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INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA MECANICA Y ELECTRICA UNIDAD AZCAPOTZALCO
DISEÑO DE LOS ELEMENTOS DE UNA TRITURADORA DE PET
TESIS
PARA OBTENER EL TITULO DE
INGENIERO MECANICO
PRESENTA:
CESAR GREGORIO SANDOVAL MERODIO
ASESORES:
M. EN C. RICARDO SÁNCHEZ MARTÍNEZ
M. EN C. RICARDO CORTEZ OLIVERA
MÉXICO, D.F. 2013
http://www.google.com.mx/imgres?q=ipn&um=1&hl=es&sa=N&rlz=1W1ADFA_es&biw=1280&bih=504&tbm=isch&tbnid=fKlcqJYLalfdXM:&imgrefurl=http://fondosdibujosanimados.com.es/wallpaper/Ipn/&docid=8VZQlTFzuI0pPM&w=279&h=448&ei=x81WTvCaL8GDsgLwuonGDA&zoom=1http://www.google.com.mx/imgres?q=esime&um=1&hl=es&rlz=1W1ADFA_es&biw=1280&bih=465&tbm=isch&tbnid=POJ8vi5MYfwO7M:&imgrefurl=http://miguel.esimecomputacion.com/index1.html&docid=zLIx6mOs_C5j2M&w=578&h=514&ei=881WTtzZIu2DsgKj7YWXDA&zoom=1
Agradecimientos.
Le agradezco a Dios por ser la clave durante mis momentos oscuros y de
debilidad durante toda mi carrera profesional, ya que sin él no hubiera sería nada
de lo que soy, tanto en lo profesional como en lo personal.
A mis padres Bertha y Gregorio, por todos los valores inculcados desde mi niñez,
por darme su confianza para salir de Tabasco y creer en mí, por siempre tener las
palabras de aliento que necesite en los momentos más importantes, por
enseñarme a no rendirme ante las adversidades que se me presentaron. No tengo
las palabras para agradecerles darme la el privilegio de la educación durante el
transcurso de mi vida. Sobre todo por ser un ejemplo a seguir durante toda mi
vida.
A mi hermano menor Sergio que siempre me apoyo a su manera, siempre
recordándome que debo ser una figura ejemplar como su hermano mayor.
Al Licenciado Francisco Peralta Burelo, un ejemplo a seguir como profesionista y
como persona.
A Sofía, que durante estos últimos años tomo parte importante en mi vida
personal, por soportarme cuando ni yo me soportaba y siempre estar ahí dando
palabras de aliento y apoyo cuando las necesite.
A mi Familia que siempre creyó en mí y desde lejos siempre me hicieron saber su
apoyo incondicional en esta etapa de mi vida.
A la Doctora Rita Aguilar Osorio, que fue mi primera maestra cuando llegue a la
Ciudad de México y me enseño a exigirme más a mí mismo, por enseñarme el
significado de la integridad dentro y fuera de la institución.
A todos mis compañeros de carrera que formaron parte de mi vida durante estos
años, acompañándome en exámenes, desvelos, trabajos, proyectos y
compartieron esta aventura conmigo.
Al Instituto Politécnico Nacional y a la Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y
Eléctrica unidad Azcapotzalco, que me acogieron y me hicieron parte de esta
familia a lo largo de mis estudios profesionales, inculcándome los valores que todo
ingeniero debe portar.
A mis asesores de tesis, que siempre estuvieron disponibles para todas las dudas
que surgieron a lo largo de este trabajo.
Cesar Gregorio Sandoval Merodio.
I
Índice
Tabla de contenido Capítulo 1 Aspectos Generales .......................................................................................................... 2
Objetivo General ............................................................................................................................. 3
Objetivo Particular .......................................................................................................................... 3
Justificación ..................................................................................................................................... 3
Introducción .................................................................................................................................... 4
1. Antecedentes .......................................................................................................................... 4
1.1 Definición de PET .................................................................................................................. 4
1.1.2 Propiedades ....................................................................................................................... 5
1.1 .3 Reseña del PET .................................................................................................................. 5
1.1 .4 Reciclaje mecánico ............................................................................................................ 6
1.1 .4.1 Ventajas del PET reciclado ............................................................................................. 6
1.1 .5 Aplicaciones del PET reciclado .......................................................................................... 7
1.2 Generalidades ....................................................................................................................... 8
1.2.1 Descripción general de la máquina .................................................................................... 8
1.2.2 Características estructurales de la máquina ...................................................................... 8
1.2.3 Funcionamiento ................................................................................................................. 8
1.3 Clasificación ........................................................................................................................... 9
1.3.1 Clasificación de trituradores comerciales .......................................................................... 9
1.3.1.1 Trituradora móvil ............................................................................................................ 9
1.3.1 .2 Trituradora de mandíbula .............................................................................................. 9
1.3.1.3 Trituradora de impacto ................................................................................................... 9
1.3.1.4 Trituradora hidráulica de cono ....................................................................................... 9
1.3.1.5 Trituradora de cono S...................................................................................................... 9
1.3.1.5 Trituradora de cono ........................................................................................................ 9
1.4 Usos y ejemplos .................................................................................................................. 10
1.4.1 Empleo de la máquina ..................................................................................................... 10
1.4.2 Recomendaciones de uso ................................................................................................ 10
Capítulo 2 Ingeniería Básica ............................................................................................................ 11
II
2.1 Plásticos ................................................................................................................................... 12
2.1.1 Propiedades ..................................................................................................................... 12
2.2 Clasificación ............................................................................................................................. 13
2.2.1 Según el monómero base ................................................................................................ 13
2.2.1.1 Naturales ....................................................................................................................... 13
2.2.1.2 Sinteticos ....................................................................................................................... 14
2.2.2 Según su comportamiento frente al calor ...................................................................... 14
2.2.2.1 Termoplásticos ............................................................................................................. 14
2.2.2.2 Termoestables ............................................................................................................... 15
2.2.3 Según normatividad mexicana ......................................................................................... 16
2.3 Historia del PET ................................................................................................................... 17
2.4 Propiedades del PET ............................................................................................................ 18
2.4.1.1 Propiedades mecánicas ................................................................................................ 18
2.4.1.2 Usos del PET .................................................................................................................. 19
2.5 Contaminación a nivel nacional .......................................................................................... 20
2.6 Elementos mecánicos de la máquina .................................................................................. 22
2.6.1 Tolva ................................................................................................................................. 22
2.6.1.1 Descripción ............................................................................................................... 22
2.6.1.2 Industria de plásticos................................................................................................ 22
2.6.2 Rodamientos .................................................................................................................... 22
2.6.2.1 Tipos de rodamientos………………………………………………………………………………………… 23
2.6.2.2 Clasificación .............................................................................................................. 23
2.6.2.3 Rodamientos de bolas .............................................................................................. 23
2.6.2.4 Rodamientos de rodillos cilíndricos ......................................................................... 24
2.6.2.5 Rodamientos autoalineados ..................................................................................... 24
2.6.2.6 Rodamientos de tipo cónicos ................................................................................... 25
2.6.2.7 Rodamientos de agujas ............................................................................................ 25
2.6.3 Cojinetes ........................................................................................................................... 25
2.6.3.1 Lubricación al límite………………………………………………………………………………………… ….26
2.6.3.2 Lubricación por película mixta ................................................................................. 26
2.6.3.3 Lubricación por película completa ........................................................................... 26
2.6.4 Transmisiones en banda en V .......................................................................................... 26
III
2.6.4.1 Transmisión de potencia por medio de bandas en V ............................................... 28
2.6.4.2 Transmisión en bandas V dentadas .......................................................................... 28
2.6.4.3 Transmisión en V de costilla ..................................................................................... 28
2.6.4.4 Bases ajustables para motor .................................................................................... 29
2.6.5 Transmisiones para cadenas ............................................................................................ 29
2.6.5.1 Transmisiones para cadenas de rodillos .................................................................. 29
2.6.5.2 Diámetros de las ruedas dentadas para la cadena .................................................. 32
2.6.5.3 Diseño de dientes de rueda para cadenas de rodillos ............................................. 32
2.6.5.4 Cadenas de dientes invertidos ................................................................................. 32
2.6.6 Coples ............................................................................................................................... 33
2.6.6.1 Coples rígidos ........................................................................................................... 33
2.6.6.2 Coples flexibles ......................................................................................................... 33
2.6.6.3 Coples hidráulicos..................................................................................................... 33
2.6.7 Engranes ........................................................................................................................... 34
2.6.7.1 Engranes Rectos ....................................................................................................... 34
2.7 Ergonomía ........................................................................................................................... 35
2.7.1 Historia ........................................................................................................................ 35
2.7.2 Descripción general de la ergonomía .......................................................................... 36
2.7.3 Ergonomía y el ser humano ......................................................................................... 36
2.7.4 Ventajas de la ergonomía ............................................................................................ 37
2.7.5 Ergonomía del producto .............................................................................................. 38
2.7.6 Diseño ergonómico del puesto de trabajo .................................................................. 38
2.7.7 Trabajo con pies y manos al mismo tiempo ................................................................ 39
2.7.8 Antropometría y diseño .............................................................................................. 39
2.7.9 Determinar la altura de la superficie de trabajo según la altura del codo .................. 40
2.7.10 Ajustar la altura de la superficie de trabajo según la altura del codo ....................... 41
2.7.11 Desarrollo de la ergonomía en México ..................................................................... 41
2.7.12 Lesiones laborales ..................................................................................................... 42
2.7.13 Auxología ................................................................................................................... 44
Capítulo 3 Diseño y selección ........................................................................................................... 45
3.1 Consideraciones para el diseño ............................................................................................... 46
IV
3.2 Descripción de la trituradora................................................................................................... 46
3.3 Datos propuestos del motor ................................................................................................... 46
3.3.1 Factor de servicio ............................................................................................................. 46
3.3.2 Calculando torque de la trituradora ................................................................................ 47
3.3.3 Calculando fuerza debido al torque ................................................................................. 47
3.3.4 Calculando torque de la trituradora considerando factor de servicio ............................. 47
3.3.5 Calculando fuerza debido al torque con factor de servicio ............................................ 48
3.3.6 Calculando WS ................................................................................................................. 48
3.3.6.1 Tabla de valores WS ................................................................................................. 48
3.3.7 Empuje Axial ..................................................................................................................... 49
3.3.8 Calculo de reacciones en los rodamientos ...................................................................... 50
3.3.8.1 Reacciones en plano vertical .................................................................................... 51
3.3.8.2 Comprobación con MD-Solids .................................................................................. 51
3.3.8.3 Reacciones en plano horizontal ............................................................................... 52
3.3.8.4 Comprobación con MD-Solids ................................................................................. 52
3.3.9 Selección de elementos mecánicos ................................................................................. 53
3.3.9.1 Selección de rodamientos ........................................................................................ 54
3.3.9.2 Selección de Factor de servicio para cople .............................................................. 54
3.3.9.3 Selección de tipo de cople ........................................................................................ 56
3.3.10 Dimensiones para cople ..................................................................................................... 57
3.3.11 Dimensiones para motor .................................................................................................... 58
3.3.12 Estimación de claro entre rodillos ...................................................................................... 60
3.3.13 Diseño de engranes ............................................................................................................ 61
3.3.13.1 Cálculo de diámetros exteriores de engrane ......................................................... 62
3.3.13.2 Cálculo de diseño previo al eje ............................................................................... 63
3.3.13.3 Determinando ancho de cara para el engrane....................................................... 63
3.3.13.4 Tabla de datos de engrane ..................................................................................... 64
V
Planos
Conclusiones
Anexos
Bibliografía
Glosario de términos
2
Capítulo 1 Aspectos Generales.
