Trituradora de Plásticos para Reducir la Contaminación en Morelia - Prof. Ochoa Ruiz, Essays (university) of Machine Design

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TECNOLÓGICO NACIONAL DE MÉXICO

INSTITUTO TECNOLÓGICO DE MORELIA

DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA MECÁNICA

Taller de investigación 1

Disminución de la contaminación en la región

de Morelia por medio del rediseño de una

trituradora de plásticos

Entrega del protocolo

Profesora: Nancy Martínez Gutiérrez

Alumno: José Alexander Ochoa Ruiz

No de control: 20120569

Morelia Mich., 17 de octubre del 2022

Índice

• Resumen
• Abstract
• Introducción.....................................................................................................................
• Antecedentes del problema.............................................................................................
  • Trituradora de plástico..............................................................................................................................
  • Conjunto de la cuchilla de la trituradora
  • Trituradora de doble eje con cambio rápido
  • Trituradora de dos sbaft con un corte intercambiable
• Planteamiento del problema
• Objetivos
  • Objetivo general......................................................................................................................................
  • Objetivos específicos
• Justificación...................................................................................................................
• Marco teórico
  • Reciclaje
  • Trituración:..............................................................................................................................................
  • PLASTICO
    • PET (Tereftalato de polietileno):
    • HDPE (Polietileno de alta densidad):
    • LDPE (Polietileno de baja densidad):
    • PVC (Policloruro de vinilo)
    • PP (Polipropileno):
    • PS (Poliestireno):
  • Proceso de reciclaje mecánico
  • Pellets
  • Proceso de peletización del plástico
  • Partes de una trituradora de plásticos....................................................................................................
    • Tolva.
    • Criba
    • Cuchillas y separador de cuchillas:......................................................................................................
    • Caja de engranes:
    • Eje:.......................................................................................................................................................
    • Motor.
  • Solidworks;
  • Falla por fatiga
    • Factor de superficie (Ka)
    • Factor de Tamaño
    • Factor de temperatura kc
    • Factor de temperatura kd
    • Factor de confiabilidad ke
  • Factor de seguridad para para fatiga
  • Materiales de los ejes
    • Aceros ANSI 1020-
    • SAE 1010 Y SAE 1020...........................................................................................................................
    • Acero SAE
    • Acero SAE
    • Acero SAE
    • Acero SAE
• Hipótesis
• Referencias
• Figura 1: trituradora de plásticos; alimentador [Calvin et al, 2018] Índice de figuras
• Figura 2:trituradora de plásticos; vista frontal [Calvin et al, 2018]
• Figura 4: cuchilla intercambiable, 6 filos [Bushman et al, 2021]
• Figura 3: eje de cuchillas intercambiables [Bushman et al, 2021]
• Figura 5: eje con cuchillas de intercambio rápido [Manuel Lyndna et al, 2017]
• Figura 6: Conjunto de cuchillas montables en el eje [Abel et al, 2013]
• Figura 7: Tipos de plásticos y veces que se puede reciclar.
• Figura 8: falla por fatiga (rotativa)
• Figura 9: ecuación para el factor de superficie
• Figura 10: factor de tamaño, en relación al diámetro
• Figura 11: Factor de temperatura dependiendo del esfuerzo aplicado
• Figura 12: ecuación para calcular el factor de seguridad por falla de fatiga [Goodman]
• Tabla 1: valores para a y b Índice de tablas
• Tabla 2: Factores de temperatura
• Tabla 3: tabla del factor de confiabilidad

Resumen

Durante el presente proyecto se tratara de reducir la contaminación en Morelia, ya que en esta zona no hay trituradoras de plástico y las que hay son muy viejas y tardan en triturar grandes cantidades de plásticos y no son aptas para todo tipo de plásticos, por eso se diseñará un eje, el cual pueda hacer que las cuchillas cambien de posición otorgándoles un ángulo de corte mayor o menor, esto de acuerdo con lo que se quiera triturar o dependiendo del material y la geometría del envase de pastico, ya que dependiendo del ángulo de las cuchillas algunas geometrías pueden ser difíciles de triturar, sin ser aplastadas o cortadas con anterioridad. Otro diseño es poder hacer que las cuchillas estén más separadas y puedan triturar materiales de distintas geometrías, esto gracias a que el eje se pueda autoajustar para tener espacios de cuchillas más separados, para esto se requiere un rediseño tanto del eje y de los separadores, cada uno contando con un rediseño de la geometría, el tipo de material, el mecanismo, dimensiones, factor de seguridad, estimación de la vida útil etc. En este caso se hará una trituradora la cual tenga esas tres cualidades, ajuste automático de cuchillas, separación de las cuchillas por medio del eje y de los separadores.

