UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDERIngeniera mecnica
DISEO DE TRITURADORA DE RECIPIENTES PLASTICOS
Presentado por
MARA CAMILA VESGA CAMACHOMARLON FELIPE ARCINIEGAS PACHECO
Fecha:27 de Junio del 2015
TABLA DE CONTENIDO
1. Proceso de diseo1.1 Estructuracin1.1.1 Identificacin del problema1.1.2 Contexto 1.1.3 Bsqueda y manejo de informacin1.1.3.1 Mquinas trituradoras.1.1.3.2 Mquinas cortadoras.1.1.3.3 Mquinas de molino.1.1.4 Requerimientos y restricciones.1.1.4.1 Requerimientos1.1.4.2 Limitaciones.1.1.5 Formulacin de especificaciones1.2 Diseo conceptual 1.2.1 Generacin de ideas 1.2.2 Seleccin1.2.3 Bocetos1.2.4 Propuesta1.2.4.1 Anlisis de la propuesta1.3 Diseo preliminar1.3.1 Factores de consideracin 1.4 Diseo en detalle1.4.1 Clculos Ingenieriles1.4.1.1 Proceso ingenieril 1.4.2 Estudio de materiales1.4.3 Relacin entre las dimensiones y materiales del producto.1.4.4 Procesos de manufactura1.4.4.1 Clasificacin 1.4.5 Planos de detalle1.4.6 Valoracin de costos1.4.7 Fabricacin 1. Referencias Conclusiones
TABLA DE FIGURAS.Fig. 1 Propuesta de diseo.Fig. 2 Ciclo de vida ideal del plstico.Fig. 3 Clasificacin de los plsticos.Fig. 4 Proceso de reciclado mecnico.Fig. 5 Trituradora de martillos.Fig. 6 Trituradora de cuchillas.Fig. 7 Mquina cortadora rotativa.Fig. 8 Molino de martillos.Fig. 9 Molino de disco.Fig. 10 Molino de cuchillos.Fig. 11 Requerimientos.
1. Proceso de diseo.ContextoProceso de DiseoDiseo Conceptual Seleccin bajo criterioLluvia de IdeasPropuestaBocetosDiseo en Detalle Clculos IngenierilesEstudio de MaterialesProcesos de ManufacturaPlanos en DetalleFabricacinEstructuracin Identificacin del ProblemaManejo de InformacinAclarar ObjetivosRequerimientos y RestriccionesFormulacin de EspecificacionesDiseo Preliminar
Fig. 1 Propuesta de proceso de Diseo, Por: Autores
1.1 Estructuracin.
1.1.1 Identificacin del problema
Sera difcil imaginar el mundo moderno sin el plstico. El cual es un material industrial utilizado en muchas aplicaciones en la vida diaria moderna, desde artculos para el hogar hasta en sofisticados instrumentos cientficos y mdicos. Actualmente se utiliza gran cantidad de materiales plsticos alrededor del mundo para beneficio del ser humano. Debido a la elevada produccin de estos se genera un problema el cual consiste en cmo reutilizar o reciclar los productos plsticos desechados. Dos ejemplos claros que evidencia la problemtica con el plstico son: El primero es muy sencillo es el consumo de bebidas; la mayora de las personas consume una cantidad considerable de bebidas contenidas en envases de plstico comnmente en plstico Polietileno de Tereftalato (PET) y que despus de haber cumplido con su objetivo estos envases son desechados, cada envase de plstico tarda aproximadamente 500 aos en desintegrarse. El segundo ejemplo se evidencia en el Mar Mediterrneo, en este viajan alrededor de 3 millones de toneladas de basura y el 80% es plstico, esto puede llegar afectar el sistema de drenaje provocando taponamiento del sistema que facilita inundaciones en la temporada de lluvias.
Generalizando la problemtica del plstico PET es que su produccin es muy elevada y el reciclaje o reutilizacin del mismo, a nivel mundial, se podra considerar demasiado baja.Aunque los desechos plsticos no se degradan fcilmente y conducen a problemas de contaminacin en su entorno, con respecto a otros materiales y su volumen presenta una desventaja para ser reciclado.Con el paso del tiempo, la molienda de los materiales plsticos ha sido considerada muy importante para el reciclado, es por ello que se ha decidido trabajar en sta rea proponiendo el diseo de una trituradora que tendr la capacidad de triturar gran cantidad de PET dependiendo de las horas de trabajo junto con la simulacin de su funcionamiento para que pueda ser usado a nivel industrial, los beneficios de ste equipo son el de reducir la cantidad de residuo que se acumula en las recicladoras de nuestra ciudad, reduciendo as los volmenes del mismo, ya que los materiales plsticos no tienen un peso elevado pero si ocupan un volumen considerable.
