La Extrusora

INGENIERÍA INDUSTRIAL PERFIL DE PROYECTO DE GRADO “DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN EXTRUSOR PROCESADOR DE ENVASES PET PARA OBTENCIÓN DE FILAMENTOS BASE DESTINADOS A IMPRESORAS 3D DE LA UNIVERSIDAD PRIVADA DOMINGO SAVIO” VANESA SARABIA CAYO PROYECTO DE GRADO PARA OPTAR EL GRADO DE LICENCIATURA EN INGENIERÍA INDUSTRIAL

TARIJA-BOLIVIA 2019

ÍNDICE 1.1.ANTECEDENTES .......................................................................... 2 1.2. DELIMITACIÓN .......................................................................... 3 1.2.1 LÍMITE TEMPORAL .................................................................. 3 1.2.2 LÍMITE SUSTANTIVO (O TEMÁTICO) .............................................. 3 1.2.3 LÍMITE GEOGRÁFICO ............................................................... 3 1.2.PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ..................................................... 4 1.4. FORMULACIÓN DEL PROBLEMA ....................................................... 5 1.5. SISTEMATIZACIÓN DEL PROBLEMA ................................................... 6 1.6 OBJETIVOS ............................................................................... 7 1.6.1 OBJETIVO GENERAL ................................................................ 7 1.6.2 OBJETIVO ESPECÍFICO ............................................................. 7 1.7. JUSTIFICACIÓN.......................................................................... 7 1.7.1 JUSTIFICACIÓN CIENTÍFICA ....................................................... 7 1.7.2 JUSTIFICACIÓN ECONÓMICA ...................................................... 7 1.7.3 JUSTIFICACIÓN AMBIENTAL ....................................................... 8 1.7.4 JUSTIFICACIÓN SOCIAL ............................................................ 8 1.7.5 JUSTIFICACIÓN PERSONAL ........................................................ 8 1.8 METODOLOGÍA ........................................................................... 9 1.8.1 TIPO DE INVESTIGACIÓN........................................................... 9 1.8.1.1. DESCRIPTIVA .................................................................. 9 1.8.POBLACIÓN MUESTRAL ............................................................... 11 1.12. MEDIOS ............................................................................... 11 CAPÍTULO II MARCO TEÓRICO ........................................................... 12 2.1. PET ..................................................................................... 13

2.2 TRITURACIÓN DE PLÁSTICOS ..........................................................13 2.3. EXTRUSIÓN ............................................................................ 13 2.4. EXTRUSIÓN DE PLÁSTICOS .......................................................... 14 2.5. PROCESOS DE INDUSTRIALIZACIÓN, TECNOLOGÍA DEL RECICLADO. ........... 15 2.5.1 ACOPIO DE MATERIAL ............................................................ 15 2.5.2 EMPACADO ........................................................................ 15 2.5.3 REDUCCIÓN DE TAMAÑO (TRITURADO) ........................................ 16 2.5.4 SEPARACIÓN ...................................................................... 17 2.5.5 LIMPIEZA........................................................................... 18 2.5.6 SECADO ............................................................................ 19 2.5.7 PELETIZADO (EXTRUIDO) ........................................................ 19 2.6. COMPONENTES DE LA EXTRUSORA ................................................. 20 2.6.1. TOLVA ............................................................................ 20 2.6.2. BARRIL O CAÑÓN ................................................................ 21 2.6.3. PLATO ROMPEDOR Y FILTROS ................................................. 22 2.6.4. GARGANTA DE ALIMENTACIÓN ................................................ 23 2.6.5. TORNILLO O HUSILLO ........................................................... 23 2.6.6 BOQUILLA ......................................................................... 25 2.7. EL MOTOR ............................................................................. 26 2.8. IMPORTANCIA DE LA TEMPERATURA EN LA FASE DE ALIMENTACIÓN DE LA RESINA ....................................................................................... 26 3.1 CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES ..................................................... 27 BIBLIOGRAFIA ............................................................................... 28 Bibliografía ................................................................................. 28

INDICE DE IMÁGENES

IMAGEN 2. 1 ESQUEMA DE EXTRUSOR ................................................... 14 IMAGEN 2. 2 ACOPIO Y EMPACADO DEL PET............................................ 15 IMAGEN 2. 3 ACOPIO Y EMPACADO DEL PET............................................ 16 IMAGEN 2. 4 VISTA GENÉRICA DE UN MOLINO TRITURADOR ......................... 17 IMAGEN 2. 5 CINTA TRANSPORTADORA PARA CLASIFICACIÓN Y SEPARACIÓN ..... 18 IMAGEN 2. 6 HIDROCICLÓN PARA SEPARADO DE IMPUREZAS ......................... 18 IMAGEN 2. 7 SECADOR CENTRIFUGADOR ............................................... 19 IMAGEN 2. 8 VISTA ESQUEMÁTICA DE UNA MAQUINA EXTRUSORA .................. 20 IMAGEN 2. 9 Tipos de Tolvas ............................................................. 21 IMAGEN 2. 10 RESISTENCIAS ELÉCTRICAS MONTADAS EN EL CAÑÓN DE UN EXTRUSOR ................................................................................... 22 IMAGEN 2. 11 PLATO ROMPEDOR Y FILTROS ........................................... 22 IMAGEN 2. 12 TORNILLO DE UNA EXTRUSORA ......................................... 24 IMAGEN 2. 13 CABEZAL DEL EXTRUSOR ................................................. 25

