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DEDICATORIA
Dedico el presente trabajo principalmente a Dios por darme la vida, salud y todas
las herramientas que necesito para lograr alcanzar mis metas, gracias Señor.
A mis padres por ser mis fuentes de inspiración y motivación, además, son quienes
guiaron mis pasos por el camino del bien, inculcándome los valores y principios que
he puesto en práctica durante el logro de esta meta.
A mis Hermanos y familiares que me ayudado mucho en toda la carrera, con su
apoyo y entusiasmo, por estar siempre presentes en las buenas y en las malas.
A cada uno de mis apreciados amigas(os) y seres queridos que me han brindado
su apoyo emocional, físico y profesional. Gracias.
A mi tutor Dayker Romero por aportarme sus valiosos conocimientos además de
ayudarme a crecer como persona y como profesional. De la misma manera destaco la
valiosa colaboración de la tutora Iraselma Araujo.
Y en fin a Dios nuevamente por ser, el ser supremo que puso en mi camino a todas
las bellas personas que me ayudaron a hacer realidad este sueño, y a mí mismo Félix
Rodríguez que nunca me deje vencer por las adversidades y obstáculos y que condedicación y esfuerzo logre una de mis metas más anheladas.
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AGRADECIMIENTOS
A mi Dios, por sobre todas las cosas ya que sin él no existiría, el siempre ha sido
mi mejor Amigo, Confidente y Guía y es quien llena de luz y esplendor cada minuto
de mi vida, es mi inspiración principal en cada una de las metas que me propongo
lograr. Gracias padre por hacer de mi tu hijo predilecto y por darme tantas cosas
hermosas en la vida. Te amo.
A mis Padres, por todo su amor, apoyo y comprensión durante mis estudios, por
esos momentos cálidos que me haces pasar y que me ayudan a levantarme. Gracias
por ser mi Padres.
A mis Hermanos y familiares que me ayudado mucho en toda la carrera, con su
apoyo y entusiasmo, por estar siempre presentes en las buenas y en las malas.
A mis Amigos y Compañeros de estudio, gracias por su apoyo y colaboración
porque con ellos he aprendido mucho y han sido parte importante en mi carrera,Además fue un placer haber compartido con ustedes y que de ello naciera una
amistad.
A los profesores quienes a través de sus enseñanzas ejemplar han proporcionado
las herramientas necesarias para culminar satisfactoriamente este trabajo. En esto
destaco la valiosa colaboración del Tutor Académico Ing. Dayker Romero, el Tutor
Metodológico Lic. Irase
lma Araujo.
Gracias, Félix Rodríguez.
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ÍNDICE GENERAL
pp.
LISTA DE CUADROS ............................................................................................. ix
LISTA DE FIGURAS................................................................................................. x
LISTA DE GRAFICOS............................................................................................. xi
RESUMEN.................................................................................................................. 1
INTRODUCCIÓN ..................................................................................................... 2
CAPÍTULO
I. EL PROBLEMA............................................................................................. 4
Contextualización del Problema ....................................................................... 4
Objetivos de la Investigación
Objetivo General ..................................................................................... 6
Objetivos Específicos ............................................................................. 6Justificación de la Investigación ...................................................................... 7
II. MARCO REFERENCIAL ............................................................................ 8
Antecedentes de la Investigación ................................................................... 10
Bases Teóricas ................................................................................................ 12
Bases Legales ................................................................................................. 49
Sistema de Variables .................................................................................................. 52
Definición de Términos Básicos ................................................................................ 54
III. MARCO METODOLÓGICO..................................................................... 56
Modalidad de la Investigación ....................................................................... 56
Tipo de Investigación ..................................................................................... 56
Diseño de la Investigación ............................................................................. 57
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Población ........................................................................................................ 57
Muestra ........................................................................................................... 58Técnicas e Instrumentos de Recolección de Datos ........................................ 58
Validez y Confiabilidad .................................................................................. 58
Validación y Confiabilidad del Instrumento ................................................... 59
Procedimientos ............................................................................................... 59
Operacionalización de Variables .................................................................... 60
IV. RESULTADOS ............................................................................................. 62
Fase Diagnóstico ................................................................................... 62
Fase de Alternativas de Solución .......................................................... 71
Fase de propuesta .................................................................................. 74
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
Conclusiones .............................................................................................................. 86
Recomendaciones ....................................................................................................... 87
REFERENCIAS ....................................................................................................... 88
ANEXO… ................................................................................................................. 90
A. Encuestas ....................................................................................................... 91
B. Validación del Instrumento ............................................................................ 94
C. Propiedades Mecánicas ................................................................................. 97
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D. Coeficientes para Distintos Materiales .......................................................... 98
E. Transmisiones de Bandas ............................................................................... 99F. Circunferencia Interna de Bandas ................................................................ 100
G. Potencias Nominales de Hp de Bandas ....................................................... 101
H. Especificaciones para Pernos de Aceros ..................................................... 102
I. Diseño de Chavetas ....................................................................................... 103
J. Planos de la Máquina peletizadora ............................................................... 104
RESUMEN DEL CURRICULUM VITAE .......................................................... 132
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LISTA DE CUADROS
CUADRO
pp.
1. Sistema de variables ............................................................................................... 53
2. Operacionalización de variables ............................................................................ 61
3. Análisis de la Pregunta No 1. ................................................................................. 64
4. Análisis de la Pregunta No 2 .................................................................................. 65
5. Análisis de la Pregunta No 3 .................................................................................. 66
6. Análisis de la Pregunta No 4. ................................................................................. 67
7. Análisis de la Pregunta No 5 .................................................................................. 68
8. Análisis de la Pregunta No 6 .................................................................................. 69
9. Análisis de la Pregunta No 7. ................................................................................. 70
10. Costos de Materiales y Componentes .................................................................. 82
11. Costos de Mecanizado .......................................................................................... 83
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LISTA DE FIGURAS
FIGURA
pp.
1. Polietileno. ............................................................................................................. 14
2. Polipropileno ......................................................................................................... 15
3. Poliestireno ............................................................................................................. 15
4. Policloruro .............................................................................................................. 16
5. Acrílicos ................................................................................................................. 17
6. Máquina Peletizadora ............................................................................................. 25
7. Tolva de Alimentación ........................................................................................... 26
8. Resistencia Blindadas............................................................................................. 27
9. Motor Principal ...................................................................................................... 28
10. Tornillo Simple de Extrusión ............................................................................... 28
11. Dado ..................................................................................................................... 30
12. Cuchilla ................................................................................................................ 30
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LISTA DE GRAFICOS
GRAFICO
pp.
1. Pregunta No 1 ......................................................................................................... 64
2. Pregunta No 2 ......................................................................................................... 65
3. Pregunta No 3 ......................................................................................................... 66
4. Pregunta No 4 ......................................................................................................... 67
5. Pregunta No 5 ......................................................................................................... 68
6. Pregunta No 6 ......................................................................................................... 69
7. Pregunta No 7 ......................................................................................................... 70
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REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELAINSTITUTO UNIVERSITARIO POLITÉCNICO
“SANTIAGO MARIÑO”EXTENSION CARACAS
Línea de Investigación: Proyecto Mecánico
DISEÑO DE UNA MÁQUINA PELETIZADORA PARA RECICLAJE DEBOLSAS PLÁSTICAS EN LA EMPRESA, PLÁSTICOS GUARENAS C. A,
UBICADA EN GUARENAS, ESTADO MIRANDA, VENEZUELA..
Trabajo Especial de Grado presentado como requisito parcial para optar al Título deIngeniero en Mantenimiento Mecánico
Autor: Félix Rodríguez Tutor Académico: Ing. Dayker Romero
Tutor Metodológico: Lic. Iraselma AraujoJunio 2011
Resumen
La presente investigación trata sobre el estudio realizado en la Empresa PlásticosGuarenas C.A., consistió en diseñar una máquina peletizadora para reciclaje de bolsasplásticas, empresa, la cual produce bolsas y rollos de película plástica para su usoindustrial. Dicha máquina estará disponible para la recuperación de los desechosplásticos generados en el área de extrusión y reutilizar nuevamente los pelletobtenidos para realizar una producción nueva y así generar beneficios para laempresa. El diseño cumple de manera equilibrada con los requerimientos de laempresa disminuyendo costo de adquisición de materia prima y maximizando lasganancias de la empresa Plásticos Guarenas C.A. Este trabajo se constituye de cuatrocapítulos en donde el primero consta del planteamiento del problema y los objetivos
general y específicos y la justificación, el segundo capítulo desarrolla el marcoreferencial, sus antecedentes, bases legales y teóricas, el tercer capítulo sobre lametodología que se caracterizo por ser de modalidad factible y el diseño deinvestigación de campo y documental y el cuarto capítulo se desarrolla el diseño de lamáquina peletizadora de plásticos.
Descriptores: Máquinas extrusoras, motores, poleas, cuchillas y tornillo sin fin.
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INTRODUCCIÓN
El polietileno es la materia prima de la empresa Plásticos Guarenas C.A. Líder a
nivel nacional en producción de bobinas de plásticos para la elaboración de bolsas y
películas plásticas.
Actualmente existe en la compañía un índice de crecimiento rápido y oscilante,
con un alto grado de innovación de nuevos productos, con el desarrollo e
implementación del proyecto se busca reforzar estos indicadores y al mismo tiempo
disminuir los costos para la adquisición del polietileno minimizando las perdidas de
materia prima, estos son los factores base para la puesta en marcha de este diseño.
Es por esto que el proyecto demuestra el desarrollo de una máquina peletizadora
de reciclaje de bolsas plásticas, generado en el proceso de extrusión, en tal sentido el
reutilizamiento del material obtenido en el proceso es el principal objetivo.
En el planteamiento del diseño este demandara un estudio de toda la información
relacionada a máquinas peletizadoras de plásticos, determinar las características que
constituyen una máquina peletizadora de plástico, establecer sus costos y cálculos y
diseñar el sistema de reciclaje.
Por lo tanto la máquina peletizadora a plantearse lo constituye un motor principal
que a través de través de poleas moverá el tornillo sin fin transportador de material
que ira fundiendo el material por resistencias blindadas de calor, teniendo salida enun dado con orificios de salidas donde a través de una cuchilla giratoria cortara el
plástico convirtiéndolo nuevamente en forma de pellet.
La principal ventaja es el mínimo de perdidas por producción y facilidad de
operación, lo cual resulta eficaz y eficiente para Plásticos Guarenas C.A. y altamente
atractivo para el consorcio CORPLAMI (Corporación de Plásticos de Miranda),
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alianza conformada por cincos empresas (Plásticos Guarenas C.A., Plásticos Santa
Cruz, Plásticos la Urbina, Polinca y Plásticos Aurora), e implementar una máquinapeletizadora de plásticos para todas las empresas del sector plásticos seria de gran
ayuda para ellas como para el medio ambiente.
El desarrollo de la presente investigación se estructuró de la siguiente manera:
En el Capítulo I Se conocerá el planteamiento del problema, objetivo general,
específicos, justificación de la investigación; se hace referencia al problema planteado
que nace de la necesidad de resolver las debilidades que tiene la empresa en losdesecho de bolsas plásticas, para este fin se plantea una serie de objetivos específicos.
El Capítulo II Busca familiarizar al lector con la estructura y composición de la
empresa, los antecedentes, el marco teórico referencial, además se realiza una breve
descripción de los conceptos bases de una máquina peletizadora de plásticos.
El Capítulo III Es definido por medio de una metodología en el cual se evalúan
detalladamente los métodos que se utilizaron, el tipo de investigación, el diseño, las
técnicas que se aplicaron y los instrumentos.
Capítulo IV. Resultados, Fase de Diagnóstico: Son presentados los resultados, el
análisis de las encuestas hechas al personal que labora en el área de extrusión donde
se realiza la investigación, las conclusiones y las recomendaciones.
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CAPÍTULO I
El Problema
Contextualización del Problema
Los residuos plásticos se tratan de varias maneras en los diferentes países
dependiendo de los recursos con que estos cuenten, en Europa es donde se asume que
empezó el manejo de los residuos plásticos, no en forma de reciclaje sino con
procesos de incineración debido a la falta de espacios en estos países. El plástico es
un material logrado en laboratorios mediante transformación sintética del carbono
principalmente pero también del hidrógeno, nitrógeno y oxigeno en combinación con
otros elementos derivados del petróleo. El plástico es difícilmente biodegradable, por
esta razón se convierte en un producto altamente contaminante, más aun si se tiene en
cuenta que los plásticos al quemarse producen gases contaminantes. Hoy en día el
plástico es esencial en nuestra vida, el cual proviene del petróleo, elemento no
renovable, por lo tanto cada vez más caro.En Venezuela actualmente existen empresas del sector plástico tales como;
Plásticos Santa Cruz, Plásticos la Urbina, Plásticos progreso, Plásticos Aurora, que se
encargan de la elaboración de productos derivados del plástico teniendo un amplio
mercado y competencia a nivel nacional.
Cada empresa del sector plástico debe tener una respuesta en cuanto a la
producción de desechos plásticos que generen en su tiempo de trabajo y no arrojarlos
al medio ambiente ya que existen métodos como el reciclaje mecánico.
El reciclaje mecánico de los plásticos es un proceso físico mediante el cual el
plástico es recuperado para su posterior utilización, se considerara para aquellos
procedentes del consumo, es decir aquellos que hayan tenido una primera utilización,
aquellos que son el resultado de una producción fallida o de restos de fabricación.
El procedimiento para reciclar mecánicamente plásticos inicia con el proceso de
recolección, continua con los procesos de selección, molido, lavado, secado,
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aglutinado, peletizado, para finalmente obtener los pellets reciclados y después
transformarlo.Es por esto que la peletización consiste básicamente en un proceso de extrusión
que consta de un cilindro o cañón en cuyo interior se aloja un husillo o tornillo de
Arquímedes, que accionado por un motor y transmisión, gira y recoge el material de
la tolva de alimentación, avanzando a lo largo del cilindro y sometiéndose a esfuerzos
de cizalladura (corte) a la vez que se comprime en la zona de compresión, generando
calor por efectos de fricción, que se mantiene mediante resistencias blindadas y con
un dado especial a base de un plato perforado con orificios de 2 a 3 milímetros, por
ellos fluye el plástico fundido y homogenizado para posteriormente ser cortado.