1.1.2 Contexto
La trituradora de recipientes plsticos es un sistema mecnico que est diseado para ser adquirido por microempresas dedicadas al reciclaje de materiales plsticos (recipientes) en la ciudad de Bucaramanga, Santander, Colombia conocida como la Ciudad de los Parques, fue fundada el 22 de Diciembre de 1622 en las estribaciones nororientales de la cordillera de los Andes por el espaol Andrs Pez de Sotomayor y Miguel de Trujillo que repelieron con sus lanceros a los indios guanes, primeros habitantes que adoraban al sol y cultivaban la tierra revestidos de pobreza.Bucaramanga se reconoce como una ciudad de bajo desempleo y su poblacin laboriosa y emprendedora.La poblacin total de esta ciudad, proyectada por el DANE a 2012 es de 526.056 habitantes, equivalente al 1,1% del total de la poblacin nacional, de los cuales 519.384 (98,7%) habitan en el casco urbano y 6,672 (1,3%) viven en la zona ruralLo cual evidencia que la cantidad de desechos plsticos en la ciudad es comparablemente alta. Si se supone que diariamente cada individuo hace uso de un recipiente plstico y lo desecha, se habla de ms de 500.000 recipientes desechados aproximadamente durante un da y el volumen que ocupan estos es demasiado grande; Por estas razones se desea implementar este sistema mecnico (trituradora de recipientes plsticos) factible para las microempresas recicladoras ubicadas en la ciudad de Bucaramanga, Santander, Colombia.
1.1.3 Bsqueda y manejo de informacin
Los plsticos son sustancias orgnicas formadas por macromolculas llamadas polmeros. Estos polmeros son grandes agrupaciones de monmeros unidos mediante un proceso qumico llamado polimerizacin. Los plsticos proporcionan una serie de propiedades que no pueden lograrse con otros materiales por ejemplo: color, baja densidad, buen aislante elctrico y resistencia a la degradacin ambiental y biolgica. Carecen de un punto de ebullicin, son elsticos y flexibles, permiten ser moldeados y adaptarse a diferentes formas y aplicaciones.
Fig 2: propuesta por ministerio de ambiente vivienda y desarrollo territorial FONAM.Los diferentes tipos de plsticos se identifican con un nmero del 1 al 7 ubicado en el interior del clsico signo del reciclado (triangulo de flechas de seguimiento) tal como se puede evidenciar en la siguiente tabla.
Fig. 3 Clasificacin de los plsticos, por Vsconez Ortiz A.P (2013).Eltereftalato de polietileno,politereftalato de etileno,polietilentereftalatoopolietileno tereftalato(ms conocido por sus siglas en ingls PET,polyethylene terephtalate) es un tipo deplsticomuy usado en envases debebidasytextiles.Las propiedades del PET son las siguientes: Buena resistencia qumica y trmica. Alta resistencia al desgaste y corrosin. Buen coeficiente de deslizamiento. Buena barrera al CO2, aceptable barrera al O2 y a la humedad. Alta transparencia, admite cargas de colorantes. Aprobado para su uso en productos que deban estar en contacto con productos alimentarios.La tcnica ms utilizada en la actualidad para el PET es el reciclado mecnico, consiste en la molienda, separacin y lavado de envases. Las escamas resultantes durante este proceso se pueden destinar de forma directa, sin necesidad de volver hacer pellets, en la fabricacin de productos por inyeccin o extrusin.
Fig. 4 Proceso de reciclado mecnico.
En la siguiente operacin dentro del proceso de reciclado se utilizan trituradoras para dividir en partes ms pequeas el plstico, estos varan dependiendo del volumen del procesado del material, generalmente cuentan con dos cuchillas o rodillos paralelos con cuchillas afiladas, ya sean en forma vertical u horizontal. Existen varios tipos de mquinas trituradoras.1.1.3.1 Maquinas trituradoras.Se utilizan generalmente para ruptura de materiales duros y de grandes dimensiones, tiene como principio de funcionamiento la compresin lenta, cizallamiento, impacto y atricin. Existe la trituradora de martillos, su funcionamiento es similar al molino de martillos, excepto en una variante en el diseo, por lo general los martillos no pivotan en el eje porta martillos lo que proporciona una mayor fuerza al impacto en la periferia de la cmara de trituracin.
