Maquina Trituradora DE Plasticos PDF

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Curso de diseño
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UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERÚ FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA MECÁNICA

PLAN DE TESIS:

“DISEÑO DE UN MAQUINA TRITURADORA DE PLÁSTICO PET PARA LA EMPRESA RENUVIDA WANKA S.A.C. - HUANCAYO” PRESENTADO POR: BENITO GABINO, Paul Enrique GRANADOS BORJA, Luis Fernando GUTIERREZ ASTO, Juan José

Huancayo, enero, 2021 PERÚ

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DEDICATORIA

"A DIOS TODOPODEROSO, por guiarnos, darnos sabiduría y permitirnos llegar hasta donde estamos". "A nuestros padres por el apoyo incondicional que en todo momento nos han brindado a lo largo de nuestra vida". "A todos nuestros compañeros de estudio, amigos y profesores, que, durante nuestra vida universitaria, nos brindaron su amistad, consejo y ánimo".

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AGRADECIMIENTOS

"A DIOS TODOPODEROSO, por no desampararnos nunca durante el transcurso de nuestra carrera". "A nuestros padres por enseñarnos a ser mejores personas cada día, y con sus ejemplos habernos inspirado a lograr nuestras metas durante toda nuestra vida". "A nuestros amigos y demás personas que nos han ayudado y acompañado a lo largo de nuestra vida universitaria". "A nuestro tutor por brindarnos sus conocimientos de ingeniería y permitirnos culminar de manera exitosa este reto". "Al personal académico y administrativo de la UNCP, por darnos los recursos y la formación necesaria para lograr ser los mejores profesionales posibles".

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ÍNDICE

ÍNDICE RESUMEN CAPÍTULO I: PLANTEAMIENTO DEL ESTUDIO 1.1 Identificación del problema ............................................................................................

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1.2 Formulación del problema ..............................................................................................

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1.2.1 Problema general ......................................................................................................

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1.2.2 Problemas específicos ...............................................................................................

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1.3 Objetivos de la investigación ..........................................................................................

6

1.3.1 Objetivo general. .......................................................................................................

6

1.3.2 Objetivos específicos ................................................................................................

6

1.4 Justificación e importancia del proyecto..........................................................................

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1.4.1 Razones que motivan la investigación………………………………………...……

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1.4.2 Importancia del tema de investigación…………………………….…………..…...

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1.5 Alcances y limitaciones de la investigación ....................................................................

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CAPÍTULO II: MARCO TEÓRICO 2.1. Antecedentes del estudio………………………………………………………………

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2.2. Bases teóricas…………………………………………………………………………. 2.3. Bases conceptuales……………………………………………………………..……...

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2.3.1. Tereftalato de Polietileno (PET) .............................................................................

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2.3.1.1. Aplicaciones del PET.........................................................................................

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2.3.2. Cómo se recicla el PET ........................................................................................... 2.3.3. Equipo para reducción de tamaño. ..........................................................................

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2.3.3.1. Trituración ......................................................................................................... 2.3.3.2. Molienda ...........................................................................................................

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2.3.4. Tenacidad a la fractura del PET ..............................................................................

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2.3.5. Trituradoras .............................................................................................................

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2.3.5.1. Triturador de martillos ...................................................................................... 2.3.5.2. Triturador de cuchillas ......................................................................................

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2.3.5.3. Triturador de cuchillas cortadoras rotatorias ....................................................

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2.3.6. Potencia del motor (HP)........................................................................................... 2.3.7. Torsión en el eje.......................................................................................................

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2.3.8. Esfuerzos normales para vigas en flexión ...............................................................

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2.3.9. Factor de Diseño y Factor de seguridad .................................................................. 2.3.10. Velocidades periféricas para la molienda y trituración..........................................

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2.3.11. Selección del material de fabricación de las cuchillas...........................................

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2.3.11.1. Características generales del acero AISI D2…………………………………

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2.3.11.2. Aplicaciones del acero AISI D2……………………………………………... 2.3.12. Estructura general de las cizallas……………………………………………… ... 2.3.13. Selección de cadena (transmisión de potencia)…………………...……………...

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CAPÍTULO III: HIPÓTESIS, VARIABLES Y DEFINICIONES OPERACIONALES 3.1. Hipótesis de investigación…………………………………………..………………... 3.1.1 Hipótesis general………………………………………………………………..…

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3.1.2 Hipótesis especificas….………………………….………………………………..