Cuando el corte se realiza por medio de cuchillas a la cabeza del dado.
Actualmente la empresa Plásticos Guarenas C.A, presenta inconvenientes con los
productos desechados de las máquinas por la gran cantidad de desperdicios que se
están generando y trae como consecuencia la compra de materia prima
excesivamente.
En consecuencia surge la necesidad de diseñar una máquina peletizadora para
reciclaje de las bolsas plásticas para darle una mejor utilización a los productos
desechados y convirtiéndolos en materia prima para reutilizarlos nuevamente para la
producción de la empresa.
Según lo presentado anteriormente es necesario formular las siguientes
interrogantes:
¿Cuál es la información técnica relacionada a máquinas peletizadoras para
reciclaje de plásticos?
¿Se puede determinar las características técnicas de las partes constituyentes de lamáquina peletizadora para la adquisición y elaboración?
¿Es posible establecer los costos y cálculos para el diseño de la máquina
peletizadora?
¿Diseñar la máquina peletizadora para reciclaje de bolsas plásticas?
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Objetivos de la Investigación
Objetivo General
Diseñar una máquina peletizadora para reciclaje de bolsas plásticas en la empresa
Plásticos Guarenas C.A.
Objetivo Específicos
Analizar la información técnica relacionada a máquinas peletizadoras para
reciclajes de plásticos.
Determinar las características técnicas de las partes constituyentes de la máquina
peletizadora para la adquisición y elaboración.
Establecer los costos y cálculos para el diseño de la máquina peletizadora.
Diseñar la máquina peletizadora para reciclaje de bolsas plásticas.
Justificación
Cada empresa del sector plástico debe tener una respuesta en cuanto a la
producción de desechos plásticos que generen en su tiempo de trabajo y no arrojarlos
al medio ambiente ya que existen métodos para su reciclado. En una visión ecológica
del mundo, entre diversas medidas para la conservación de los recursos naturales de
la tierra, el reciclaje es la tercera y ultima medida en el objetivo de la disminución de
residuos, el primero seria la reducción del consumo y el segundo la reutilización.
El reciclaje consiste básicamente en volver a utilizar materiales que fueron
desechados y que aun son aptos para elaborar otros productos o refabricar los
mismos, buenos ejemplos de materiales reciclados son los metales, el vidrio, el papel.
Actualmente la Empresa Plásticos Guarenas C.A. No cuenta con un mecanismo para
el reciclaje de los productos desechados por las máquinas y surge la necesidad de
diseñar la máquina peletizadora para reutilizar el material obtenido y generar
nuevamente una producción exitosa.
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El diseño de una máquina peletizadora para reciclaje de bolsas plásticas en la
empresa Plásticos Guarenas C.A. Con este diseño se estaría reduciendo los costos poradquisición de material nuevo para la producción con un beneficio económico para la
empresa ya que podría incursionar también en la compra de material desechado por
otras compañías de plásticos y así contribuye a la reducción del volumen de residuos
solidos que son arrojados al medio ambiente.
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CAPÍTULO II
MARCO REFERENCIAL
Reseña Histórica de la Empresa
La Empresa Plásticos Guarenas C.A. nace el 26 de noviembre de 1974, según
consta en documento registrado por ante el Registro Subalterno de la Cuidad de
Guarenas, bajo el nº 67, tomo 173, con capital de dos millones de Bolívares (Bs.
2.000.000) aportados por los ciudadanos Adolfo Spaggiari y Vladimiro Ciofulli. El
objeto primario de la empresa fue la producción, distribución y ventas de productos
plásticos derivados del polietileno y similares.
Plástico Guarenas C.A. inicia sus actividades con la fabricación de sacos y rollos
de película plástica para uso industrial. Posteriormente amplia su capacidad
productiva para la elaboración de diversos productos en las áreas de embalaje. A
principios de la década de los 80, y con el propósito de abastecer el mercado nacional
y sustituir productos tradicionales de importación, nace Plastirama C.A., dedicada a la
manufactura de empaques especiales y películas flexibles a través de procesos de alta
tecnología. Paralelamente, surge Reciplas C.A., dotado de equipos para la extrusión
de perfiles continuos y para la pulverización y granulación de compuestos plásticos,
aditivos y pigmentos.
En el área de Extrusión de perfiles continuos opera, adicionalmente, la EmpresaPlastipacking C.A., la cual elabora láminas corrugadas semirígidas de polipropileno
y otros materiales, que posteriormente se transforma en una amplia variedad de
formas.
De acuerdo a las necesidades del mercado, y como respuesta al crecimiento
vertiginoso de la época la Empresa se transforma en el grupo Plástico Guarenas
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(GPG), conformado por las cuatro empresas antes mencionadas, con una capacidad
instalada de producción y distribución de unas 3.000 toneladas mensuales.Y por la cantidad de residuos que se están generando y el poco espacio para su
almacenamiento se ve en la necesidad de diseñar una máquina peletizadora de
reciclaje de bolsas plásticas y reutilizar los pellets obtenidos nuevamente como
materia prima y mantener su ritmo de producción que permite competir con otras
empresas del sector del plástico.
El Grupo Plásticos Guarenas siempre tiene una solución ajustada a los
requerimientos de calidad y costo de cada cliente, garantiza por su alto nivel
tecnológico y vocación de servicio.
Misión
Plásticos Guarenas C.A, es una empresa que persigue activamente la satisfacción
de sus clientes mediante la manufactura, desarrollo y comercialización de producto
de altísima calidad, sustentando a sus vez por el valor de su recurso humano, la
competitividad en costo, la innovación y el mejoramiento continuo de proceso y
producto.
Visión
Ofrecer a nuestro cliente materiales de la más alta calidad contando con un
recurso humano calificado y comprometido en logra la satisfacción de nuestro
clientes.
ObjetivosProporcionar a los clientes un producto de calidad uniforme que satisfagan sus
expectativas, basados en al confiabilidad del sistema de calidad.Desarrollar con los clientes producto que innoven en el mercado y sean
competitivos en calidad.Mantener los equipos de medición de calidad en excelente condiciones.
Política
Garantizar a nuestros clientes productos que cumplan las especificaciones
requeridas por ellos y mantener una estrecha relación que permita el desarrollo de
nuevos productos y el mejoramiento continuo para la obtención de beneficios
comunes.
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Importancia
Establecer una línea de producto la cual satisface altamente la demanda de sucliente y basado en mejoras y sobre todo calidad.
UbicaciónPlásticos Guarenas C.A, esta localizada en la zona industrial, Santa Cruz, Calle el
Oficio, Parcela C-2 Edificio Plástico Guarenas, Estado Miranda.
Antecedentes de la Investigación
En cualquier investigación los antecedentes representan indagaciones previas que
sustentan el estudio y tratan sobre el mismo problema o se relacionan con otros;
además sirven de guía al investigador y le permiten hacer comparaciones y tener
ideas sobre cómo se trató el problema en esa oportunidad. Esta sección se refiere a
“qué se ha escrito o investigado sobre el particular”, o lo que es lo mismo, se trata
de la revisión de- investigaciones .previas relacionadas de manera directa o indirecta
con la investigación planteada.
Contreras, C. (2007). Para Optar al Titulo De Ingeniero en Mantenimiento
mecánico, en la Universidad del Valle de México, Ciudad de México, en su Trabajo
de Grado Titulado “Diseño de una máquina Extrusora de plástico con husillo”,
cuyo Objetivo General fue diseñar una máquina extrusora de plástico con husillo,
basados en intensos estudios del comportamiento del flujo de los polímeros donde el
husillo ha evolucionado ampliamente en la industria del plástico hasta el grado de
convertirse en la parte que contiene la mayor tecnología dentro de la máquina
extrusora.
Por lo tanto de este trabajo se tomo en consideración en la investigación para la
selección de materiales y la construcción de la estructura de la máquina extrusora, ya
que maneja unos criterios de selección bastante ajustados a las cargas a la cual va
estar sometida la máquina peletizadora.
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González, J. (2008). Para Optar al Titulo De Ingeniero mecánico, en la
Universidad de San Carlos de Guatemala, Guatemala. En su Trabajo de Grado
Titulado “Diseño de una Máquina Extrusora cortadora para la producción de
bolsas plásticas”, cuyo Objetivo General fue diseñar una máquina extrusora para la
producción de bolsas plásticas, es un sistema reciclante de material plástico conectada
a una máquina extrusora donde el residuo dejado en los embobinados de la máquina
pasa a convertirlos en pequeños fragmentos reutilizables. El diseño finalmente
implementado cumple de manera equilibrada con los requerimientos del cliente tanto
en seguridad como en operatividad.
La presente investigación se tomo como referencia a las uniones mecánicas de la
máquina extrusora ya que las mismas se podrán utilizar para el diseño de la máquina
peletizadora de plástico.
Araque, E. (2006). Para Optar al Titulo de Ingeniero Mecánico, “Diseño de una
Máquina extrusora didáctica de plástico”, trabajo de grado no publicado,
Universidad Nacional Experimental del Táchira-Venezuela. El desarrollo del estudio
se oriento tomando en consideración, los parámetros de entrada y salida, las
características técnicas de partes y elementos de la máquina, proporcionando la
creación de un mecanismo que se pueda minimizar las pérdidas de producción a partir
de la elaboración de bobinas de plásticos, reduciendo precios de adquisición de
materia prima y como es una máquina didáctica para enseñanza no se contemplanganancias en la misma.
La presente investigación ayudo a mejorar la consideración del diseño que se tomo
para tornillo sin fin, puesto que no se tenia información técnica suficiente sobre el
diseño del mismo ya que trabajara a temperaturas 200 Grados Celsius.
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Bases Teóricas
Los Plásticos
El término Plástico, en su significación mas general, se aplica a las sustancias de
distintas estructuras y naturalezas que carecen de un punto fijo de ebullición 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 restringido, denota ciertos tipos de materiales sintéticos obtenidos mediantefenómenos de polimerización o multiplicación artificial de los átomos de carbono en
las largas cadenas moleculares de compuestos orgánicos derivados del petróleo y
otras sustancias naturales.
Origen del Plástico
El primer plástico se origina como resultado de un concurso realizado en 1860,
cuando el fabricante estadounidense de bolas de billar Phelan and Collander ofreció
una recompensa de 10.000 dólares a quien consiguiera un sustituto aceptable del
marfil natural, destinado a la fabricación de bolas de billar. Una de las personas que
compitieron fue el inventor norteamericano Wesley Hyatt, quien desarrolló un
método de procesamiento a presión de la piroxilina, un nitrato de celulosa de bajanitración tratado previamente con alcanfor y una cantidad mínima de disolvente de
alcohol. Si bien Hyatt no ganó el premio, su producto, patentado con el nombre de
celuloide, se utilizó para fabricar diferentes objetos detallados a continuación. El
celuloide tuvo un notable éxito comercial a pesar de ser inflamable y de su deterioro
al exponerlo a la luz.
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El celuloide se fabricaba disolviendo celulosa, un hidrato de carbono obtenido de
las plantas, en una solución de alcanfor y etanol. Con él se empezaron a fabricardistintos objetos como mangos de cuchillo, armazones de lentes y película
cinematográfica. Sin éste, no hubiera podido iniciarse la industria cinematográfica a
fines del siglo XIX. Puede ser ablandado repetidamente y moldeado de nuevo
mediante calor, por lo que recibe el calificativo de termoplástico.
En 1909 el químico norteamericano de origen belga Leo Hendrik Baekeland
(1863-1944) sintetizó un polímero de interés comercial, a partir de moléculas de fenol
y formaldehído. Este producto podía moldearse a medida que se formaba y resultaba
duro al solidificar. No conducía la electricidad, era resistente al agua y los
disolventes, pero fácilmente mecanizarlos. Se lo bautizó con el nombre de baquelita
(o bakelita), el primer plástico totalmente sintético de la historia. Baekeland nunca
supo que, en realidad, lo que había sintetizado era lo que hoy conocemos con el
nombre de copolímero. A diferencia de los homopolímeros, que están formados por
unidades monoméricas idénticas (por ejemplo, el polietileno), los copolímeros están
constituidos, al menos, por dos monómeros diferentes.
Otra cosa que Baekeland desconocía es que el alto grado de entrecruzamiento de
la estructura molecular de la baquelita le confiere la propiedad de ser un plástico
termoestable, es decir que puede moldearse apenas concluida su preparación. En otras
palabras, una vez que se enfría la baquelita no puede volver a ablandarse. Esto la
diferencia de los polímeros termoplásticos, que pueden fundirse y moldearse varias
veces, debido a que las cadenas pueden ser lineales o ramificadas pero no presentan
entrecruzamiento.
Tipos de Plásticos
Polietileno: Se le llama con las siglas PE. Existen fundamentalmente tres tipos de
polietileno. PE de Alta Densidad: Es un polímero obtenido del etileno en cadenas con
moléculas bastantes juntas. Es un plástico incoloro, inodoro, no toxico, fuerte y
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resistente a golpes y productos químicos. Su temperatura de ablandamiento es de 120º
C. Se utiliza para fabricar envases de distintos tipos de fontanería, tuberías flexibles,prendas textiles, contenedores de basura, papeles, etc. Todos ellos son productos de
gran resistencia y no atacables por los agentes químicos. PE de Mediana Densidad:
Se emplea en la fabricación de tuberías subterráneas de gas natural los cuales son
fáciles de identificar por su color amarillo. PE de Baja Densidad: Es un polímero con
cadenas de moléculas menos ligadas y más dispersas. Es un plástico incoloro,
inodoro, no toxico, más blando y flexible que el de alta densidad.
Figura 1. Polietileno. Fuente: Briston, j Plastics film.
Polipropileno: Se conoce con las siglas PP. Es un plástico muy duro y resistente.
Es opaco y con gran resistencia al calor pues se ablanda a una temperatura más
elevada (150ºC). Es muy resistente a los golpes aunque tiene poca densidad y se
puede doblar muy fácilmente, resistiendo múltiples doblados por lo que es empleado
como material de bisagras. También resiste muy bien los productos corrosivos.
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Figura 2. Polipropileno. Fuente: Briston, j Plastics film.
