Universidad de La Salle Universidad de La Salle Ciencia Unisalle Ciencia Unisalle Ingeniería Civil Facultad de Ingeniería 2021 Construcción prototipo de una maquina extrusora y Construcción prototipo de una maquina extrusora y caracterización del plástico PP reciclado caracterización del plástico PP reciclado Pablo Cesar Castañeda Canchón Universidad de La Salle, Bogotá, [email protected]Santiago Chacón Moreno Universidad de la Salle, Bogotá, [email protected]Follow this and additional works at: https://ciencia.lasalle.edu.co/ing_civil Part of the Engineering Commons Citación recomendada Citación recomendada Castañeda Canchón, P. C., & Chacón Moreno, S. (2021). Construcción prototipo de una maquina extrusora y caracterización del plástico PP reciclado. Retrieved from https://ciencia.lasalle.edu.co/ing_civil/927 This Trabajo de grado - Pregrado is brought to you for free and open access by the Facultad de Ingeniería at Ciencia Unisalle. It has been accepted for inclusion in Ingeniería Civil by an authorized administrator of Ciencia Unisalle. For more information, please contact [email protected].
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Universidad de La Salle Universidad de La Salle
Ciencia Unisalle Ciencia Unisalle
Ingeniería Civil Facultad de Ingeniería
2021
Construcción prototipo de una maquina extrusora y Construcción prototipo de una maquina extrusora y
caracterización del plástico PP reciclado caracterización del plástico PP reciclado
Pablo Cesar Castañeda Canchón Universidad de La Salle, Bogotá, [email protected]
Santiago Chacón Moreno Universidad de la Salle, Bogotá, [email protected]
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Part of the Engineering Commons
Citación recomendada Citación recomendada Castañeda Canchón, P. C., & Chacón Moreno, S. (2021). Construcción prototipo de una maquina extrusora y caracterización del plástico PP reciclado. Retrieved from https://ciencia.lasalle.edu.co/ing_civil/927
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Ilustración 13. Tolva para el material molido _______________________________________________ 23
Ilustración 14. Tacos y dispositivos de estado sólido en la caja eléctrica. _____________________ 24
Ilustración 15. Parte trasera de los Pirómetros _____________________________________________ 25
Ilustración 16. Parte frontal de los pirómetros e indicadores de temperatura. ________________ 25
Ilustración 17. Dimensiones de la tolva, resistencia y camisa de la maquina extrusora. ________ 29
Ilustración 18. Dimensión de mesa de la maquina extrusora. _____________________________ 29
Ilustración 19. Alimentación de la tolva con plástico PP molido. ______________________________ 32
Ilustración 20. Salida del material plástico y llenado del molde _______________________________ 32
Ilustración 21.Vista frontal y vista de planta, probetas de 10 cm ______________________________ 34
Ilustración 22. Vista frontal y superior de la probeta de 45 cm ________________________________ 35
Ilustración 23. Fundición de moldes cúbicos a flujo libre __________________________________ 36
Ilustración 24. Acomodado y carga de la probeta a compresión muestra 1 ____________________ 38
Ilustración 25 . Falla de la probeta muestra 1 ______________________________________________ 39
Ilustración 26. Acomodado y carga de la probeta a compresión muestra 2 ____________________ 40
Ilustración 27. Falla de la probeta muestra 2 _______________________________________________ 41
Ilustración 28. Acomodado y carga de la probeta a compresión muestra 3 ____________________ 42
Ilustración 29. Falla de la probeta muestra 3 _______________________________________________ 43
Ilustración 30. Acomodado y carga de la probeta a compresión muestra 4 ____________________ 44
Ilustración 31. falla de la probeta muestra 4 _______________________________________________ 45
Ilustración 32. Acomodado y carga de la probeta a compresión muestra 5 ____________________ 46
Ilustración 33. falla de la probeta muestra 5 _______________________________________________ 47
Ilustración 34. Acomodado y carga a compresión cubo 1. ___________________________________ 49
Ilustración 35. Falla a compresión cubo 1 _________________________________________________ 50
Ilustración 36. Acomodado y carga a compresión cubo 2. ___________________________________ 51
Ilustración 37. Falla a compresión cubo 2 _________________________________________________ 52
Ilustración 38.Acomodado y carga a compresión cubo 3 ____________________________________ 53
Ilustración 39. Falla a compresión cubo 3 _________________________________________________ 54
Ilustración 40. Ensayo a tensión probeta 1 ________________________________________________ 56
Ilustración 41. Fallo a tensión probeta 1 ___________________________________________________ 56
Ilustración 42. Falla a tensión probeta 2 ___________________________________________________ 57
LISTA DE TABLAS
Tabla 1. Normatividad Vigente ____________________________________________________________ 12
Tabla 2. Procedimiento de la elaboración de la maquina extrusora ____________________________ 26
Tabla 3. Peso y medidas de las probetas a compresión _______________ ¡Error! Marcador no definido.
Tabla 4. Peso y medidas de las probetas a tensión __________________________________________ 59
Tabla 5. Peso y medidas de los cubos a compresión ________________________________________ 60
LISTA DE GRAFICAS
Grafica 1. Rendimiento motor de 1800 rpm con distintas áreas. ______________________________ 61
Grafica 2.Resultados Esfuerzo vs deformación Probeta 1 sometida a compresión. _____________ 66
Grafica 3. Resultados Esfuerzo vs deformación Probeta 2 sometida a compresión. ____________ 67
Grafica 4. Resultados Esfuerzo vs deformación Probeta 3 sometida a compresión. ____________ 68
Grafica 5. Resultados Esfuerzo vs deformación Probeta 4 sometida a compresión. ____________ 69
Grafica 6 . Resultados Esfuerzo vs deformación Probeta 5 sometida a compresión. ____________ 70
Grafica 7Resultados Esfuerzo vs deformación Cubo 1 sometida a compresión. ________________ 71
Grafica 8. Resultados Esfuerzo vs deformación Cubo 2 sometida a compresión. ______________ 72
Grafica 9. Resultados Esfuerzo vs deformación Cubo 3 sometida a compresión. ______________ 73
Grafica 10.Resultados Esfuerzo vs deformación Probeta 1 sometida a tensión. ________________ 74
Grafica 11.Resultados Esfuerzo vs deformación Probeta 2 sometida a tensión. ________________ 75
Grafica 12. Resultados Esfuerzo vs deformación Probeta 3 sometida a tensión. _______________ 76
1
INTRODUCCIÓN
Es sabido que la contaminación producto del plástico en los distintos
ecosistemas del planeta ha venido generando una problemática no solo para los
animales que residen en ellos sino también para los humanos, esto causa graves
consecuencias en aspectos ambientales, económicos, comerciales y en la salud.
Conforme pasó el tiempo, la problemática, que en sus inicios no era tan
notoria, ha venido creciendo de una forma muy descontrolada, volviendo a la
sociedad dependiente del uso plástico en cantidades bastantes altas y con poca
conciencia hacia el hábito de reprocesar o reutilizar el plástico.
Debido a lo expuesto anteriormente, aparecen muchas iniciativas que
mediante propuestas innovadoras tratan de enseñar y dar la opción de trabajar el
plástico ya utilizado para volverlo a incorporar al sector comercial, una de estas
iniciativas es un portal web llamado PRECIOUS PLASTC que se centra en la
construcción de máquinas con especificaciones técnicas sencillas que procesan el
plástico reciclado permitiendo que este tipo de máquinas puedan estar al alcance
de cualquier persona en cualquier país a un bajo costo.