3
Objetivo general
Diseño de elementos de una trituradora de PET, tomando en cuenta las
necesidades existentes en el mercado.
Objetivo Particular
Diseño de una trituradora con base a dos molinos rotatorios con diseño
para la reducción, con las siguientes características.
• Soporte de chapa de acero soldado eléctricamente de elevado espesor.
•Soportes para rodamientos de rodillos en rótula con sistema de estanqueidad
contra polvos y líquidos.
• Dos ejes, uno para cada rodillo.
• 1 reductor de engranes rectos con ejes de rotación paralelos al eje.
• 1 motor (propuesto de 3 HP).
• Sistema de transmisión con engranes y piñones de acero.
• Cámara de corte con dimensiones ajustadas ergonómicamente operador
mexicano.
• Tolva de chapa para la carga por arriba.
Justificación
De acuerdo al Plan Nacional de Desarrollo en México cada año se generan
alrededor de 40 millones de toneladas de residuos sólidos. El Instituto Nacional de
Ecología, manifestó que la generación de residuos sólidos urbanos se incrementa
en un 2.2%. El 65% de los envases elaborados de PET se utilizan para la
fabricación de refrescos.
México es el segundo consumidor a nivel internacional de la resina PET
para la producción de botellas. Ya que es el segundo consumidor mundial de
refrescos, de acuerdo a las cifras publicadas por el periódico La Jornada cada
mexicano consume 152 litros de refresco anualmente.
4
De acuerdo con datos del Instituto Nacional de Estadística Geográfica e
Informática (INEGI) e Info Plas, durante 2006 se fabricaron cuatro mil millones de
toneladas de productos plásticos en México de las cuales sólo cerca de 14 por
ciento es reciclada o enviada a países como China, India e Italia para su
reutilización.
México se convierte en el segundo país, después de Brasil, que pretende
reciclar polímeros y fabricar productos para diversos sectores como el automotriz,
agroindustrial, farmacéutico y de construcción, por mencionar algunos.
Introducción.
El proyecto como tal consta el análisis estructural de lo que son los
elementos de la máquina trituradora de PET, por medio de el mismo se verá lo
que es una pequeña introducción al PET, se hará sobre las misma maquina un
análisis de las fuerzas que se aplicaran, se contará con un análisis para la
selección de cada elemento que compone la máquina, se dibujaran los
componentes diseñados en ensamble de la máquina trituradora por de software
especializado para dibujo asistido por computadora.
1.-Antecedentes.
1.1.- Definición de PET
El PET fue diseñado en 1941 y patentado como polímero para el diseño de
fibras, debido a los problemas de su país su uso empezó hasta 1946 y hasta 1952
que se empezó a usar para el desarrollo de envases para alimentos, en el año de
1976 cuando para su principal uso hasta nuestros tiempos, envases de bebidas.
Es un material caracterizado por su gran ligereza y resistencia mecánica a
la compresión y a las caídas, alto grado de transparencia, brillo, y conservación
del sabor y aroma de los alimentos. Es una barrera contra los gases, reciclable al
100%. A pesar de ser un plástico reciclable su fabricación involucra sustancias
tóxicas, metales pesado, químicos, irritantes y pigmentos, los cuales al final del
5
proceso de producción permanecen en el aire, lo cual es perjudicial para el medio
ambiente.
El PET es un material que acepta perfectamente su reciclado. En Europa,
es a partir de la aprobación de la Directiva Comunitaria 94/62/CE, que establece el
marco de actuación en el que se han de mover los Estados miembros en lo que
respecta a la política sobre los envases y los residuos de envases que se generan
en sus respectivos territorios, cuando el envase de PET sufre un auge muy
importante en su recuperación.
1.1.2.-Propiedades.
Alta transparencia, aunque admite cargas de colorantes.
Alta resistencia al desgaste y corrosión.
Muy buen coeficiente de deslizamiento.
Buena resistencia química y térmica.
Muy buena barrera a CO2, aceptable barrera a O2 y humedad.
Compatible con otros materiales barrera que mejoran en su conjunto la calidad
barrera de los envases y por lo tanto permiten su uso en mercados
específicos.
Reciclable, aunque tiende a disminuir su viscosidad con la historia térmica.
Aprobado para su uso en productos que deban estar en contacto con
productos alimentarios.
1.1.3.-Reseña del PET.
Fue producido por primera vez en 1941 por los científicos británicos
Whinfield y Dickson, quienes lo patentaron como polímero para la fabricación
de fibras. Se debe recordar que su país estaba en plena guerra y existía una
apremiante necesidad de buscar sustitutos para el algodón proveniente de Egipto.
A partir de 1946 se empezó a utilizar industrialmente como fibra y su uso
textil ha proseguido hasta el presente. En 1952 se comenzó a emplear en forma
de filme para envasar alimentos. Pero la aplicación que le significó su principal
http://www.dforceblog.com/2008/05/03/cuidado-del-medio-ambiente/http://www.dforceblog.com/2008/05/03/cuidado-del-medio-ambiente/http://es.wikipedia.org/wiki/Historia_t%C3%A9rmicahttp://es.wikipedia.org/wiki/1941http://es.wikipedia.org/wiki/Fibra_textilhttp://es.wikipedia.org/wiki/Segunda_Guerra_Mundialhttp://es.wikipedia.org/wiki/Algod%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Egiptohttp://es.wikipedia.org/wiki/1946http://es.wikipedia.org/wiki/1952
6
mercado fue en envases rígidos, a partir de 1976. Pudo abrirse camino gracias a
su particular aptitud para la fabricación de botellas para bebidas poco sensibles
al oxígeno como por ejemplo el agua mineral y los refrescos carbonatados. Desde
principios de los años 2000 se utiliza también para el envasado de cerveza.
1.1.4.- Reciclaje mecánico del PET.
La técnica más utilizada en la actualidad es el reciclado mecánico. Esta
consiste en la molienda, separación y lavado de los envases. Las escamas
resultantes de este proceso se pueden destinar en forma directa, sin necesidad de
volver a hacer pellets, en la fabricación de productos por inyección o extrusión.
1.1.4.1.- Ventajas de PET reciclado.
Desde el punto de vista técnico, se puede decir que las plantas de reciclado
mecánico requieren inversiones moderadas en cambio las del reciclaje químico
requieren inversiones mayores.
El proceso de reciclado mecánico del PET no conlleva contaminación del
medio ambiente, con el tratamiento de los efluentes líquidos del proceso se llega a
controlar el proceso ambientalmente.
El reciclado mecánico de PET genera un producto de mayor valor agregado
y es materia prima para la producción de productos de uso final, generando
fuentes de trabajo en toda la cadena de reciclado.
Una de las razones fundamentales para la selección del reciclado
mecánico, como alternativa viable para la recuperación de este material, es que
existe mercado para el material molido y limpio de este material, como insumo o
materia prima para producir otros artículos de uso final. Los mercados asiáticos
actualmente compran todo lo que se produzca de este material.
http://es.wikipedia.org/wiki/1976http://es.wikipedia.org/wiki/Ox%C3%ADgenohttp://es.wikipedia.org/wiki/Agua_mineralhttp://es.wikipedia.org/wiki/A%C3%B1os_2000http://es.wikipedia.org/wiki/Cerveza
7
1.1.5.-Aplicaciones de PET reciclado.
