infrared heatersJ. Jesús Nieto Miranda1*, Jons Sánchez Aguilar2, Héctor Castañeda Infante3,

Manuel Faraón Carbajal Romero4

1IPN-UPIITA, 2ITQ, 3ITA-CIATEC-CBTis 168, 4IPN-ESIME Azcapotzalco-Sepi.Departamento de Ingeniería, Unidad Profesional Interdisciplinaria de Ingeniería y Tecnologías

Avanzadas UPIITA, Instituto Politécnico Nacional. Avenida IPN Nº 2580, Col. La LagunaTicomán, C.P. 07340, Delegación Gustavo A. Madero, México D.F.Teléfono: (55) 5729 6000 ext. 56862. *[email protected]

Abstract

We present a numerical-experimental study of an infrared gas heater for the final drying of the su-perficial layer of paint impregnated in the leather. Radiation shields are designed and implemented to re-flect heat to the leather in order to optimize its operation and minimize leakage or losses of heat. The de-sign of the shields is made by means of numerical simulations using the finite element method and com-puter software. The efficiency of these shields by thermography studies was validated. The main objectiveof this work is to improve the industrial efficiency of the prototype employed.

Key words: infrared dryer, radiation shields, thermography, finite element method.

Diseño de escudos de radiación para secadoresinfrarrojos

Resumen

Se presenta el estudio numérico-experimental de un secador infrarrojo alimentado con gas para el se-cado final de la capa superficial de pintura que se impregna en el cuero. Para esto, se diseñan e implemen-tan escudos de radiación para reflejar el calor hacia el cuero con el objetivo de optimizar su funcionamiento,así como también minimizar las fugas o pérdidas de calor. El diseño de los escudos se realiza mediante si-mulaciones numéricas utilizando el método del elemento finito haciendo uso de programas computaciona-les. La validación de la eficiencia de estos escudos se realiza mediante estudios termográficos. El objetivo delpresente trabajo es mejorar la eficiencia industrial del prototipo del secador infrarrojo empleado.

Palabras clave: secador infrarrojo, escudos de radiación, termografía, método del elemento finito.

Introducción

La fuerte competitividad global entre lasempresas las ha obligado a la búsqueda de proce-sos de producción más eficientes, con el objetivode tener ventajas sobre sus competidores. Eneste sentido, la industria del cuero no es la excep-ción, en especial la problemática del secado de lapelícula o capa superficial de pintura que se im-pregna al cuero para mejorar las característicasde estética, textura y protección para su acabadofinal [1, 2]. Los conocedores reconocen que el

cambio de un cuero natural a uno con acabado esnotable, además, es la parte de la manufacturaque tiene como objetivo el disminuir o desapare-cer los defectos superficiales, aparte de proveer ala superficie externa mejores propiedades físicas.Por este motivo se diseño un secador para el aca-bado final del cuero que emplea energía infrarro-ja alimentado con gas LP o natural [3-5].

El diseño y empleo de los llamados escudosde radiación, es con la finalidad de reducir latemperatura en las paredes del secador prototi-po, reflejando el calor hacia el cuero a secar. En


este caso, el reto es conseguir el mayor aprove-chamiento de la temperatura alcanzada y del ca-lor generado por esta tecnología infrarroja, es de-cir, seleccionar la combinación de materiales queproporcionen el máximo aislamiento posible,aunque, Cengel [6], Siegel y Howell [7] sugierenpelículas metálicas hechas de aluminio, ya queposeen una baja emisividad.

La termografía digital infrarroja es una téc-nica que permite medir temperaturas exactas adistancia sin la necesidad de contacto físico conla superficie a estudiar [8]. Lo anterior se logramediante la captación de la radiación infrarrojadel espectro electromagnético, utilizando cáma-ras de termovisión, que pueden convertir me-diante algoritmos especializados, la energía ra-diada en una lectura de temperatura.

La termografía tiene muchos usos, para elpresente trabajo se utilizó en la detección de fu-gas de calor y para mejorar la eficiencia del seca-dor infrarrojo prototipo. Es importante comentarque la interpretación de las imágenes termográfi-

cas infrarrojas fue clave para el desarrollo de losescudos de radiación.

Con el desarrollo de este trabajo numéri-co-experimental se pretende minimizar las fugasde calor mediante el empleo de escudos de radia-ción, con la finalidad de rediseñar el secador in-frarrojo y mejorar su eficiencia durante el secadode la capa superficial o película de acabado delcuero.

Desarrollo

Para el desarrollo del presente trabajo, sehizo uso del prototipo del secador infrarrojo mos-trado en las Figuras 1 y 2; el cual, tiene una longi-tud de 4 m, 70 cm de ancho y 80 cm de alto, la pa-redes están construidas de lamina galvanizadacon un espesor de 1,93 mm (Cal 14), en la parteinferior tiene una banda fabricada en hilos denylon con 1 mm de espesor y tiene montadoscuatro paneles infrarrojos modelo RSCA3-N1(SPACE-RAY) alimentados con gas LP que pro-


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Figura 1. Prototipo de secador infrarrojo estudiado.