Abstract

During this project we will try to reduce pollution in Morelia, since in this area there are no plastic shredders and the ones that exist are very old and take time to shred large amounts of plastic and are not suitable for all types of plastics, that is why An axis will be designed, which can make the blades change position, giving them a greater or lesser cutting angle, this according to what is to be crushed or depending on the material and geometry of the paste container, since depending on the angle of the blades some geometries can be difficult to shred, without being crushed or cut beforehand. Another design is to be able to make the blades more separated and can crush materials of different geometries, this thanks to the fact that the shaft can be self-

Antecedentes del problema

Trituradora de plástico

Calvin Moore, Newark crearon un aparato triturador de botellas que genera fragmentos de plástico optimizados para el reciclaje, el cual es autoalimentada, acomodando las botellas en una porta botellas y por medio de un tobogán llevarlo a la trituradora, la trituradora tiene la capacidad de distinguir entre latas o botellas de vidrio, plástico y metal, y tiene capacidad de almacenamiento en la parte inferior del gabinete que alberga el aparato triturador de latas. Esta máquina fue creada a partir de la necesidad de triturar diferentes tipos de plásticos con una sola máquina, el creador hizo planos muy detallados, el cual vienen todas las partes que componen la trituradora, al igual que diferentes vistas en las cuales se pueden apreciar mejor todos los componentes de la trituradora. Esta máquina se hizo para reducir los residuos de plástico, ya que a medida que la producción de plásticos sigue aumentando, se hace necesaria la mejora de los servicios de reciclaje, y por eso la importancia de hacer distintos tipos de trituradoras con características diferentes, obteniendo así una máquina para generar fragmento de Figura 2 :trituradora de plásticos; vista frontal [Calvin et al, 2018] Figura 1 : trituradora de plásticos; alimentador [Calvin et al, 2018]

plástico, la cual es muy segura de usar por sus sistemas de detención y auto alimentación. [1]

Conjunto de la cuchilla de la trituradora

Ted Bushman Rogers, West Haven, Michael Bradley Swenson, North Salt Lake hicieron una cuchilla con 6 filos principales de la cuchilla (cada arista), pero aparte tiene cuchillos de forma triangular que pueden ser intercambiados, de los cuales sobresale un vértice del triángulo actuando como cuchilla, cuando se desgaste una cuchilla se gira 120 grados y se tiene un nuevo filo. Por medio de un rotor (la cuchilla principal) se insertan cuchillas con forma triangular la cual sobresale una arista, haciendo la función de una sierra. Se hizo por medio de planos detallados, en los cuales muestra los insertos de cuchillas al igual que la cuchilla principal. Se realizó para ahorrar en cuchillas, ya que algunas cuchillas solo se desgastan de un solo lado, así se aprovecha al máximo las dimensiones de la cuchilla, tener separación entre las cuchillas principales, obtener diferentes tamaños de material. Obteniendo un diseño de cuchillas, en la cual la vida de las cuchillas dure más tiempo. [2] Figura 3: eje de cuchillas intercambiables [Bushman et al, 2021] Figura 4: cuchilla intercambiable, 6 filos [Bushman et al, 2021]

Trituradora de dos sbaft con un corte intercambiable

Michael Abeln, Halen (DE); Marcos Kolbeck, Steinfeld (DE) Hicieron unas cuchillas fáciles de extraer, ya que solamente es necesario insertarlo en el eje, al igual que sacarlo. La trituradora está compuesta por una carcasa, un primer y un segundo eje montados de forma giratoria en la carcasa, una pluralidad de primeros discos de corte en el primer eje, una pluralidad de segundos discos de corte discos de corte en el segundo eje, donde el primer y segundo disco de corte están desplazados axialmente entre sí, al menos algunos de los primeros discos de corte encajan respectivamente en un espacio intermedio entre dos segundos discos de corte vieron necesidad de retirar las cuchillas, para ahorrar tiempo a la hora de que una de las cuchillas se dañe, ya que en esta patente los discos son extraíbles uno por uno, lo que facilita quitar las partes dañadas o las cuales se necesitan afilar. Ya que la mayoría de trituradoras son industriales, hizo su trituradora para que el tiempo que se detiene, para el mantenimiento o el cambio de cuchillas sea menor, ya que solo se retira la cuchilla, se pone una nueva y se pone a trabajar. Obteniendo así una maquina la cual se pueden quitar las cuchillas. [4] Figura 6: Conjunto de cuchillas montables en el eje [Abel et al, 2013]