Poliestireno: Se designa con las siglas PS. Es un plástico más frágil, que se puede
colorear y tiene una buena resistencia mecánica, puesto que resiste muy bien los
golpes. Sus formas de presentación más usuales son la laminar. Se usa para fabricar
envases, tapaderas de bisutería, componentes electrónicos y otros elementos que
precisan una gran ligereza, muebles de jardín.
Figura 3. Poliestireno. Fuente: Briston, j Plastics film.
Policloruro de Vinilo: Se designa con las siglas PVC. El PVC es el material
plástico más versátil, pues puede ser fabricado con muy diversas características,
añadiéndole aditivos que se las proporcionen. Es muy estable, duradero y resistente,
pudiéndose hacer menos rígido y más elástico si se le añaden un aditivo más
plastificante. Se ablanda y deforma a baja temperatura, teniendo una gran resistencia
a los líquidos corrosivos, por lo que es utilizado para la construcción de depósitos y
cañerías de desagüe.
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Figura 4. Policloruro de Vinilo. Fuente: Briston, j Plastics film.
Acrílicos: En general se trata de polímetros en forma de gránulos preparados para
ser sometidos a distintos procesos de fabricación. Uno de los más conocidos es el
polimetacrilato de metilo. Suele denominarse también con la abreviatura PMMA.
Tiene buenas características mecánicas y de puede pulir con facilidad. Por esta razón
se utiliza para fabricar objetos de decoración. También se emplean como sustitutivo
del vidrio para construir vitrinas, dada su resistencia a los golpes. En su presentacióntraslucida o transparente se usa para fabricar letreros, paneles luminosos y gafas
protectoras.
Figura 5. Acrílicos. Fuente: Briston, j Plastics film.
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Poliamidas: Se designan con las siglas PA. La poliamidas más conocida es el
nylon. Puede presentarse de diferentes formas aunque los dos mas conocidos son larígida y la fibra. Es duro y resiste tanto al rozamiento y al desgaste como a los
agentes químicos. En su presentación rígida se utiliza para fabricar piezas de
transmisión de movimientos tales como ruedas de todo tipo convencionales, tornillos,
piezas de maquinaria, piezas de electrodomésticos, herramientas y utensilios caseros,
etc.
Técnicas de Moldeo de los Plásticos
El moldeo de los plásticos consiste en dar las formas y medidas deseadas a un
plástico por medio de un molde. El molde es una pieza hueca en la que se vierte el
plástico fundido para que adquiera su forma. Para ello los plásticos se introducen a
presión en los moldes. En función del tipo de presión, tenemos estos dos tipos:
Moldeo a Alta Presión
Se realiza mediante máquinas hidráulicas que ejercen la presión suficiente para el
moldeado de las piezas. Básicamente existen tres tipos: compresión, inyección y
extrusión.
Compresión: en este proceso, el plástico en polvo es calentado y comprimido
entre las dos partes de un molde mediante la acción de una prensa hidráulica, ya que
la presión requerida en este proceso es muy grande.
Este proceso se usa para obtener pequeñas piezas de baquelita, como los mangos
aislantes del calor de los recipientes y utensilios de cocina.
Inyección: consiste en introducir el plástico granulado dentro de un cilindro,
donde se calienta. En el interior del cilindro hay un tornillo sinfín que actúa de igual
manera que el émbolo de una jeringuilla. Cuando el plástico se reblandece lo
suficiente, el tornillo sinfín lo inyecta a alta presión en el interior de un molde de
acero para darle forma. El molde y el plástico inyectado se enfrían mediante unos
canales interiores por los que circula agua. Por su economía y rapidez, el moldeo por
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inyección resulta muy indicado para la producción de grandes series de piezas. Por
este procedimiento se fabrican palanganas, cubos, carcasas, componentes delautomóvil, etc.
Extrusión: consiste en moldear productos de manera continua, ya que el material
es empujado por un tornillo sinfín a través de un cilindro que acaba en una boquilla,
lo que produce una tira de longitud indefinida. Cambiando la forma de la boquilla se
pueden obtener barras de distintos perfiles. También se emplea este procedimiento
para la fabricación de tuberías, inyectando aire a presión a través de un orificio en lapunta del cabezal. Regulando la presión del aire se pueden conseguir tubos de
distintos espesores.
El reciclado de plásticos
Uno de los problemas hoy en día es cómo generar cada vez menos residuos, de
cualquier índole como residuos plásticos.
La reducción se refiere directamente al diseño y a la etapa productiva de los
productos, principalmente envases, antes de ser consumidos. Es una manera de
concebir los productos con un nuevo criterio ambiental; generar menos residuos. Y
esto es aplicable a todas las materias primas: vidrio, papel, cartón, aluminio y
plásticos.
En el caso de estos últimos residuos, la reducción es responsabilidad de la
industria petroquímica (fabricante de los diferentes tipos de plásticos), de la industriatransformadora (que toma esos plásticos para fabricar los diferentes productos
finales), y de quien diseña el envase (envasador).
Aunque podría decirse que al consumidor también le cabe una buena parte de la
responsabilidad: en las góndolas de los supermercados es él quien tiene la facultad de
elegir entre un producto que ha sido concebido con criterio de reducción en la fuente
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y otro que derrocha materia prima y aumenta innecesariamente el volumen de los
residuos.
Reducir significa referirse a la investigación, desarrollo y producción de objetos
utilizando menos recursos (materia prima). De ahí su denominación porque se aplica
a la faz productiva. Al utilizar menos materia prima se producen menos residuos y
además se aprovechan mejor los recursos naturales.
Minimizar el volumen y peso de los residuos es el primer paso para resolver el
problema global de los mismos. Todo gerenciamiento de los Residuos Sólidos
Urbanos debe comenzar por la reducción.
Las principales ventajas de la reducción:
• Disminuye la cantidad de residuos; es mejor no producir residuos que resolver
qué hacer con ellos.
• Ayuda a que los rellenos sanitarios no se saturen rápidamente.
• Se ahorran recursos naturales energía y materia prima y recursos financieros.
• La reducción en la fuente aminora la polución y el efecto invernadero.
Requiere menos energía transportar materiales más livianos. Menos energía
significa menos combustible quemado, lo que implica a su vez menor
agresión al ambiente.
Etapas para reciclar el plástico:
Recolección: Todo sistema de recolección diferenciada que se implemente
descansa en un principio fundamental, que es la separación, en el hogar, de los
residuos en dos grupos básicos: residuos orgánicos por un lado e inorgánicos por
otro; en la bolsa de los residuos orgánicos irían los restos de comida, de jardín, y en la
otra bolsa los metales, madera, plásticos, vidrio, aluminio. Estas dos bolsas se
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colocarán en la vía pública y serán recolectadas en forma diferenciada, permitiendo
así que se encaucen hacia sus respectivas formas de tratamiento.
Centro de reciclado: Aquí se reciben los residuos plásticos mixtos compactados
en fardos que son almacenados a la intemperie. Existen limitaciones para el
almacenamiento prolongado en estas condiciones, ya que la radiación ultravioleta
puede afectar a la estructura del material, razón por la cual se aconseja no tener el
material expuesto más de tres meses.
Clasificación: Luego de la recepción se efectúa una clasificación de los productos
por tipo de plástico y color. Si bien esto puede hacerse manualmente, se han
desarrollado tecnologías de clasificación automática, que se están utilizando en países
desarrollados. Este proceso se ve facilitado si existe una entrega diferenciada de este
material, lo cual podría hacerse con el apoyo y promoción por parte de los
municipios.
Reciclado Mecánico
El reciclado mecánico es el más difundido en la industria del plástico, sin
embargo este proceso es insuficiente por sí solo para dar cuenta de la totalidad de los
residuos.
El reciclado mecánico es un proceso físico mediante el cual el plástico post-
consumo o el industrial (scrap) es recuperado, permitiendo su posterior utilización.Los plásticos que son reciclados mecánicamente provienen de dos grandes fuentes:
• Los residuos plásticos proveniente de los procesos de fabricación, es decir, los
residuos que quedan al pie de la máquina, tanto en la industria petroquímica
como en la transformadora. A esta clase de residuos se la denomina scrap. El
scrap es más fácil de reciclar porque está limpio y es homogéneo en su
composición, ya que no está mezclado con otros tipos de plásticos. Algunos
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procesos de transformación (como el termoformado) generan el 30-50% de
scrap, que normalmente se recicla.• Los residuos plásticos proveniente de la masa de Residuos Sólidos Urbanos
(RSU).
Estos se dividen a su vez en tres clases:
• Residuos plásticos de tipo simple: han sido clasificados y separados entre sí
los de distintas clases.
• Residuos mixtos: los diferentes tipos de plásticos se hallan mezclados entre sí.
• Residuos plásticos mixtos combinados con otros residuos: papel, cartón,metales.
Reciclado Químico
Se trata de diferentes procesos mediante los cuales las moléculas de los polímeros
son craqueadas (rotas) dando origen nuevamente a materia prima básica que puede
ser utilizada para fabricar nuevos plásticos.
El reciclado químico comenzó a ser desarrollado por la industria petroquímica
con el objetivo de lograr las metas propuestas para la optimización de recursos y
recuperación de residuos. Algunos métodos de reciclado químico ofrecen la ventaja
de no tener que separar tipos de resina plástica, es decir, que pueden tomar residuos
plásticos mixtos reduciendo de esta manera los costos de recolección y clasificación.
Dando origen a productos finales de muy buena calidad.
Perspectivas del reciclado químico
El reciclado químico se encuentra hoy en una etapa experimental avanzada. Es de
suponer que en los próximos años pueda transformarse en una poderosa y moderna
herramienta para tratar los residuos plásticos. El éxito dependerá del entendimiento
que pueda establecerse entre todos los actores de la cadena: petroquímicas,
transformadores, grandes usuarios, consumidores y municipios, a los fines de
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asegurar la unidad de reciclado y que la materia prima llegue a una planta de
tratamiento.
La sociedad debe estar preparada para tal cambio de tecnología en lo que hace al
tratamiento de los residuos plásticos. Por su parte, la industria petroquímica está
trabajando en la definición de especificaciones técnicas a los fines de garantizar la
calidad de los productos obtenidos a través del reciclado químico.
Si bien el reciclado mecánico se halla en un estado más evolucionado, éste solo no
alcanza para resolver el problema de los residuos. No sería inteligente desdeñar
cualquier otra forma de tratamiento por incipiente que fuera. Lo que hoy parece muy
lejano puede que dentro de las próximas dos décadas se convierta en una realidad
concreta. En el caso de los plásticos se debe tener en cuenta que se trata de
hidrocarburos, por lo que, para un recurso no renovable como el petróleo, es
especialmente importante desarrollar técnicas como el reciclado químico para generar
futuras fuentes de recursos energéticos. Los plásticos post-consumo de hoy pueden
considerarse como los combustibles o las materias primas del mañana. Además, el
reciclado químico contribuirá con la optimización y ahorro de los recursos naturales
al reducir el consumo de petróleo crudo para la industria petroquímica.
De todas las alternativas de valorización quizá ninguna esté hecha tan a medida de
los plásticos como el reciclado químico. Es muy probable que se transforme en la vía
más apropiada de recuperación de los residuos plásticos, tanto domiciliarios como los
provenientes del scrap (post-industrial), obteniéndose materia prima de calidadidéntica a la virgen. Esto contrasta con el reciclado mecánico, donde no siempre se
puede asegurar una buena y constante calidad del producto final. El reciclado químico
ofrece posibilidades que resuelven las limitaciones del reciclado mecánico, que
necesita grandes cantidades de residuos plásticos limpios, separados y homogéneos
para poder garantizar la calidad del producto final. Los residuos plásticos
domiciliarios suelen estar compuestos por plásticos livianos, pequeños,
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Fundamentalmente provenientes de los envases, pueden estar sucios y presentar
substancias alimenticias. Todo esto dificulta la calidad final del reciclado mecánico,ya que se obtiene un plástico más pobre comparado con la resina virgen. Por lo tanto,
los productos hechos de plástico así reciclado se dirigen a mercados finales de precios
bajos. Por el contrario, el reciclado químico supera estos inconvenientes, ya que no es
necesaria la clasificación de los distintos tipos de resinas plásticas proveniente de los
residuos. En este proceso pueden se tratados en forma mixta, reduciendo costos de
recolección y clasificación. Además, lleva a productos finales de alta calidad que sí
garantizan un mercado.
Toda estrategia de gestión integral de los Residuos Sólidos debe prever y
contemplar la posibilidad del reciclado químico. El tratamiento de los residuos
plásticos no puede ser resuelto unilateralmente por uno u otro proceso, debiendo
analizarse las diferentes alternativas de reciclado.
Peletización.
La peletización es el término usado para el proceso de cortado del plástico en
pequeñas piezas de flujo libre. Los métodos de peletización incluyen dos variaciones,
llamadas peletización en caliente y peletización en frió.
Peletización en Frio
En la peletización en frío, el plástico ya plastificado primero es enfriado y luego
de que este ya esta frío, es cortado en pequeñas piezas (pellets). La desventaja de este
método de peletización en frío es que en la operación de corte, este deja crestas en las
piezas resultantes, lo que causa que las piezas se atasquen fácilmente, lo que a su vez
les impide fluir tan libremente como las que son resultantes de una peletización en
caliente.
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Peletización en Caliente
En la peletización en caliente, el plástico es plastificado en una extrusora. El
material es forzado a salir a través de un plato perforado, que sirve como el dado de la
extrusora. Las hebras de plástico que van emergiendo, son cortadas por una cuchilla,
y las piezas resultantes son enfriadas por aire o por agua. Una ventaja de este método
de peletización es que las piezas, al ser cortadas mientras que todavía están calientes,
desarrollan una forma libre de crestas y aristas, que les permite fluir con más
libertad.
Pellet
Pellet es una denominación genérica, utilizada para referirse a pequeñas porciones
de material aglomerado o comprimido. El término es utilizado para referirse a
diferentes materiales. En español suele utilizarse con los siguientes significados:
• Pellet maderero: pequeñas porciones de aserrín comprimido utilizadas como
combustible.
• Pellet alimenticio: las porciones en las que suele presentarse el alimento
balanceado para animales.
• Pellet plástico: pequeñas concentraciones de resina.