Investigadores colaboran también con el Instituto Nacional de Cardiología
en la manufactura de válvulas cardiacas, en especial en sus componentes
plásticos que deben ser radio-opacos, es decir, que bajo los rayos X pueden ser
observados. “Si esta parte se fractura, tiene calcificación o sufre algún daño, no es
necesario esperar hasta que la válvula falle, ya que puede prevenirse el mal
funcionamiento.
En estos momentos, trabajan en la fase experimental de producción de
filamentos de alta rigidez hechos de resinas termofijas nanocompuestas. El
objetivo es usar estos filamentos como sustitutos de agujas hipodérmicas para
catéteres y jeringas.
Los expertos han logrado producir un nanocompuesto de una mezcla
ternaria de polietilenos, que tiene gran capacidad de deformación y resistencia al
rasgado. Este material es idóneo para producir películas strecht para el embalaje y
uso en invernaderos, ya que soporta el esfuerzo ocasionado por fuertes vientos.
Por el otro, se le da dirección a la basura plástica. El procesamiento de
estos desechos es complicado, ya que el PET requiere de la adición de
nanoarcillas para que sea manejable; es decir, no se puede tomar una botella,
hacer gránulos y después fabricar otra de material reciclado; se requiere añadirle
nanopartículas mediante la tecnología implementada en este Instituto.
El reciclaje de PET no sólo es urgente desde el punto de vista de la
limpieza pública y del mejoramiento del ambiente, también lo es por la importancia
de generar una nueva cultura que nos lleve a un manejo sustentable de la
industria.
8
1.2.-Generalidades.
1.2.1.-Descripción General de la máquina.
Una trituradora es una máquina que procesa un material de forma que
produce dicho material con trozos de un tamaño menor al tamaño original. Si se
trata de una máquina agrícola, tritura, machaca y prensa las hierbas, plantas y
ramas que se recogen en el campo.
Si se trata de una máquina empleada para la minería, la construcción o
para procesos industriales, puede procesar rocas u otras materias sólidas.
También se puede emplear para extraer alguna sustancia de los frutos y
productos agrícolas, rompiendo y prensando tales productos.
1.2.2.-Características estructurales de la máquina.
Se adopta el acero al manganeso de alta intensidad, fundido y configurado
de una vez, disponiendo las ventajas tales como resistencia a fricción y a presión,
y larga vida de servicio. Se aplica principalmente a la trituración de los lotes
grandes, medias y pequeñas y los objetos correspondientes. Las cuchillas deben
ser fabricadas en aceros especiales con tratamiento térmico (D2). Ideal para la
molienda de pet, pvc, polietileno, eva, película plástica (bolsa o wrap).
1.2.3.-Funcionamiento
En el funcionamiento, el motor eléctrico rota por medio de que la polea
conduce el eje excéntrico, dejando la mandíbula móvil acercar y distanciar
periódicamente a la mandíbula fija, realizando las múltiples trituraciones tales
como extrusión, frotación y enrodillamiento etc., para que las materias se cambien
de lo grande a lo pequeño cayendo gradualmente hasta que se evacuen por la
salida.
9
1.3.-Clasificación.
1.3.1.-Clasificación de trituradores comerciales.
1.3.1.1.-Trituradora móvil: Trituradora móvil (trituradora portátil) ofrece movilidad
en espacios reducidos debido a la cámara de corte, no consume demasiado
voltaje, fácil manipulación y relativamente accesible para presupuestos modestos,
basada en la trituración por rodillos y ejes.
1.3.1.2.-Trituradora de mandíbula: La trituradora de mandíbula (Trituradora de
quijada) se sirve varias piedras mineral y la trituradora mediana de materiales
grandes, y se sirve para producir las piedras angulares de carreteras. La
trituradora de mandíbula es utilizada ampliamente por la minería, la metalurgia, las
materiales de construcción, la carretera, el ferrocarril, la hidráulica, y la química
etc.
1.3.1.3.-Trituradora de impacto: La Trituradora de impacto que producida puede
tratar con cada variedad de materiales ásperos, medianos, estupendos, que sus
lados no se pueden superar 500mm, resistencia a compresión no se puede.
1.3.1.4.-Trituradora hidráulica de cono: Hidráulica trituradora de cono adopta el
diseño de ordenador optimizado para acelerar la velocidad de eje principal, el
sistema de cambio de la cavidad de trituradora especial puede cambiar
rápidamente los dispositivos de la cavidad de trituradora para satisfacer las piezas
gruesas y finas.
1.3.1.5.-Trituradora de cono S: La trituradora de cono S es una máquina más
temprano que usa en el mundo .ella puede emplea en muchas áreas y tiene una
alta cantidad de producción. A lo largo del desarrollo.
1.3.1.6.-Trituradora de cono: Trituradora de cono se aplica a cada variedad de
10
mineral y roca de más de la dureza media. Que tiene la estructura fiable, la eficaz
de producción alto, la regulación fácil, el uso económico etc.
1.4.-Usos y empleos
1.4.1.-Empleo de máquina.
La máquina es compuesta por un triturador de dos ejes a cuchillas rotativas y
peines distanciadores. Una vez introducido el material en la tolva y puesto el
equipo en marcha, el triturador provee a la toma y al corte grosero del descarte.
Gracias a la elevada capacidad de corte disponible y a las diferentes
conformaciones del grupo fresas, es posible triturar cuerpos de material diferente.
1.4.2.-Recomendaciones de uso.
Apague el equipo cuando no esté en uso.
Nunca utiliza cables, rotos, empalmados, de diferente tamaño no recomendado.
No enrolle cables alrededor de un cuerpo.
No hacer contacto con partes eléctricas al descubierto.
Quitar etiquetas después antes de depositar en la máquina
Utilice equipo de seguridad en buenas condiciones.
Desconecto el motor antes de instalar o dar mantenimiento a la máquina.
11
Capítulo 2.
Ingeniería Básica.
12
2.1 Plásticos.
El término plástico en su significación más general, se aplica a las
sustancias de similares estructuras que carecen de un punto fijo de evaporación y
poseen durante un intervalo de temperaturas, propiedades de elasticidad y
flexibilidad que permiten moldearlas y adaptarlas a diferentes formas y
aplicaciones. Sin embargo, en sentido concreto, nombra ciertos tipos de
materiales sintéticos obtenidos mediante fenómenos de polimerización o
multiplicación semi-natural de los átomos de carbono en las largas cadenas
moleculares de compuestos orgánicos derivados del petróleo y otras sustancias
naturales.
La palabra plástico se usó originalmente como adjetivo para denotar un
escaso grado de movilidad y facilidad para adquirir cierta forma, sentido que se
conserva en el término plasticidad.
2.1.1 Propiedades.
Los plásticos son sustancias químico-plástico sintéticas denominados
polímeros, de estructura macromolecular que puede ser moldeada mediante calor
o presión y cuyo componente principal es el carbono. Estos polímeros son
grandes agrupaciones de monómeros unidos mediante un proceso químico
llamado polimerización. Los plásticos proporcionan el balance necesario de
propiedades que no pueden lograrse con otros materiales por ejemplo: color, poco
peso, tacto agradable y resistencia a la degradación ambiental y biológica.
De hecho, plástico se refiere a un estado del material, pero no al material en
sí: los polímeros sintéticos habitualmente llamados plásticos, son en realidad
materiales sintéticos que pueden alcanzar el estado plástico, esto es cuando el
material se encuentra viscoso o fluido, y no tiene propiedades
de resistencia a esfuerzos mecánicos. Este estado se alcanza cuando el material
en estado sólido se transforma en estado plástico generalmente por
calentamiento, y es ideal para los diferentes procesos productivos ya que en este
http://es.wikipedia.org/wiki/Evaporaci%C3%B3n_(f%C3%ADsica)http://es.wikipedia.org/wiki/Polimerizaci%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Petr%C3%B3leohttp://es.wikipedia.org/wiki/Plasticidad_(mec%C3%A1nica_de_s%C3%B3lidos)http://es.wikipedia.org/wiki/Macromol%C3%A9culahttp://es.wikipedia.org/wiki/Carbonohttp://es.wikipedia.org/wiki/Mon%C3%B3merohttp://es.wikipedia.org/wiki/Resistencia_de_materialeshttp://es.wikipedia.org/wiki/Esfuerzo_interno
13
estado es cuando el material puede manipularse de las distintas formas que
existen en la actualidad. Así que la palabra plástico es una forma de referirse a
materiales sintéticos capaces de entrar en un estado plástico, pero plástico no es
necesariamente el grupo de materiales a los que cotidianamente hace referencia
esta palabra.
Las propiedades y características de la mayoría de los plásticos (aunque no
siempre se cumplen en determinados plásticos especiales) son estas:
Fáciles de trabajar y moldear,
Tienen un bajo costo de producción,
Poseen baja densidad,
Suelen ser impermeables,
Buenos aislantes eléctricos,
Aceptables aislantes acústicos,
Buenos aislantes térmicos, aunque la mayoría no resisten temperaturas muy
elevadas,
Resistentes a la corrosión y a muchos factores químicos;
Algunos no son biodegradables ni fáciles de reciclar, y si se queman, son
muy contaminantes.