Planteamiento del problema

Desde siepre a existido la contaminacion en el mundo, pero estos ultimos años a aumentado, gran parte es gracias a los platicos y ningun lugar queda excento de esto y es una problemática que hay que tratar de disminuir, por lo menos en el lugar donde radico. Ya que en morelia se generan 1000 toneladas diarias de basura y solo se llegan a reciclar el 35%, pero la generación de plásticos rígidos es de aproximadamente 72 toneladas diarias, de hule 12.1 toneladas, poliestireno expandido 16.5 toneladas, y de poliuretano 28 toneladas y sabiendo que es muy alta la cantidad de contaminacion que se genera con los plasticos que no son reciclados y esto solo en morelia. En morelia solo se separan estos plasticos, es decir, que no los convierten en material triturado que es la base para el reciclaje de estos plasticos, asi que se pierde demasiado tiempo en transportanlos a una zona de triturado, este tiempo se podria implementar para triturar la mayor cantidad de basura que sea posible, pero se debe tener una trituradora que pueda triturar distintos tipos de materiales, de distintos tamaños y formas.

Objetivos

Objetivo general

Reducir la contaminación que hay en la localidad de Morelia, por medio de la realización y rediseño de una trituradora, generando pellets para facilitar el reciclaje.

Objetivos específicos

 Analizar los diseños existentes de trituradoras.  Analizar los distintos tipos de plásticos, observando sus diferentes cualidades.  Rediseñar las cuchillas ya existentes, para adaptarlos a distintas figuras.  Crear un mecanismo el cual haga que las cuchillas se muevan, ajustándolas a nuestro gusto y necesidad.

Marco teórico

Reciclaje

El reciclaje consiste en dar un aprovechamiento a los residuos sólidos que se generan y obtener de estos una materia prima que pueda ser incorporada de manera di-recta a un ciclo de producción o de consumo. La importancia del reciclaje radica en evadir la tala indiscriminada de árboles, disminuir la contaminación en el aire, agua, suelo y, por último, vivir en un planeta libre de contaminación. [5]

Trituración:

se entiende por trituración de sustancias solidas la transformación de un determinado material en trozos de menor tamaño por machacado o molido. Por la trituración de los materiales se incrementa su superficie libre, según las propiedades físicas de una sustancia, su dureza, su fragilidad, se emplea métodos distintos de trituración. En la trituradora de discos dentados se encuentran un disco fijo y uno giratorio fabricado con tal precisión que los dientes de las coronas dentadas concéntricas se adaptan perfectamente entre sí. La materia que hay que triturar se introduce en la proximidad del eje, penetra entre los dientes de los discos y allí se produce su desintegración por cizalladura y rozamiento. Variando el tamaño de los dientes se obtienen granos de tamaños diferentes. [5]

PLASTICO

Los plásticos son un gran grupo de materiales orgánicos que contiene como elemento principal el carbono, combinado con otros ingredientes como el hidrogeno oxígeno y nitrógeno. Es solido en su estado final, pero en alguna etapa de su manufactura es

suficientemente suave para ser moldeado por muchos sistemas por medio de calor y/o presión. Los plásticos se pueden dividir en distintos tipos, debido a su composición. Los plásticos más comunes se clasifican con un número del 1 al 7 PET (Tereftalato de polietileno): Se usa en las botellas de agua o de bebidas. Solo puede emplearse como material para almacenar alimentos la primera vez. Después, se utiliza para crear fibras textiles, como el tejido de forro polar, que es 100% PET, o envases para unos no alimentarios. Cualidades:  Alta resistencia  Buena barrera a CO2 y a la humedad.  Compatible con otros materiales.  Reciclable.  Bajo peso.  Impermeable.  Aprobado uso para contacto alimentario. HDPE (Polietileno de alta densidad): El polietileno de alta densidad (PEAD) o HDPE es flexible, pero con cierta rigidez, y resiste impactos químicos y temperaturas además del agua, por ese motivo se emplea en envases como botellas de leche, productos de limpieza o aceite para motores. Después de reciclarse suele ser usado para hacer nuevos envases, cajas, juguetes, detergentes, tiestos e incluso algunos muebles. Cualidades:  Alta resistencia química y térmica.  Resistencia a los impactos.  Sólido, incoloro.  Facilidad de procesar.