Constitución de una Máquina Peletizadora
Las partes de una máquina peletizadora se mencionan a continuación:El Extrusor: En términos generales resulta un equipo de transformación,
responsable del transporte, la compactación, la fusión, el mezclado, la
homogeneización, la plastificación y el conformado de las resinas plásticas en él
procesadas. Entre los diferentes tipos de extrusoras las de tornillo (extrusoras
continuas), resultan las más frecuentemente utilizadas. Estas se encuentran
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constituidas por uno o múltiples tornillos según los requerimientos propios del
proceso.El diámetro de la peletizadora es uno de los parámetros de peso para la
determinación de su capacidad en el procesado de resinas. Las peletizadoras
comerciales suelen tener diámetros de 1 a 12 pulgadas, 24 L/D (relación
longitud/diámetro) o más, con lo cual es posible procesar hasta 10 ton/hr de polímero.
En el siguiente esquema se presentan los elementos más importantes de una
máquina peletizadora:
Figura 6. Esquema de una máquina peletizadora. Fuente: Briston, j Plastics film.
1.-Tolva de alimentación 2.-Tornillo de extrusión 3.-Barril o cilindro 4.-Bandas de
calefacción 5.-Ventiladores 6.-Banda de enfriamiento 7.-Motor.
La Tolva de Alimentación
Es el reservorio encargado de la alimentación a la extrusora. Aunque muy sencillo
su diseño, este resulta de suma importancia; la tolva es el componente de la línea de
extrusión de mayor simpleza pero no por esto su diseño debe menospreciarse. La fase
de alimentación repercute directamente en la efectividad del proceso.
Una alimentación inapropiada puede ocasionar mermas en la productividad de la
línea, generadas por inestabilidades en el flujo. Generalmente, el volumen de la tolvadebe ser proporcional a la capacidad de producción de la extrusora garantizando en
todo momento una alimentación constante. En toda alimentación se debe buscar
eliminar la posibilidad de formación de "puentes de resina" en la tolva ya que esto
resulta una fuente generadora de inestabilidades de flujo en el proceso.
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Figura 7. Tolva de alimentación. Fuente: Briston, j Plastics film.
Como regla práctica el diámetro de salida de la tolva suele tener un ancho
equivalente al diámetro del tornillo de la extrusora, y un largo de 1.5 a 2.0 veces el
diámetro. La mayor parte de las tolvas de alimentación incluyen una trampa
magnética; la cual no es más que una rejilla formada por barras imantadas. Esta
trampa se coloca con el propósito de impedir el paso al tornillo de elementos
metálicos que puedan dañarlo, como por ejemplo: grapas, tuercas, tornillos,
arandelas, etc.
Resistencia Blindada
Es un elemento calefactor que, por sus características específicas, permite
desarrollar y diseñar las más diversas formas, dadas las cualidades de sus
componentes. Se aplica en todo proceso de calentamiento: de agua, aceites, glucosa,
petróleo, resinas, tuberías, hornos túneles, cabinas de pinturas, termo formado, y
secado en tela, entre otros
Figura 8.Resistencias Blindadas. Fuente: Briston, j Plastics film.
Motor Principal
El motor principal es el que dará movimiento al tornillo que transportara el
material fundido hasta la zona del dado donde saldrá con una forma definida para el
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corte con la cuchilla para convertirlo nuevamente en los pellet necesitados para
iniciar una producción de productos.
Figura 9.Motor Principal. Fuente: Briston, j Plastics film.
El Tornillo de Extrusión
Es el elemento mecánico responsable de las operaciones de transporte, fusión y
bombeo o dosificación de la resina. El tornillo de extrusión puede seccionarse de la
manera siguiente:
Figura 10.Esquema de un tornillo simple de extrusión. Fuente: Briston, j Plastics film.
Requerimientos de la Zona de Transporte:
Buscando maximizar la alimentación de resina a la extrusora y con ello su
productividad, el diseño de los tornillos de extrusión presenta en la zona de transporte
la mayor profundidad de canal (mayor volumen).
Uno de los requerimientos más importantes que debe satisfacer todo tornillo en la
zona de alimentación o transporte es tener una superficie sumamente lisa e incluso
pulida de ser necesario, pues de esta manera se favorece la adhesión de la resina a la
superficie del barril o cilindro de la extrusora y no al tornillo, permitiendo así un
transporte de resina más eficiente.
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En la medida que el material avanza a lo largo de la zona de alimentación,
comienza a ser compactado y calentado. Dos mecanismos son responsables de estecalentamiento. El primero de ellos es debido a los efectos de fricción, mientras que el
segundo es debido a la conducción de calor desde las bandas de calentamiento del
barril. Se ha determinado que de un 80 a 90% del calor transmitido al polímero
proviene de los efectos de fricción, o calentamiento por conversión de la energía
mecánica.
Zona de transporte
En esta zona el material en forma de pellet es compactado, precalentado y
transportado hacia la zona de fusión.
Zona de fusión
Consiste en fundir y homogeneizar la resina, se lleva a cabo hasta formar un fluido
viscoso y homogéneo.
Zona de dosificación
Se encarga de ejercer presión sobre el material para bombearlo hacia el dado
donde el dado le dará su forma predefinida de salida.
Dado de extrusión para polímeros
El dado en el proceso de extrusión es análogo al molde en el proceso de moldeo
por inyección, a través del dado fluye el polímero fuera del cañón de extrusión y
gracias a éste toma el perfil deseado. El dado se considera como un consumidor de
presión, ya que al terminar el husillo la presión es máxima, mientras que a la salida
del dado la presión es igual a la presión atmosférica.
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Figura 11. El Dado. Fuente: Briston, j Plastics film.
Cuchilla de corte del plástico
Figura 12. Cuchilla.Fuente: Briston, j
Plastics film
Poleas y Correas
El engranaje fue invención de Leonardo da Vinci (1452-1519), que además de ser
artista fue también un gran escultor, arquitecto, físico, escritor, músico e ingeniero,
educando en la escuela florentina Al engranaje le llamo "rueda dentada".
Finalidad
Las poleas y correas son organismos mecánicos que tienen por finalidad en
conjunto de transmitir movimiento de rotación entre ejes, ya sean estos paralelos o
no, a una relativa distancia entre ellos, con la ayuda de rozamiento o fricción
(deslizamiento).
En una transmisión por poleas hay que distinguir; la polea conductora, que es la
que transmite la fuerza, la polea conducida es aquella que recibe la fuerza y un tercer
elemento que a veces se ocupa, que es polín tensor, el cual aumenta el ángulo de
contacto, mejorando la fricción y como ultimo componente, la o las correas.
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Las partes que componen una polea son las siguientes:
• Llanta, que es la superficie donde se apoya la correa.
• Maso cuño, que es aquella parte que esta destinada a abrazar al árbol en
forma fija mediante una chaveta.
• Rayos, son aquellos que unen la masa con la llanta.
Formas de las Poleas
La forma de las poleas varia según su diámetro que puede ser pequeño, mediano y
grande. En la polea de pequeño diámetro se confunde la llanta con la masa,
desapareciendo los rayos. En la polea de diámetro mediano, los rayos se unen en tal
forma que quedan formando un disco agujereado.
Las poleas de grandes diámetros se construyen con rayos de diferentes formas y
secciones.
Las poleas pueden ser de llanta plana o acanalada.
Las poleas de llantas plana en la practica no son planas, porque si así lo fueran, las
correas saltarían de su lugar, por este motivo se fabrican con una conicidad de uno a
tres grados, desplazando a ambos lados de la llanta.
Las poleas de llanta, acanalada están ideadas para trabajar con correas en V,
(trapezoidales).
Transferencia de Calor:
Transferencia de Calor por Conducción
En los sólidos, la única forma de transferencia de calor es la conducción. Si se
calienta un extremo de una varilla metálica, de forma que aumente su temperatura, el
calor se transmite hasta el extremo más frío por conducción. No se comprende en su
Totalidad el mecanismo exacto de la conducción de calor en los sólidos, pero se cree
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que se debe, en parte, al movimiento de los electrones libres que transportan energía
cuando existe una diferencia de temperatura.Transferencia de Calor por Convección
Si existe una diferencia de temperatura en el interior de un líquido o un gas, es
casi seguro que se producirá un movimiento del fluido. Este movimiento transfiere
calor de una parte del fluido a otra por un proceso llamado convección. El
movimiento del fluido puede ser natural o forzado. Si se calienta un líquido o un gas,
su densidad (masa por unidad de volumen) suele disminuir. Si el líquido o gas se
encuentra en el campo gravitatorio, el fluido más caliente y menos denso asciende,
mientras que el fluido más frío y más denso desciende. Este tipo de movimiento,
debido exclusivamente a la no uniformidad de la temperatura del fluido, se denomina
convección natural. La convección forzada se logra sometiendo el fluido a un
gradiente de presiones, con lo que se fuerza su movimiento de acuerdo a las leyes de
la mecánica de fluidos. Supongamos, por ejemplo, que calentamos desde abajo una
cacerola llena de agua. El líquido más próximo al fondo se calienta por el calor que se
ha transmitido por conducción a través de la cacerola. Al expandirse, su densidad
disminuye y como resultado de ello el agua caliente asciende y parte del fluido más
frío baja hacia el fondo, con lo que se inicia un movimiento de circulación. El líquido
más frío vuelve a calentarse por conducción, mientras que el líquido más caliente
situado arriba pierde parte de su calor por radiación y lo cede al aire situado por
encima.
Transferencia de Calor por Radiación
La teoría estadística de la radiación representó un enorme papel en el desarrollo de
la teoría cuántica. La teoría electromagnética clásica de la luz, que había explicado un
amplio círculo de fenómenos vinculados con la propagación de la luz, y que había
logrado aceptación general a fines del S. XIX, a principios del S. XX se encontró con
dificultades insuperables en relación con el problema de la emisión de la luz y, en
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particular, con el de la radiación térmica. Entendemos por radiación térmica toda la
radiación emitida por un cuerpo calentado.Como es sabido, el carácter de la luz emitida y, en particular, su intensidad, como
también la dependencia de ésta respecto de la frecuencia (composición espectral de la
radiación) están determinados por la temperatura y la naturaleza del cuerpo emisor.
Sin embargo, hay un caso en que la composición espectral de la radiación es
independiente de la naturaleza del emisor y viene determinada exclusivamente por su
temperatura. Se trata de la llamada radiación de equilibrio.
Imaginemos una cavidad cerrada, con paredes que no dejan pasar el calor y
mantenidas a una determinada temperatura T. Las paredes de la cavidad emitirán y
absorberán ondas electromagnéticas.
Dado que toda la radiación electromagnética se encuentra confinada en la cavidad
cerrada, al cabo de un cierto tiempo se establecerá en el sistema un estado de
equilibrio estadístico. Las paredes de la cavidad emitirán, por unidad de tiempo, la
misma energía electromagnética que absorben. En la cavidad existirá un sistema de
ondas electromagnéticas estacionarias que no variarán con el tiempo.
Ley de Fourier
Es la forma de transmitir el calor en cuerpos sólidos; se calienta un cuerpo, las
moléculas que reciben directamente el calor aumentan su vibración y chocan con las
que las rodean; estas a su vez hacen lo mismo con sus vecinas hasta que todas las
moléculas del cuerpo se agitan, por esta razón, si el extremo de una varilla metálica se
calienta con una flama, transcurre cierto tiempo hasta que el calor llega al otro
extremo. El calor no se transmite con la misma facilidad por todos los cuerpos.
Existen los denominados "buenos conductores del calor", que son aquellos materiales
que permiten el paso del calor a través de ellos. Los "malos conductores o aislantes"
son los que oponen mucha resistencia al paso de calor.
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La conducción térmica está determinada por la ley de Fourier. Establece que la
tasa de transferencia de calor por conducción en una dirección dada, es proporcionalal área normal a la dirección del flujo de calor y al gradiente de temperatura en esa
dirección.
Conductividad Térmica
La conductividad térmica es una propiedad intrínseca de los materiales que valora
la capacidad de conducir el calor a través de ellos. El valor de la conductividad varía
en función de la temperatura a la que se encuentra la sustancia, por lo que suelenhacerse las mediciones a 300 K con el objeto de poder comparar unos elementos con
otros. Es elevada en metales y en general en cuerpos continuos, y es baja en los gases
(a pesar de que en ellos la transferencia puede hacerse a través de electrones libres) y
en materiales iónicos y covalentes, siendo muy baja en algunos materiales especiales
como la fibra de vidrio, que se denominan por eso aislantes térmicos. Para que exista
conducción térmica hace falta una sustancia, de ahí que es nula en el vacío ideal, y
muy baja en ambientes donde se ha practicado un vacío elevado.
En algunos procesos industriales se trabaja para incrementar la conducción de
calor, bien utilizando materiales de alta conductividad o configuraciones con un
elevado área de contacto. En otros, el efecto buscado es justo el contrario, y se desea
minimizar el efecto de la conducción, para lo que se emplean materiales de baja
conductividad térmica, vacíos intermedios, y se disponen en configuraciones con
poca área de contacto.
El Acero
En pocas palabras el acero es una aleación de hierro y carbono, (alrededor de
0,05% y generalmente no excede 1.3%) en varias ocasiones se añaden otros
elementos como manganeso, cromo, níquel y molibdeno para que tenga otras
propiedades, pero el principal elemento es el carbono, este es el que transforma el
hierro en acero.
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El hierro puro es uno de los elementos del acero, por lo tanto consiste solamente
de un tipo de átomos. No se encuentra libre en la naturaleza ya que químicamentereacciona con facilidad con el oxígeno del aire para formar óxido de hierro -
herrumbre. El óxido se encuentra en cantidades significativas en el mineral de hierro,
el cual es una concentración de óxido de hierro con impurezas y materiales térreos.
Clasificación del Acero; Los aceros se clasifican en cinco grupos principales:
• Aceros al carbono
• Aceros aleados• Aceros de baja aleación ultra resistentes
• Aceros inoxidables
• Aceros de herramientas.
Aceros al Carbono: El 90% de los aceros son aceros al carbono. Estos aceros
contienen una cantidad diversa de carbono, menos de un 1,65% de manganeso, un
0,6% de silicio y un 0,6% de cobre.