Esto se hace con el fin de que cada persona, grupo o empresa inicie su propio
negocio de artículos de plástico reciclado para así limitar el desperdicio y
contaminación causado por el plástico en el mundo.
2
En el presente informe se plantea construir una maquina extrusora a partir de
las especificaciones técnicas generales que están disponibles en el portal web de
PRECIOUS PLASTIC, tratando de reproducir por completo el diseño para después
hacer moldes tubulares y generar probetas plásticas de polipropileno con el fin de
someterlas a ensayos mecánicos de tensión y compresión para comprender el
comportamiento mecánico del plástico PP y sus posibles usos en la industria de la
construcción. Toda esta exploración se realiza con el propósito de idear salidas o
usos del plástico reciclado para ayudar a mitigar la contaminación causada en el
planeta.
3
1. CONCEPTOS GENERALES
1.1 PLÁSTICO
La American Society for Testing Materials (ASTM) define como plástico a
cualquier material de un extenso y variado grupo que contiene como elemento
esencial una sustancia orgánica de gran peso molecular, siendo sólida en su estado
final; ha tenido o puede haber tenido en alguna etapa de su manufactura (fundido,
cilindrado, prensado, estirado, moldeado, etc.) diferentes formas de fluidificación,
mediante la aplicación, junta o separada, de presión o calor.
Según la (ASTM), los plásticos se caracterizan por una relación
resistencia/densidad alta, unas propiedades excelentes para el aislamiento térmico
y eléctrico y una buena resistencia a los ácidos, álcalis y disolventes, tienen baja
conductividad eléctrica y térmica, y no son adecuados para utilizarse a temperaturas
elevadas.
Los plásticos son producidos mediante un proceso conocido como
polimerización, ya sea por adición, por condensación, o por etapas, es decir,
creando grandes estructuras moleculares a partir de moléculas orgánicas. Las
enormes moléculas de las que están compuestos pueden ser lineales, ramificadas
o entrecruzadas, dependiendo del tipo de plástico. (ASTM., Sf).
1.2 CLASIFICACIÓN DEL PLÁSTICO
En la actualidad, la comunidad científica considera que los plásticos se
pueden clasificar en tres tipos, como los son:
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o Termoplásticos.
o Termoestables.
o Elastómeros.
1.3 PLÁSTICO (TERMOPLÁSTICOS)
Laboratorio de producción (2007), nos dice respecto a los plásticos
termoplásticos:
Las resinas termoplásticas son fácilmente conformables al aplicárseles
temperatura y presión, entre los métodos más usados para su manufactura se
encuentran la inyección, extrusión, soplado y termoformado.
La temperatura máxima de trabajo para los productos moldeados es bastante
más baja que la temperatura de ablandamiento o de fusión, usualmente alrededor
de la mitad de la temperatura de fusión correspondiente.
Variaciones en los esfuerzos mecánicos o condiciones ambientales pueden reducir
los márgenes de resistencia del material. Otra característica de estos materiales es
su tendencia a absorber agua, ya sea del ambiente o por inmersión. En general, los
termoplásticos se pueden clasificar con referencia a su arreglo molecular, lo cual
influye en su proceso de fusión, solidificación, y puede determinar las propiedades
físicas y mecánicas. (p.9)
Los polímeros termoplásticos se reblandecen al aplicarles calor, es por ello
que pueden moldearse por diferentes procesos como el de inyección que es tal vez
5
el más importante. Sin embargo, si se excede la temperatura se queman.
(Madrigal,2011, p.16)
Según Madrigal (2011) los termoplásticos más importantes son:
o Polietileno (PE).
o Polipropileno (PP).
o Poliestireno (PS).
o Cloruro de polivinilo (PVC).
o Policarbonato (PC).
o Polietileno Tereftalato (PET).
o Poliéster (PBT).
o PPO PPE.
o Poliuretano Termoplástico (TPU).
1.4 PLÁSTICOS (TERMOESTABLES)
Los polímeros termoestables, son aquellos que solamente son blandos o
"plásticos" al calentarlos por primera vez. Después de enfriados no pueden
recuperarse para transformaciones posteriores. Es un material compacto y duro, su
fusión no es posible (la temperatura los afecta muy poco), Insoluble para la mayoría
de los solventes, encuentran aplicación en entornos de mucho calor, pues no se
ablandan y se carbonizan a altas temperaturas. (Laboratorio de producción, 2007,
p9)
6
En complementación, para Madrigal (2011), los plásticos termoestables “son
aquellos que se endurecen por medio del calor, siendo necesario en algunos casos
el empleo de presión para ser moldeados, pero a diferencia de los termoplásticos,
los termoestables no son regenerables por el calor como los termoplásticos.” (p.47).
Madrigal (2011) los clasifica como:
o Resina epoxi.
o Poliésteres no saturados.
o Poliuretanos
o Silicones
o Resinas fenólicas
o Resinas urea formaldehido.
o Resinas de melanina o melaminicas.
1.5 PLÁSTICOS (ELASTÓMEROS)
Para laboratorio de producción (2007) “Los elastómeros son compuestos
químicos cuyas moléculas consisten en varios miles de monómeros, que están
unidos formando grandes cadenas, las cuales son altamente flexibles,
desordenadas y entrelazadas.” (p.8).
A modo más específico, un elastómero, es un compuesto químico formado
por miles de moléculas denominadas monómeros, los que se unen formando
enormes cadenas. Es gracias a estas grandes cadenas que los polímeros son
elásticos ya que son flexibles y se encuentran entrelazadas de manera muy
desordenada. Cuando un elastómero es estirado, sus moléculas se alinean,
7
permitiendo que muchas veces tomen un aspecto cristalino. Sin embargo, una vez
que se suelta, rápidamente, vuelve a su estado original de elástico desorden. Lo
anterior distingue a los elastómeros de los polímeros plásticos. La mayoría de estos
polímeros son hidrocarbonos, por lo tanto, están conformados por hidrógeno y
carbono, y se obtiene en forma natural del Pol isopreno que proviene del látex de la
goma de los árboles. Otra manera de obtener un elastómero es a partir de la síntesis
de petróleo y gas natural. (Madrigal, 2011, p.62).
Para Madrigal 2011 las clases de elastómeros son:
✓ Elastómeros de Butadieno – Estireno.
✓ Neopreno.
✓ Elastómeros de Polisulfuro y Siliconas.
✓ Hipalon.
✓ Elastómeros de poliuretano.
✓ Fluoroelastómeros.
✓ Poli isoprenos.
✓ Polibutadieno.
1.6 CLASIFICACIÓN Y PROPIEDADES DE LOS PLÁSTICOS SEGÚN LA
ANEP (TERMOPLÁSTICOS)
El termino Plástico se utiliza para describir una amplia gama de materiales
sintéticos o semisintéticos, que en determinados intervalos de temperatura
adquieren la elasticidad y flexibilidad adecuada para ser moldeados, manteniendo
8
la forma al enfriarse (ANEP.,2020), la clasificación actual de los plásticos a nivel
internacional es:
o PET - Tereftalato de polietileno: está presente en botellas de bebidas, agua,
salsas, condimentos, envases de aceite, cosméticos y medicamentos.
o PEAD – Polietileno de alta densidad: bolsas de compras, tuberías para agua,
baldes, botellas para lácteos, botellas de shampoo, suavizantes y
detergentes.
o PVC – Poli cloruro de vinilo: tarjetas bancarias, lonas, carteles publicitarios,
calzado deportivo, envolturas para golosinas, cables, hules y artículos para
oficina.
o PEBD – Polietileno de baja densidad: bolsas para alimentos congelados,
bolsas de compras, sacos industriales, cubetas para hielo, bolsas para suero,
y tapas flexibles.
o PP – Polipropileno: elementos de cocina, contenedores de yogurt, mamilas,
tapas en general, vasos no desechables y hieleras.
o PS – Poli estireno: cajas para huevos, tazas, platos, bandejas, cubiertos
desechables, envases de helados, ganchos para ropa, peines, cepillos y
bolígrafos.
o OTROS – discos compactos, gabinetes de aparatos electrónicos, lentes de
sol, lámparas para automóviles, teléfonos y juguetes.