Fig. 5 Trituradora de martillos, por: Universidad politcnica de Valencia.La trituradora de cuchillas, su funcionamiento es similar al molino de cuchillas, el nmero de cuchillas es variable de 1 a 20 dependiendo de la aplicacin.
Fig. 6 Trituradora de cuchillas, por: PRCIMCA.
1.1.3.2 Maquinas cortadoras.
Existen las maquinas cortadoras rotativas las cuales se caracterizan por poseer una cmara de corte amplia la misma que se encuentra atravesada por un eje que porta cuchillas, las que se encuentran distribuidas uniformemente en toda su longitud y pueden disponerse perpendicular al eje o tener un pequeo ngulo de inclinacin.
Fig. 7 Mquina cortadora rotativa, por Vsconez Ortiz A.P (2013).
1.1.3.3 Mquinas de molinos.
Son mquinas utilizadas para reducir el volumen promedio de las partculas por medios mecnicos hasta el tamao deseado. Existen molinos de martillos los cuales consisten en una serie de barras de libre movimiento o martillos los cuales estn sujetos a unos pivotes y stos a un eje rotatorio
Fig. 8 Molino de martillos, por: Vsconez Ortiz A.P (2013).Los molinos de disco se caracterizan porque poseen uno o dos discos que contienen una hilera de dientes concntricos que trabajan a altas velocidades.
Fig. 9 Molinos de disco, por: Vsconez Ortiz A.P (2013).
Y los molinos de cuchilla son parecidos a los molinos de martillos, en este caso al eje se le puede colocar varios tipos de cuchillas; en su parte inferior se encuentra un tamiz el cual es el encargado de controlar el tamao de las partculas.
Fig. 10 Molinos de cuchillas, por: Vsconez Ortiz A.P (2013)
Teniendo en cuenta la informacin anterior hay que aclarar que la trituradora de recipientes plsticos que se piensa disear est enfocada principalmente a pequeas y medianas empresas que no tengan el capital monetario de adquirir una gran maquinaria con especificaciones de lujo. Busca que los emprendedores o empresarios dueos de estas recicladoras puedan optimizar el proceso de reciclado de recipientes plsticos, estas empresas a diferencia de las grandes empresas no mueven camiones diarios de material reciclable, estas pequeas y medianas empresas tienen un sistema el cual les permite hacer un envi de camin a partir de un peso por ende no manejan un gran capital econmico. Se hace sta aclaracin para que al momento de una toma de decisiones ms adelante se piense en la rentabilidad sobre como disear la trituradora, de acuerdo a toda la informacin anterior ya sabemos el contexto en el cual la trituradora de recipientes plsticos debe desenvolverse y as convertir el plstico en nuevos productos de uso comn.
1.1.4 Requerimientos y limitaciones.
Para la elaboracin del sistema mecnico (trituradora de recipientes plsticos) primeramente se necesitan los requerimientos del usuario, los cuales deben ser traducidos en requerimientos tcnicos en cada fase del diseo; seguido se realiza una evaluacin de la incidencia de cada una de las caractersticas tcnicas en la satisfaccin de las necesidades del usuario, para finalmente seleccionar las ms apropiadas que predominaran en el diseo. 1.1.4.1 Requerimientos. De acuerdo a los requerimientos del usuario, la mquina deber cumplir con lo siguiente: Fig. 11 Requerimientos, por: Autores.
1.1.4.2 Limitaciones:Un sistema mecnico (trituradora de recipientes plsticos) posee parmetros que deben ser cumplidos obligatoriamente para tener salvedad de conflictos legales; a continuacin se presentan algunas restricciones:.
La trituradora debe ser lo suficientemente segura y fcil de operar.
Garantizar un continuo funcionamiento sin interrupcin alguna por falla mecnica.
Debe tener una vida til considerablemente larga para evitar el cambio consecutivo de piezas por desgaste.
Costo sin definir
En cuanto al aspecto legal ambiental se debe estar bajo la ley general ambiental de Colombia (ley 99 de 1993) Por la cual se crea el Ministerio del Medio Ambiente, se reordena el Sector Pblico encargado de la gestin y conservacin del medio ambiente y los recursos naturales renovables, se organiza el Sistema Nacional Ambiental, SINA y se dictan otras disposiciones.