El acero al carbono, se usó básicamente antes de 1900, su composición química es
aparte del Fe, la siguiente aproximadamente:
C = (0.65 a 1.35) %, Mn = (0.15 a 0.40) %, Si = (0.15 a 0.30) %, S = (< 0.03) %,
Con un endurecimiento hasta de 66 HRC. El filo de corte soporta una temperatura
crítica de (200 a 250) °C, sin perder sus características de corte.
Aceros Aleados: son aquellos aceros que además de los componentes básicos del
acero: carbono, manganeso, fósforo, silicio y azufre, forman aleaciones con otros
elementos como el cromo, níquel, molibdeno. Que tienen como objetivo mejorar
algunas de sus características fundamentales especialmente la resistencia mecánica y
la dureza.
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Estos aceros tienen una composición química aproximada a la siguiente:
C = (0.03 a 1.25) %, Mn = (0.3 a 1.1) %, Cr = (0.3 a 1.3) %, W = (0.8 a 5.5) %.
También puede considerarse aceros aleados los que contienen alguno de los cuatro
elementos básicos del acero, en mayor cantidad que los porcentajes que normalmente
suelen contener los aceros al carbono, y cuyos límites superiores suelen ser
generalmente los siguientes: Si=0.50%; Mn=0.90%; P=0.100% y S=0.100%.
Los elementos de aleación que más frecuentemente suelen utilizarse para la
fabricación de aceros aleados son: níquel, manganeso, cromo, vanadio, wolframio,
molibdeno, cobalto, silicio, cobre, titanio, circonio, plomo, Selenio, aluminio, boro y
niobio.
Aceros de Baja Aleación Ultra Resistentes: Es la familia de aceros mas reciente
de las cinco. Estos aceros son más baratos que los aceros convencionales debido a
que contienen menor cantidad de materiales costosos de aleación. Sin embargo, se les
da un tratamiento especial que hace que su resistencia sea mucho mayor que la delacero al carbono. Este material se emplea para la fabricación de vagones porque al ser
más resistente, sus paredes son más delgadas, con lo que la capacidad de carga es
mayor. Además, al pesar menos, también se pueden cargar con un mayor peso.
También se emplea para la fabricación de estructuras de edificios.
Aceros Inoxidables: Estos aceros contienen cromo, níquel, y otros elementos de
aleación que los mantiene brillantes y resistentes a la oxidación. Algunos aceros
inoxidables son muy duros y otros muy resistentes, manteniendo esa resistencia
durante mucho tiempo a temperaturas extremas. Debido a su brillo, los arquitectos lo
emplean mucho con fines decorativos. También se emplean mucho para tuberías,
depósitos de petróleo y productos químicos por su resistencia a la oxidación y para la
fabricación de instrumentos quirúrgicos o sustitución de huesos porque resiste a la
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acción de los fluidos corporales. Además se usa para la fabricación de útiles de
cocina, gracias a que no oscurece alimentos y es fácil de limpiar.
Aceros de Herramientas: Estos aceros se emplean para fabricar herramientas y
cabezales de corte y modelado de maquinas. Contiene wolframio, molibdeno y otros
elementos de aleación que le proporcionan una alta resistencia, dureza y durabilidad.
El Acero
Clasificación del Acero
Para realizar la clasificación de esta aleación se pueden emplear varios métodos,
como pueden ser:
• método de manufactura
• uso y/o aplicación
• composición química
Algunas veces es común clasificar al acero en cuanto al contenido de carbono
• acero bajo carbono hasta 0.25% de carbono
• acero medio carbono de 0.25 a 0.55% de carbono
• acero de alto carbono mas de 0.55% de carbono
Acero bajo carbono hasta 0.25% de carbono
Serie de aleaciones con un contenido de carbono de 0.02 hasta 0.25 % de carbono,
se caracteriza la aleación por ser dúctil y maleable, es el tipo de acero que mas se
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utiliza para fines estructurales ejemplos: perfiles redondos, cuadrados, vigas , varillas,
laminas , placas, tuberías.
Aceros Aleados: Es aquel tipo de acero cuyas propiedades y características se
deben a algún elemento diferente del carbono. Aunque todos los aceros al carbono
poseen moderadas cantidades de manganeso y silicio, no se consideran aleados, ya
que la función principal del manganeso y del silicio es actuar como desoxidantes,
De esta forma la adición de manera importante de elementos diferentes al carbono
modificaran las propiedades del material al alearse con el acero y formar un material
de características superiores para una o varias aplicaciones en especifico.
Propósitos de la Aleación
• aumentar la templabilidad
• mejorar la resistencia a temperaturas comunes
• mejorar la tenacidad a cualquier dureza o resistencia mínima.
• aumentar la resistencia al desgaste
• aumentar la resistencia a la corrosión
• mejorar las propiedades magnéticas.
Propiedades de los Aceros
Níquel
Una de las ventajas más grandes que reporta el empleo del níquel, es evitar el
crecimiento del grano en los tratamientos térmicos, lo que sirve para producir en ellos
gran tenacidad. El níquel además hace descender los puntos críticos y por ello los
tratamientos pueden hacerse a temperaturas ligeramente más bajas que la que
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corresponde a los aceros ordinarios. Experimentalmente se observa que con los
aceros aleados con níquel se obtiene para una misma dureza, un limite de elasticidadligeramente más elevado y mayores alargamientos y resistencias que con los aceros al
carbono o de baja aleación. En la actualidad se ha restringido mucho su empleo, pero
sigue siendo un elemento de aleación indiscutible para los aceros de construcción
empleados en la fabricación de piezas para maquinas y motores de gran
responsabilidad, se destacan sobre todo en los aceros cromo-níquel y cromo-níquel-
molibdeno.
El níquel es un elemento de extraordinaria importancia en la fabricación de aceros
inoxidables y resistentes a altas temperaturas, en los que además de cromo se
emplean porcentajes de níquel variables de 8 a 20%.
Los aceros al níquel más utilizados son los siguientes:
• Aceros al níquel con 2, 3 y 5%. Con 0.10 a 0.25% de carbono se utilizan para
cementación, y con 0.25 a 0.40% de carbono para piezas de gran resistencia.
• Aceros cromo-níquel-molibdeno con porcentajes de níquel variables desde 1 a
5%; con bajos porcentajes de carbono (0.10 a 0.22%) se emplean para
cementación y con porcentajes de 0.25 a 0.40% de carbono se emplean para
piezas de gran resistencia. En estos aceros los porcentajes de estos elementos
aleados suelen estar en relación aproximada de 1% de cromo y 3% de níquel.
• Aceros de media aleación níquel-molibdeno y níquel-manganeso. Se suelen
emplear para piezas de gran resistencia y para piezas cementadas con
porcentajes de carbono variables de 0.25 a 0.40% en el primer caso y de 0.10a 0.25% en el segundo, variando el contenido en níquel de 1 a 2%, el de
manganeso de 1 a 1.5% y el molibdeno de 0.15 a 0.40%.
• Aceros inoxidables y resistentes al calor cromo-níqueles, con 8 a 25% de
níquel que son de estructura austenítica.
• Otros aceros de menor importancia son los aceros cromo-níqueles para
estampación en caliente y para herramientas.
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Cromo
Es uno de los elementos especiales más empleados para la fabricación de aceros
aleados, usándose indistintamente en los aceros de construcción, en los de
herramientas, en los inoxidables y los de resistencia en caliente. Se emplea en
cantidades diversas desde 0.30 a 30, según los casos y sirve para aumentar la dureza y
la resistencia a la tracción de los aceros, mejora la templabilidad, impide las
deformaciones en el temple, aumenta la resistencia al desgaste, la inoxidabilidad, etc.
Los aceros con cromo de mayor utilidad son:
• Aceros de construcción, de gran resistencia mecánica de 0.50 a 1.50% de
cromo y 0.30 a 0.45% de carbono, aleados según los casos, con níquel y
molibdeno para piezas de gran espesor, con resistencias variables de 70 a 150
Kg/mm2.
• Aceros de cementación con 0.50 a 1.50% de cromo y 0.10 a 0.25% de
carbono, aleados con níquel y molibdeno.
• Aceros de nitruración cromo-aluminio-molibdeno.
• Aceros para muelles cromo-vanadio y cromo-silicio.
• Aceros de herramientas con 0.30 a 1.50% de cromo y 0.070 a 1.50% de
carbono. En ellos el cromo mejora la penetración de temple, la resistencia al
desgaste, permite el temple en aceite y evita deformaciones y grietas.
• Aceros indeformables con 5 a 12% de cromo.
• Aceros rápidos y de trabajos en caliente.
• Aceros inoxidables martensiticos con 12 y 17% de cromo, aceros austeniticos
con 14 a 25% de cromo en cantidades de níquel variables de 8 a 25% y aceros
inoxidables con 27% de cromo.
El cromo se disuelve en la ferrita y muestra una fuerte tendencia a formar carburos de
cromo y carburos complejos.
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Aceros Inoxidables: Una familia de aleaciones que contiene cromo.11 a 12 % Cr.
Propiedad fundamental: Resistencia a la corrosión húmeda y seca.
Propiedades Secundarias Múltiples
El amplio rango de propiedades presentes en los Aceros Inoxidables comunes,
hacen de ellos materiales muy versátiles.
Los aceros inoxidables ¿Cuál es el propósito de los Aceros Inoxidables?
El acero es solamente inoxidable si tiene un contenido mínimo de 11 a 12% de
Cromo (Cr).
El cromo forma una película de óxido en la superficie extremadamente delgada,
continua y estable. Esta película deja la superficie inerte a las reacciones químicas y
por lo tanto pasivo. Esta es la característica fundamental de resistencia a la corrosión
de los aceros inoxidables.
Su propiedad fundamental es la resistencia a la corrosión húmeda y seca, además
de una amplia gama de propiedades secundarias. El extenso rango de propiedades
presentes en los aceros inoxidables, hacen de ellos, un grupo de materiales muy
versátiles.
Selección de los Aceros Inoxidables
La selección del tipo de acero inoxidable adecuado, requiere una evaluaciónbasada en las siguientes características. Se listan en orden de importancia:
Resistencia a la Corrosión y a la Oxidación a Altas Temperaturas.
Es la principal razón para seleccionar aceros inoxidables. El diseñador debe
conocer el medio bajo el cual será sometido el material.
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Propiedades Mecánicas.
La resistencia mecánica a bajas y altas temperaturas es muy importante.
Generalmente la combinación de resistencia a la corrosión y mecánica, es la base
para la selección.
Características de Transformación del Producto.
Cómo se fabrica el producto, es la tercera consideración, incluyendo todos los
procesos a los que será sometido el material.
Costo Total.
Un análisis del Costo del Ciclo de Vida es recomendable, así podremos evaluar no
solo los costos del material, sino también aquellos relativos al mantenimiento,
reemplazo, vida en servicio.
• Disponibilidad.
• Finalmente es necesario tomar en cuenta la disponibilidad del material.
Aceros Inoxidables Martensíticos
Las especificaciones comunes AISI son el 410, 420 y 431.
Los aceros inoxidables Martensíticos son la primera rama de los aceros
inoxidables simplemente al Cromo. Fueron los primeros aceros inoxidables
desarrollados industrialmente (acero inoxidable para cuchillería). Tienen
relativamente un alto contenido de Carbón (C) y un contenido del 12 al 18% de
Cromo (Cr).
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Propiedades básicas:
• Resistencia mecánica y dureza excelente (endurecimiento por tratamiento
térmico)
• Resistencia a la corrosión - moderada
• Soldabilidad - Debido al alto contenido de Carbón (C) y a la naturaleza de su
dureza, es de pobre soldabilidad.
• Magnéticos
• Endurecibles por tratamiento térmico y por tanto, se pueden desarrollar altos
niveles de resistencia mecánica y dureza.
Los usos comunes incluyen aquellas aplicaciones en donde se necesitan dureza y
resistencia mecánica tal, como en hojas de cuchillos y tijeras, instrumental quirúrgico,
pernos, ejes toberas, flejes, resortes, alabes de turbinas y abrazaderas
Tipos y formas fabricadas: Barra, placa y lámina.
.Aceros Inoxidables Resistentes a Altas Temperaturas
Especificaciones comunes son el AISI 309 y 310
Composición química básica: Cromo + Níquel 24%Cr 14.22%Ni, Carbón 0 2% C
Los aceros inoxidables resistentes a altas temperaturas fueron desarrollados para
operar satisfactoriamente a altas temperaturas bajo condiciones oxidantes. El
contenido básico de Cromo se incrementa a 24% Cr y el Níquel varia de 14 a 22% Ni.
Propiedades básicas:
• Resistencia a la oxidación (escamas) a altas temperaturas (condiciones
oxidantes)
• Resistencia mecánica a altas temperaturas
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Condiciones Favorables para el uso de Aceros Inoxidables
• Ambientes corrosivos
• Temperaturas muy bajas (criogénicas)
• Temperaturas elevadas
• Alta resistencia mecánica
• Si se requieren condiciones higiénicas gran facilidad de limpieza
• Apariencia estética no se oxida y no requiere pintura
El diseño en Ingeniería Mecánica
El diseño mecánico es el diseño de objetos y sistemas de naturaleza mecánica;
piezas, estructuras, mecanismos, maquinas y dispositivos e instrumentos diversos.
En su mayor parte, el diseño mecánico hace uso de las matemáticas, las ciencias de
uso materiales y las ciencias mecánicas aplicadas a la ingeniería.
El diseño de ingeniería mecánica incluye el diseño mecánico, pero es un estudio
de mayor amplitud que abarca todas las disciplinas de la ingeniería mecánica,
incluso las ciencias térmicas y de los fluidos. A parte de las ciencias fundamentales
se requieren, las bases del diseño de ingeniería mecánica son las mismas que las del
diseño mecánico.
Fases del Diseño
La comunicación del diseño a otras personas es el paso final y vital en el proceso
de diseño. Es indudable que muchos importantes diseños, inventos y obras creativas
se has perdido para la humanidad, sencillamente porque los originadores se
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rehusaros o no fueron capaces de explicar sus creaciones a otras personas. La
presentación es un trabajo de venta. Cuando el ingeniero presenta o expone unanueva solución al personal administrativo superior (directores o gerentes, por
ejemplo) está tratando de vender o de demostrar que su solución es la mejor; si no
tiene éxito en su presentación, el tiempo y el esfuerzo empleados para obtener su
diseño se habrán desperdiciado por completo.