2.2 Clasificación.
2.2.1 Según el monómero base.
En esta clasificación se considera el origen del monómero del cual parte la
producción del polímero.
2.2.1.1.-Naturales.- Son los polímeros cuyos monómeros son derivados de
productos de origen natural con ciertas características como, por ejemplo,
la celulosa, la caseína y el caucho. Dentro de dos de estos ejemplos existen otros
plásticos de los cuales provienen:
Los derivados de la celulosa son: el celuloide, el celofán y el cellón.
http://es.wikipedia.org/wiki/Moldehttp://es.wikipedia.org/wiki/Densidad_(f%C3%ADsica)http://es.wikipedia.org/wiki/Permeabilidadhttp://es.wikipedia.org/wiki/Aislante_el%C3%A9ctricohttp://es.wikipedia.org/wiki/Aislante_ac%C3%BAsticohttp://es.wikipedia.org/wiki/Aislante_t%C3%A9rmicohttp://es.wikipedia.org/wiki/Corrosi%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Biodegradablehttp://es.wikipedia.org/wiki/Reciclarhttp://es.wikipedia.org/wiki/Contaminaci%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Mon%C3%B3merohttp://es.wikipedia.org/wiki/Naturaleshttp://es.wikipedia.org/wiki/Celulosahttp://es.wikipedia.org/wiki/Case%C3%ADna
14
Los derivados del caucho son: la goma y la ebonita.
2.2.1.2 Sintéticos.- Son aquellos que tienen origen en productos
elaborados por el hombre, principalmente derivados del petróleo como lo son las
bolsas de polietileno
2.2.2 Según su comportamiento frente al calor.
2.2.2.1 Termoplásticos.
Un termoplástico es un plástico que, a temperatura ambiente, es plástico o
deformable, se convierte en un líquido cuando se calienta y se endurece en un
estado vítreo cuando se enfría suficiente. La mayoría de los termoplásticos son
polímeros de alto peso molecular, los que poseen cadenas asociadas por medio
de débiles fuerzas Van der Waals (Polietileno); fuertes interacciones dipolo-dipolo
y enlace de hidrógeno; o incluso anillos aromáticos apilados (poliestireno). Los
polímeros termoplásticos difieren de los polímeros termoestables en que después
de calentarse y moldearse éstos pueden recalentarse y formar otros objetos, ya
que en el caso de los termoestables o termoduros, su forma después de enfriarse
no cambia y este prefiere incendiarse.
Sus propiedades físicas cambian gradualmente si se funden y se moldean
varias veces.
Los principales son:
Resinas celulósicas: obtenidas a partir de la celulosa, el material constituyente
de la parte leñosa de las plantas. Pertenece a este grupo el rayón.
Polietilenos y derivados: Emplean como materia prima el etileno obtenido
del craqueo del petróleo que, tratado posteriormente, permite obtener
diferentes monómeros como acetato de vinilo, alcohol vinílico, cloruro de vinilo,
etc. Pertenecen a este grupo el PVC, el poliestireno, el metacrilato, etc.
http://es.wikipedia.org/wiki/Petr%C3%B3leohttp://es.wikipedia.org/wiki/Polietilenohttp://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Resina_celul%C3%B3sica&action=edit&redlink=1http://es.wikipedia.org/wiki/Celulosahttp://es.wikipedia.org/wiki/Plantahttp://es.wikipedia.org/wiki/Ray%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Polietilenohttp://es.wikipedia.org/wiki/Etilenohttp://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Craqueo_del_petr%C3%B3leo&action=edit&redlink=1http://es.wikipedia.org/wiki/Acetato_de_vinilohttp://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Alcohol_vin%C3%ADlico&action=edit&redlink=1http://es.wikipedia.org/wiki/Cloruro_de_vinilohttp://es.wikipedia.org/wiki/PVChttp://es.wikipedia.org/wiki/Poliestirenohttp://es.wikipedia.org/wiki/Polimetacrilato_de_metilo
15
Derivados de las proteínas: Pertenecen a este grupo el nailon y el perlón,
obtenidos a partir de las diamidas.
Derivados del caucho: Son ejemplo de este grupo los llamados
comercialmente pliofilmes, clorhidratos de caucho obtenidos adicionando ácido
clorhídrico a los polímeros de caucho.
2.2.2.2. Termoestables.
Los plásticos termoestables son materiales que una vez que han sufrido el
proceso de calentamiento-fusión y formación-solidificación, se convierten en
materiales rígidos que no vuelven a fundirse. Generalmente para su obtención se
parte de un aldehído.
Polímeros del fenol: Son plásticos duros, insolubles e infusibles pero, si
durante su fabricación se emplea un exceso de fenol, se obtienen
termoplásticos.
Resinas epoxi.
Resinas melamínicas.
Baquelita.
Aminoplásticos: Polímeros de urea y derivados. Pertenece a este grupo
la melamina.
Poliésteres: Resinas procedentes de la esterificación de polialcoholes, que
suelen emplearse en barnices. Si el ácido no está en exceso, se obtienen
termoplásticos.
http://es.wikipedia.org/wiki/Prote%C3%ADnahttp://es.wikipedia.org/wiki/Nailonhttp://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Perl%C3%B3n&action=edit&redlink=1http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Diamidas&action=edit&redlink=1http://es.wikipedia.org/wiki/Cauchohttp://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Clorhidrato_de_caucho&action=edit&redlink=1http://es.wikipedia.org/wiki/%C3%81cido_clorh%C3%ADdricohttp://es.wikipedia.org/wiki/%C3%81cido_clorh%C3%ADdricohttp://es.wikipedia.org/wiki/Pl%C3%A1stico_termoestablehttp://es.wikipedia.org/wiki/Aldeh%C3%ADdohttp://es.wikipedia.org/wiki/Fenolhttp://es.wikipedia.org/wiki/Resina_epoxihttp://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Resina_melam%C3%ADnica&action=edit&redlink=1http://es.wikipedia.org/wiki/Baquelitahttp://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Aminopl%C3%A1stico&action=edit&redlink=1http://es.wikipedia.org/wiki/Ureahttp://es.wikipedia.org/wiki/Melaminahttp://es.wikipedia.org/wiki/Poli%C3%A9sterhttp://es.wikipedia.org/wiki/Esterificaci%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Alcoholhttp://es.wikipedia.org/wiki/Barnizhttp://es.wikipedia.org/wiki/%C3%81cido
16
2.2.3 Según normatividad mexicana.
Existe un código de identificación mundial atreves de números que van del
uno al siete dentro de un triángulo de flechas, este código es normado y adoptado
por México el 25 de Noviembre de 1999 en la (NMX-E-232-SCFI-1999), el código
es útil es indispensable, ya que cada plástico difiere de sus propiedades y
ampliaciones específicas, como se muestra en la tabla 2.0.
Tabla 2.0
17
2.3 Historia del PET.
El PET, también conocido como tereftalato de polietileno, fue patentado
como un polímero para fibra por J. R. Whinfield y J. T. Dickson en 1941. La
producción comercial de fibra de poliéster comenzó en 1955; desde entonces, el
PET ha presentado un continuo desarrollo tecnológico hasta lograr un alto nivel de
sofisticación basado en el crecimiento de la demanda del producto a escala
mundial y a la diversificación de sus posibilidades de uso.
Whinfield y Dickson junto con los inventores W. K. Birtwhistle y C. G.
Ritchiethey crearon la primera fibra de poliester llamada Terileno en 1941 (primera
producción de Industria Química Imperial o ICI). La segunda fibra de poliéster fue
el Dacrón de DuPont.
Según DuPont, “en 1920, DuPont estaba en competencia directa con
Industria Química Imperial. DuPont e ICI acordaron en octubre de 1929 compartir
información acerca de las patentes e investigaciones desarrolladas. En 1952, la
alianza de las compañías fue disuelta. El polímero que después llego a ser
poliestireno tiene inicios en las escrituras de Wallace Carothers. Sin embargo,
DuPont se dedicó a concentrarse en una investigación más prometedora, el nylon.
Cuando DuPont reasumió su investigación del poliéster, la ICI había patentado el
poliestireno de Terileno. En 1950, una planta piloto en Seaford, Delaware, facilitó
la producción de la fibra de Dacrón (poliéster) con la modificación de la tecnología
del nylon”.
A partir de 1976 se comenzó a usar el PET para la fabricación de envases
ligeros, transparentes y resistentes principalmente para bebidas, sin embargo el
PET ha tenido un desarrollo extraordinario para empaques.
A lo largo de los 20 años que lleva en el mercado, el PET se ha
diversificado en múltiples sectores sustituyendo a materiales tradicionalmente
implantados o planteando nuevas alternativas de envasado impensables hasta el
momento.
18
Esta diversificación tan importante ha originado que el PET haya
experimentado un gran crecimiento en su consumo y que siga siendo el material
de embalaje que actualmente presenta las mayores expectativas de crecimiento a
nivel mundial.
2.4 Propiedades del PET.
Resistencia y rigidez elevadas.
Elevada resistencia a la fluencia.
Elevada dureza de la superficie.
Muy apropiado para ser pulido.
Elevada estabilidad dimensional.
Buenas propiedades de fricción por deslizamiento y resistencia a la
abrasión.
Buen comportamiento como aislante eléctrico.