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3.2. Operacionalización de variables……………………………………………………… 3.2.1 Variable independiente…………………………………………………………….

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3.2.2 Variable dependiente………………………………………………………………. 3.3. Matriz de Operacionalización de Variables …………………………………………... CAPÍTULO IV: METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN 4.1. Método de investigación………………………………………………………………

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4.2.Tipo de investigación………………………………………………………………….. 4.3.Nivel de investigación…………………………………………………………………. 4.4.Diseño de la investigación…………………………………………………………….. 4.5.Población y muestra o unidad de observación………………………………………… 4.6.Técnicas e instrumentos de recolección de datos ………………………………………

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4.7.Técnicas de procesamiento y análisis de datos ……………………………………….. CAPITULO V: ASPECTOS ADMINISTRATIVOS 5.1. Cronograma de actividades 5.2. Presupuesto y financiamiento

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5.3. Materiales y equipos a utilizar

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REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ANEXOS

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ÍNDICE DE FIGURAS Figura 1: Eje con cuchillas desfasadas……………………………………………………………….

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Figura 2: Máquina trituradora de botellas PET………………………………………………………

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Figura 3: Sistema de cuchillas para la máquina trituradora de botellas PET………………………...

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Figura 4: Máquina trituradora de residuos plásticos…………………………………………………

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Figura 5: Triturador de botellas plásticas tipo PET…………………………………………………..

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Figura 6: Triturador de cuchillas rotatorias PET……………………………………………………..

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Figura 7: Triturador de martillos……………………………………………………………………..

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Figura 8: Triturador de cuchillas……………………………………………………………………..

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Figura 9: Diagrama del esfuerzo de torsión………………………………………………………….

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Figura 10: Esfuerzos normales para viga en flexión…………………………………………………

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Figura 11: Esfuerzo de tensión y compresión..………………………………………………………

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Figura 12: Angulo de corte de cizalla………………………………………………………………..

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Figura 13: Angulo de corte de cizalla………………………………………………………………..

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Figura 14: Cadenas en piñón………………………………………………………………………....

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CAPÍTULO I

PLANTEAMIENTO DE LA INVESTIGACIÓN 1.1. Fundamentación del Problema: Actualmente uno de los recursos no metálicos más utilizado en aplicaciones de la vida diaria es el plástico, por su fácil producción y peso ligero. Sin embrago, el problema que se presenta con este material es que no se degrada fácilmente y conduce a problemas de contaminación, lo que conlleva hoy en día a su recuperación (César Cisneros & Sánchez Adrianzén, 2014). Para que este plástico recuperado sea eficiente debe cumplir con una granulometría indicada, y esto se logra haciendo uso de los molinos. De allí nace la necesidad de diseñar un molino que posea la capacidad de moler materiales plásticos sólidos con facilidad y lograr que cumplan con la granulometría indicada (Vásconez Ortiz, 2013). Vivir en un mundo donde no exista los plásticos sería muy difícil para el ser humano, ya que ha llegado hacer muy importante en nuestro estilo de vida, sin embargo, uno de los grandes problemas a los que afronta el mundo entero es el incremento de residuos sólidos (basura), y esto no solo no es solamente por la falta de interés que muestran nuestras autoridades, sino que también nosotros somos culpables ya que no tenemos el hábito de reciclar. Este material plástico posee un impacto negativo en nuestro medio ambiente, ya que por muchos años se viene acumulando y cada objeto dura aproximadamente unos 500 años en desintegrarse, hasta que esto suceda el plástico prácticamente vive con las personas, plantas, animales y afectando cada vez más en lo profundo de los océanos (Monteza Leiva, 2019).