El plástico es una materia prima de utilización general, se la puede encontrar en diversas aplicaciones debido a su versatilidad, facilidad de fabricación y además de su relativo bajo costo de producción. Es muy difícil mirar hacia algún lado y no encontrar objetos de fabricados con materiales plásticos, los cuales se han convertido en elementos de uso cotidiano en el mundo moderno. El proceso de extrusión es una operación de transformación de material fundido que es forzado a través de una boquilla para obtener un perfil preestablecido por el diseñador, este proceso es empleado en la transformación de distintos materiales, pero en el presente se enfatizara totalmente en el plástico tipo PET. El corazón de un extrusor es un huesillo o tornillo que gira dentro de un barril o cilindro y es capaz de bombear (empujar) una materia a una velocidad específica, bajo ciertas condiciones de operación. Los materiales utilizados en el proceso de extrusión son, por lo general, TERMOPLÁSTICOS. Estos materiales se suavizan cunando se calientan y se transforman en fluido, que posteriormente se endurecen cuando se enfrían y se transforman en sólidos.

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1.1.

ANTECEDENTES

Desde que en 1973 el Sr. Erich Munsch inventara la primera extrusora portátil del mundo han pasado ya 40 años. Durante este tiempo Munsch ha seguido innovando y desarrollando las máquinas hasta llegar a la serie MAK que tenemos hoy en día. Las máquinas han pasado de tener los clásicos calentadores con escobillas a desarrollar su propio calentador sin escobillas que no necesita mantenimiento, han pasado de la regulación de temperatura manual, a la regulación inteligente, donde solamente eligiendo el material que vamos a seleccionar la máquina elige la temperatura adecuada para el aire y la masa, ha añadido un disipador de calor para que la temperatura se transmita de forma homogénea para obtener unas soldaduras excelentes, el sistema de anclaje entre el motor y el cuerpo de la extrusora ha pasado de ser una simple abrazadera a una brida reforzada con cuatro tornillos.. (ARISTEGUI MAQUINARIA 2013). En 1935, fabricante de máquinas alemán Paul Troestar produce Extrusoras para termoplásticos. En 1939 se desarrollaron el estirador plástico a una moderna etapa - la etapa moderna estirador de solo tornillo. Jeison Humberto m. S, la paz – Bolivia 2014 diseño de una maquina extrusora de plásticos pet, en la universidad mayor de San Andrés facultad de tecnología de la carrera de carrera de electromecánica. Jmmy Joane G.G., Jorge Edwin G.B. Pereira-Risalda noviembre del 2007 diseño de una extrusora para plástico, en la Universidad Tecnológica de Pereira de la facultad de Tecnología Mecánica, para la obtención de título de tecnólogo en mecánica. (GOMÉZ y BEDOYA GUTIÉRREZ 2007)

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1.2. DELIMITACIÓN Fijar los límites de formulación y diseño de un proyecto consiste en marcar los límites en términos de tiempo, espacio y temático para una mejor formulación del proyecto. 1.2.1 LÍMITE TEMPORAL El presente proyecto está considerado en ser realizado en un lapso de ocho meses desde el mes de agosto hasta el mes de marzo del 2020, tiempo que se considera como suficiente para realizar todos los estudios necesario que vayan a contribuir de manera eficiente en el desarrollo del proyecto. 1.2.2 LÍMITE SUSTANTIVO (O TEMÁTICO) El proyecto se encuentra delimitado en la carrera de ingeniería industrial, principalmente en las áreas de:  Procesos industriales I y II.  Prototipo.  Electrotecnia.  Instalaciones Eléctricas.  Control automático de la producción. El proyecto también, estará fundamentado en la Ley 1333 de Medio Ambiente y en las normas del decreto supremo n° 2887 EVO MORALES AYMA Presidente Constitucional del Estado Plurinacional de BOLIVIA. 1.2.3 LÍMITE GEOGRÁFICO El proyecto de titulación se realizara en las instalaciones del taller (CIIT) Centro de Investigación e Innovación Tecnológica de la Universidad Privada Domingo Savio, sede Tarija. Dirección. Av. Los Sauces, esq. Fabián Ruiz.

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IMAGEN 1. 1 UBICACIÓN DEL TALLER DEL CIIT

Fuente: Google maps.

1.2.