Elevada resistencia a sustancias químicas.
Muy apropiado para ser barnizado.
2.4.1.1 Propiedades Mecánicas.
Como se mostrará en la tabla 2.1 las propiedades mecánicas del PET, para
lo que es el área industrial de transformación de plásticos, cabe mencionar que ya
hay datos específicos trabajados, ninguno de ellos es experimental.
19
Tabla 2.1.
2.4.1.2 Usos del PET
Elementos de deslizamiento y de cojinetes.
Piezas de bombas.
Piezas de carcasas.
Ruedas dentadas.
Piezas aislantes en la electrotecnia.
20
2.5 Contaminación nacional.
Las botellas de PET llegaron a México a mediados de la década de 1980
con gran aceptación entre los consumidores. En la actualidad, nuestro país es el
principal consumidor de bebidas embotelladas. Se estima que en México se
consumen alrededor de 800 mil toneladas de PET al año, con un crecimiento
anual de 13%.
En México, el principal uso de los envases de PET lo llevan las botellas de
refresco, con más del 50%, seguido del agua embotellada (17%).Como se
muestra en la imagen 2.0.
Imagen 2.0.
Para abastecer la demanda de botellas de PET en México, existen 5
plantas productivas y alrededor de 190 plantas embotelladoras, que atienden a
casi un millón de puntos de venta.
Una vez que son consumidos, la mayoría de los envases de PET son
dispuestos en rellenos sanitarios, cauces, calles o tiraderos clandestinos. Los
residuos de PET representan entre el 2-5% del peso y 7-10% del volumen en los
21
rellenos sanitarios, y entre 25 y 30% de los residuos sólidos municipales
generados en el país.
En México se recicla alrededor de 15% del PET que se consume. Este
fenómeno se asocia con el precio al que se compra un kilogramo de PET que es
de tan solo $2 pesos, mientras que el kilogramo de aluminio se compra en $9
pesos. El reciclaje del aluminio oscila en 50%.
El sistema de reciclaje de residuos en México se desarrolló desde la década
de 1960, gracias al sector informal, es decir los llamados “pepenadores”.
En el año 2000 se creó ECOCE, una unión de 75 refresqueros,
embotelladores y envasadores mexicanos; esta empresa recicladora se
comprometió a recuperar un 36.5% de las botellas de PET. Sin embargo, el
reciclaje de PET se calcula en 50 mil toneladas por año.
El mercado natural para el reciclaje de PET tiene un gran potencial, ya que
de los que se recolecta, sólo entre 20 y 30% se queda, el resto se exporta a China
y otros países a un precio de $3 pesos el kilo. China es el principal mercado de
reciclado, este país importa 250 mil toneladas de Estados Unidos, 150 mil de la
Unión Europea y 25 mil de México.
Se calcula que el valor potencial del mercado de reciclaje de PET asciende
a 700 millones de dólares anuales; sin embargo, hasta el momento sólo se
aprovecha alrededor de 15% de lo que se produce en el país. El valor actual de la
incipiente industria de reciclaje de PET en México se calcula en $44 millones de
pesos.
22
2.6 Elementos mecánicos de la máquina.
2.6.1 Tolva.
2.6.1.1 Descripción
Generalmente es de forma cónica y siempre es de paredes inclinadas, de
tal forma que la carga se efectúa por la parte superior y la descarga se realiza por
una compuerta inferior. Son muy utilizadas en agricultura, en construcción de vías
férreas y en instalaciones industriales. Sirve para pesar por lotes, esto porque
cuenta con un dispositivo de pesaje.
2.6.1.2 Industria de Plásticos.
Las tolvas en la industria del plástico son utilizadas en los procesos
de inyección, extrusión, modelo por soplado, termoformación, moldeo por
compresión y roto moldeo.
La tolva se coloca en la entrada para alimentación de polímero y muchas
veces conecta con un robot que alimenta de manera adecuada volumétrica o
gravimétricamente los gránulos de plástico, pigmento o concentrado de color que
se desea procesar.
Es importante en los procesos de tecnología del plástico, pues permite una
dosificación de material homogénea que se refleja en piezas de mejor calidad.
Es fundamental para diversos procesos industriales de muchas índoles en
la actualidad.
2.6.2 Rodamientos
El propósito de un cojinete es el de proporcionar una posición relativa y
libertad de rotación, además de transmitir una carga entre dos estructuras,
usualmente un eje y una carcasa. La forma básica y el concepto de un cojinete de
elementos rodantes son simples. Si se van a transmitir cargas entre superficies en
movimiento relativo en una máquina, la acción se facilita más efectivamente si se
interponen elementos rodantes entre los miembros en deslizamiento. De esta
http://es.wikipedia.org/wiki/Agriculturahttp://es.wikipedia.org/wiki/V%C3%ADa_f%C3%A9rreahttp://es.wikipedia.org/wiki/V%C3%ADa_f%C3%A9rreahttp://es.wikipedia.org/wiki/Industriahttp://es.wikipedia.org/wiki/Pol%C3%ADmerohttp://es.wikipedia.org/wiki/Moldeo_por_inyecci%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Extrusi%C3%B3n_de_pol%C3%ADmerohttp://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Gr%C3%A1nulos&action=edit&redlink=1http://es.wikipedia.org/wiki/Pigmentohttp://es.wikipedia.org/wiki/Concentrado_de_color
23
forma la resistencia de fricción que se opone al deslizamiento se remplaza en gran
medida por la resistencia mucho más pequeña que se asocia con el rodamiento.
2.6.2.1 Tipos de rodamientos
Los cojinetes de bolas y de rodillos están a disposición del ingeniero en una
gran variedad de diseños y tamaños. Los cojinetes de elementos rodantes son un
ensamble de varias partes: pista interior, pista exterior, conjunto de bolas o
rodillos, y una jaula o separador. La jaula o separador mantiene un espaciado
uniforme de los elementos rodantes. Aunque los cojinetes de elementos rodantes
funcionarían correctamente sin un lubricante y en algunas ocasiones operan de
esa forma, con frecuencia resulta ventajoso aplicar una película lubricante para
prolongar su vida.
2.6.2.2 Clasificación.
Los rodamientos se pueden clasificar en función de:
La geometría de los elementos rodantes: bolas, rodillos cilíndricos, rodillos
esféricos, rodillos cónicos, agujas, etc.
Las cargas a las que están sometidos los rodamientos: axial, radial, lineal o
combinada.
2.6.2.3 Rodamientos de Bolas.
Los rodamientos de bolas se usan más que cualquier otro tipo de elementos
rodantes. Para una aplicación en que la carga es principalmente radial, se puede
elegir uno de este tipo de rodamientos. La carga de empuje se aplicará en un lado
de la pista de rodamientos interna mediante un hombro en el eje. La carga pasará
a lo largo del lado de la ranura a través de la bola, hacia el lado opuesto del anillo
de bolas y después a la carcasa. El radio de la bola es un poco más pequeño que
el radio de la ranura para permitir el rodamiento libre de las bolas. En teoría, el
contacto entre una bola y la pista de rodamientos se da en un punto, sin embargo,
en realidad es un área circular pequeña debido a la deformación de las piezas.
24
Como la carga es soportada en un área pequeña, se presentan tensiones debidas
al contacto muy altas a nivel local.
Para incrementar la capacidad de un cojinete de hilera única, se debe
utilizar un cojinete que tenga mayor número de bolas o bolas más grandes que
funcionen en pistas de rodamientos más grandes. Un tipo especial dentro del
rodamiento de bolas es el rodamiento de bolas de contacto angular, en el que un
ladote cada pista de rodamientos es más alto para permitir su adaptación a cargar
de empuje más considerables.
Este tipo de rodamientos se emplea comúnmente cuando la solicitación de
cargas es combinación de componentes axial y radial. Los ángulos de empuje más
comunes varían entre 15º y 40º.
2.6.2.4 Rodamientos de Rodillos Cilíndricos.
Sustituir las bolas esféricas por rodillos cilíndricos con los cambios
correspondientes en el diseño de los collares de bolas, proporciona una mayor
capacidad de carga radial. El patrón de contacto entre un rodamiento y su collar
es, en teoría, una línea y adopta forma rectangular conforme las piezas se
deforman bajo el efecto de una carga. Los niveles de tensión debida al contacto
son más bajos que los que corresponden a cojinetes de bola de un tamaño
equivalente, lo que permite que cojinetes más pequeños soporten una carga
particular o que un cojinete de un tamaño específico soporte una carga mayor. La
capacidad para soportar carga de empuje es pobre. Los rodamiento de rodillos
cilíndricos suelen ser muy anchos, lo cual les confiere escasa capacidad para
adaptarse a la desalineación angular.
2.6.2.5 Rodamientos de Autoalineados.
El rodamiento de rodillos de barril es una forma de rodamiento
autoalineado, se denomina así porque existe rotación relativa real de la pista de
rodamientos externa en relación a los rodamientos y la pista de rodamientos
interna cuando se presenta desalineación angular. Esto proporciona excelente
especificación de la capacidad de desalineación en tanto se conservan las mismas
25
especificaciones de capacidad de carga radial. Otro tipo de rodamientos
autoalineados son los rodamientos de bolas a rótula, los cuales poseen dos hileras
de bolas con un camino de rodadura esférico común en el aro exterior. Esta última
característica confiere al rodamiento la propiedad del autoalineamiento lo que
permite desviaciones angulares del eje con relación al soporte.