En esencia hay tres medios de comunicación que se pueden utilizar: la forma
escrita y oral, y la representación gráfica. En consecuencia, todo ingeniero con
éxito en su profesión tiene que ser técnicamente competente y hábil al emplear las
tres formas de comunicación.
Factores de Diseño
A veces, la resistencia de un elemento es muy importante para determinar la
configuración geométrica y las dimensiones que tendrá dicho elemento, en tal caso
se dice que la resistencia es un factor importante de diseño.La expresión factor de
diseño significa alguna característica o consideración que influye en le diseño de
algún elemento o, quizá, en todo el sistema. Por lo general se tiene que tomar en
cuenta varios de esos factores en un caso de diseño determinado.
En ocasiones, alguno de esos factores será crítico y, si se satisfacen sus
condiciones, ya no será necesario considerar los demás. Por ejemplo, suelen tenerse
en cuenta los factores siguientes:
• Resistencia• Confiabilidad
• Condiciones térmicas
• Corrosión
• Desgaste
• Fricción o rozamiento
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• Procesamiento
• Utilidad• Costo
• Seguridad
• Peso
• Ruido
• Estilización
• Forma
• Tamaño• Flexibilidad
• Control
• Rigidez
• acabado de superficies
• Lubricación
• Mantenimiento
• VolumenAlgunos de estos factores se refieren directamente a las dimensiones, al material, al
procesamiento o procesos de fabricación o bien, a la unión o ensamble de los
elementos del sistema. Otros se relacionan con la configuración total del sistema.
Selección de Materiales
Actualmente existe disponible una gran variedad de materiales cada uno con sus
propias características, aplicaciones, ventajas y limitaciones. Los siguientes son los
tipos generales de materiales usados actualmente en la manufactura ya sea
individualmente o combinados.
• Materiales ferrosos. Al carbón, aleados, inoxidables, aceros para
herramientas.
• Aleaciones y materiales no ferrosos. Aluminio, magnesio, cobre, níquel,
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titanio, superaleaciones, materiales refractorios, berilio, zirconio.
• Cerámicos. Vidrios, grafito, diamante.• Materiales compuestos. Plásticos reforzados, compuestos con matriz
metálica o cerámica, estructuras de panal.
Códigos y Normas
• Aluminium Association (AA)
• American Gear Manufactures Association (AGMA)
• American Institute of Steel Constructuion (AISC)• American Iron an Steel Institute (AISI)
• American National Standards Institute (ANSI)
• American Society of Mechanical Engineers (ASME)
• American Society of Metals (ASM)
• American Society of Testing and Materials (ASTM)
• American Welding Society (AWS)
• Anti-Friction Bearing Manufactures Association (AFBMA)
• Industrial Fasteners Institute (IFI)
• National Bureau of Standards (NBS)
• Society of Automotive Engineers (SAE)
Criterios de Fallas
Al diseñar elementos mecánicos que resistan las fallas se debe estar seguro de
que los esfuerzos internos no rebasan la resistencia del material. Si el que se
empleará es dúctil, entonces lo que más interesa es la resistencia de fluencia, ya que
una deformación permanente sería considerada como falla; sin embargo, existen
excepciones a esta regla.
Muchos de los materiales más frágiles o quebradizos, como los hierros colados,
no poseen un punto de fluencia, así que debe utilizarse la resistencia última como
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criterio de falla. Al diseñar elementos que han de hacerse de material frágil, también
es necesario recordar que la resistencia última a la compresión es mucho mayor quea la tensión. Las resistencias de los materiales dúctiles son casi las mismas a tensión
que a compresión. Por lo general, se considera que esto ocurrirá en el diseño a
menos que se posea información contraria.
Enseguida se tratará el problema de elementos que están sujetos a un estado
biaxial o triaxial de esfuerzos. El problema consiste en cómo relacionar un estado
de esfuerzo multiaxial con una sola resistencia, como la de fluencia o la de tensión,
a fin de lograr seguridad. Existen varias teorías, cada una aplicable a cierto tipo de
materiales.
eoría de Esfuerzo Cortante Máximo
Esta es una teoría fácil de emplear y siempre da predicciones seguras con
respecto de los resultados de ensayos por lo que se le ha utilizado en muchos
reglamentos de diseño. Se emplea únicamente para predecir la fluencia y, por lo
tanto, se aplica sólo a los materiales dúctiles.
La teoría de esfuerzo cortante máximo afirma que se inicia la fluencia siempre
que, en un elemento mecánico, el esfuerzo cortante máximo se vuelve igual al
esfuerzo cortante máximo en una probeta a tensión, cuando ese espécimen empieza
a ceder.
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Bases Legales
A continuación se realizara un chequeo de diferentes leyes las cuales estén
relacionadas con el siguiente trabajo de investigación. De esta se extraerán algunos
comentarios importantes que pudieran limitar este trabajo de investigación. Esta
revisión abarca la Constitución de la República Bolivariana de Venezuela, leyes.
República Bolivariana de Venezuela Ministerio de Finanzas Nº 1182.Ministerio de la Producción y el Comercio Nº 440. Caracas, de 2002, 192° Y 143°.
De conformidad con lo establecido en el artículo 117 de la Constitución de la
Republica Bolivariana de Venezuela, en concordancia con lo dispuesto en el artículo
58 de la Ley Orgánica de la Administración pública, con los diseños de máquinas 4º
numeral 12 y 6º numeral 7, 8 y 15 del decreto Nº 1.634 de fecha 8 de enero de 2002,
publicado en Gaceta Oficial de la República de Venezuela Nº 37.362 del 11 de Enero,
en los Artículos 1 y 2 de la Ley Sobre Normas técnicas y Control de Calidad.
Artículo 1. Establece que se debe publicar todo lo relacionados a diseños nuevos
de máquinas en el sector industrial.
Articulo 2. A los efectos de la presente resolución se tendrá que cumplir con todos
los dispositivos de seguridad para instalar nuevos equipos.
Estos conjuntos de leyes, nos permiten saber que se deben publicar todos losplanos sobre diseños nuevos y a su vez se deben seguir todas las medidas de
seguridad para su desarrollo.
Ley de Reforma de la Ley Orgánica de Prevención del Medio Ambiente de
Trabajo. Según Gaceta Oficial Nº 38.236 de fecha 26 de Julio del año 2005,
denominada LOPCYMAT, indica en los artículos 66 lo siguiente:
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Articulo 66. De la construcción nacional e importación de máquinas, equipos,
aparejos, y sustancias o insumos potencialmente dañinos. El Instituto Nacional dePrevención, Salud y Seguridad Laborales establecerá los mecanismos para garantizar
que la fabricación nacional e importación de máquinas, equipos, productos,
herramientas y útiles de trabajo, cumplan con lo relativo a las condiciones y
dispositivos de seguridad establecidos en la ley, las normas reglamentarias y el
conocimiento científico internacionalmente aceptado.
Quienes importaren sustancias o insumos potencialmente dañinos para la salud de
los trabajadores y trabajadoras, así clasificados por el Instituto Nacional, Salud y
Seguridad Laborales deben acompañar a los demás recaudos de importación exigidos
por la ley, el certificado de libre venta en su país de origen. (p.63).
Sin embargo, el artículo anteriormente expuesto trae como consecuencia para los
fines de la presente investigación, el artículo 67 de la LOPCYMAT, el cual se refiere
a lo siguiente:
Articulo 67. Los y las fabricantes, importadores y proveedores de maquinaria,
equipos, productos y útiles de trabajo están obligados a garantizar que estos no
constituyan una fuente de peligro para el trabajador o trabajadora, siempre que sean
instalados y utilizados en las condiciones, forma y para los fines recomendados por
ellos.
Los y las fabricantes, importadores y proveedores de productos y sustancias
químicas de utilización en el trabajo están obligados a envasar y etiquetar los mismos,
de forma que se permita su conservación y manipulación en condiciones de seguridad
o la salud de los trabajadores y trabajadoras que su almacenamiento o utilización
comporten.Los y las fabricantes, importadores y proveedores de productos y sustancias
químicas de utilización en el trabajo mencionado en los dos párrafos anteriores deben
suministrar la información que indique la forma correcta de utilización por los
trabajadores y trabajadoras, las medidas preventivas adicionales que deban tomarse y
los peligros asociados tanto con su uso normal, como su manipulación o empleo
inadecuado.
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Los y las fabricantes, importadores y proveedores de implementos y equipos de
protección personal están obligados a asegurar la efectividad de los mismos, siempreque sean instalados y usados en las condiciones y de la forma recomendada por ellos.
A tal efecto, deben suministrar la información que indique que tipo de peligro esta
controlando o minimizando, cual es el nivel de protección trente al mismo y la forma
correcta de su uso y mantenimiento.
Los y las fabricantes, importadores y proveedores deben proporcionar a los
empresarios y empresarias, y estos recabar de aquellos, la información necesaria para
que la utilización y manipulación de la maquinaria, equipos, productos, materias
primas y útiles de trabajo se produzca sin riesgos para la seguridad y la salud de los
trabajadores y trabajadoras. El empleador o empleadora debe garantizar que estas
informaciones sean trasmitidas mediante los instrumentos adecuados, incluyendo
capacitación específica a los trabajadores y trabajadoras en términos que resulten
comprensibles para los mismos. (p.64).
Este conjunto de leyes relacionadas al diseño de máquinas peletizadoras
establecerá una serie de mecanismos que garanticen todo lo relativo a las condiciones
y dispositivos de seguridad que se cumplan durante el diseño de máquinas, como los
equipos de protección personal, el uso de herramientas y el manejo de maquinarias de
trabajo para que no se produzca riesgos para la seguridad y la salud de los
trabajadores y trabajadoras.
Sistema de Variables
El sistema de variables es un conjunto que serán definidas convenientemente para
su investigación. Fidias (2006) define variables como “una característica o cualidad,magnitud o cantidad, que puede sufrir cambios y que es objeto de análisis, medición,
manipulación o control de una investigación” (p.57).
Tipos de Variables
Cuantitativas: Son aquellas que se expresan en valores o datos numéricos.
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Cualitativas: También llamadas categóricas, son características o atributos que se
expresan de forma verbal.
Conceptualización de Variables
Cuadro 1
Conceptualización de VariablesObjetivosespecíficos
Variables Tipo de variables Definición real
Analizar lainformación
técnicarelacionada a
máquinaspeletizadoras para
reciclaje deplásticos.
Informacióntécnica
relacionada con elfuncionamientode la máquina.
Cualitativas
Es toda lainformación quese puede obtenerde máquinaspeletizadoras ysus condicionesde trabajo.
Determinar lascaracterísticastécnicas de las
partesconstituyentes de
la máquinapeletizadora parala adquisición y
elaboración.
Característicastécnicas de la
máquina Cualitativas
Es determinartodo lorelacionado a laspartes queconstituyen lamáquinapeletizadora yparámetros dediseño.
Establecer loscostos y cálculospara el diseño de
la máquinapeletizadora.
Costos y cálculosde la máquina Cuantitativas
Es la selecciónde los costos ycálculosnecesarios parala fabricación dela máquinapeletizadora.
Diseñar lamáquina
peletizadora parareciclaje de bolsas
plásticas.
Diseño de lamáquina
peletizadora.Cualitativas
Diseñar lamáquinapeletizadora contodas susespecificaciones.
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Fuente: Rodríguez, F (20
Definición de Términos Básicos
Consiste en dar el significado precisos y según el contexto a los conceptos
principales expresiones o variables involucradas en el problema formulados, es decir
aclara el sentido que se utiliza las palabras o conceptos empleados en la identificación
y formulación del problema.
Acero: Hierro combinado con pequeñas cantidades de carbono y que adquiere con el
temple gran dureza y elasticidad.
Barril o Cañón: Es un cilindro metálico que aloja al husillo y constituye el cuerpo el
cuerpo principal de una máquina de extrusión.
Cuchillas: Son las que darán al cortar el flujo de plástico la forma de pellets
nuevamente y son fabricadas en aceros especiales para una larga duración.
Dado: Es el molde en el proceso de moldeo por inyección, a través del dado fluye el
polímero fuera del cañón de extrusión y gracias a esta toma el perfil deseado.
Extrusión: Es un proceso continuo, en que la resina es fundida por la acción de
temperatura y fricción, es forzada a pasar por un dado que proporciona una forma
definida, y enfriada finalmente para evitar deformaciones permanentes.
Husillo: Gracias a los intensos estudios del comportamiento del flujo de los
polímeros, el husillo ha evolucionado ampliamente desde el auge de la industriaplástica hasta el grado de convertirse en la parte que contiene la mayor tecnología
dentro de una máquina de extrusión.
Peletización: Consiste básicamente en un proceso de extrusión que consta de un
cilindro o cañón en cuyo interior se aloja un husillo que accionado por un motor y
transmisión, gira y recoge el material de la tolva de alimentación.
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Polímeros: Los polímeros se producen por la unión de cientos de miles de moléculas
pequeñas denominadas monómeros que forman enormes cadenas de las formas másdiferentes.
Plásticos: Son los materiales que resultan de mezclar uno o más polímeros con varios
aditivos que mejoran sus propiedades. Pero el componente principal de un plástico, el
que le da nombre y determina sus propiedades es el polímero.
Reciclaje: Se trata de un proceso que consiste básicamente en volver a utilizar
materiales que fueron desechados y que aun son aptos para elaborar otros productos o
refrabricar los mismos.
Tolva: Es el depósito de materia prima en donde se colocan la resina de material
plástico Para la alimentación continua del extrusor.
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56
CAPÍTULO III
MARCO METODOLOGICO
Modalidad de la Investigación
La modalidad de la Investigación del trabajo de grado es un Proyecto Factible,
basándose para esta definición en el Reglamento interno sobre el Trabajo Especial de
Grado del Instituto Universitario Politécnico “Santiago Mariño”. (2006), “un
Proyecto Factible consiste en la propuesta de un modelo funcional viable de una
solución posible a un problema de tipo práctico, con el objeto de satisfacer
necesidades de un ente especifico o en área particular de conocimiento”. (p. 22) y se
apoya en la Investigación de Campo y Documental.