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

La UNIVERSIDAD PRIVADA DOMINGO SAVIO, ambientalmente es considerada como “universidad verde”, sin embargo, ante la acumulación desmedida de residuos, cuenta con una deficiencia en lo que se refiere a la tarea de recolección (acopio) de envases tipo PET de 600 ml, generados por la ingesta principalmente de agua de parte de los estudiantes en los puntos de venta próximos al frontis. Ante esta adversidad creciente, es necesario implementar un sistema de acopio efectivo para disminuir la presencia de los envases no retornables y plásticos dispersos en pasillos, aulas, oficinas y ambientes de la universidad, esto es proyectando depósitos o acumuladores. Actualmente el Centro de Investigación (CIIT) de la UPDS cuenta con 2 impresoras a filamento, las cuales gestionan PLA o Ácido Poliláctico que es un polímero biodegradable utilizado para construcción de piezas diversas. El costo por cada kilo de PLA actualmente ronda los $us 20 o ciento cincuenta bolivianos, por lo tanto, el hecho de disponer de material PET (gratuito) como elemento a transformarse y procesarse significará una gran ventaja. En tal sentido, el presente proyecto contempla la necesidad de diseñar y construir un equipo para 4

elaborar filamentos a utilizarse como materia base para las citadas impresoras 3D, esto es, a partir de botellas plásticas tipo PET recolectadas a nivel interno de la universidad. Este equipo además fomentará el aprendizaje de los estudiantes de las distintas carreras como Ingeniería Industrial, Ambiental, Civil cuyos docentes requieren prototipos o moldes para la realización de prácticas y así reforzar los conocimientos expuestos en las diversas asignaturas. La complejidad de este mecanismo radica en los molinos o ejes trituradores, entonces, el diseño de la máquina extrusora a nivel experimental tendrá componentes y métricas apropiadas para tal fin. Se enfatizará en las características particulares del material a procesar para que una vez llevada a la construcción pueda transformar los residuos de polipropileno en un nuevo producto en forma de filamentos. 1.4. FORMULACIÓN DEL PROBLEMA

¿Qué sistema de procesamiento debería utilizarse para reciclar los envases PET generados en los centros de expendio alimenticio del área universitaria?

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1.5. SISTEMATIZACIÓN DEL PROBLEMA

Efecto 1: Aumento de basura en la zona universitaria

Efecto 2: Incumplimiento al rol de institución verde en relación al medio ambiente

Efecto 3: Aumento de residuos destinados a los diversos vertederos

Fin 1:

Fin 2:

Fin 3:

Reducción de envases inútiles y contaminantes

Contaminación de aulas, laboratorios, pasillos y ambientes de la universidad

Reducir a costo cero la materia base (filamentos) para las impresoras 3D

Cuantioso volumen de envases PET generados por centros de expendio alimenticio en el área universitaria

Procesar los envases PET acopiados como materia base para obtención de filamentos

Acción 3: Causa 1:

Causa 2:

Causa 3:

Creciente consumo de bebidas no retornables en envases PET de 600 ml en la zona universitaria

Cantidad elevada de envases dispersos en ambientes y aulas universitarios

Bajo índice de uso de envases PET dentro de las actividades académicas que no reducen la cantidad acumulada

Acción 2: Acción 1: Promover la construcción de un contenedor general exclusivo de envases PET mediante ERISU

Implementar medidas orientadas a depósito de las botellas PET en los recolectores internos de la universidad

Procesamiento de envases PET para transformación a filamentos útiles

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1.6 OBJETIVOS 1.6.1 OBJETIVO GENERAL Diseño y construcción en prototipo de una extrusora de filamentos con plataforma automática para procesar envases PET (Polipropileno) como materia base de impresoras 3D de la Universidad Privada Domingo Savio, Sede Tarija. 1.6.2 OBJETIVO ESPECÍFICO  Análisis de la composición de los envases PET apropiados para la extrusión.  Evaluación experimental del comportamiento térmico del polímero reciclado.  Diseño mecánico, eléctrico, electrónico y de control, para el funcionamiento de la máquina en todas sus estructuras.  Pruebas del rendimiento o utilidad del filamento en la impresora.  Manual de funcionamiento (operación y mantenimiento) del equipo. 1.7. JUSTIFICACIÓN 1.7.1 JUSTIFICACIÓN CIENTÍFICA La presente investigación es factible de realizar por tratarse de una solución a los problemas ambientales promovidos por la presencia de envases plásticos tipo PET en la universidad. Esta investigación busca dar nuevo uso a las botellas plásticas tipo PET, mediante la creación de un mecanismo automático para la transformación de las botellas plásticas a filamentos y utilizarlo en la impresora 3D. 1.7.2 JUSTIFICACIÓN ECONÓMICA Esta investigación sobre la generación

de filamentos para el uso en la

impresora 3D, contiene muchas etapas, una de ellas es el desarrollo de pruebas con diferentes materiales en combinación con PET para ello es