2.6.2.6 Rodamientos de tipo cónicos.
Este tipo de rodamientos están diseñados para soportar cargas de empuje
sustanciales con cargas radiales altas, lo cual da por resultado excelentes
especificaciones en ambos. Se utilizan con frecuencia en rodamientos de rueda
para vehículos y en maquinaria de trabajo pesado a la que le son inherentes
cargas de empuje altas.
2.6.2.7 Rodamientos de Agujas.
Este tipo de rodamientos son en realidad rodamientos de rodillos cilíndricos, pero
el diámetro es mucho menos. Al igual que en otros rodamientos de rodillos
cilíndricos, la capacidad de empuje y desalineación es pobre.
2.6.3 Cojinetes.
La historia de la lubricación hidrodinámica comienza con los experimentos
clásicos de Tower (1883), quien detectó la existencia de una película por medio de
mediciones de la presión dentro del lubricante, y de Petrov (1886), quien llegó a la
misma conclusión por medio de mediciones de la fricción. Este trabajo fue seguido
muy de cerca por la reconocida investigación analítica de Reynolds (1886), en la
que usó una forma reducida de las ecuaciones de Navier-Stokes junto con la
ecuación de la continuidad para generar una ecuación diferencial de segundo
orden de la presión en la distancia convergente y angosta entre las superficies de
los cojinetes. Esta presión permite que una carga se transmita entre las superficies
con una fricción muy baja, puesto que las superficies están completamente
separadas por una película fluida. En tal situación las propiedades físicas del
26
lubricante, en particular la viscosidad dinámica, rigen el comportamiento en la
conjunción.
Un sistema de cojinete puede operar con cualquiera de los siguientes tres
tipos de lubricación:
2.6.3.1 Lubricación en el límite
Existe contacto real entre las superficies sólidas de las partes movible y fija
del sistema de cojinetes, si bien hay una película de lubricante.
2.6.3.2 Lubricación por película mixta
Un zona de transición entre lubricación en el límite y lubricación por película
completa.
2.6.3.3 Lubricación por película completa
Las partes movible y fija del sistema de cojinetes está separada por una
película completa de lubricante que soporta la carga. El término lubricación
hidrodinámica se suele utilizar para describir este tipo.
Estos tres tipos de lubricación pueden encontrarse en un cojinete sin
presurización externa de éste. Si al cojinete se le abastece de lubricante
presurizado, se le denomina cojinete hidrostático, que se estudia por separado. No
es recomendable correr superficies secas juntas a menos que exista lubricidad
inherentemente satisfactoria entre los materiales que se enlazan.
2.6.4 Transmisiones en banda en V.
Las transmisiones de bandas en V se emplean mucho, a pesar del hecho
de que su eficiencia puede variar desde alrededor de un 70 a un 96%. Estas
transmisiones constan de esencia de bandas sin fin. De sección transversal
trapezoidal, que van montadas en las ranuras con forma de V de las poleas. Las
27
bandas se forman de cuerda y tela, impregnadas con caucho, siendo el material
de la cuerda algodón, rayón, fibra sintética o acero. Las transmisiones que
emplean estas bandas son silenciosas, capaces de absorber choques con bajas
presiones en los cojinetes. Una banda en V debe montarse con su superficie
superior aproximadamente a ras con la parte superior y la base de la ranura, de
modo que la banda quede montada sobre las redes de la ranura.
La fricción entre la banda y las paredes de la ranura aumenta mucho, más
allá de los valores normales, debido a que los ángulos de la ranura de la polea
acanalada se hacen un poco menores que los ángulos de la sección de la banda,
haciendo que está ultima entre como una cuña en la ranura.
La ANSI a estandarizado la sección y las longitudes de las bandas en V,
tanto en pulgadas como en unidades métricas, en tanto que la ANSI y la SAE han
estandarizado en ambos sistemas de unidades. Las bandas en V se especifican
por la combinación de una designación estándar y una longitud de la propia
banda; la longitud es la interior en el sistema en pulgadas y la de paso (efectiva),
en el sistema métrico. Las poleas acanaladas e especifican por sus diámetros de
paso, los cuales se utilizan para los cálculos de las razones de velocidades, en
cuyo caso las longitudes interiores de las bandas deben convertirse en longitudes
de paso para los fines de cálculo.
Las longitudes de paso se calculan al agregar un factor de conversión a la
longitud interior, para obtener los factores de conversión, se da una lista de
longitudes interiores estándar, en pulgadas y se tiene una la lista de longitudes de
aso métricas y estándar.
28
2.6.4.1 Transmisión de potencia por medio de bandas en V.
Por desgracia, no existe teoría o análisis matemático que pueda explicar de
manera confiable todos los resultados experimentales. Sin embargo las
formulaciones empíricas, basadas en resultados experimentales, suministran
procedimientos de diseño adecuados y junto con los datos publicados en los
catálogos de los fabricantes de bandas en V, hacen que se cuente con criterios
necesarios para la selección de esas bandas.
La ANSI ha publicado la siguiente formulación empírica para el cálculo de la
potencia nominal de una banda en V sencilla, para un carro de contacto del 180
grados que a resultados satisfactorios en la mayor parte de las condiciones.
H=(C1-C2/d-C3(r-d)2- C4lor(rd))(rd)+C2r(1-1/Ka)
Donde H= caballos de potencia nominales si se usan pulgadas (potencia
nominal en kW, en el caso de unidades métricas).C1 hasta C4 son constantes; R=
a revoluciones por minuto del árbol de alta velocidad; Ka es el factor de la razón
de velocidades y por último d= diámetro de paso de la polea pequeña.
2.6.4.2 Bandas en V dentadas.
Tienen dientes moldeados integralmente (están coarrugadas) en el lado
inferior de la banda. Las poleas pueden ser hasta 25% menores en diámetro con
bandas dentadas, debido a la mayor flexibilidad inherente a la construcción de
éstas. Mediante una extensión de la banda dentada, que acople con una polea
ranurada, con muescas del mismo paso que los dientes, se consigue una
transmisión particularmente útil para propósitos de poner a tiempo.
2.6.4.3 Bandas en V de costillas.
En realidad son bandas planas moldeadas íntegramente con costillas
longitudinales en el lado inferior. La tracción se provee sobre todo por la acción de
una cuña entre dos las dos, como en la operación común de tracción de la banda.
Las bandas de costillas sirven bien cuando sustituyen bandas en V múltiples y
29
para todos los fines prácticos eliminan la necesidad de igualar bandas en las
transmisiones de bandas múltiples.
2.6.4.4 Bases Ajustables para motores.
Para mantener las tensiones apropiadas de las bandas en distancias cortas
entre centros, se usa muchas veces una base ajustable para motor. En la que el
ajuste para obtener la tensión apropiada de la banda se realiza al girar un tornillo
que abre o cierra la distancia entre los centros de las poleas, según se requiera.
La parte móvil de la base tiene un resorte de montado que después del ajuste
inicial de la tensión de la banda que se ha hecho mediante el tornillo, el resorte
compensará la cantidad normal de estirado de las bandas. Cuando hay más
estirado que el que puede absorber el resorte, se gira el tornillo para dar la
tracción necesaria a las bandas. La parte móvil de la base puede moverse cuando
la unidad en operación y la base de motor está considerada para montaje tanto
vertical como horizontal.
2.6.5 Transmisiones de cadenas.
2.6.5.1 .Transmisiones de cadena de rodillos.
Las ventajas de las cadenas de rodillos de acero con acabado son: alta
eficiencia, deslizamiento nulo, no precisa tensión inicial y las cadenas pueden
marchar en uno u otro sentido.
Cuando más corto sea el paso, mayor será la velocidad de funcionamiento
admisible para la cadena de rodillos. Se puede obtener una capacidad de
transmisión de potencia mayor que la suministrada por una cadena sencilla
mediante el empleo de cadenas múltiples, las cuales son, en esencia, cadenas
sencillas paralelas acoladas con pasadores comunes a todas las hileras. A causa
de su ligera en relación con su resistencia a la tracción, no necesita considerarse
el efecto del tirón centrífugo; aún la velocidad desacostumbrada de 6000 pie/min,
este tirón es solo del 3% de la resistencia última a la tracción.
30
Para velocidades relativamente bajas se pueden usar ruedas dentadas para
cadenas con menos de 25 dientes, que trabajen a velocidades mayores de 500 a
600 rpm, deben recibir un tratamiento térmico para darles una superficie tenaz
resistente al desgaste, cuya dureza de ensayo esté comprendida entre 35 y 45 de
la escala de dureza Rocwell C.
Si la razón (relación) de velocidades exige que la rueda mayor tenga hasta
128 dientes o más de ocho veces el número de dientes de la rueda menor por lo
común es mejor, con pocas excepciones hacer la reducción deseada en dos o
más pasos. La forma estándar ANSI de los dientes permite que la cadena de
rodillos se ajuste por sí misma a un círculo de paso mayor a medida que se alarga
el paso de la cadena debido al desgaste natural que sufre en las juntas de
pasador y buje. Cuanto mayor sea el número de dientes, más pronto la cadena
accionará demasiada cerca de los extremos de los dientes.