1.7 PROCESO DE EXTRUSIÓN
El proceso de extrusión es uno de los más importantes en la industria de
transformación de plástico. El proceso de extrusión se utiliza, además, para
9
compounding, es decir para mezclar y formar compuestos de plástico y producir
materia prima, como, por ejemplo, gránulos de concentrado o de compuesto.
El principal componente de la extrusora es un husillo o tornillo que gira dentro
de un cilindro y es capaz de bombear (empujar) un material a una velocidad
especifica bajo ciertas condiciones de operación. Los materiales utilizados en el
proceso de extrusión son, por lo general termoplásticos. Estos materiales se
suavizan cuando se calientan y se transforman en fluidos, que posteriormente se
endurecen cuando se enfrían y se transforman en solidos (Ramos,2013, pág. 69)
1.8 QUÉ ES RECICLAJE
El reciclaje es el acopio y reprocesamiento de un recurso material, de modo
que pueda transformarse en nuevos productos. Logrando reducir la cantidad de
material virgen que se deben extraer de la corteza terrestre, provocando menos
contaminación y abatiendo costos en el manejo de residuos sólidos.
Hay dos tipos de reciclado, primario y secundario. El más deseable es el
primario o de ciclo cerrado, en el cual un producto se recicla para producir nuevos
productos del mismo tipo, por ejemplo, papel periódico o latas de aluminio, para
elaborar productos cuya materia prima es aluminio o papel periódico. El segundo
tipo de reciclaje se llama secundario o de ciclo abierto y se tiene cuando materiales
de desecho, como plásticos, se transforman es diversos productos para los que se
deben encontrar usos. (Boada, A (s.f) pág. 4)
10
1.9 COMO SE RECICLA EL PLÁSTICO
Para reciclar el plástico se siguen las siguientes fases:
1.9.1 Separación de residuos
Se pueden separar de acuerdo con las especificaciones del material del cual son
residuos, se pueden separar plásticos, vidrios, metales, papeles, etc. (Gary,2019,
pg 19)
1.9.2 Formas de segregación de residuos
1.9.2.1 Separación de la fuente:
Es la recuperación de los productos que pueden pasar por el proceso de
reciclado en el lugar donde se originan es decir en las casas, en las fábricas, los
restaurantes, etc. Estos restos de productos que pueden servir para el proceso de
reciclado son trasladados a los centros de acopio y reciclaje correspondientes de
acuerdo a sus características en donde los almacenan y en algunos casos son
preparados para su posterior proceso o para ser exportados (Gary, 2019, pg 19)
1.9.2.2 Separación manual después del recogido:
ADS (s.f.) concluye que “este tipo de separación ocurre después de la
recogida. Este método no es recomendado al presentar problemas de salud y
seguridad porque los materiales a recuperarse ya se han mezclado con otros
desechos contaminados”.
1.9.2.3 Separación mecánica:
Según ADS (s.f.) la recuperación de materiales mediante medios mecánicos
o electromecánicos es factible luego de la recolección. Muchos de estos sistemas
11
de separación mecánica van separando todos los materiales, lo que permite
recuperar una cantidad mayor de los desechos sólidos en comparación a otros
métodos manuales.
1.9.2.4 Centro de acopio- planta de reciclaje:
Es aquel lugar que cumple una serie de requerimientos higiénico-sanitario
para poder realizar la separación, selección y almacenaje por un periodo de tiempo
los residuos que ahí van a parar, los cuales son generados de las fuentes antes
descritas. En este lugar se recibe, compra o vende los residuos sólidos segregados,
y se realizan algunos procesos parciales para luego ser vendidos o entregados a
las plantas de reciclaje. (Gary, 2019, pg. 20)
1.9.2.5 Planta de reciclaje:
Son instalaciones que tienen como principal tarea la separación de forma
mecánica de todos los desechos recogidos de las fuentes de generación para que
puedan volver a ser introducidos en el ciclo de producción (Gary, 2019, pg. 21).
1.10 Normas Vigentes.
Para obtener la clasificación por tipos de plásticos, se deben practicar
ensayos de características mecánicas, térmicas y comportamiento frente a
agentes ambientales.
Normas vigentes para determinar una correcta caracterización de los
materiales plásticos.
12
Tabla 1. Normatividad Vigente
ENSAYO METODO
Puntos de fusión y transición vítrea por DSC ASTM E 794
Tracción (Tensión - deformación) ASTM D 638 /ISO 527
compresión en plásticos rígidos ASTM D 695
Flexión ASTM D 790 / ISO 178
Fuente: tomada y adaptada de https://es.slideshare.net/laredogenovez/prueba-y-caracterizacin-
de-plsticos, pág. 8-9.
2. METODOLOGIA
La (Ilustración 1) muestra el procedimiento racional en el que se divide la
metodología que consta de tres etapas, la etapa 1 agrupa los subprocesos que
llevan específicamente a la construcción de la maquina extrusora de plástico. La
segunda etapa lleva a agrupar subprocesos para la elaboración de las muestras, la
tercera y última etapa se centra en el resultado y conclusiones.
Ilustración 1. Metodología de la investigación
fuente: Autores
13
Esta es la agrupación y división de subprocesos y procesos respectivamente
que dan un orden congruente para el correcto desarrollo de la investigación.
2.1 PROTOTIPO
El prototipo es el de una maquina extrusora de plástico reciclado. Para
tal fin se opta por tomar las especificaciones técnicas que se encuentran en
el portal web de (PRECIOUS PLASTIC), en el aparecen planos y una imagen
en 3D de cómo debe quedar el prototipo según sus instrucciones de
construcción.
Ilustración 2.Modelo 3D extrusora de plástico
Fuente: www.preciousplastic.com
La ilustración 2 muestra un resultado aproximado de cómo debe quedar
el diseño final de la maquina después de su construcción según las
especificaciones técnicas dadas por el portal web, en la imagen aparecen la
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mayoría de sus componentes principales como los son su cañón, su tablero
eléctrico, la tolva y sus respectivos soportes, lo único que no se muestra es su
motor ya que este puede variar según su potencia, marca y acople.
Ilustración 3. Plano general tornillo extrusor
Fuente: www.preciousplastic.com
La ilustración 3 muestra el plano que contiene las características generales
del tornillo extrusor que se debe utilizar en dicha máquina, como debe ser un tornillo
helicoidal o comúnmente llamado tornillo sin fin, el diseño entre usos a medida que
se acerca a la punta debe ser menos espacioso en una relación 3:1 esto con el fin
de generar mucha más presión en la salida del cañón extrusor, la longitud del tornillo
puede ser variable pero por lo general sus medida estándar para prototipos es de
600 mm.
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Los tornillos que se utilizan para maquinas con motores entre ½ caballo de
potencia y 1 ½ de potencia son de 26 a 30 mm de diámetro, esto con el fin de
aprovechar el máximo de la potencia ya que si se utilizan motores más potentes
habría desperdicio de energía.