Tipo de Investigación
La investigación que se plantea con este trabajo es de tipo descriptiva. Para Arias,
F. (2006), un Proyecto Factible “consiste en la caracterización de un hecho, fenómeno
o grupo con el fin de establecer su estructura comportamiento” (p. 22), la propuesta
se ubica en una solución de un problema, de los residuos de las máquinas en
producción.
Este tipo de investigación campo-documental se realiza en un ambiente natural
donde se desarrolla la problemática, no manipula las variables trabaja en función de
ellas, apoyada en una investigación documental que se obtiene a partir de la
aplicación de las técnicas bibliográficas, en los informes de otras investigaciones
donde se recolectaron esos datos a través de diversas fuentes documentadas.
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57
Diseño de la Investigación
Para Arias, F. (2006), “El diseño de investigación es la estrategia que adopta el
investigador para responder al problema planteado”. (p. 21)
En atención al diseño, esta investigación se considera un estudio de campo no
experimental aplicando la modalidad proyecto factible ya que permite recopilar los
hechos de la realidad del ambiente donde se desempeña la investigación y explica los
sucesos que se presentan en la empresa, e identifica las características más resaltantesdel problema existente.
La investigación de campo no experimental consiste en que el investigador sale al
campo a observar los datos significativos, más no con el objetivo de experimental con
dichos datos, ni manipular las variables relacionadas con el estudio, sino más bien
estar interrelacionados con las personas que serán investigadas, con el fin de capturar
el fenómeno en la realidad donde se presenta la problemática existente.
Población
Población: Se pueden nombrar diversos tipos de población, en particular se
caracterizará según Arias (2006) a la población finita, la que define como:
“Agrupación en la que se conoce la cantidad de unidades que la integran. Además
existe un registro documental de dichas unidades.” (p. 82).
Denominando una población finita debido a que conoce todos sus elementos. Al
respecto Ramírez, T. (2005). Considera:
“Que una población es finita cuando está conformado por menos de cien mil
elementos.
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58
Población o universo es cualquier conjunto de unidades o elementos como personas,
fincas, municipios, empresas, entre otros., claramente definidos para el que secalculan las estimaciones o se busca la información. Deben estar definidos las
unidades, su contenido y extensión”. (p. 93).
La población o universo de estudio en el presente caso, esta conformada por (7)
siete personas que laboran en el área de extrusión en la empresa Plásticos Guarenas
C.A.
Muestra
Para Arias, F. (2006), “La muestra es un subconjunto representativo y finito que se
extrae de la población accesible”. (p. 83). Como se indico con anterioridad el
universo o población de este estudio esta conformado por (7) siete personas.
Técnicas e Instrumentos de Recolección de Datos
Arias, F. (1999) refiere que “las técnicas de recolección de datos pertinentes para
responder las interrogantes formuladas” (p. 66), es decir, por las distintas formas o
maneras de obtener la información. Son ejemplos de técnicas; la observación directa,
la encuesta en sus dos modalidades: oral o escrita (cuestionario), la entrevista, el
análisis documental, análisis de contenido.
Validez y Confiabilidad
Un instrumento de medición es el recurso que utiliza el investigador para registrar
información o datos sobre las variables que se tienen en mente. Toda medición o
instrumento de recolección de datos debe reunir dos requerimientos esenciales
validez y confiabilidad.
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59
Es importante señalar que los instrumentos de recolección de información cuentancon la validez y confiabilidad necesaria para que den respuesta al planteamiento del
problema.
Validez del Instrumento
Sampiere, R. (1991) expone que “la validez es el grado en el que un instrumento
en verdad mide la variable que se busca medir”. (p.349).
Confiabilidad del Instrumento
Sampiere, R. (2006) describe que “la confiabilidad de un instrumento de medición
se refiere al grado en que la aplicación repetida al mismo sujeto u objeto produce
resultados iguales” (p.346), esto se debe al grado en el que la aplicación repetida de
un instrumento de medición al mismo fenómeno genera resultados similares y se
puede determinar mediante diversas técnicas.
Procedimientos.
El presente trabajo de investigación será dividido en tres fases, la fase diagnóstico,
fase de alternativas de solución y la fase de propuesta.
Fases del Proyecto de Investigación: El presente Proyecto de Investigación se llevó acabo mediante el desarrollo de las etapas siguientes:
Fase I: Diagnóstico
A través de la observación directa y la encuesta realizada en el departamento de
extrusión se pudo determinar los problemas que se presentaban en el proceso por la
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60
cantidad de desperdicio que se genera por distintas razones. Una vez logrado este
objetivo, se procedió a analizar y depurar la información para descomponer cada unode sus elementos y sintetizar lo más importante debido al volumen de la misma.
Fase II: Alternativa de la solución.
Una vez finalizada la primera fase, se estableció las alternativas más convenientes
para no almacenar tantos residuos productos de las máquinas.
Fase III: Propuesta
Diseñar una máquina peletizadora para reciclaje de bolsas plásticas para la
empresa Plásticos Guarenas C. A., Ubicada en Guarenas Estado. Miranda, Venezuela.
Operacionalización de Variables
Según Castro, F. (2006) “Consiste en la descomposición de la definición nominalde cada una de las variables, de la investigación, en sus componentes” (p.48).
La Operacionalización para Arias, F. (2006), “se emplea en investigación
científica para designar al proceso mediante el cual se transforma la variable de
conceptos abstractos a términos concretos, observables y medibles”. (p. 61), es decir,
dimensiones e indicadores.
Cuadro 2
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61
Operacionalización de las variables
Fuente: Rodríguez, F (201)
Variable Dimensión Indicadores Ítems
Informacióntécnica
relacionada conel
funcionamientode la máquina.
Informaciónsobre su
funcionamiento.Planos de la máquina. 1.
Característicastécnicas de la
máquina.
Partes de lamáquina.
.
• Motor.
• Poleas.
• Tornillo sin Fin.
• Cuchillas deCorte.
2.
3.
4.
5.
Costos ycálculos de la
máquinaPresupuesto. Precios. 6.
Diseño de lamáquina. Funcionamiento. Diseño. 7.
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CAPÍTULO IV
RESULTADOS
Fase de Diagnóstico
En este capítulo se presentan los resultados obtenidos en función de cada uno de
los objetivos específicos de la investigación.
Balestrini, M. (2002), define el diagnóstico como el proceso mediante el cual se
analizan las situaciones previas, presentadas en la unidad donde se analiza la
investigación, para así determinar los problemas y las necesidades del mismo.
Permite determinar los objetivos en función de los factores críticos que se descubran,
entregan además elementos de juicio de orden cualitativo y cuantitativo que nos
servirán para la fundamentación o justificación del proyecto.
Por tanto, una vez aplicado el instrumento se procedió a la presentación de los
resultados a través de un análisis de los datos. Al respecto, Balestrini (2005) expresa
que el análisis:
“Implica el establecimiento de categorías, la ordenación y manipulación de los
datos para resumirlos y poder sacar algunos resultados en función de las
interrogantes de la investigación. Este proceso tiene como fin último, el de reducir
datos de manera comprensible, para poder interpretarlos y poner a prueba algunas
relaciones de los problemas estudiados”. (p.169).Por consiguiente, la información numérica que se recogió, se transformó en gráficos,
para realizar una interpretación pertinente de cada uno de los ítems recogidos en el
cuestionario.
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Una vez analizados los datos se obtuvieron los resultados que procedieron a
elaborar tanto la propuesta como las conclusiones y recomendaciones pertinentes a lafase de diagnóstico. Que dieron origen a la ejecución de alternativas para solucionar
el problema de los desechos arrojados por las máquinas procesadoras de plásticos con
el diseño de una máquina peletizadora.
Para demostrar cada unos de ellos, fue necesario realizar análisis a los diferentes
procesos que lleva a cabo el área de extrusión. En primer lugar, se aplicó una
encuesta para dar a conocer la situación actual de los desechos producidos en las
máquinas, sustentando la validez de la situación planteada, además de los
conocimientos que posee los empleados de la empresa Plásticos Guarenas C.A. Del
mismo modo, se inició con el estudio detallado a través de la observación de todo el
proceso que se realiza en las máquinas procesadoras de plásticos con la finalidad de
conocer de forma detallada, las funciones y como se solventaría la cantidad de
productos que generan como desechos las máquinas.
Resultados de las encuestas
Los cuadros contienen las preguntas dicotómicas, la cantidad correspondiente a
cada una de ellas y el porcentaje.
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1.- ¿Conoce usted los planos de una máquina peletizadora?
Cuadro 3Análisis de la Pregunta No 1.
Alternativas de Respuestas Cantidad deentrevistados
Porcentaje
Si 5 71%
No 2 29%
Total 7 100%
Fuente: Rodríguez, F (2011)
Grafico 1. Pregunta No 1; Fuente: Rodríguez, F (2011).
Resultado: dentro del universo de personas encuestadas, como se puede observar
que el 71 % afirma que si conocen los planos de una máquina peletizadora.
2.- ¿Conoce usted el funcionamiento de un motor de una máquina peletizadora?
29%
71%
No
Si
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Cuadro 4
Análisis de la Pregunta No 2.
Alternativas deRespuestas
Cantidad deentrevistados
Porcentaje
Si 5 71%
No 2 29%
Total 7 100%
Fuente: Rodríguez, F (2011)
Grafico 2. Pregunta No 2; Fuente: Rodríguez, F (2011).
Resultado: Se pudo determinar que el 71% de los encuestados dicen que si
conocen el funcionamiento de un motor de una máquina peletizadora.
3.- ¿Conoce usted el sistema de poleas de una máquina peletizadora?
29%
71%
No
SI
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Cuadro 5Análisis de la Pregunta No 3.
Alternativas deRespuestas
Cantidad deentrevistados
Porcentaje
Si 5 71%
No 2 29%
Total 7 100%
Fuente: Rodríguez, F (2011)
Grafico 3. Pregunta No 3; Fuente: Rodríguez, F (2011).
Resultado: De la muestra tomada para la medición, el 71% de los encuestados dice
que si conoce el sistema de poleas de una máquina peletizadora.
4.- ¿Conoce usted las cuchillas de corte que se instalaran en la máquina peletizadora?
71%
29%
SI NO
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Cuadro 6Análisis de la Pregunta No 4.
Alternativas deRespuestas
Cantidad deentrevistados
Porcentaje
Si 5 71%
No 2 29%
Total 7 100%Fuente: Rodríguez, F (2011)
Grafico 4. Pregunta No 4; Fuente: Rodríguez, F, (2011).
Resultado: Se puede visualizar que del grupo encuestado el 71% dice conocer las
cuchillas de corte que se instalaran en la máquina peletizadora.
29%
71%
No
Si
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5- ¿Conoce usted el tipo de tornillo sin fin que se instalara en la máquina
peletizadora?
Cuadro 7
Análisis de la Pregunta No 5.
Alternativas deRespuestas
Cantidad deentrevistados
Porcentaje
Si 5 71%
No 2 29%
Total 7 100%
Fuente: Rodríguez, F (2011)
Grafico 5. Pregunta No 5; Fuente: Rodríguez, F, (2011).
Resultado: Se puede visualizar que del grupo encuestado el 71% dice conocer el
tornillo sin fin que se instalara en la máquina peletizadora.
29%
71%
No
Si
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6.- ¿Conoce los precios de una máquina peletizadora?
Cuadro 7
Análisis de la Pregunta No 6.
Alternativas deRespuestas
Cantidad deentrevistados
Porcentaje
Si 5 71%
No 2 29%
Total 7 100%Fuente: Rodríguez, F (2011)
Grafico 6. Pregunta No 6; Fuente: Rodríguez, F, (2011).
Resultado: Se puede visualizar que del grupo encuestado que el 71% dice conocer
los precios de una máquina peletizadora.
29%
71%
NoSi
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7.- ¿Se solventara el problema de desechos plásticos con el diseño de la máquina
peletizadora?
Cuadro 9
Análisis de la Pregunta No 7.
Alternativas deRespuestas
Cantidad deentrevistados
Porcentaje
Si 5 71%
No 2 29%
Total 7 100%
Fuente: Rodríguez, F, (2011)
Grafico 7. Pregunta No 7; Fuente: Rodríguez, F, (2011).
Resultados: Los resultados obtenidos, dicen que el 71% de los encuestados indicanque si se solucionara el problema de los desechos plásticos con el diseño de la
máquina peletizadora.
29%
71%
No Si
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Análisis de los Resultados
Según lo observado la mayoría de los encuestados refieren que si conocen una
máquina peletizadora, es una información muy valiosa que el personal que opera las
máquinas extrusoras tengan conocimientos sobre las distintas partes que constituyen
una máquina peletizadora de plástico, su funcionamiento y los beneficios que podría
generar la implementación de este diseño.
Con esta información de las encuesta se puedan tomar en consideración las
opiniones en cuanto a posibles mejoras del diseño de la máquina peletizadora de
plástico del personal que labora a diario con máquinas extrusoras que tienen similitud
en algunas partes del diseño.
Así mismo, a través de la observación directa se pudo conocer el funcionamiento
de las máquinas extrusoras que generan el desperdicio de plástico y en donde la
empresa Plásticos Guarenas C.A. No cuenta con áreas para almacenar estos productos
que serán de desecho y tampoco cuentan con una política de venta de este material y
por ende este diseño de la máquina peletizadora de plástico ayudaría a reutilizar ese
material de desecho y al ser reutilizados para productos nuevos de calidad y aparte
constituye un beneficio para el medio ambiente.
Fase Alternativa de solución
El objetivo principal del presente proyecto factible es el diseño de una máquina
peletizadora para reciclaje de bolsas plásticas en la empresa Plásticos Guarenas C.A.,
que sea de óptima calidad, recicle efectivamente y eficazmente el residuo de plástico
dejado por las máquinas que estén en funcionamiento.
En esta fase se establecerán las partes que constituirán la máquina peletizadora de
plásticos que servirá como solución a la problemática para no almacenar tantos
residuos productos de las máquinas extrusoras de plásticos.