Se pueden usar ruedas dentadas locas sobre cualquiera de los dos lados
de la cadena estándar de rodillos, para compensar el aflojamiento, para guiar la
cadena en torno de obstrucciones, para cambiar el sentido de rotación de un árbol
impulsado o para proporcionar mayor abrazamiento sobre otra rueda dentada. Las
ruedas locas no deben marchar a velocidades mayores que las recomendadas
como máximas para otras ruedas para cadenas con el mismo número de dientes.
Es conveniente que las ruedas locas tengan por lo menos dos dientes que
engranen con la cadena, y es aconsejable, aunque no necesario, que una rueda
loca haga contacto con el tramo muerto (que no trabaja) de la cadena.
Los caballajes nominales se basan en el número de dientes y en la
velocidad de rotación de la rueda dentada menor, ya sea impulsora o seguidora.
Como el área de apoyo del conjunto pasador-buje afecta a la carga de trabajo
admisible, constituye el factor importante para las velocidades medias y altas.
Para velocidades extremadamente bajas, se pueden basar la selección de la
cadena en su resistencia última a la tracción. Para velocidades de la cadena de 25
fr/min o menores, el tirón de la cadena no debe ser mayor a 1/5 de la resistencia
31
ultima a la tracción; para 50 ft/min, 1/6; para 100 ft/min 1/7; para 150 ft/min, 1/8;
para 200 ft/min 1/9 y para 250 ft/min, 1/10.
Los caballajes nominales para cadenas de varias hileras son proporcionales
al número de éstas. Los números de hileras recomendados para cadenas
múltiples son 2,3,4,6,10,12,16,20 y 24, con el ancho máximo total limitado en
cualquier caso a 24 in.
Donde, L= longitud de la cadena; P= paso de la cadena; Ry r = radios de
las ruedas dentadas para cadena, grande y pequeña, respectivamente; D=
distancia entre centros; A= longitud de la tangente y la línea de centros; a= ángulo
formado por la tangente y la línea de cetros; N y n= número de dientes de las
ruedas pequeñas y grandes, respectivamente; (180 + 2 a) y (180-2 a)= ángulos de
contacto sobre las ruedas dentadas mayor y menor respectivamente, grados.
Las ecuaciones para la longitud de la cadena en transmisiones de varias
ruedas dentadas son engorrosas, excepto cuando todas las ruedas son del mismo
tamaño y están del mismo lado de a cadena. Con estas condiciones, la longitud de
la cadena en pasos es igual a la suma de las distancias consecutivas entre
centros, en pasos, más el número de dientes de una rueda.
Las longitudes reales de las cadenas deben expresarse en un número de
par de pasos. Cuando sea necesario, se puede conseguir un número impar de
pasos por el uso de un eslabón compensador es un paso; medio eslabón de rodillo
en el otro extremo. Si las distancias entre centros no ha de ser regulables o
ajustables, deben seleccionarse para conseguir un ajuste exacto inicial para un
número de par de pasos e cadena. Para aplicaciones promedio, una distancia
entre centros igual a 40 a 10 pasos de cadena representa una buena práctica.
El arco de contacto sobre una rueda motriz debe ser, por lo menos de 120
grados o más para cualquier distancia entre centros o cualquier número d dientes.
Para conseguir un arco de120 o más grados, para razones mayores de 3:1, la
distancia entre centros no debe ser menor a diferencia entre los diámetros de paso
de las ruedas dentadas.
32
2.6.5.2 Diámetros de las ruedas dentadas para la cadena.
N=Número de dientes; P= paso de la cadena; D= diámetro del rodillo. El
paso de una cadena de rodillos estándar se mide desde el centro de un pasador
hasta el del adyacente.
Diámetro de paso = P sen 180/N
Diámetro de raíz= diámetro de paso – D
Diámetro exterior= P (0.6 + cot 180/N)
Diámetro de calibre= (diámetro de paso x cos 90/N)-D
No se puede medir el diámetro exacto de raíz para un número impar de
dientes, pero puede comprobarse midiendo la distancia (diámetro de calibre) entre
las raíces de los dos espacios entre dientes más cercanos opuestos entre sí. Los
diámetros de raíz y de calibre no deben tener un tamaño mayor que el nominal
(toda tolerancia debe ser negativa). Tolerancia negativa ANSI = 0.003 + (0.001 X
PN).
2.6.5.4 Cadenas de dientes invertidos.
Las transmisiones de cadena con dientes invertido tienen una forma típica
de diente. Estas cadenas deben funcionar dentro de una caja, que retenga aceite,
con disposiciones para la lubricación. Debe evitarse el empleo de eslabones con
números desiguales de paso.
Los caballajes nominales por pulgada de ancho de la silenciosa,
específicos, para varios pasos de cadenas y velocidades. Las capacidades
nominales están basadas en condiciones ideales de transmisión con relativamente
poco choque o variación de carga y se supone una duración promedio de 20 000
horas. Al utilizar los caballajes nominales se debe multiplicar la potencia en
caballos de la transmisión o un factor de servicio que depende de la aplicación.
33
2.6.6 Coples.
Los coples son una forma de conexión semipermanente entre dos ejes o
árboles Son de tres tipos: rígido, flexible e hidráulico.
2.6.6.1 Cople rígido.
Son aquellos que pueden utilizarse en ejes perfectamente alineados Entre
los más utilizados tenemos el de bridas, de compresión sin cuña y el de
abrazadera nervada.
2.6.6.1 Cople flexibles.
Los coples flexibles se han ideado para conectar ejes que estén
desalineados, por desplazamiento lateral o angular. Un beneficio secundario
consiste en la absorción de los choques debidos a las fluctuaciones del momento
de torsión del árbol o de la velocidad angular de éste, los más conocidos son de
ajuste Doble, el Fast, y steelflex.
2.6.6.1 Cople hidráulico.
Constan del miembro de entrada y el de salida, ósea impulsor y rotor, no
hay conexión mecánica entre ejes, siendo transmitida la potencia por la energía
cinética del fluido actuante.
2.6.7 Engrane.
Se le llama engrane al mecanismo utilizado para transmitir potencia de un
componente a otro dentro de una máquina. Los engranajes están formados por
dos ruedas dentadas, de las cuales la mayor se denomina corona' y la menor
'piñón'. Un engranaje sirve para transmitir movimiento circular mediante contacto
de ruedas dentadas.
http://es.wikipedia.org/wiki/Mecanismohttp://es.wikipedia.org/wiki/M%C3%A1quinahttp://es.wikipedia.org/wiki/Corona_(mecanismo)http://es.wikipedia.org/wiki/Pi%C3%B1%C3%B3n_(mecanismo)http://es.wikipedia.org/wiki/Movimiento_circular
34
2.6.7.1 Engrane recto.
Son el tipo de engranes más simple y corriente que existe. Se utilizan
generalmente para velocidades pequeñas y medias; a grandes velocidades, si no
son rectificados, o ha sido corregido su tallado, producen ruido cuyo nivel depende
de la velocidad de giro que tengan.
Tabla 2.2
35
2.7 Ergonomía.
2.7.1 Historia
Los fundamentos de la ciencia de la ergonomía parece que se han
establecido dentro del contexto de la cultura de la Antigua Grecia. Una buena
parte de la evidencia indica que la civilización griega en el siglo 5 a.C. utiliza
principios de la ergonomía en el diseño de herramientas en sus lugares de trabajo.
Más tarde, en el siglo 19, Frederick Winslow Taylor fue pionero en la
"Administración Científica del Trabajo" Taylorismo, método que propone la manera
de encontrar el método óptimo para llevar a cabo una tarea determinada. Taylor
descubrió que podía, por ejemplo, producir el triple de la cantidad de carbón que
los trabajadores estaban paleando, ampliando gradualmente el tamaño y
reduciendo el peso de las palas de carbón hasta que la tasa más rápida de
paleado se alcanzó. Frank y Lillian Gilbreth, ampliaron los métodos de Taylor en el
año 1900 para desarrollar "El estudio de tiempos y movimientos". Su objetivo era
mejorar la eficiencia mediante la eliminación de pasos innecesarios. Mediante la
aplicación de este enfoque, los Gilbreth redujeron el número de movimientos en
albañilería de 18 a 4,5, lo que permitió a los albañiles aumentar su productividad
de 120 a 350 ladrillos por hora.
La Segunda Guerra Mundial marcó el desarrollo de nuevas armas y
máquinas complejas, y nuevas exigencias sobre la cognición de los operadores.
La toma de decisiones, la atención, la conciencia situacional y la coordinación ojo-
mano del operador de la máquina, se convirtió en la clave del éxito o el fracaso de
una tarea. Se observó que los aviones en pleno funcionamiento, piloteados por los
pilotos mejor entrenados, sufrían accidentes aéreos. En 1943, Alphonse Chapanis,
un teniente del Ejército de los EE.UU., mostró que este llamado "error del piloto"
podría reducirse en gran medida, cuando los controles eran remplazados por
diseños más lógicos y menos confusos en la cabina del avión.
En las décadas posteriores a la guerra, la ergonomía ha seguido floreciendo
y diversificándose. La era espacial ha creado nuevos problemas de factores
http://es.wikipedia.org/wiki/Antigua_Greciahttp://es.wikipedia.org/wiki/Frederick_Winslow_Taylorhttp://es.wikipedia.org/wiki/Taylorismohttp://es.wikipedia.org/wiki/Segunda_Guerra_Mundialhttp://es.wikipedia.org/wiki/Era_espacial
36
humanos, tales como la ingravidez y las fuerza G. El amanecer de la era de la
información se ha traducido en el campo de la ergonomía de la nueva interacción
persona-computador(HCI). Del mismo modo, la creciente demanda y la
competencia entre los bienes de consumo y de la electrónica ha dado lugar a más
empresas, incluidos los factores humanos en el diseño de productos.