Ilustración 4. Estructura general de la extrusora
Fuente: www.preciousplastic.com
La ilustración 4 muestra el cuerpo general de la extrusora. Está numerado
según las partes que la conforman; en el numeral 2 se tiene el cañón o camisa de
la extrusora, este debe ser en un material que sea resistente a la fricción y que
soporte altas temperaturas sin deformarse, la medida de este depende netamente
de la longitud efectiva de el tornillo extrusor; el numeral 3 muestra la tolva, esta tiene
una altura de 38 cm, esta medida por lo general varia más o menos 10 cm. El
numeral 4 muestra las resistencias que son muy importantes ya que ellas van a
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calentar el tubo, por lo general se coloca tantas como sea posible dado el largo del
cañón, estas deben tener una capacidad máxima de calefacción alrededor de los
400°c, el numeral 5 muestra las termocuplas que son sensores que permiten medir
a que temperatura se encuentra el cañón para poder controlar y mantener la
temperatura en el rango deseado según sea el tipo de material, y por último en el
numeral 6 muestra un ajustador de salida del material que regula la cantidad de
material que sale sea el tipo de molde que se le coloque o acople.
Ilustración 5. Caja eléctrica del sistema
Fuente: www.preciousplastic.com
La ilustración 5 muestra como debe ser una caja eléctrica para la maquina
extrusora, esta no tiene medidas fijas ya que pueden variar según la cantidad de
medidores de temperatura y controladores de estado sólido que se coloquen en
ella, sin contar con otros aparatos de función y medición eléctrica que se le
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anexen a su funcionalidad, lo que recomiendan es que debe ser en metal o
aluminio. Su información debe ser visible y clara sin tener que acceder a su
interior por cuestiones de seguridad, si bien para prototipos por lo general son
cajas pequeñas y es de bajo costo su ensamblaje.
Ilustración 6. Motorreductor.
Fuente: www.preciousplastic.com
La ilustración 6 muestra el motorreductor de la máquina, por simplicidad
se maneja este tipo de artefactos porque si se manejara solo un motor, tendría
que agregársele por separado la caja reductora y esto saldría más costoso, en
el diseño de prototipos como para este caso sería suficiente un rango de
potencia que estuviera entre el ½ caballo de potencia y 1 ½ de potencia que
sería la característica mínima con la que trabajaría una manera eficiente.
18
2.2 CONSTRUCCIÓN DE LA MÁQUINA EXTRUSORA
2.2.1 Materiales
Para la construcción de la maquina extrusora, se tuvo la colaboración de una
empresa constructora, la cual suministró algunos de los materiales necesarios para
la construcción de esta; esta máquina se usa para extruir plástico, se consigue hacer
filamentos para impresión en 3D o adecuando un molde, se pueda fabricar perfiles
de diferentes formas.
Como se ve en la ilustración 7, las principales partes de la maquina extrusora
son: Tablero de control, resistencias, barril, tornillo extrusor, tornillo prisionero,
clavija, toma de sobreponer, control de motorreductor.
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Ilustración 7.Partes de la maquina Extrusora
fuente: Autores
Tablero de control
Resistencias
Barril
Motorreductor
Tornillo
Extrusor
Tornillo
Prisionero
Tolva
Control del
motorreductor
Toma de
sobreponer
Clavija
20
2.2.1.1 Barril
Ilustración 8. Barril (Camisa en acero reforzado)
Fuente: Autores
Tubo en acero reforzado el cual sirve para ser el molde y protección del
tornillo extrusor, fue seleccionado ya que permite la resistencia a la fricción y
resistencia a temperaturas bastante altas.
2.2.1.2 Regulador de velocidad del motor
Ilustración 9. Variador de velocidad de 1800 rpm de motor de ½ hp
Fuente: Autores
21
Regulador de velocidad se instaló directamente al motor para regular las
revoluciones por minuto del motor en caso que no se necesite de toda la potencia,
esto se hizo con el fin de poder hacer una maquina más optima y que gaste la
energía mínima para así contribuir al ahorro energético.
2.2.1.3 Motorreductor
Ilustración 10.Motorreductor de ½ caballo de potencia
fuente: Autores
El motorreductor es básicamente el corazón de la máquina, ya que es el que
permite que el tornillo extrusor gire sin parar empujando el material hacia los moldes
que se diseñen, su diseño tiene un motor de ¼ de potencia y además tiene un
reductor de velocidad para que las revoluciones que trasmite sean menores, pero
conservando el ciento por ciento de la potencia efectiva.
22
2.2.1.4 Tornillo extrusor
Ilustración 11.Tornillo extrusor o helicoidal con brida
Fuente: Autores
El tornillo extrusor es una barra de acero con el diseño de un tornillo helicoidal
o “tornillo sin fin” que tienen una separación de 3cm entre espacios que es por donde
se transporta el material para su correspondiente extrusión, debe ser seleccionado
con cuidado ya que este va adentro de la camisa en acero reforzado y entre las dos
no debe haber espacio sobrante, es decir debe ir ajustado su encaje.
2.2.1.5 Resistencias
Ilustración 12. Resistencias.
fuente: Autores
Las resistencias son anillos en un material metálico que resiste altas
temperaturas que son capaces de calentar la camisa hasta los 300 grados
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centígrados, estas son las encargadas de darle calor para que se funda el material
para poderlo moldear y para que el mismo se deje transportar.
2.2.1.6 Tolva en Laminas de Acero
Ilustración 13. Tolva para el material molido
Fuente: Autores
La tolva es un dispositivo que se asemeja mucho al embudo, en él se puede
verter una parte considerable del material para que la maquina vaya alimentándose
y lo vaya transportando, generalmente todo prototipo a escalas pequeñas tiene este
tipo de dispositivo.
2.2.1.7 Caja Eléctrica del Sistema
La caja eléctrica del sistema juega una parte fundamental dentro el correcto
funcionamiento de la maquina porque es la que regula el paso de la energía hacia
24
cada uno de los componentes de la maquina lo que básicamente permite hacer que
funcione.
Como primera parte, dentro de la caja eléctrica se encuentran los tacos o
cortacircuitos que son básicamente un dispositivo el cual tiene una palanca que
dependiendo de la posición en la que se encuentre nos va a permitir el paso de
energía o no.
Ilustración 14. Tacos y dispositivos de estado sólido en la caja eléctrica.
Fuente: Autores
También dentro de la caja eléctrica se instalaron los pirómetros, que son
básicamente dispositivos que controlan la temperatura de las resistencias. Para tal
fin van conectadas a ellas, previa calibración manual y permiten alcanzar un control
de temperatura de hasta 300° C.
25
Ilustración 15. Parte trasera de los Pirómetros
Fuente: Autores
Ilustración 16. Parte frontal de los pirómetros e indicadores de temperatura.
Fuente: Autores
Y, por último, encontramos las termocuplas que son dispositivos que van
directamente conectados a los pirómetros que cumplen la función de sensores que
se encargan de trasmitir la información de temperatura de cada resistencia y
dependiendo de la cantidad de temperatura graduada, el sistema detiene el
26
incremento de esta para lograrla mantener en un punto fijo para que no se queme
el material.