De acuerdo con el decreto 2041 se reglamenta las licencias ambientales considerando:
Que el artculo 2 de la Ley 99 de 1993 en concordancia con el Decreto- Ley 3570 de 2011 dispuso la creacin del Ministerio del Medio Ambiente, hoy Ministerio de Ambiente y Desarrollo Sostenible, como organismo rector de la gestin del medio ambiente y de los recursos naturales renovables, encargado entre otras cosas, de definir las regulaciones a las que se sujetarn la conservacin, proteccin, manejo, uso y aprovechamiento de los recursos naturales renovables y el medio ambiente de la Nacin, a fin de asegurar el desarrollo sostenible.
Uno de los lineamientos ms importantes que se debe seguir se describe en el siguiente artculo:
Artculo 3 Concepto y alcance de la licencia ambiental. La licencia ambiental, es la autorizacin que otorga la autoridad ambiental competente para la ejecucin de un proyecto, obra o actividad, que de acuerdo con la ley y los reglamentos, pueda producir deterioro grave a los recursos naturales renovables/o al medio ambiente, o introducir modificaciones considerables o notorias al paisaje; la cual sujeta al beneficiario de esta, al cumplimiento de los requisitos, trminos, condiciones y obligaciones que la misma establezca en relacin con la prevencin, mitigacin, correccin, compensacin y manejo de los efectos ambientales del proyecto, obra o actividad autorizada.
La licencia ambiental llevar implcitos todos los permisos, autorizaciones y/o concesiones para el uso, aprovechamiento y/o afectacin de los recursos naturales renovables que sean necesarios por el tiempo de vida til del proyecto, obra o actividad.
El uso aprovechamiento y/o afectacin de los recursos naturales renovables, debern ser claramente identificados en el respectivo estudio de impacto ambiental.
1.1.5 Formulacin de especificaciones.
A continuacin se presentan algunas especificaciones del sistema mecnico (trituradora de recipientes plsticos) que permiten considerar la calidad y funcionabilidad de este sistema:
La dimensin de la maquina ser largo de 1,5m a 1,7m; ancho: 0.8m a 1m alto 1,3m a 1,5m. El cual es un tamao estndar que permita ser ubicada fcilmente en un espacio no muy amplio.
El sistema mecnico debe satisfacer el marco legal ambiental.
Los molinos deben ser fabricados en acero inoxidable para as evitar el deterioro por corrosin.
Trabajar consecutivamente como mnimo 8 horas diarias que sera aproximadamente el horario de trabajo del operario.
El mecanismo ser impulsado por un motor elctrico que permita el funcionamiento continuo antes mencionado.
El diseo de la maquina debe prestar cierta comodidad al operario, para as evitar un accidente laboral.
Fcil ensamble y desensamble para que el mantenimiento o cambio de piezas no se complejo.
Contar con un proveedor de materiales y piezas que garantice su duracin para darle confiabilidad al empresario que adquiera la mquina trituradora.
Produccin de 80-150kg por hora.
Compuesta por dos ejes de fresa y una criba intercambiable que determina el tamao del material triturado (opcional).
Colocacin gradual de las fresas para una mejor toma y progresin de corte.
Facilidad de acceso a los discos de trituracin y de arrastre para facilitar las operaciones de mantenimiento.
1. Referencias.
Medina Garca, J.E (s.f). Diseo de una trituradora para plstico Polietileno de Tereftalato (PET). Documento no publicado.
EBR. Ocanos de plstico. Recuperado 22 de octubre del 2014 en https://www.youtube.com/watch?v=3GBEdbui7AY
Wikipedia (2015). Tereftalato de polietileno. Recuperado 23 de Junio del 2015 https://es.wikipedia.org/wiki/Tereftalato_de_polietileno
http://www.bucaramanga.gov.co/Inicio.aspx
http://www.anla.gov.co/documentos/Normativa/DECRETO_LICENCIAS_AMBIENTALES.pdf
http://www.oas.org/dsd/fida/laws/legislation/colombia/colombia_99-93.pdf
Hernandez Martines, C. Pinto Maquilon, E.S (2007). Diseo y montaje de una mquina trituradora de eje horizontal para el centro recreacional Catay.
