UNIVERSIDAD POLITÉCNICA SALESIANA (SEDE QUITO)

FACULTAD DE INGENIERÍAS

INGENIERÍA MECÁNICA

COMPACTADORA DE BOTELLAS

Carlos Almeida

Juan Mayorga

Luis Ortega

Paul Torres

Quito 10-05-2013

CONTENIDO

INTRODUCCIÓN ................................................................................................................................... 3

OBJETIVOS ........................................................................................................................................... 4

GENERAL .......................................................................................................................................... 4

ESPECÍFICOS .................................................................................................................................... 4

MARCO TEORICO ................................................................................................................................. 5

IMPORTANCIA DEL RECICLAJE ......................................................................................................... 5

RECICLADO DE BOTELLAS DE PLASTICO .......................................................................................... 5

TIPO DE BOTELLA QUE SE UTILIZA .................................................................................................. 5

MÉTODO DE RECICLADO ................................................................................................................ 6

CALCULOS ........................................................................................................................................ 7

CALCULO DE LA CARGA ................................................................................................................. 11

CALCULO DEL DIÁMETRO .............................................................................................................. 12

CALCULO DE LA EFICIENCIA ........................................................................................................... 16

DISEÑO .............................................................................................................................................. 17

GASTOS EN LA ELABORACIÓN DE LA COMPACTADORA ................................................................... 19

CONCLUSIONES ................................................................................................................................. 19

RECOMENDACIONES ......................................................................................................................... 19

BIBLIOGRAFÍA .................................................................................................................................... 20

DIRECCION DE INTERNET .................................................................................................................. 20

INTRODUCCIÓN

En este documento se busca una eficiencia del diseño de un prototipo de una

compactadora de botellas plásticas, de esta manera, se busca preservar los recursos

naturales y optimizar costos de producción.

Las compactadoras son máquinas sumamente importantes en la actualidad, ya que

ayudan a la recolección y compactación de materia prima para la generación de nuevos

productos.

Por lo general, estás máquinas se encuentran en países que son potencias mundiales

como Estados Unidos, España y Alemania; pero con la gran diferencia de que dichas

máquinas reciclan un producto en especial, es decir, una máquina para plástico y una para

latas de aluminio; además, si el país quisiera importar dichas máquinas, el costo sería

excesivamente alto.

Debido a que este proyecto involucra investigación, se ha visto la necesidad de diseñar un

prototipo que unifique dichos procesos de reciclado para los tipos de materiales,

buscando así objetivos como la de reducir los volúmenes de desperdicio y la

implementación de nuevas alternativas tecnológicas.

OBJETIVOS

GENERAL

Diseñar un prototipo de una máquina compactadora de botellas de plástico PET

(Tereftalato de Polietileno) para lograr satisfacer la necesidad actual de mejorar los

tiempos de recolección y reciclado de materiales y así lograr la reducción de los

volúmenes de desperdicios.

ESPECÍFICOS

Diseñar el prototipo para formar bloques de 10 kg de peso.

Seleccionar los materiales para el bastidor.

MARCO TEORICO

IMPORTANCIA DEL RECICLAJE

El reciclaje además de contribuir a la naturaleza, mejora el medio ambiente, nos da

calidad de vida y lo mejor genera empleo, además es un proceso fisicoquímico o mecánico

que consiste en someter a una materia o un producto ya utilizado a un ciclo de

tratamiento total o parcial para obtener una materia prima o un nuevo producto.

RECICLADO DE BOTELLAS DE PLASTICO

Este es uno de los materiales más populares de la historia, y esto se debe a que es muy

barato de producir ya que se ha utilizado como remplazo de algunos materiales, pero a

medida que pasa el tiempo es muy necesaria la recuperación de los restos plásticos por la

contaminación que provocan.

TIPO DE BOTELLA QUE SE UTILIZA

PET (Tereftalato de Polietileno)

Es un polímero que se obtiene mediante una reacción de policondensación entre el ácido

tereftálico y el etilenglicol, además pertenece al grupo de

materiales sintéticos denominados poliésteres, también es un polímero lineal, con un alto

grado de cristalinidad y termoplástico en su comportamiento, lo cual es apto para ser

transformado por procesos de extrusión, inyección, inyección-soplado y termoformado.