2.3 PROCESO DE CONSTRUCCIÓN DE LA MAQUINA EXTRUSORA
Tabla 2. Procedimiento de la elaboración de la maquina extrusora
PIEZAS CARACTERISTICAS
TOLVA
Lo primero que se realizó, fue la elaboración de la tolva, en ella va el plástico triturado. Para su construcción se utilizó una lámina reutilizada la cual se obtuvo de la empresa constructora, basados en los planos de preciousplastic que se encuentra (Anexo 1) Se procedió a cortar las caras de la tolva y posteriormente a perforar los orificios para el anclaje de la tolva a el barril Se armó la tolva y se unió por medio de soldadura eléctrica y, por último, se pulieron los cordones de soldadura para obtener un mejor acabado
BARRIL (CAMISA EN ACERO REFORZADO)
El barril es una de las partes más importantes de la máquina, aquí es donde el plástico se calienta y comprime, dentro de este barril se coloca el tornillo de extrusión Para la elaboración del barril, se usó un tubo de aguas negras ACTM A 53AESCH40 Ø, este tubo tiene características especiales dado a que se somete a grandes temperaturas y presiones por la que es expuesto. El tubo se cortó a la medida específica del plano (Anexo 1), se procedió a
27
realizar un orificio por donde ingresa el plástico triturado, en él se soldaron dos platinas para cumplir la función de unir el barril y la tolva.
UNIÓN DE BARRIL Y LA TOLVA
Para la unión del barril y la tolva es muy
importante que cuando se ensamble los
soportes de la tolva, se conecten antes,
para así poderlos colocar encima de
ella, para cuando se soldé, se asegura
de que el ángulo quede correcto.
BOQUILLA
La boquilla es la parte donde se controla la salida del plástico. Para la elaboración de la boquilla se usó una barra de acero, la cual fue llevada a un torno para moldear y hacer el enroscado a la medida del barril. Posteriormente se soldó y se pulió, luego se conectó al barril, se atornillo y se aseguró que estuviera bien sujetada. Seguido de ello se colocó un tornillo cerca a la salida de la boquilla, esto para controlar el flujo de plástico que sale, también tiene la funcionalidad de acoplar los moldes que se requieran utilizar, Estos moldes se eligen según las necesidades de uso
28
MESA DE SOPORTE DE LA MÁQUINA
Para la realización de la mesa de soporte de la maquinaria se utilizó un tubo metálico cuadrado, para poder formar el esqueleto, esta lamina es reciclada y es tomada de la empresa de construcción. Para la elaboración de la mesa se cortó y soldó de acuerdo a las medidas del plano (ANEXO 1), posteriormente se realizaron los terminados de pulir y pintura. Luego de tener los componentes se realizó la unión de todas las partes.
CONÉXIONES ELÉCTRICAS
Para la elaboración de las conexiones eléctricas, como primera instancia se buscó un controlador de temperatura y el cable que mide la temperatura, se realizó la conexión de los interruptores y testigos de amperaje, se conectó con un cable todas las partes; Luego de tener todo conectado y organizado dentro de la caja de mando se ancla a la mesa de soporte de la máquina. Se instalaron las resistencias al barril y se conectaron al suministro eléctrico, en la cual se instalaron 3 resistencias una al inicio, en el centro y al final del barril, la del inicio del barril va conectada a un controlador de temperatura y al final a otro controlador, ya que las temperaturas son diferentes en cada zona del barril. Se conecta los medidores de temperatura a las resistencias con el fin de medir la temperatura en cada zona y así poder calibrar la temperatura dependiendo el tipo de plástico que se use.
29
Por último, se buscó e instalo el motorreductor, el cual se consiguió de segunda con un proveedor de elementos eléctricos, se conectó al tornillo extrusor y se consiguió un motorreductor con el fin de controlar la velocidad de este y así poder controlar el flujo de plástico
A continuación, se logra observar las dimensiones estipuladas para las partes de
la maquina extrusora
Ilustración 17. Dimensiones de la tolva, resistencia y camisa de la maquina extrusora.
Ilustración 18. Dimensión de mesa de la maquina extrusora.
30
2.4 MODO DE USO DE LA MAQUINA EXTRUSORA
a. Verificar que la maquina tenga los tacos o el paso de energía
deshabilitado.
b. Conectar la maquina a una fuente de corriente de 110v.
c. Habilitar el paso de corriente al sistema mediante el levantamiento de
los tacos.
d. Encender la caja eléctrica mediante las palancas que se encuentran
en la parte exterior de la caja eléctrica, muestra de esto es el encendido
de los medidores de temperatura, la maquina solo alcanza a medir y
controlar hasta los 300°C
e. Colocar la temperatura deseada según el material a utilizar en el
pirómetro de forma manual, previamente se tendrá que consultar la
temperatura de alguna fuente bibliografía o por cibergrafía según lo
prefiera esto con el fin de evitar futuros daños en el material a fundir.
f. Esperar alrededor de 15 a 20 minutos a que el sistema se climatice a
la temperatura deseada con el fin de que su funcionamiento sea el
deseado.
g. Verifica que en la boquilla de salida del material no se encuentre
material seco o blando que pueda obstruir la salida del mismo.
h. Alistar el material plástico a utilizar, este debe ser molido para una
mayor efectividad en el proceso.
i. Encender el motorreductor.
j. Introducir el material molido en la tolva de la máquina, lo puede hacer
a gusto sin que este rebose y se caiga al suelo.
k. Dejar que el material fluya sin colocar ningún molde para comprobar
que el material está saliendo fluido y no se está quemando.
l. Una vez corroborado el paso anterior apagar el motorreductor y
colocar el molde ajustándolo a la boquilla de la maquina mediante tornillos
y una base dependiendo si el molde es largo.
m. Encender nuevamente el motorreductor.
31
n. Esperar el tiempo estimado a que el molde deseado se llene.
o. Una vez terminado su uso apagar el motorreductor.
p. Apagar la caja eléctrica.
q. Bajar los tacos.
RECOMENDACIONES
a. El motorreductor no se debe poner en marcha mientras el sistema no
esté debidamente climatizado a la temperatura de fusión del material.
b. No se debe intentar fundir PVC es un material el cual necesita un
tornillo extrusor con diferentes especificaciones técnicas.
c. No colocarse en frente de la boquilla mientras esta expulsando
material reciclado ya que se puede quemar la cara o la vista.
d. Mientras la maquina está en funcionamiento no tocar la camisa de
acero reforzado.
2.5 ELABORACIÓN DE MUESTRAS DE ESTUDIO
Con el fin de poner a prueba el funcionamiento general de la máquina
extrusora de plástico se utilizará un molde de 1.70 metros de largo por 3 cm X 3
cm de sección, con el cual se espera obtener 2 barras una de ellas dividida en 5
muestras de 10 cm de largo y la segunda en 3 partes de 45 cm de largo, las cuales
serán posteriormente sometidas a ensayos básicos de caracterización mecánica.
Para la elaboración de las muestras de estudio se sigue el manual de
instrucciones de funcionamiento, cuyo detalle se encuentra en el numeral 2.4 del
trabajo. Para el caso particular bajo prueba se procedió con la correspondiente
aclimatación de la maquina a que alcanzara la temperatura deseada de 270°C,
32
que es la temperatura de fusión de PP (polipropileno), después de lo
anteriormente mencionado se procedió a colocar el plástico molido en la tolva.
Ilustración 19. Alimentación de la tolva con plástico PP molido.
Fuente: Autores
Para el inicio de la elaboración de las muestras como se observa en la
(ilustración 19), se procedió a insertar el plástico en la tolva, y se esperó que la
maquinaria hiciera el funcionamiento correspondiente de llenar perfil de 1,70 m de
largo. Pasados alrededor de 25 minutos se encontró que el molde ya estaba lleno y
se procedió a retirarlo para su correcto secado y posteriormente desamoldado.