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necesario transformar la materia base evitando la compra del mismo para la realización de las pruebas. Este estudio está encaminado a resolver esta problemática que genera altos costos a largo plazo, se solucionara realizando el diseño de una maquina extrusora con las dimensiones requeridas para su implementación en un laboratorio, con la que se obtendrá material para las prácticas de los estudiantes en el laboratorio de FÍSICA de la universidad. 1.7.3 JUSTIFICACIÓN AMBIENTAL El funcionamiento de la máquina tendrá un impacto reducido, mediante esta reutilización de botellas plásticas PET, se contribuirá en la minimización de la contaminación del ambiente de la casa de estudio superior y así mediante un proceso obtener filamentos y dar un nuevo uso al reciclado de botellas. 1.7.4 JUSTIFICACIÓN SOCIAL Esta máquina funcionará de tal manera que ayudará, en la universidad a fomentar el reciclado y acopio de botellas plásticas tipo PET por parte del alumnado, docencia y administrativo. Mediante esta reutilización de botellas plásticas PET, se contribuirá en la minimización de la contaminación del ambiente y se podrá obtener pellets, los mismos que a través de otros procedimientos permitirán obtener filamentos. 1.7.5 JUSTIFICACIÓN PERSONAL La investigación tiene un interés personal al colaborar con el medio ambiente y disminuir la problemática ambiental por el uso de botellas plásticas tipo PET, en la ciudad de TARIJA, ya que una vez que se convierte en residuo, es notoria su presencia en los cauces de corrientes superficiales y en el drenaje provocando taponamientos de alcantarillas y vías fluviales afectados entre muchos objetos por plásticos y envases PET, pues se está hablando de una montaña de basura plástica de recipientes desechados, sin embargo, estas botellas se pueden reciclar y reutilizar, sin dañar el ambiente. 8

Su actual disposición no sólo representa un problema ecológico, sino también un dramático desperdicio de un material con gran potencial de reutilización. 1.8 METODOLOG0ÍA 1.8.1 TIPO DE INVESTIGACIÓN El tipo de investigación que se realizara será de forma descriptiva y experimental, ya que se describirá el diseño y construcción de un equipo de EXTRUSIÓN de botellas plásticas tipo PET. 1.8.1.1. DESCRIPTIVA El método descriptivo es uno de los métodos cualitativos que se usan en investigaciones que tienen como objetivo la evaluación de algunas características de una población o situación en particular. En la investigación descriptiva, el objetivo es describir el comportamiento o estado de un número de variables. El método descriptivo orienta al investigador en el método científico. La descripción implica la observación sistemática del objeto de estudio y catalogar la información que es observada para que pueda usarse y replicarse por otros. El objetivo de esta clase de métodos es ir obteniendo los datos precisos que se puedan aplicar en promedios y cálculos estadísticos que reflejen, por ejemplo, tendencias. Por lo general estos estudios son la puerta de acceso a otros de mayor profundidad sobre un fenómeno en concreto, ofreciendo datos sobre la función y su forma. Características del método descriptivo Algunas de las características más representativas del método descriptivo son:  Suele atender a un método cualitativo  Es un primer abordaje al objeto que se está estudiando y funciona como un catalizador de nuevas investigaciones

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 Hace posible la consecución de muchos datos sobre el objeto que se estudia  Implica una observación atenta y hay un registro fiel de lo que se observa  No implica generalizaciones ni proyecciones Etapas del método descriptivo 1. Identificación y delimitación del problema Definir con claridad lo que se quiere investigar

identificar los

problemas para generas respuestas. 2. Elaboración y construcción de los instrumentos Identificar y seleccionar los instrumentos a ser usados en los procesos de observación. En esta fase del proceso, todo debe hacerse con anticipación, asegurándose de que los instrumentos sean los válidos. Para este sentido se va diseñar una ficha de observación en la cual se establecerá un

conjunto de cuestiones a ser observadas para su

posterior registro. 3. Observación y registro de datos Se procederá a observar de manera detallada toda la estructura física del extrusor y así obtener todos los datos necesarios para poder extraer conclusiones y plantear mejoras en un nuevo diseño. Observación directa Esta se realizará en tiempo real en los medios y lugares que así se amerita. Mediante esta técnica se logrará visualizar de forma general el proceso, así como los factores de riesgos a los cuales se encuentran expuestos los que manipulan este equipo. Para que el proceso de observación sea eficiente se construirá una ficha de observación la cual permitirá mejorar el registro de datos que se obtengan en dicho proceso Entrevista no estructurada

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En el desarrollo de esta investigación se realizarán entrevistas a personas conocedoras de estés equipos, con la finalidad de recolectar información para llevar a cabo la investigación. Revisión Documental Para la realización de este trabajo de investigación se requiere de la revisión de fuentes bibliográficas tales como libros, tesis, que contengan información útil para el diseño y desarrollo del proyecto en cuestión. 1.8 POBLACIÓN MUESTRAL La población a estudiar comprenden todos los elementos que intervienen en el diseño del proyecto, las materias primas, los insumos, maquinas similares y el cliente potencial como los es la UPDS. Es decir que la muestra representa esos aspectos antes mencionados. 1.12. MEDIOS Los medios que se utilizaran para la realización del presente proyecto será:  Computadora portátil.  Cámara filmadora.  Material eléctrico.  Material de escritorio.  Acero inoxidable.  Máquinas funcionales  Electrodos para acero inoxidable.