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En la actualidad, la cantidad de residuos sólidos ha ido aumentando considerablemente, entre ellos podemos destacar: plásticos, papeles, vidrios, metales, etc. y su manipulación inadecuada de estos desechos es uno de los problemas ambientales más graves que afecta a nuestro país. Los mercados asiáticos compran todo lo que se produzca del PET. Por esa razón en Perú hay plantas que se encargan de la recolección de este material, para luego ser exportado; sin embargo, uno de los problemas previos que se enfrenta a menudo es la ineficiencia en el traslado de los residuos de botellas plásticas desde lugares de recolección hasta el punto de acopio, lugar de abastecimiento de plantas encargadas de moler y limpiar el PET, ya que para cada masa que posee es muy poca a comparación con el volumen (Vásconez Ortiz, 2013). Actualmente una gran cantidad de materiales plásticos es consumida diariamente, esta elevada producción lleva consigo un mayor uso de los recursos naturales y aumentando considerablemente una mayor contaminación ambiental el cómo reciclar o reutilizar los 2 productos que son desechados, como por ejemplo una vez consumidas las bebidas que vienen en botellas plásticas. En nuestro país, Perú las botellas de plástico son obtenidas directamente del consumidor como también en lugares donde el recolector las vende, pero cuando hablamos de su reciclaje tiene mucho volumen y muy poca densidad por lo cual ocupa demasiado espacio y poco peso. La empresa recicladora RENUVIDA WANKA dedicada a recolectar y transportar los restos sólidos como botellas plásticas tiene como objetivo seguir creciendo en el mercado, sin embargo, presenta deficiencias al momento de almacenar y transportar dichos residuos.

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1.2. Formulación del Problema 1.2.1. Problema General ¿Cómo diseñar una máquina trituradora de plástico que permita obtener plástico PET molido para la empresa RENUVIDA WANKA S.A.C? 1.2.2. Problemas Específicos  ¿Cómo obtener una correcta medida final de granos del plástico molido?  ¿Cómo desarrollar un correcto sistema de transmisión para el molino de plástico?  ¿Cómo garantizar que el diseño del molino sea viable?

1.3. Objetivos de la Investigación 1.3.1. Objetivo General Diseñar una máquina trituradora de plástico que permita obtener plástico PET molido para la empresa RENUVIDA WANKA S.A.C 1.3.2. Objetivos Específicos  Obtener una correcta medida final de granos del plástico molido.  Desarrollar un correcto sistema de transmisión para el molino de plástico.  Garantizar que el diseño del molino sea viable.

1.4. Justificación e Importancia del Proyecto: 1.4.1. Razones que Motivan la Investigación: El desarrollo de este trabajo permitirá contar con el diseño de un molino que podrá moler plásticos sólidos lo cual se puede lograr con un diseño que cumpla con las exigencias

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y además incentivar la actividad del reciclaje en las industrias, bajo la premisa de que al emplearlo podrán contribuir a la preservación del ambiente y además reducir costos al reutilizar material; además al automatizarse podrían lograr mayor competitividad en el mercado y así maximizar sus ganancias, dando como resultado una gestión eficiente dentro de las mismas.

1.4.2. Importancia del Tema de Investigación: La presente investigación contribuye al desarrollo de un diseño tecnificado de nuevos molinos de cuchillas para empresas recuperadoras de plásticos, los cuales pueden ser fabricados dentro del territorio nacional y así evitar lo costos y tiempos innecesarios que acarrean el proceso de importación. Esto generará mayor productividad en las empresas y con ello se logrará incentivar al pueblo peruano de las ventajas que se obtienen al reciclar los plásticos.

1.5. Alcances y Limitaciones de la Investigación El alcance que contiene este proyecto está basado exclusivamente en el diseño de la máquina, debido a que su diseño es netamente teórico se tomó como referencia la empresa RENUVIDA WANKA S.A.C. Este proyecto tiene como significado solucionar la disminución de botellas plásticas de PET en los botaderos y calles de la ciudad así mismo será aplicado para las empresas de reciclaje las cuales no cuentan con la maquinaria para triturar el PET. Este proyecto presenta una limitación importante la cual es que solamente se realizara el diseño de la máquina, más no a la construcción de la misma.

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CAPÍTULO II MARCO TEÓRICO 2.1. Antecedentes del Estudio En los últimos años se ha avanzado con la tecnología y se han creado nuevos y mejores envases para poder almacenar alimentos y bebidas siendo que uno de los materiales más usado es el llamado PET (Tereftalato de Polietileno), que con el cual se pueden producir botellas de dicho material. Este material PET demora alrededor de 500 años en degradarse; además de eso, se generan desechos tóxicos y su tiempo de degradación aumenta si el material se encuentra enterrado, afectando, de este modo, la productividad agrícola en los suelos, lo que afecta directamente a la economía y a la forma de vida de la población (MINAM, 2018). En nuestro país se producen e importan productos elaborados a base de PET (Tereftalato de polietileno), que son principalmente, envases de botellas para las bebidas gaseosas, cuyo consumo ha ido creciendo en las últimas décadas; esto se debe a que este material tiene características únicas como: una alta transparencia que sirve para visualizar su contenido; tiene una alta resistencia a la corrosión, convirtiéndolo en un material apto para el almacenamiento o envasado de alimentos y bebidas; posee una amplia resistencia química y física y por ultimo puede adoptar diversas formas debido al proceso de moldeo (MINAM, 2018). En la mayoría de casos, la utilización de estas botellas es de uso descartable y si no se tiene una adecuada disposición final de estos productos se contaminaría el mar y el suelo. Gracias al reciclaje se estaría reutilizando estos componentes y obteniendo nuevos productos derivados.