Generalmente se utiliza en envases y frecuentemente contiene estabilizantes y

retardantes de flama, además se considera que el PET no ocasiona algún impacto severo a

la salud, y que representa un riesgo menor para el ambiente.

Aquí algunas características de utilizar PET en las botellas:

Fabricada en partes con materiales renovables, es decir totalmente reciclable.

Mayor resistencia al desgaste

Muy buen coeficiente de deslizamiento

Alta resistencia química.

Buenas propiedades térmicas.

Compatible con otros materiales barrera que mejoran en su conjunto la calidad

barrera de los envases y por lo tanto permiten su uso en marcados específicos.

MÉTODO DE RECICLADO

Reciclado Mecánico

Es un proceso físico mediante el cual el plástico post-consumo o industrial es recuperado

permitiendo su posterior utilización.

Ventajas del reciclado mecánico.

Desde el punto de vista técnico, las plantas de reciclado mecánico requieren

inversiones moderadas.

El proceso de reciclado del PET no conlleva contaminación del medio ambiente.

El reciclado mecánico de PET genera un producto de mayor valor agregado y es

materia prima para la producción de productos de uso final.

CALCULOS

Deducción de la formula de Euler

Para realizar los cálculos de tornillos es conveniente realizar un análisis de este como

columna ya que si supera 6 veces la longitud de su diámetro este a causa de la carga y su

longitud sufre el fenómeno llamado pandeo

Columna: Son miembros largos que soportan una carga de compresión axial y están

sujetos a una deflexión lateral llamada pandeo, que en caso de no ser tomada en cuenta

podría conducir a una repentina y dramática falla de la estructura o mecanismo y por

tanto, debe presentarse una especial atención al diseño de modo que sean capaces de

soportar con seguridad sus cargas sin pandearse.

Carga critica Es la carga axial máxima que una columna puede soportar cuando está a

punto de pandearse

Cuando la columna es cargada con la carga de pandeo, puede tener dos posiciones de

equilibrio

1. La posición recta

2. La Posición ligeramente deformada

Como una columna ideal (imagen a) de la figura es recta, teóricamente la fuerza axial

podría ser incrementada hasta que ocurra la falla, sea por fractura o por fluencia del

material.

Cuando se alcanza la carga critica, la columna está a punto de volverse inestable, de

manera que una pequeña fuerza lateral ocasionara que la columna permanezca en la

posición deflexionada cuando F deje de actuar, y cualquier incremento leve de la carga

más allá de la carga critica ocasionara deflexiones permanentes

Para determinar la carga critica se aplicara la relación de momento interno con su forma

deflexionada

Cuando la columna está en su posición deflexionada fig 2a, el

momento flexionante interno puede determinarse por medio

del metodo de la secciones. Se considerará el diagrama de

cuerpo libre mostradao en la figura 2b. En éste, tanto la

defelxión v como el momento interno M se muestan en

dirección positiva y de acurdo a la conveccion de signos se

suman los memontos quedando de la siguiente forma.

Esta es una ecuación diferncial de segundo grado homogénea con coeficientes constantes

la solución general es

Esta ecuación se satisface cuando C1=0; sin embargo, en tal caso V=0 la cual es una

solución trivial que requiere que la columna este siempre recta, aun cuando la carga

ocasione que la columna se vuelva inestable, por lo tanto queda la otra posibilidad cuando

La cual se satisafce cuando

O

De modo qu la carga critica en ocasione llamada Ecución de Euler con el minimo valor de

uno es la siguiente:

De donde:

L= Longitud del tornillo = 70 cm

P = Carga a la que se somete el tonillo =14.7759kg

E= Modulo de elasticidad del acero = 2.100.000 Kg/cm2

Pcr= Carga total; Kgf Pcr= P x k de donde P es la suma del peso a comprimir y del peso

de la lamina de acero ASTM A131

I = Momento de inercia, cm4

k = coeficiente de seguridad = 6 (tabla 1 )

d =diámetro de raíz a calcularse

CALCULO DE LA CARGA

P= F botellas+ W lamina acero

W lamina de acero:

Para calcular el peso de nuestra lamina de acero ASTM 131 con las medidas de

0.39mx0.39m y 0.004m de espesor calculamos con la fórmula de la densidad d= m/V

sabiendo que la densidad del acero naval es 7850Kg/m3 , por lo tanto dxV=m

7850Kg/m3 x 6.084x10-4 m3= 4.7759Kg

Por tanto:

P= 10kg+4.7759Kg = 14.7759Kg

CALCULO DEL DIÁMETRO

Remplazando la fórmula de la inercia y la de la carga critica (Pcr=Pxk) se obtiene

De donde P*k = 14.7759kg*6=88.6554 y remplazando en la última ecuación tenemos

d= 8.08mm

El valor calculado es de 8.08mm, sin embargo debe aproximarse a un valor estandarizado

que en este caso es de 15.88mm o 5/8 pulg (Tabla 3)

A partir de este nuevo valor se calcula la nueva carga máxima que soporta el tornillo

Este valor corresponde a la carga total que soporta el tornillo con el diámetro de raíz

estandarizado, calculado con la fórmula de Euler

A partir del valor de d estándar y con la tabla 4 se obtienen los otros parámetro necesarios

d = diámetro nominal 15.88mm

P = paso 4.6mm

dm = diámetro medio 13.6mm

dr = diámetro de raíz 11.3mm

h = altura del diente 2.3mm

l = avance (l=nP) (2 entradas) 9.2mm

L = longitud del tornillo 700mm

Calculo del torque

Se utiliza la siguiente formula

Según la tabla de coeficiente del prontuario de máquinas el coeficiente de rozamiento es

0.09(tabla 5) y el collarín sería del mismo material.

CALCULO DE LA EFICIENCIA

DISEÑO

GASTOS EN LA ELABORACIÓN DE LA COMPACTADORA

Descripción Valor

1 Plancha de acero de 390x390x 4 de espesor 41,42

2 2 perfiles cuadrados de 40x20x1 30

3 Plancha de acero de 1600x800x3 110

4 Eje 35x800 50

5 2 prisioneros de 1/2 x 1" 3

6 Pintura 35

7 Tiempo Maquina 25

294.42

EL tiempo estimado de construcción 5 días laborables.

CONCLUSIONES

Se llevo a cabalidad todos los objetivos planteados al inicio del informe.

Todos los cálculos son satisfactorios para la elaboración de dicha maquina.

Con esta máquina tendemos a disminuir la cantidad de botellas que llegan a los

tiraderos de basura.

Su elaboración es muy factible y su empleo es de mucha eficiencia.

Se disminuye el volumen por lo tanto se obliga a ocupar mayor espacio.

RECOMENDACIONES

Tener cuidado al momento de aplicar la fuerza ya que puede ocasionar un

accidente

Tener la superficie de trabajo libre de escombros.

Asegurarse que solo sean botellas de plástico.

Asegurarse que la maquina está en perfecto estado.

BIBLIOGRAFÍA

SHIGLEY, J.E. MISCHKE, C.R. Diseño en ingeniería mecánica. Traducido del inglés por Javier León Cárdenas. 6ta. Ed. Mc Graw Hill. México. 2002. 1257 p.

TESIS

“DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN PROTOTIPO DE MÁQUINA

RECICLADORA DE BOTELLAS PLÁSTICAS PET DE 400 A

500 ml Y LATAS DE ALUMINIO DE 330 A 350 ml”

DIRECCION DE INTERNET Catalogo IPAC

http://www.ipac-acero.com/ipac/plen001.html

www.pdf.directindustry.es/pdf/Catalogo de Camozzi, 2010.

www.festo.com/pnf/es_es/products/catalog. Catalogo de Festo 2011.