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CAPÍTULO II MARCO TEÓRICO

2.1. PET “El Polietilen-tereftalato o PET está constituido de petróleo crudo, gas y aire. Un kilo de PET es 64% de petróleo, 23% de derivados líquidos del gas natural y 13% de aire. A partir del petróleo crudo se extrae el paraxileno y se oxida con el aire para dar ácido tereftálico. El etileno, que se obtiene principalmente a partir de derivados del gas natural, es oxidado con aire para formar el etilenglicol. La combinación del ácido tereftálico y el etilenglicol produce como resultado el PET. (GOMÉZ y BEDOYA GUTIÉRREZ 2007) Entre las aplicaciones más utilizadas del PET tenemos: Botellas de gaseosas, agua, aceite y vinos; envases farmacéuticos; tejas; películas para el empaque de alimentos; cuerdas, cintas de grabación. 2.2 TRITURACIÓN DE PLÁSTICOS La trituración consiste en reducir los materiales en dos fases hasta alcanzar el tamaño deseado. Las fuerzas de fricción que se alcanzan durante este proceso, hacen que algunos de los materiales no deseados se separen de los plásticos. El proceso de triturado o reducción de tamaño tiene por objeto principal lograr un tamaño de las partículas de PET de entre 6.35 mm (1/4 pulg) y 12.7 mm (1/2 pulg). 6 En este proceso se reducen perdidas por producción de material fino de aproximadamente el 2% como máximo. 2.3. EXTRUSIÓN La palabra extrusión proviene del latín "extrudere" que significa forzar un material a través de un orificio. La extrusión consiste en hacer pasar bajo la acción de la presión un material termoplástico a través de un orificio con forma más o menos compleja y continua, de manera tal, que el material adquiera una sección transversal igual a la del orificio. En la extrusión de termoplásticos el proceso no es tan simple, ya que durante el mismo, el polímero se funde dentro de un cilindro y posteriormente, es enfriado. Este proceso de extrusión tiene por

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objetivo, usarse para la producción de perfiles, tubos, películas plásticas, hojas plásticas. 2.4. EXTRUSIÓN DE PLÁSTICOS La operación o procedimiento de extrusión es la acción de forzar el paso de un plástico o material fundido, por medio de presión, a través de un “dado” o “boquilla”, por medio del empuje generado por la acción giratoria de un husillo (tornillo de Arquímedes) que gira concéntricamente en una cámara a temperaturas controladas llamada cañón, con una separación milimétrica entre ambos elementos. El material polimérico es alimentado por medio de una tolva en un extremo de la máquina y debido a la acción de empuje se funde, fluye y mezcla en el cañón y se obtiene por el otro lado con un perfil geométrico preestablecido. El aparato está constituido principalmente por un tornillo de Arquímedes que se ajusta con precisión dentro de la camisa cilíndrica, apenas con el espacio suficiente para rotar. El polímero sólido se alimenta en un extremo y en el otro sale el material sometido a extrusión ya perfilado. Dentro de la máquina el polímero se funde y homogeniza. IMAGEN 2. 1 ESQUEMA DE EXTRUSOR

Fuente: Internet

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2.5. PROCESOS DE INDUSTRIALIZACIÓN, TECNOLOGÍA DEL RECICLADO. 2.5.1 ACOPIO DE MATERIAL El acopio es simplemente la recolección del material ya sea en puntos fijos o en recorridos que se puedan hacer en busca del material, es importante además puntualizar que un buen sistema de acopio garantizará un buen suministro de materia prima para el resto de los procesos, no debiendo existir cortes de materia prima. Puede entonces contarse con un sistema de proveedores, puntos de acopio o agentes de recolección. En este punto es importante aclarar que la conformación de microempresas de recolección es fundamental porque se proporciona una fuente de trabajo a muchas personas, se obtiene material clasificado a bajo precio y se estimula la actitud del consumidor de refrescos para clasificar sus desechos. IMAGEN 2. 2 ACOPIO Y EMPACADO DEL PET

Fuente: Internet (Uba, Alternativas De Comercialización)

2.5.2 EMPACADO Es común que en las grandes empresas de reciclado el material se compacte para reducir su volumen y así facilitar su transporte y almacenamiento. Generalmente las dimensiones de éstos bloques o como generalmente se las denomina “pacas” o “balas” de PET es de 153 x 130 x 85 cm11, donde cada una

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podría alcanzar un peso de 200 a 600 kg, según el grado de compactación o la eficiencia del prensado. No obstante, el PET debido a su elevada recuperación elástico-plástica, es difícil de

prensar.

Cuando

se

realiza

este

proceso,

las

“pacas”

deben

ser

posteriormente abiertas y picadas tal como llegan a la planta, es decir con tapas y etiquetas, que es una alternativa en el proceso. IMAGEN 2. 3 ACOPIO Y EMPACADO DEL PET

Fuente: Periódico La Razón.