Figura 2. Vista frontal y lateral del secador prototipo infrarrojo sin escudos de radiación.

porcionan 26 000 BTU cada uno y una tempera-tura superficial de 1800°F (1255.37°K).

El espectro electromagnético de radiacióntérmica tiene un rango de 0,7< �<1000 µm parala región infrarroja [5]. La ley de Wien [9] indicaque �·T=2897,6 µm°k, aplicándola obtenemosuna longitud de onda (�) de 2,30 µm, que se en-cuentra en la región cercana del espectro infra-rrojo (rango de 0,7< �<3 µm).

La geometría del secador prototipo emplea-do fue reproducida en un programa de CAD, acontinuación los modelos geométricos obtenidosse alimentaron a un programa de elementos fini-tos para su simulación. La finalidad del análisisnumérico por elemento finito, es reproducir unpanorama de la distribución de temperaturas enel prototipo, ocasionadas por la radiación en for-ma de calor que proporciona cada panel IR.

Los materiales y propiedades empleados seindican en la Tabla 1, se selecciono un elementotipo SHELL-4 NODOS.

La Figura 3 muestra un corte longitudinaldel prototipo del secador, mostrándose la distri-bución de temperatura obtenida al modelarlo ysimularlo por el método de elementos finitos(MEF), este primer modelo no tiene escudo de ra-diación.

El siguiente paso fue colocar escudos de ra-diación en el prototipo, para este trabajo se pre-sentan los resultados obtenidos cuando se agre-ga un escudo de radiación fabricado de papel alu-minio, con 0,2 mm de espesor.

Se construyo un canal de aluminio dentrodel prototipo como se ilustra en la Figura 4, seprobaron dos tipos de acabado en el aluminio; elprimero en forma natural y en el segundo se em-plea una superficie negra ideal, también llamado

cuerpo negro [5, 9], para obtener mejores lectu-ras experimentales. Las propiedades utilizadasse observan en la Tabla 1. La distribución de tem-peraturas obtenidas en la simulación de este mo-delo se muestra en la Figura 5.

Para la validación del modelo numérico seemplea la termografía infrarroja, se utilizó unacámara infrarroja Ti45FT (FLUKE) y su respecti-


Diseño de escudos de radiación 281

Tabla 1Materiales y sus propiedades utilizadas en el método del elemento finito

Material Espesor (mm) Conductividad térmica(W/mm-K)

Emisividad

Lámina galvanizada 1,93 (Cal 14) 0,0694 0,87

Nylon 1 0,2 0,91

Aluminio 0,2 0,240negro 0,95

normal 0,05

Figura 3. Temperaturas obtenidasen el secador por el método del elemento finitosin escudos de radiación, en grados Kelvin (°K).

Figura 4. Vista lateral del secador infrarrojocon escudo de radiación de aluminio natural

y negro.

vo programa de computo SmartView V2.1 para elanálisis de imágenes termográficas. La Figura 6muestra la imagen obtenida de la distribución detemperaturas, en grados Kelvin (°K).

Resultados

La Figura 3, muestra que existe una disper-sión de las temperaturas en el prototipo, con locual, existen fugas de calor, consumiéndose más

energía (gas) durante el proceso de secado delcuero. Observamos que las paredes del secadorprototipo alcanzan temperaturas variables quevan desde 287,289 hasta 750°K; la banda mues-tra una distribución de temperaturas no homo-génea con valores que van desde 492,938 hasta698,588°K.

La Tabla 2, muestra un comparativo de losvalores de temperaturas obtenidas para las dife-rentes pruebas numérico-experimentales reali-zadas en el secador con escudo de radiación dealuminio.

La Figura 5, muestra que el empleo del es-cudo de radiación fabricado en aluminio refleja elcalor emitido por los paneles IR hacia la banda denylon, que es el lugar donde se coloca el cuerocon su película de acabado a secar, presentandouna distribución de temperaturas más homogé-nea con valor de 676°K, observándose que el es-cudo minimiza las fugas de calor.

Conclusiones

El diseño y empleo de los llamados escudosde radiación cumple con la finalidad de reducir latemperatura de las paredes del secador prototi-


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Figura 5. Temperaturas obtenidas por MEFcon escudo de radiación de aluminio (°K).

Figura 6. Termografía del secador infrarrojo (°K).

Tabla 2Comparativo numérico-experimental del secador prototipo con escudo de radiación (°K)

Temperatura(°K)

ModeloExperimental

ModeloNumérico

Diferencia

Máxima 727,4 727,0 0,4

Minima 306,7 273,01 33,69

po, reflejando el calor hacia el espécimen encuestión y lográndose aumentar el aislamientodel secador prototipo.

Agradecimientos

Al IPN (SIP-20110063) y al CONCYTEG(09-01-K662-071) por el apoyo proporcionadopara el desarrollo de este proyecto.

Referencias bibliográficas

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Recibido el 28 de Junio de 2011

En forma revisada el 10 de Septiembre de 2012


Diseño de escudos de radiación 283

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