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En un estudio realizado en la Universidad del Pacífico en el año 2014, se realizó una tesis de un plan de negocio para implementar una planta recicladora de PET (César Cisneros & Sánchez Adrianzén, 2014), donde se planea realizar las operaciones de separación, triturado, lavado y secado, para luego ser embolsado y comercializado como materia prima, en este estudio se concluye que las condiciones de mercado existentes son propicias para la realización de este emprendimiento. Por lo tanto, se necesita desarrollar maquinas o equipos necesarios para realizar los procesos mencionados, entre ellos, el proceso de trituración donde se necesita una máquina trituradora de botellas PET. En un estudio realizado en Quito – Ecuador en la Escuela Politécnica Nacional en el año 2013, se hizo el diseño y simulación de una máquina trituradora de plásticos de 15 kg/h para el laboratorio de conformado de la facultad de ingeniería mecánica (Vásconez Ortiz, 2013), donde analizan diversos sistemas de trituración y finalmente se escoge la alternativa correspondiente al sistema de un eje con cuchillas desfasadas a lo largo del mismo, la cual se muestra en la figura 1.

Figura 1: Eje con cuchillas desfasadas (Vásconez Ortiz, 2013).

En un estudio realizado en la Universidad de las Fuerzas Armadas el año 2014, se diseñó y construyó un prototipo experimental de una máquina perforadora de botellas de PET (Villacís

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Núñez, 2014). Con esta máquina que perfore los envases antes del proceso de prensado se estaría disminuyendo la energía que se utiliza para compactar las botellas, aumenta la densidad de los fardos compactados y disminuye los costos de almacenamiento. Para la construcción de esta máquina se utiliza dos rodillos con puntas que perforan las botellas PET y giran en sentido opuesto. En otro estudio realizado en la Universidad Autónoma de Ciudad Juárez el 2014, se diseña un prototipo de máquina trituradora de botellas PET (Villalba García et al., 2016), esta máquina usa dos ejes con cuchillas que giran en sentidos opuestos y el material usado para elaborar estas cuchillas es acero SISA A2, debido a su buena tenacidad y moderada resistencia al desgaste. La figura 2 muestra un esquema de la máquina trituradora presentada en la referencia (Villalba García et al., 2016).

Figura 2: Máquina trituradora de botellas PET (Villalba García et al., 2016).

En la figura 3 se muestra el sistema de cuchillas utilizado para el diseño de máquina trituradora de botellas PET (Villalba García et al., 2016).

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Figura 3: Sistema de cuchillas para la máquina trituradora de botellas PET (Villalba García et al., 2016).

En un estudio realizado en la International Journal of Mechanical And Production Engineering en la India, se diseña una máquina trituradora de residuos plásticos para pequeñas plantas recicladoras (Darshan & Gururaja, 2017). En este estudio se menciona que las pequeñas plantas de reciclaje no necesitan de grandes maquinas industriales que son costosas y que procesan una gran cantidad de plásticos, sino que, necesitan una maquina más económica y que sea fácil de dar mantenimiento. El diseño planteado usa dos ejes con cuchillas para triturar el plástico, es un diseño similar al estudio de Villalba García, pero con diferencias en cantidad y diseño de cuchillas tal como se muestra en la figura 4.

Figura 4: Máquina trituradora de residuos plásticos (Darshan & Gururaja, 2017).

En otro estudio realizado en la Escuela Superior Politécnica de Chimborazo - Ecuador, se realizó el diseño y construcción de un equipo triturador de botellas plásticas tipo PET (Freire

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Cárdenas & Gonzáles Mosquera, 2013). El sistema de trituración de este diseño es mediante un eje con cuchillas rotatorias (c...