2.5.3 REDUCCIÓN DE TAMAÑO (TRITURADO) la reducción de tamaño no es otra cosa que el picado (molido) del material recolectado, cuyo principal objetivo es facilitar la siguiente operación dentro el proceso de reciclado, el cual puede ser la separación de los diferentes tipos de polímetros del material (si es que éste ha sido compactado) y la limpieza del material picado. Para la reducción de tamaño existen diversos tipos de tecnología según el tamaño al cual se quiera llegar, por ejemplo para el caso del PET puede llegarse a obtener hojuelas de media, un cuarto de pulgada o finalmente polvo, según el diseño y el tipo de molino del que se disponga. Es necesario hacer notar que si es que se quiere llegar a obtener un material más uniforme respecto al tamaño y mucho más fino se debe considerar que cuanto más se reduce el tamaño también

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se reduce la eficiencia y la producción de salida del equipo. Mientras que con altos volúmenes de salida el tamaño será relativamente mucho mayor. IMAGEN 2. 4 VISTA GENÉRICA DE UN MOLINO TRITURADOR

Fuente: navarini, tecnología y equipos de reciclado

2.5.4 SEPARACIÓN La separación tiene por finalidad liberar al plástico de interés (en nuestro caso PET) de diferentes tipos de materiales especialmente de los otros tipos de polímeros que estén acompañando al material de interés y también de metales, algunas veces vidrio o papel. La importancia de la separación radica en que si existiesen otros materiales presentes, éstos podrían perjudicar el proceso de reciclaje o directamente empeorar la calidad del producto final. La macro separación se hace sobre la materia prima completa (botellas desechadas) usando el reconocimiento óptico del color o la forma. La separación manual, que incluye el proceso de destapado y des etiquetado, se incluye dentro de esta categoría, siendo esta etapa la que mayor mano de obra necesita. La micro separación puede hacerse por una propiedad física específica como el tamaño, peso, densidad, etc.

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IMAGEN 2. 5 CINTA TRANSPORTADORA PARA CLASIFICACIÓN Y SEPARACIÓN

Fuente: navarini, tecnología y equipos de reciclado

2.5.5 LIMPIEZA Los flakes de PET están generalmente contaminados con comida, papel, piedras, polvo, aceite, solventes y en algunos casos pegamento. De ahí que tienen que ser primero limpiados en un baño que garantice la eliminación de contaminantes. El uso de hidro ciclones cuando el desecho plástico está muy contaminado es una alternativa, el plástico contaminado es removido al ser ligero ya que flota en la superficie donde es expulsado. Los contaminantes caen al fondo y se descargan. Después del proceso de limpieza, los plásticos se llaman hojuelas limpias o granulado limpio IMAGEN 2. 6 HIDROCICLÓN PARA SEPARADO DE IMPUREZAS

Fuente: navarini, tecnología y equipos de reciclado

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2.5.6 SECADO Posterior al ciclo de lavado sigue un proceso de secado el cual debe eliminar el remanente de humedad del material, para que pueda ser comercializado y posteriormente procesado. Pueden usarse secadores centrifugados, es decir tambores especialmente diseñados para extraer la humedad por las paredes externas del equipo. O también pueden utilizarse secadores de aire, ya sea caliente o frío, que circulando por entre el material picado, eliminen la humedad hasta límites permisibles. IMAGEN 2. 7 SECADOR CENTRIFUGADOR

Fuente: navarini, tecnología y equipos de reciclado

2.5.7 PELETIZADO (EXTRUIDO) El granulado limpio y seco puede ser ya vendido o puede convertirse en "pellet". Para esto, el granulado debe fundirse y pasarse a través de un cabezal para tomar la forma de espagueti al enfriarse en un baño de agua. La extrusión puede clasificarse como un proceso continuo, en el cual en todo instante de trabajo normal de un equipo de extrusión se obtiene producto invariable y constante en cualquier punto de su longitud. Durante la transformación, la resina alimentada es reblandecida por acción de la temperatura que proviene generalmente de resistencias eléctricas y por la

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fricción de un elemento giratorio denominado husillo que prácticamente es la parte más importante de la maquina extrusora. En este estado de “fusión” el plástico es forzado e impulsado a salir bajo presión a través de una matriz metálica que le confiere forma definida y sección transversal constante, esta matriz denominada “dado” es la que le da la forma útil al producto para que finalmente éste sea enfriado, favoreciendo su solidificación y confiriéndole estabilidad, evitando así deformaciones posteriores. Una vez frío es cortado en pedazos pequeños llamados "pellets". IMAGEN 2. 8 VISTA ESQUEMÁTICA DE UNA MAQUINA EXTRUSORA

Fuente: internet. Google imágenes extrusión

2.6. COMPONENTES DE LA EXTRUSORA 2.6.1. TOLVA Es el depósito de materia prima, en donde el material plástico es colocado en forma de pellets o gránulos para la alimentación continua de la máquina extrusora.