Ilustración 20. Salida del material plástico y llenado del molde
33
Fuente: Autores
Como se puede observar en la (Ilustración 20), Se extruyeron dos perfiles de
1,70m de largo con una superficie cuadrada de 3cm. Para efectos de someter el
material obtenido a caracterización básica se procedió a dividir el primer perfil en 5
partes de 10 cm, a ser utilizadas en igual número de pruebas a tensión, y el segundo
perfil en 3 partes de 45cm, para ser ensayadas a tensión. La sección se realiza
mediante un corte manual ya que si se hace con herramientas mecánicas el plástico
se calienta y comienza a derretirse, y las muestras quedaron de la siguiente manera.
Para la realización de los ensayos se obtuvieron las siguientes probetas
como se observan en la (ilustración 21 y 22), para poder realizar los ensayos a
compresión y tensión.
34
➢ Muestras de compresión
Ilustración 21.Vista frontal y vista de planta, probetas de 10 cm
Fuente: Autores
El perfil en plástico PP resultado de la maquina extrusora se divide en
probetas de 10 cm de largo aproximadamente, esto con una herramienta de corte
manual ya que al intentar cortarla con herramientas de corte mecánicas las altas
velocidades a las que se manejan dichas herramientas ocasiona mucha fricción
entre el plástico y la herramienta. produciendo que esta se caliente y comience a
derretirse un poco, por lo que la probeta no queda del todo con una superficie plana
y homogénea como es lo ideal.
Las probetas no deben ser muy largas ya que podrían tender a pandearse y
los resultados no serían confiables, como se observa en la (Ilustración 21) las
probetas de 10 cm cortadas con segueta tienen una superficie de aplicación de la
carga muy homogénea y se aprecia que su densidad es total no tiene poros ni
aguajeros por lo que el espécimen es de muy buena calidad.
35
➢ Muestras de tensión
Ilustración 22. Vista frontal y superior de la probeta de 45 cm
Fuente: Autores
Como se observa en la (Ilustración 22), las muestras se realizan con un
instrumentó de corte manual , con el fin de que salgan totalmente homogéneas,
para que su desempeño sea óptimo, la muestras son más largas a comparación a
las hechas para ensayos a compresión, dadas las características necesarias del
montaje, el cual requiere espacio para que las mordazas de la máquina universal
hagan su trabajo, se puede apreciar en las muestras que tienen franjas de color
negro que son para delimitar la zona de agarre de las pinzas de la maquina universal
para que pueda someterla a tensión, se puede apreciar que al igual que las probetas
que serán sometidas a compresión estas también poseen sus caras totalmente
densas sin espacios poros o vacíos.
➢ Cubos a flujo libre
36
Ilustración 23. Fundición de moldes cúbicos a flujo libre
Fuente: Autores
Como se muestra en la (ilustración 23) se realizaron cubos de plástico de
5cm con el fin de someterlos a compresión, estos cubos se hacen en moldes que
son originalmente para concreto, con el propósito de tener un buen molde para una
aceptable falla a compresión.
Se hace con el fin de comparar la resistencia a la compresión que existe
entre el material obtenido por la boquilla, antes de entrar a presión en el molde, con
una probeta que se somete a presión debido al empuje y trasmisión de fuerza que
ejerce el motor, el tornillo sin fin y la presión en el molde para que el plástico vaya
fluyendo hasta llenar completamente el perfil.
37
3. RESULTADOS
3.1 ENSAYOS A COMPRESIÓN
El ensayo a compresión del material plástico se realizó de la siguiente
manera:
1. Se toman las muestras y se corrobora que su superficie de carga es lo
bastante plana, para obtener ensayos y resultados confiables.
2. Se acomoda la probeta en la maquina universal, se comienza a acomodar
la máquina de tal manera que quede a ras con la probeta plástica para
empezar a someter la probeta a distintas cargas.
3. Una vez se acomoda la probeta y teniendo la carga en ceros se da inicio
al ensayo.
4. Se hace registro fotográfico y se observa detenidamente todo el proceso.
5. Recuperación de las muestras.
6. Análisis de los ensayos.
7. Obtención de valores numéricos del ensayo dados por la maquina
universal.
38
➢ Muestra 1
Ilustración 24. Acomodado y carga de la probeta a compresión muestra 1
Fuente: Autores
El primer ensayo (ilustración 24), de la resistencia a la compresión, para la
cual se toman 5 probetas de 10 cm con una cara superficial de 3cm x 3cm y se
colocan en la maquina universal y se les aplica una fuerza sobre las muestras hasta
que esta alcanzara la falla
39
Ilustración 25 . Falla de la probeta muestra 1
Fuente: Autores
En la (Ilustración 25). Se aprecia una pobreta que ha sido colocada en la
maquina universal a la cual se le aplico una carga que fue aumentando en el tiempo
y como resultado final se obtiene una probeta que ya ha fallado debido a la carga
por compresión, debido a la alta carga a la que fue sometidas, su falla no fue súbita
sino de una manera más gradual en la que se puede apreciar que la probeta se va
deformando. El esfuerzo que se presenta en esta probeta es principalmente vertical
ya que la probeta fue sometida a compresión y su mayor esfuerzo es causado por
esta fuerza, lo que hizo que se presentara una reduccion en su longitud e
40
indirectamente al ser una sección muy esbelta también presento deformaciones en
menor cantidad en sentido horizontal a la aplicación de la carga.
Muestra 2
Ilustración 26. Acomodado y carga de la probeta a compresión muestra 2
Fuente: Autores
En la (ilustración 26) se muestra un adecuado y correcto posicionamiento
de la probeta 2 que fue sometida a compresión, se observa que la muestra se ve
derecha debido a que las caras en las que va apoyada están cortadas con alta
precisión para que la fuerza se distribuya en toda la superficie para así poder tener
datos bastante confiables, también se aprecia que no hay que esperar el paso de
mucha carga para poder ver que la probeta comienza a presentar rastros de daño
en el material como lo son grietas y un poco de deformación.
41
Ilustración 27. Falla de la probeta muestra 2
Fuente: Autores
En la (ilustración 27) se puede apreciar que ya la deformación por carga es
muy notoria si bien esta falla no es tan marcada como las obtenida por las otras
probetas, pero se obtuvieron resultados de resistencia bastante similares a los más
altos de algunas probetas, puede apreciarse en la imagen que la probeta tubo una
tendencia a pandearse. El estado de esfuerzos en esta probeta se presento por la
carga aplicada a compresión la cual genera una reacción del material en sentido
contrario lo que hizo que se comprimiera o tuviese una disminución en su longitud,
también se observo deformaciones a lo ancho de la probeta esto se pudo deber a
42
la forma y dimensión de la probeta puesto que es muy esbelta y presento un leve
desplazamiento en el plano horizontal antes de llegar a la falla.
➢ Muestra 3
Ilustración 28. Acomodado y carga de la probeta a compresión muestra 3
Fuente: Autores
En la (ilustración 28) se observó un perfecto acomodamiento de la muestra y
el inicio de la aplicación de las cargas y una leve presencia de marcas en la mitad
de la muestra que evidencian que el material comienza a deformarse rápido por lo
que se hace presente la idea de que el material no es muy rígido.