La acuñación de la ergonomía a largo plazo, sin embargo, es ampliamente
atribuido al psicólogo británico Hywel Murrell, en la reunión de 1949 en el
Ministerio de marina en el Reino Unido, que llevó a la fundación de la Sociedad de
Ergonomía. Él lo utilizó para englobar los estudios en los que habían participado
durante y después de la II Guerra Mundial.
2.7.2 Descripción General de la ergonomía.
1. La ergonomía se define como interacciones entre humanos y los elementos
de un sistema.
2. Sus características son fisiológicas, anatómicas o psicológicas.
3. Sus factores más conocidos son el hombre, las máquinas y el ambiente.
4. Según su dominio, se divide en cognitiva, física u organizacional.
5. La ergonomía cognitiva, estudia los procesos mentales.
6. La ergonomía física, estudia la actividad física.
7. La ergonomía organizacional, estudia la optimización de sistemas
psicotécnicos.
2.7.3 Ergonomía y el ser humano.
La Ergonomía es una ciencia que produce e integra el conocimiento de las
ciencias humanas para adaptar los trabajos, sistemas, productos, ambientes, a las
habilidades mentales y físicas; así como a las limitaciones de las personas. Busca
al mismo tiempo salvaguardar la seguridad, la salud y el bienestar mientras
optimiza la eficiencia y el comportamiento. Dejar de considerar los principios de la
Ergonomía llevará a diversos efectos negativos que - en general - se expresan
en lesiones, enfermedad profesional, o deterioros de productividad y eficiencia.
http://es.wikipedia.org/wiki/Ingravidezhttp://es.wikipedia.org/wiki/Fuerza_Ghttp://es.wikipedia.org/wiki/Era_de_la_informaci%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Era_de_la_informaci%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Interacci%C3%B3n_persona-computadorhttp://es.wikipedia.org/wiki/Interacci%C3%B3n_persona-computadorhttp://es.wikipedia.org/wiki/Accidente_laboralhttp://es.wikipedia.org/wiki/Enfermedad_profesional
37
La ergonomía analiza aquellos aspectos que abarcan al entorno artificial
construido por el hombre, relacionado directamente con los actos y acciones
involucrados en toda actividad de éste, ayudándolo a acomodarse de una manera
positiva al ambiente y composición del cuerpo humano.
En todas las aplicaciones su objetivo es común: se trata de adaptar los
productos, las tareas, las herramientas, los espacios y el entorno en general a la
capacidad y necesidades de las personas, de manera que mejore la eficiencia,
seguridad y bienestar de los consumidores, usuarios o trabajadores. Desde la
perspectiva del usuario, abarca conceptos de comodidad, eficiencia, productividad,
y adecuación de un objeto.
2.7.4 Ventajas de la Ergonomía.
Disminución de riesgo de lesiones.
Disminución de errores / rehacer.
Disminución de riesgos ergonómicos.
Disminución de enfermedades profesionales.
Disminución de días de trabajo perdidos.
Disminución de Ausentismo Laboral.
Disminución de la rotación de personal.
Disminución de los tiempos de ciclo.
Aumento de la tasa de producción.
Aumento de la eficiencia.
Aumento de la productividad.
Aumento de los estandares de producción.
Aumento de un buen clima organizacional.
Simplifica las tareas o actividades.
38
2.7.5 Ergonomía del producto.
El objetivo de este ámbito son los consumidores, usuarios y las
características del contexto en el cual el producto es usado. El estudio de los
factores ergonómicos en los productos, busca crear o adaptar productos y
elementos de uso cotidiano o específico de manera que se adapten a las
características de las personas que los van a usar. Es decir, la ergonomía es
transversal, pero no a todos los productos, sino a los usuarios de dicho producto.
El diseño ergonómico de productos, trata de buscar que éstos sean:
eficientes en su uso, seguros, que contribuyan a mejorar la productividad, sin
generar patologías en el humano, que en la configuración de su forma indiquen su
modo de uso.
Para lograr estos objetivos, la ergonomía utiliza diferentes técnicas en las
fases de planificación, diseño y evaluación. Algunas de esas técnicas son: análisis
funcionales, biomecánicos, datos antropométricos del segmento de usuarios
objetivo del diseño, ergonomía cognitiva y análisis de los comportamientos
fisiológicos de los segmentos del cuerpo comprometidos en el uso del producto.
En sentido estricto, ningún objeto es ergonómico por sí mismo, ya que la
calidad de tal, depende de la interacción con el individuo. No bastan las
características del objeto.
2.7.6 Diseño ergonómico de puestos de trabajo
Uso del cuerpo humano.
Arreglo y condiciones del lugar de trabajo.
Diseño de herramientas y equipo.
Algo muy importante es que los principios se basan en factores anatómicos,
biomecánicos y fisiológicos del cuerpo humano. Éstos constituyen la base
científica de la ergonomía y el diseño del trabajo. Los principios tradicionales de
economía de movimientos se han ampliado y ahora se le conoce como principios y
guía para el diseño del trabajo:
39
Diseño del trabajo manual.
Diseño de estaciones de trabajo, herramientas y equipo.
Diseño del ambiente de trabajo.
Diseño del trabajo cognitivo.
2.7.7 Trabajo con manos y pies al mismo tiempo.
Dado que las manos son más hábiles que los pies, no sería inteligente
hacer que los pies trabajaran mientras las manos están quietas. Con frecuencia se
pueden arreglar dispositivos como pedales que permitan sujeciones, expulsiones o
alimentaciones, y liberar las manos para otros trabajos más útiles y, en
consecuencia, disminuir el tiempo de ciclo. Cuando las manos se mueven, los pies
no deben hacerlo, ya que es difícil el movimiento simultáneo de manos y pies;
pero los pies pueden estas aplicando presión sobre algo como un pedal. Además,
el operario debe estar sentado, pues no es sencillo operar un pedal de pie, y
aguantar todo el peso del cuerpo en el otro pie.
2.7.8 Antropometría y diseño.
La guía primordial es diseñar el lugar de trabajo para que se ajuste a la
mayoría de los individuos en cuanto al tamaño estructural del cuerpo humano. La
ciencia de medir el cuerpo humano se conoce como antropometría, la cual utiliza
dispositivos tipo calibrador para determinar las dimensiones estructurales, como
estatura, largo del antebrazo y otros.
Diseño para extremos
El diseño para extremos implica que una característica específica es un factor
limitante al determinar el valor máximo y mínimo de una variable de población que
será ajustada, por ejemplo, los claros, como una puerta o la entrada a un tanque
de almacenamiento, deben diseñarse para el caso máximo, es decir, para la
estatura o ancho de hombros correspondiente al percentil 95. De esta manera el
http://es.wikipedia.org/wiki/Antropometr%C3%ADahttp://es.wikipedia.org/wiki/Calibrador
40
95% de los hombres y casi todas las mujeres podrán pasar por el claro. El alcance
para cosas como un pedal de freno o una perilla de control se diseña para el
individuo mínimo, es decir, para piernas o brazos de mujeres en el percentil 5,
entonces 95% de las mujeres y casi todos los hombres tendrán un alcance mayor
y podrán activar el pedal o el control.
Diseño para que sea ajustable
Diseñar para que se ajuste se usa, en general, para equipo o instalaciones que
deben adaptarse a una amplia variedad de individuos. Sillas, mesas, escritorios,
asientos de vehículos, una palanca de velocidades y soportes de herramientas
son dispositivos que se ajustan a una población de trabajadores entre el percentil
5 de las mujeres y el percentil 95 de los hombres. Es obvio que diseñar para que
se ajuste es el método más conveniente de diseño, pero existe un trueque con el
costo de implementación.
Diseño para el promedio
El diseño para el promedio es el enfoque menos costoso pero menos preferido.
Aunque no existe un individuo con todas las dimensiones promedio, hay ciertas
situaciones en las que sería impráctico o demasiado costoso incluir posibilidades
de ajuste para todas las características. Es útil, práctico y efectivo en costos,
construir un modelo uno a uno del equipo o instalación que se diseña y hacer que
los usuarios lo evalúen.
2.7.9 Determinar la altura de la superficie de trabajo según la
altura del codo.
La altura de la superficie de trabajo (con el trabajador ya sea sentado o de
pie) debe determinarse mediante una postura de trabajo cómoda para el operario.
En general, esto significa que los antebrazos tienen la posición natural hacia abajo
y los codos están flexionados a 90°, de manera que el brazo está paralelo al suelo.
41
La altura del codo se convierte en la altura adecuada de operación o de la
superficie de trabajo. Si está demasiado alta, los antebrazos se encogen y causan
fatiga de los hombros, si es demasiado baja, el cuello o la espalda se doblan y
ocasionan fatiga en esta última.
2.7.10 Ajustar la altura de la superficie de trabajo según la tarea
que se realiza.
Existen excepciones a este primer principio. Para ensamble pesado con
levantamiento de partes pesadas, es más ventajoso bajar la superficie de trabajo
hasta 20cm, para aprovechar los músculos más fuertes del tronco. Para un
ensamble fino que incluye detalles visuales pequeños, es más ventajoso elevar la