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Debe tener dimensiones apropiadas para ser completamente eficaz, malos diseños, principalmente en los ángulos de bajada de material, pueden provocar estancamiento del material y paros inesperados en la producción. IMAGEN 2. 9 Tipos de Tolvas

Fuente: diseño de una maquina recicladora de PET

2.6.2. BARRIL O CAÑÓN Es un cilindro metálico que aloja al husillo y constituye el cuerpo principal de una máquina de extrusión, conforma, junto con el tornillo de extrusión, la cámara de fusión y bombeo de la extrusora. En pocas palabras es la carcasa que envuelve al tornillo. El barril debe tener una compatibilidad y resistencia al material que esté procesando, es decir, ser de un metal con la dureza necesaria para reducir al mínimo cualquier desgaste. La dureza del cañón se consigue utilizando aceros de diferentes tipos y cuando es necesario se aplican métodos de endurecimiento superficial de las paredes internas del cañón, que son las que están expuestas a los efectos de la abrasión y la corrosión durante la operación del equipo. El cilindro debe ser lo suficientemente sólidos como para soportar presiones de hasta 70 MN/m2 (meganewtons ≈ 700 Kg/cm2), resistentes a los efectos térmicos para aguantar temperaturas de hasta 400 °C y lo suficientemente resistentes al desgaste y a la corrosión.

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IMAGEN 2. 10 RESISTENCIAS ELÉCTRICAS MONTADAS EN EL CAÑÓN DE UN EXTRUSOR

Fuente: MORALES, J.E. (2010). Introducción a la ciencia y tecnología de los plásticos.

El barril posee resistencias eléctricas que proporcionan parte de la energía térmica que el plástico requiere para ser fundido. El conjunto de resistencias, en algunos casos va complementado con un sistema de enfriamiento que puede ser un flujo líquido o por ventiladores de aire. Todo el sistema de calentamiento se controla desde un tablero, donde la temperatura de proceso se establece en función del tipo de material y del producto deseado. 2.6.3. PLATO ROMPEDOR Y FILTROS Constituyen el punto de transición entre la extrusora y el cabezal. A estos componentes les corresponde una parte importante de la calidad del material extrudado. El plato rompedor es el primer elemento del cabezal destinado a romper con el patrón de flujo en espiral que el tornillo imparte; mientras que la función de los filtros es la de eliminar del extrudado partículas y/o grumos provenientes de impurezas, carbonización, pigmentos y/o aditivos. IMAGEN 2. 11 PLATO ROMPEDOR Y FILTROS

Fuente: tecnologiadelosplasticos.blogspot.com

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En lo que respecta a su diseño, el plato rompedor no es más que una placa cilíndrica horadada. Por otro lado, las mallas deben ser fabricadas con acero inoxidable, ya que las compuestas con cobre o bronce tienen un efecto catalítico sobre las reacciones termo-oxidativas. 2.6.4. GARGANTA DE ALIMENTACIÓN El cilindro puede estar construido en dos partes, la primera se sitúa debajo de la tolva y se denomina garganta de alimentación. Suele estar provista de un sistema de refrigeración para mantener la temperatura de esta zona lo suficientemente baja para que las partículas de granza no se adhieran a las paredes internas de la extrusora. La garganta de alimentación está conectada con la tolva a través de la boquilla de entrada o de alimentación. IMAGEN 2.5. GARGANTA DE ALIMENTACIÓN

Fuente: diseño de una maquina recicladora de PET

2.6.5. TORNILLO O HUSILLO Gracias a los intensos estudios del comportamiento del flujo de los polímeros, el husillo ha evolucionado ampliamente desde el auge de la industria plástica hasta el grado de convertirse en la parte que contiene la mayor tecnología dentro de una máquina de extrusión.

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Por esto, es la pieza que en alto grado determina el éxito de una operación de extrusión. Con base al diagrama, se describen a continuación las dimensiones fundamentales para un husillo y que, en los diferentes diseños, varían en función de las propiedades de flujo de polímero fundido que se espera de la extrusora. El tornillo o husillo consiste en un cilindro largo rodeado por un filete helicoidal. El tornillo es una de las partes más importantes ya que contribuye a realizar las funciones de transportar, calentar, fundir y mezclar el material. IMAGEN 2. 12 TORNILLO DE UNA EXTRUSORA

Fuente: el mecanismo del husillo

Zona de Alimentación: En esta parte, los filetes (distancia entre el extremo del filete y la parte central o raíz del husillo) son muy pronunciados con el objeto de transportar una gran cantidad de material al interior del extrusor, aceptado el material sin fundir y aire que está atrapado entre el material sólido. Zona

de

compresión:

los

filetes

del

tornillo

decrecen

gradualmente

(compactación) y se expulsa el aire atrapado entre los pellets. Cumple la función de fundir y homogenizar el material. Zona de dosificación: Ejerce presión sobre el material para dosificarlo hacia el cabezal y garantiza que el material salga de la extrusora homogéneo, a la misma temperatura y presión.