43
Ilustración 29. Falla de la probeta muestra 3
Fuente: Autores
Como se observa en la ( ilustración 29) parte izquierda vemos que la probeta
está alcanzando su máxima resistencia y llegando a su punto de falla, podemos
apreciar en las dos imágenes que se hace notoria la falla por el centro de la probeta
y que en su parte baja presenta la ruptura del material, esta es una típica falla por
compresión, el material simplemente dejo de resistir carga después de llegar a su
resistencia máxima pero esta vino el declive de una forma gradual no de una forma
súbita. El esfuerzo al que fue sometida la probeta debido a la carga a compresión
genero deformaciones en el plano vertical disminuyendo su longitud y antes de
44
llegar a la falla también presento ligeras deformaciones en sentido horizontal
generando aplastamiento en la probeta.
➢ Muestra 4
Ilustración 30. Acomodado y carga de la probeta a compresión muestra 4
Fuente: Autores
En la (Ilustración 30) se puede observar que al principio la posición de la
probeta fue correcta, cuando se aplicó la carga, la probeta comenzó a deformarse
rápidamente y a tener un comportamiento un poco inusual con respecto al
comportamiento de las otras probetas, comenzó a inclinarse mientras la carga
seguía aumentando, esto no fue influyente en los resultados finales que dieron muy
cercanos con los obtenidos con las probetas 1 y 2. El estado d esfuerzos en esta
45
probeta se presentaron por la carga a compresión que se aplico lo que genero una
deformación tanto vertical como horizontal lo que hace pensar que además del
esfuerzo causado a compresión, presento cierto esfuerzo en el plano horizontal que
hizo que la probeta se deformara en su plano horizontal.
Ilustración 31. falla de la probeta muestra 4
Fuente: Autores
Como se observa en la (ilustración 31) se pudo apreciar la falla final de la
probeta 4, podemos ver que tiene una tenencia de falla por cortante donde la falla
se produce diagonalmente igualmente vemos que la falla es más progresiva, y se
pueden comenzar a apreciar deformaciones desde las cargas iniciales del ensayo.
46
El estado de esfuerzo que se presentó en esta probeta es debido a la carga
a compresión que se le aplico y viendo el tipo de falla que presento se entendió que
también presento esfuerzos en el plano horizontal lo que hizo que fallara por
cortante.
➢ Muestra 5
Ilustración 32. Acomodado y carga de la probeta a compresión muestra 5
Fuente: Autores
Como se observa en la (ilustración 32) se observa que las superficies de la
probeta 5 están bien colocadas en la maquina universal, se nota una breve pero
notoria fisura en su parte media en forma de diagonal a la aplicación de la carga.
Al igual que las probetas anteriores el estado de esfuerzos en esta probeta
se presento por la carga vertical que se le aplico a la probeta la cual genero
47
esfuerzos en el plano vertical haciendo que esta se comprimiera perdiendo longitud
y presentando una leve deformación horizontal antes de llegar a la falla debido a los
esfuerzos que fue sometida.
Ilustración 33. falla de la probeta muestra 5
Fuente: Autores
Como se observa en la (ilustración 33) la falla nuevamente se presenta en
diagonal, siendo esta propiedad indicadora que la falla se presenta por cortante.
Esta probeta se deformó más rápido que las anteriores, su falla fue progresiva y en
ésta no se apreció pandeo como en otras muestras.
48
El estado de esfuerzos que presento esta probeta fue debido a la carga a
compresión que se le aplico, generando deformaciones en el plano vertical hasta
llegar a la falla.
3.2 ENSAYOS A COMPRESIÓN DE LOS CUBOS 5CM X 5CM X 5CM
Para la el ensayo a compresión de los cubos se realizaron 3 muestras cada
una previamente pesada y medida, el proceso para el ensayo fue el siguiente.
1. Se coloca la muestra entre dos placas metálicas con medidas de área
superficial muy similares a las del cubo.
2. Se coloca un molde más grande que agrupaba a las placas metálicas y a
la muestra.
3. El molde con las placas y el cubo se acomodan bajo el brazo que ejerce
la carga.
4. Se inicia el ensayo a compresión en cubos.
5. se hace un registro fotográfico y observación de todo el proceso.
6. Se obtienen valores numéricos arrojados por la maquina.
49
➢ Muestra 1
Ilustración 34. Acomodado y carga a compresión cubo 1.
Fuente: Autores
Como se observa en la (ilustración 34) apreciamos el posicionamiento de la
pobreta plástica entre las placas metálicas y el molde exclusivo para falla de cubos
a compresión, se pueden apreciar ciertas irregularidades en las probetas como falta
de perfección lisa en sus todas sus superficies debido al proceso de fundición de
dichas muestras. De todas las probetas realizadas la probeta 1 es la que mejor
resultado y calidad tiene de todas; se observa que a medida que se aplica la carga
comienza a presentar una fisura por la mitad.
50
Ilustración 35. Falla a compresión cubo 1
Fuente: Autores
Como se observa en la (ilustración 35) la falla se presenta en un plano
totalmente vertical, fisurando el material por la mitad, ocasionando que éste deje de
soportar carga, lo hace de una manera progresiva hasta que llega al punto de no
resistir ningún tipo de carga, la falla es por tensión de las fibras.
El estado de esfuerzos para esta probeta se presentó por la carga a
compresión que se le aplico, se analizó que además del esfuerzo al que fue
sometida por esta carga a compresión presento esfuerzos en el plano horizontal ya
que la falla que se observó se presentó por aparente tensión, en esta probeta los
esfuerzos a los que se ve sometida son tanto verticales como horizontalmente a la
aplicación de la carga.
51
➢ Muestra 2
Ilustración 36. Acomodado y carga a compresión cubo 2.
Fuente: Autores
En la (ilustración 36) se puede apreciar el acomodamiento de la probeta 2 en
el equipo de ensayo del laboratorio. La imagen muestra que la probeta presenta
demasiada irregularidad en sus superficies, estas no son lisas y presentan
hendiduras y abultamientos o deformaciones debido al proceso de fabricación de
las mismas.
52
Ilustración 37. Falla a compresión cubo 2
Fuente: Autores
Como se observa en la (ilustración 37), el cubo sometido a cargas de
compresión se rompió en su parte inferior debido a la mala calidad de la probeta,
esta falla fue por compresión, falló una sola esquina de cubo quitándole estabilidad
y la capacidad de seguir soportando carga a la probeta.
Analizando el estado de esfuerzos en esta probeta se pudo entender que
presenta esfuerzos tanto en el sentido de aplicación de la carga a compresión como
en el sentido perpendicular a ella presentado esfuerzos en el plano horizontal
haciendo que la pobreta falle en sentido vertical a un lado de ella.
53
➢ Muestra 3
Ilustración 38.Acomodado y carga a compresión cubo 3
Fuente: Autores
En la (ilustración 38) se puede apreciar el acomodamiento del cubo 3 en la
maquina universal, la probeta se puede ver con una gran cantidad de deformidades,
ninguna de sus superficies es lisa y tiene bultos y hendiduras muy pronunciadas, es
el cubo que más defectos presenta, por ende, es el cubo que presenta una mayor
distorsión de las tres muestras de este tipo que se fallaron.
54
Ilustración 39. Falla a compresión cubo 3
Fuente: Autores
Como se observa en la (ilustración 39) el cubo llego a su falla mediante la
aparición de varias fisuras en un plano vertical que a medida que se ejercía carga
se van desplazando hacia afuera, es una falla por tensión en las fibras.
En esta probeta el estado de esfuerzo que presenta debido a la carga vertical
aplicada hizo que sufriera esfuerzos en todas sus direcciones haciendo que la
probeta fallara a tensión, probablemente debido al esfuerzo se presentó en el plano
horizontal.