usarse como tubo de drenaje e irrigación. Su reciclado es bastante complejo, pero es posible hacerlo. Cualidades:  Puede ser tanto rígido como flexible, según su proceso de producción.  Dúctil y tenaz y alta resistencia ambiental.  Baja densidad, alta resistencia a la abrasión y al impacto.  Estable e inerte: higiénico.  No se quema con facilidad.  Es eficaz para aislar cables eléctricos.  Bajo coste de instalación.  Resistencia a la corrosión.  Reciclable. PP (Polipropileno): El polipropileno o PP es un polímero termoplástico obtenido gracias a la polimerización del propileno. Es muy resistente y fácil de moldear. Se emplea en tapones de botellas, pajitas, fiambreras, neveras portátiles, fibras de tejidos y de alfombras, lonas y hasta pañales. El reciclado de este plástico también es posible. Cualidades:  Resistente al uso.  Resistencia a los agentes químicos.  Resistente al agua hirviendo.  Resistencia a las cargas.  Resistencia a los detergentes.  Bajo coste, fácil de moldear y colorear.  Buena estabilidad térmica.

PS (Poliestireno): El poliestireno o PS es un polímero termoplástico obtenido gracias a la polimerización del estireno. No es fácil de reciclar. El proceso es muy complicado, aunque técnicamente es posible.

Proceso de reciclaje mecánico

El reciclado mecánico, es un proceso físico sencillo que permite obtener escamas limpias de PET que son utilizadas directamente o bien mezcladas con polímero virgen en el proceso posterior de transformación para la obtención de distintos productos finales. Las escamas o pellets se obtiene de triturar los desechos plásticos, después de triturar los pasticos se calientan a ciertas temperaturas en las cuales puedan ser comprimidos, se agregan aditivos, para que por medio de una extrusora salga un filamento el cual debe ser cortado en pequeños cilindros llamados pellets, para después utilizar distintas máquinas y transformarlos en productos. [6]

Pellets

La pelitizacion del plástico es el proceso de comprimir o moldear un material en la forma de una bolita. Se granula una amplia gama de diferentes materiales, incluidos productos químicos, mineral de hierro, compuestos para animales, plásticos y más. Figura 7: Tipos de plásticos y veces que se puede reciclar.

Caja de engranes: “Una caja de engranajes es un contenedor que alberga engranajes en una máquina. Fabricado en aluminio y acero fundido, esta carcasa es lo suficientemente fuerte como para evitar que los engranajes de transmisión se desalineen con los demás en el interior.” Eje: Normalmente son hexagonales y es donde se montan las cuchillas, es el elemento que hace girar las cuchillas y transmite el movimiento del motor o en este caso de la caja de engranajes. Motor. Un motor es la parte sistemática de una máquina capaz de hacer funcionar el sistema, transformando algún tipo de energía (eléctrica, de combustibles fósiles, etc.), en energía mecánica capaz de realizar un trabajo. [7]

Solidworks;

Es un programa de diseño asistido por ordenador que utiliza un entorno grafico basado en el microsoft windows y que le convierte en una aplicación grafica con un interfaz de usuario conocido que facilita su aprendizaje. A diferencia de otros programas de diseño, solidworks se caracteriza por tener un entorno grafico intuitivo y fácil de manejar.

Falla por fatiga

“La falla por fatiga se debe a la formación y propagación de grietas. Por lo general, una grieta de fractura se inicia en una discontinuidad del material donde el esfuerzo cíclico es máximo.” Entre las diferentes condiciones que pueden acelerar el inicio de la grieta se destacan las temperaturas elevadas, ciclos de temperaturas, un entorno corrosivo y ciclos de alta frecuencia. Figura 8 : falla por fatiga (rotativa) Factores que modifican el límite de resistencia a la fatiga “Los factores de modificación se definen y usan para tomar en cuenta las diferencias entre la pieza de prueba y la parte de máquina real en relación con las condiciones de la superficie, tamaño, la carga, la temperatura, la confiabilidad y factores diversos. En este punto la carga sigue considerándose simple e invertida.” Factor de superficie (Ka) El factor de modificación depende de la calidad del acabado de la superficie de la parte y de la resistencia a la tensión. donde Sut es la resistencia mínima a la tensión y los valores de a y b se encuentran en la tabla 1. Figura 9: ecuación para el factor de superficie