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2.6.6 BOQUILLA La boquilla de extrusión es el componente del cabezal encargado de la conformación final del extrudado. Se debe velar por que el polímero fluya, con volumen y velocidad de flujo uniforme, alrededor de toda la circunferencia de la boquilla, de manera de lograr espesores uniformes. Los diseños actuales de boquillas presentan dos secciones claramente definidas. La primera de estas secciones es conocida como: cámara de relajación; mientras que la segunda puede ser llamada cámara de salida (die land). La cámara de relajación de la boquilla tiene como propósito producir la desaceleración del material e incrementar el tiempo de residencia en la boquilla de manera tal que el polímero relaje los esfuerzos impartidos por el paso a través de los paquetes de filtros y el plato rompedor. La cámara de descarga (Die land) produce el formado del perfil deseado con las dimensiones requeridas. Los parámetros básicos para la especificación de una boquilla son: El diámetro y la abertura de la salida. Adaptadores: Son requeridos cuando la boquilla no es diseñada específicamente para un determinado extrusor. Debido a que los fabricantes de extrusoras y boquillas no siempre son los mismos, el uso de adaptadores suele ser común. IMAGEN 2. 13 CABEZAL DEL EXTRUSOR

Fuente: docplayer.es/62302151-escuela-politecnica-del-ejercito.html

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2.7. EL MOTOR El motor de la extrusora es el componente del equipo responsable de suministrar la energía necesaria para producir: la alimentación de la resina, parte de su fusión (70 a 80%), su transporte y el bombeo a través del cabezal y la boquilla. Los motores incorporados en las líneas de extrusión son eléctricos y operan con voltajes de 220 y 440 V. Las extrusoras modernas emplean motores DC (corriente continua), ya que permiten un amplio rango de velocidades de giro, bajo nivel de ruido y un preciso control de la velocidad. Se recomienda que la potencia de diseño sea de 1 HP por cada 10 a 15 Ib/h de caudal, sin embarco para las aplicaciones de alto requerimiento de mezclado esta relación puede llegar a ser de 1HP por cada 3 a 5 lb/h.0 La velocidad alcanzada por los motores resulta más elevada que la requerida por el tornillo. Las cajas reducen la velocidad hasta en un 20:1. 2.8. IMPORTANCIA DE LA TEMPERATURA EN LA FASE DE ALIMENTACIÓN DE LA RESINA Con la mayor parte de los materiales poliméricos, y en especial las poliolefinas, es necesario mantener la temperatura de la zona de alimentación al tornillo, conocida como "garganta de alimentación", al menos a 50°C por debajo de la temperatura de fusión del polímero. Una temperatura muy baja en la zona de alimentación impide que la fusión de la resina produzca la adhesión de la misma a la superficie del tornillo; minimizando el flujo de material por arrastre, y por lo tanto el caudal extruido. Generalmente, el uso de agua corriente permite mantener la temperatura de la garganta en los límites deseados (Tm-50°C); sin embargo, en ambientes calientes y con equipos de alto caudal de producción puede requerirse el uso de agua enfriada en torres o incluso, refrigerada.

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3.1 CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES

PERFIL DE PROYECTO DE GRADO “DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN EXTRUSOR PROCESADOR DE ENVASES PET PARA OBTENCIÓN DE FILAMENTOS BASE DESTINADOS A IMPRESORAS 3D DE LA UNIVERSIDAD PRIVADA DOMINGO SAVIO” AGOSTO

Planeación Y Documentación

FASE

ACTIVIDADES Introducción al proyecto Selección del proyecto Presentación del perfil del proyecto Corrección de las observaciones Presentación final de perfil Diagnostico situacional Elaboración de los capítulos

SEPTIEMBRE

OCTUBRE

NOVIEMBRE

DICIEMBRE

S1 S2 S3 S4 S1 S2 S3 S4 S1 S2 S3 S4 S1 S2 S3 S4 S1 S2 S3 S4 OK OK OK

OK

OK

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OK

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OK P

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OK

P

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OK

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BIBLIOGRAFIA ARISTEGUI MAQUINARIA. ARISTEGUI MAQUINARIA. 8 de ABRIL de 2013. https://www.aristegui.info/la-evolucion-de-la-extrusora/. GOMÉZ, GÓMEZ, JIMMY JOANE, y EDWIN BEDOYA GUTIÉRREZ. «LEARN MORE.» NOVIEMBRE

de

2007.

https://www.academia.edu/31756625/DISE%C3%91O_DE_UNA_EXTRUSORA _PARA_PL%C3%81STICOS. EXTRUSIÓN DE PLASTICOS, Luís Francisco Ramos del valle, Principiosbásicos, 2 ed. México: Limuza V.K SAVGORODNY, Transformación de plásticos. 2 ed. Barcelona:GUSTAVO PILI S.A Disponible en Internet:http://www.monografias.com/trabajos14/polimeros/polimeros.shtm/# propiedad. Disponible en Internethttp://www.materiales.eja.edu.co/ciancia%20de%20los%20materiales/ar ticu-el%20polipropileno.htm.

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