55
3.3 ENSAYOS A TENSION
Para estos ensayos se usa la maquina universal, que sirve para someter a
tensión cualquier tipo de muestra, para ese fin se someten a prueba tres probetas
(muestras) de 45 cm de largo con una superficie de 3cm x 3cm y se marca una línea
negra de 10 cm a cada lado que sirvieron de referencia para agarrar la muestra.
El procedimiento a realizar con cada muestra es el siguiente:
1. A cada muestra se le marcan don franjas de 10 cm en cada extremo como
referencia para su agarre por las pinzas de la maquina universal.
2. Se coloca la muestra a la altura de cualquier pinza bien sea la de arriba o
abajo y se aprieta.
3. Se coloca la segunda pinza y se aprieta.
4. Se empieza a someter la muestra a tensión hasta su falla.
5. En todo el proceso se hace un registro fotográfico.
6. Una vez dada la falla se quitan los pedazos de la maquina universal.
56
➢ Muestra 1
Ilustración 40. Ensayo a tensión probeta 1
Fuente: Autores
Ilustración 41. Fallo a tensión probeta 1
Fuente: Autores
57
En la (ilustración 40) se observa cómo se acomodan las probetas en la
maquina universal, esta es diferente a la de compresión ya que en esta se agarra
la probeta a 10 cm de cada pinza para posteriormente ser sometida a esfuerzos
de tensión al material.
En la ( Ilustración 41 ) se observa que la probeta a tensión numero 1 ya fue
sometida a esfuerzos a tensión y que alcanzo su falla, como se puede apreciar en
la imagen: no hay ninguna reducción del área de la cara superficial, la falla fue de
forma frágil, simplemente hubo una ruptura del material de manera súbita y se
produjo a 9,2cm desde la mordaza en su parte inferior.
El estado de esfuerzos que presento esta probeta sometida a tensión hizo
que su mayor esfuerzo se presentara en sentido de aplicación de la carga, esto se
entendió debido al tipo y forma de falla que presento.
Muestra 2
Ilustración 42. Falla a tensión probeta 2
58
fuente: Autores
En la (Ilustración 42) se puede ver la probeta numero 2 ya sometida al ensayo
de tensión respectivo; se observa que la probeta fallo a una distancia de los 18 cm
desde la mordaza en su parte inferior, siempre la falla se va a producir por su lado
más débil en este caso era a la altura antes mencionada, tuvo una falla frágil es
decir se fracturo sin presentar una disminución del área y sin que el material cediera
o se estirara, esto quiere decir que sus fibras simplemente se rompen.
59
3.4 DATOS DE LAS PRUEBAS REALIZADAS
En el siguiente apartado se presentarán todos los datos de orden
cuantificable obtenidos de los diferentes ensayos realizados.
3.4.1 Datos físicos de las muestras:
Tabla 3. Peso y medidas de las probetas a tensión
Fuente: Autores
Tabla 4. Peso y medidas de las probetas a tensión
PROBETAS A TENSIÓN
N° probeta Peso(g) Largo (cm) Alto (cm) Ancho (cm)
1 314 44.8 3 3
2 334 45 3 3
3 327 45 3 3
Fuente: Autores
PROBETAS A COMPRESIÓN
N° probeta Peso(g) Largo (cm) Alto (cm) Ancho (cm)
1 69 10,3 3 3
2 70 10,4 3 3
3 67 10 3 3
4 64 9,5 3 3
5 69 10 3 3
60
Tabla 5. Peso y medidas de los cubos a compresión
CUBOS A COMPRESIÓN
N° probeta Peso(g) Largo (cm) Alto (cm) Ancho (cm)
Como trabajo futuro queda la investigación de las propiedades mecánicas del
plástico PET, LDPE, HDPE, etc. Su posible aplicación en la industria de la
construcción, debido a las características de la máquina se puede hacer laminas
para ensamblar formaleta plástica y estudiar más a fondo algunas condiciones como
resistencia al medio ambiente, pruebas de choque etc.
Como un posible estudio se sugiere hacer barras de todo tipo de plástico y
armar parrillas para su posterior fundida en concreto y poder analizar su
comportamiento.
Cada idea que surja en cuanto a una posible aplicación de la máquina debe
ser bien estudiada ya que cada una necesitaría moldes diferentes dependiendo del
83
proyecto y no todos requieren la misma potencia del motor, habrá unos que
requieran unas mejores especificaciones técnicas que otras por lo que si se tiene la
posibilidad de potencializar la máquina que se haga.
5. CONCLUSIONES
- El prototipo de la máquina extrusora es funcional y cumple con las
características mínimas para la elaboración de probetas plásticas para su
correspondiente caracterización mediante ensayos mecánicos.
- El material analizado tiene bajo módulo elástico siendo este de 1694,6 MPa
lo que lo hace muy susceptible a deformarse ante cargas que no son
consideradas muy altas en el sector de la construcción.
- El material no es deseado para ser empleado en el uso de tareas
estructurales, o en el empleo de elementos estructurales ya que es muy
susceptible a deformarse.
- Teniendo en cuenta sus características mecánicas, las posibles soluciones
en cuanto a la aplicación de este material reciclado a la ingeniería civil son
en la elaboración de elementos no estructurales como lo son barandas, tejas,
estibas plásticas, para la formaleta, encofrados para columnas, escaleras
provisionales o de paso, postes, mallas y todo aquel posible uso que no
requiera esfuerzos de carga mayores a 25 Mpa, en donde no tenga tanta
importancia la deformación del material.
- Se concluyó que el reproceso del material tiene un impacto considerable en
la disminución de las propiedades mecánicas del mismo, debido al
envejecimiento producto de las altas temperaturas de fusión del material.
84
- Se concluyo que el plástico puede tener bastante salida en las aplicaciones
mencionadas anteriormente ya que sus fuentes de acopio y procesamiento
son bastante numerosas en la ciudad de Bogotá y en el resto del territorio
nacional.
85
6. BIBLIOGRAFIA
- Libros Stahel, W. R., 2016, “Circular Economy,” Nature, pp. 6–9.
- Yuan, Z. et al., 2008, “Where Will China Go? A Viewpoint Based on an Ana lysis of the Challenges of Resource Supply and Pollution,” Environ. Prog., vol. 27, no. 4, pp. 503–514.
- Albert Ströhle, A,.2019,” Estudio para el diseño, optimización y construcción de una extrusora para la obtención de barras estructurales de plástico reciclado.”
- Ramos, L.2013 “Extrusión de plásticos” centro de investigación en química aplicada, pág. 69
- Boada, A (s.f). “El reciclaje, una herramienta no un concepto reflexiones hacia la sostenibilidad”
- Gary, J 2019, “Reciclado de Plástico PET” Facultad de Ingenierías y Computación Escuela Profesional de Ingeniería Industrial. Pp 19-21
- Revistas
- Cibergrafía La contaminación por plástico, 2018. https://www.elfinancierocr.com/tecnologia/la-contaminacion-por-plastico/YTJWOX5OENA6ZAIQ3GOK6UTKJM/story/ La crisis de la contaminación plástica, 2019. https://mx.boell.org/index.php/es/2019/07/16/la-crisis-de-la-contaminacion-plastica Precious plastic, 2013. https://davehakkens.nl/community/forums/topic/precious-plastic-bogota-colombia/
Colombia le apuesta a las 9R en economía circular, 2018. https://www.minambiente.gov.co/index.php/noticias/4225-colombia-le-apuesta-a-las- 9r-en-economia-circular Autoridad de Desperdicios Sólidos ADS. (Sin fecha). Manejo de Residuos. Recuperado de http://www.ads.pr.gov/programas/manejo-de-residuos/