Las Poleas y Bandas
Polea
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Dispositivo mecánico de tracción o elevación, formado por una rueda (también
denominada roldana) montada en un eje, con una cuerda que rodea la circunferenciade la rueda. Tanto la polea como la rueda y el eje pueden considerarse máquinas
simples que constituyen casos especiales de la palanca. Una polea fija no proporciona
ninguna ventaja mecánica, es decir, ninguna ganancia en la transmisión de la fuerza:
sólo cambia la dirección o el sentido de la fuerza aplicada a través de la cuerda. Sin
embargo, con un sistema de poleas móviles (también llamado polipasto) sí es posible
obtener una ventaja o ganancia mecánica, que matemáticamente se define como el
cociente entre la fuerza de salida (carga) y la fuerza de entrada (esfuerzo). En el caso
ideal la ganancia mecánica es igual al número de segmentos de cuerda que sostienen
la carga que se quiere mover, excluido el segmento sobre el que se aplica la fuerza de
entrada. Serán fabricadas con un acero fundido con alta resistencias a las
temperaturas altas.
Clases de Poleas
Polea fija: Esta polea esta fija a la viga, una polea fija simple es de hecho una
palanca de primara clase con brazos iguales. Sirve únicamente para cambiar la
dirección o el sentido de la fuerza, la carga solo es soportada por un segmento de la
cuerda.
Polea móvil: Esta polea esta unida al objeto y no a la viga, una polea móvil
siempre es una palanca de segunda clase, que multiplica la fuerza ejercida, la carga es
soportada por ambos segmentos de cuerda, porque solo hace falta una fuerza igual a
la mitad del peso para levantar la carga. Sin embargo hay que tirar de la cuerda a una
mayor distancia.
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Bandas
Es un elemento mecánico muy flexible utilizado para transmitir potencia cuando
existen poleas unidas a flechas o ejes. Su apariencia es la de una línea unida extremo
con extremo, con una sección trasversal que varía según sea su tipo.
Calefacción Eléctrica
El cuerpo de la máquina adjunta a la sección de alimentador debe estar a una
temperatura de 150 grados centígrados a 147 grados centígrados cuatro resistencias
de tipo abrazaderas, con un diámetro interior igual al diámetro exterior por lo cual
genera una potencia calorífica de 2060 watt, trabajando 220v.
Chavetas y Tornillos
Serán fabricadas de un acero de carbón con alta resistencia a soportar cargas y
altas temperaturas para el sistema de poleas y los tornillos que sujetaran partes
importantes de la máquina peletizadora.
Tornillo sin fin
Es un eje fileteado que cuando rota dentro de un cilindro, realiza un trabajo
mecánico que impulsa al material que se desea procesar.
Una vez que el material alcanza la entrada del extrusor, se moverá hasta que se
sitúe en el canal del tornillo, este transporte del tornillo y la diferencia entre el
coeficiente de fricción. La eficiencia en el transporte del material en el tornillo
generara un caudal de producción de 8,20 kilogramos por hora de trabajo.
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Malla de Peletizado
La malla se encuentra ubicada conjuntamente con el dado en el proceso de laextrusión del plástico recuperado, a través del dado fluye el polímero fuera del cañón
de extrusión donde encontrara una serie de orificios que filtran el material hacia la
cuchilla de corte dándole la forma deseada.
Cuchillas de Corte
Para el caso de las cuchillas rotatorias que le darán la forma de pellet nuevamente
al material para así reutilizarlos en producto nuevo, serán de acero inoxidable
fabricadas con materiales de alta resistencia a la abrasión y a los golpes.
La función de la cuchilla rotatoria es la de restringir la longitud del pellet a una
longitud deseada.
Tambor o camisa
El tambor o barril donde se encontrara el tornillo sin fin debe ser del mismo
material del cual fue diseñado el tornillo para que sea también inoxidable y que sus
características sean similares, es decir, compatibles. Sera realizado con un acero 4140
es resistente a altas temperaturas y una alta conductividad térmica.
La Propuesta
Objetivo
Diseñar una máquina peletizadora para reciclaje de bolsas plásticas en la empresa
Plásticos Guarenas C.A.
Justificación
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La máquina peletizadora de reciclaje de bolsas plásticas, consiste básicamente en
utilizar el material que ha sido desechados por las máquinas y convertirlasnuevamente en materia prima, para reutilizarlo en la producción de productos
nuevamente y así se estaría reduciendo los costos por adquisición de material nuevo
lo que sería un beneficio económico tanto para la empresa y un beneficio para el
medio ambiente ya que no se arrojarían estos desechos.
Alcances
Con la disposición de la máquina peletizadora para reciclaje de bolsas plásticas, la
empresa podrá incursionar en la compra de material de características similares
desechadas por otras empresas de plásticos, reduciendo así los gastos por la
adquisición de materia prima.
Delimitación
El diseño de una máquina peletizadora para reciclaje de bolsas plásticas, se
realizara en la empresa Plásticos Guarenas C.A, está localizada en la zona industrial,
Santa Cruz, Calle el Oficio, Parcela C-2, Guarenas, Estado Miranda, Venezuela, Este
Trabajo Especial de Grado se desarrollara en un tiempo no previsto, por que el
completo desarrollo del mismo está sujeto a las decisiones de la compañía. No porque
aprueben el proyecto, sino más bien por todos los procedimientos administrativos que
se deben realizar para aprobar la adquisición de partes nuevas y el mecanizado de
piezas.
Desarrollo de la Propuesta
Cálculos de poleas y bandas del motor principal de 2Hp, RPM=1425, 220V,
A= 6.5 Según la tabla anexo E, indica que para un motor de 1Hp hasta 25Hp tendrá un
mínimo de diámetro de polea en pulgadas será de =6.0”.
Transmisión por correa, Cálculo general.
D ═ ×
; d= ×
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N= × ; n= ×
Rpm= Revoluciones por minuto.
N= Número de r.p.m de la polea mayor.
n= Número de r.p.m de la polea menor.
D= Diámetro de la polea mayor.
d= Diámetro de la polea menor.
×1425 = 15" ×
6.0"x142515" = 570
6.0"x570RPM10" = 342
570RPM"×6.0"342 = 10"
La distancia aproximada entre cada centro desde la polea del motor principal y la
polea que girara el tornillo será 40cm. Los centímetros los llevaremos a pulgadas
mediante la conversión de unidades.
1”=2.54cm
40cm× ". = 15.74"
Fórmula para hallar el tipo de banda a utilizar:
L
= () + +()
= (3.0"+7.5") + 2(15.74") + ."-7.5"." = 65.75"× .
" = 1670.05
= (3.0"+5") + 2(15.74") + ."-5"." = 56.86"× .
" = 1444.41
El tamaño estándar o normal de la banda que utilizaremos más próximo para lalongitud 1, será tipo B 66 y para la longitud 2, será B 57 como se puede en la tablaanexo F.
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La velocidad de desplazamiento de la banda es:
V=××
= ×."× = 895.35
= ×."× = 2238.38
El torque generado por capacidad del motor será:
T= 63025 ( × )
T= 63025 () = 88,5 ×
Cálculos de poleas y bandas del motor giratorio de las cuchillas de corte de
1/4Hp, RPM
=1140, 220V, A
= 4.25
Según la tabla anexo E, indica que para un motor de ¼Hp hasta 10Hp tendrá un
mínimo de diámetro de polea en pulgadas será de 3.0”.
×1140 = 380 ×
3.0"x1140RPM380 = 9.0"
3.0"x380PM9.0" = 126
3.0"x380RPM126 = 9.0"
La distancia aproximada entre cada centro desde polea del motor y la polea que
girara la cuchilla de corte será 30cm. Los centímetros los llevaremos a pulgadas
mediante la conversión de unidades.
1”=2.54cm
30cm× ". = 11.81"
Fórmula para hallar el tipo de banda a utilizar:
L= () + + ()
= (1.5"+5") + 2(11.81") + ."-5"." = 45.07"× .
" = 1144.97
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= (1.5"+4.5") + 2(11.81") + ."-4.5"." = 43.23"× .
" =1098.08MM
El tamaño estándar o normal de la banda que utilizaremos más próximo para la
longitud 1, será tipo B 55 y para la longitud 2, será B 42 como se puede en la tabla
anexo F.
La velocidad de desplazamiento de la banda es:
V= ××
= ×."× = 268.06
= ×."× = 895.35
El torque generado por capacidad del motor será:
T= 63025 ( × )
T= 63025 () = 13,80 ×
Esfuerzo cortante en el eje para las poleas del tornillo sin fin, el diámetro para los ejesserá de D= 30 . Se utilizara barra de acero 1020 laminado en caliente.
T= 4.10 . C= = = 15
El esfuerzo cortante Tmax=
J es el momento polar de inercia del eje J= .
J
=(30)
(
)/32 = 79.521
Tmax= (4.10.)(15)(10)/79.521 × = 754
Para el tornillo sin fin o husillo se utilizara un material de acero 4140, ya que
posee una alta templabilidad, alto contenido de cromo le proporciona buenos valores
de dureza para resistir unas temperaturas de 540ºcentigrados.
Camisa o Tambor
La temperatura para fundir el material en la zona del tornillo que estará dentro de
la camisa.
De=63mm 31.5mm
Di=38mm 19mm
q=2060w
∆t=q× /2 × ×
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∆ =×.
××.×/×= 2.55º
∆ =150ºc-2.55ºc=147.45ºc
Paso del husillo (t)
T= × ×(17.6)
= Angulo helicoidal del canal.
D= Diámetro.T= Paso del husillo.
= 1 = 17.65°
T= 3.1416× 38 × (17.65)
T=38mm
Ancho del filete
(e)
= 0,12 ×
(e)= 0,12 × 38
(e)= 4.56
Tolerancia del tornillo sin fin o husillo
= 0.002 ×
= 0,002 × 38 = 0.076
Calculo del numero de filetes del sin fin o husillo
=Filetes
Longitud del tornillo será de 800mm y el Diámetro será de 38mm.
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= 21Filetes
Potencia requerida, para el tornillo sin fin con un factor de proporcionalidad dek=66.7
ℵ = ×× Despejamos N
N= ×.×(). = 13.25
Peso del tornillo sin fin o husillo
L=0.380m
r= Radio del alma del tornillo sin fin (0.01m)
A= ×
A= × (0.01)
A= 3.1416 × 10
V=A×L
V=1.193× 10
P= la densidad del material del acero 4140 será de 7700
m= ×v
m=7700
×1.193×10
m=2.41kg.
Flujo de Arrastre del Tornillo
D=Diámetro de Tornillo
H=Profundidad
=Angulo
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Cos =Función Trigonométrica
m=Número de canales=1e=Ancho de Filete
t=3.1416×D×Tag
t=3.1416×38mm×Tag (17.65)
t=38mm
t=p
= ×m×D×H×
− × =3.1416× 1 ×3.8cm×0.8cm×3.344cm×(17.65)
=15.21
Flujo de Presión del Tornillo
=m× × ( − ) × × /12×L
= 1×(0.8) ×3.344 ×17,65×17.6512×80 = 5.15 × 10
Flujo de Filtración
= () × × ×10 × × =
= 3.1416 ×(3.8) × (7.6×10)3×(17.65)10×0.456 ×80 = 9.44 × 10
K= ×× =
K= .×(.)×() = 9.54 × 10
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Caudal del tornillo sin fin
Q= × = .×.×
.×.×.× = 15.20
La cantidad de material en kilogramos hora será:
La densidad de polipropileno es
0.009 ×15.20
× 60 1 = 8.20
El Factor de Seguridad
= ×
= 378.14928.18 ×1.1896 = 0.34
Resistencia de Fatiga
=Esfuerzo Alternativo
=Coeficiente de Reducción de Esfuerzo a la Fatiga
= ×
× = .×.
×. = 928.18
=1+( − 1) = 1 + 0.79(1.24 − 1) = 1.1896
= × × = 1.01×0.6×624 = 378.14
Factibilidad Económica
El costo de la máquina será dividido en dos grupos: Costo de Materiales con sus
componentes y Costo de Mecanizado. A través de un estudio de mercado actual se
pudieron obtener una gran cantidad de precios de los componentes de la máquina
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peletizadora de plásticos y así obtener una idea clara de cuál sería su costo total en la
realización de este diseño.
Cuadro 10. Costos de Materiales y Componentes
Fuente: Rodríguez, F, (2011).
CANTIDAD DESCRIPCIÓN PRECIO p/u
(Bs.F)
PRECIO TOTAL
(Bs.F)
6
Resistencias
blindadas 220v
350,00 2100,00
1 Fondo y pintura 190,00 190,00
1 Motor 1452 RPM,
2Hp,220 V
3900,00 3900,00
1 Motor 1140 RPM,
¼ Hp, 220 V
1800,00 1800,00
8 Bandas en V 200,00 1600,00
1 Lamina en Acero
Inoxidable calibre
10
750,00 750,00
1 Barra de Acero
Inoxidable 1045
190,00 190,00
6 Cuchillas de Corteen AceroInoxidable paraPeletizadora
300,00 1800,00
10 Tornillos 10×45
mm Grado 12.9
75,00 750,00
13080,00
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Cuadro 11. Costos de Mecanizado
Fuente: Rodríguez, F, (2011).
El costo total de mecanizado es 14170,00 Bs.F
NOTA: Todos los precios incluyen el impuesto (IVA).
Se procedió al cálculo del costo total de la máquina peletizadora de
plástico, de la siguiente forma:
Costo total ═ Costos Componentes y Materiales + Costo de Mecanizado
Costo Total ═ 13800,00+14170,00 ═ 27970,00 Bs.F
CANTIDAD DESCRIPCIÓN PRECIOS p/u
(Bs.F)
PRECIO TOTAL
(Bs.F)
1 Tornillo Sin Fin de
1,5 Pulgadas de
Diámetro y 31.5
Pulgadas deLongitud
9500,00 9500,00
6 Chavetas de ¼ de
Pulgadas
45,00 270,00
8 Poleas en fundición 550,00 4400,00
14170,00
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CONCLUSIONES
En el estudio realizado se cumplieron todos los objetivos planteados como el
análisis de la información técnica relacionada a máquinas peletizadoras para reciclaje
de plásticos, donde se obtuvo un valioso aporte en cuanto a toda la teoría que
permitió conocer con más detalles la funcionalidad de la máquina y así determinar las
características técnicas de las partes constituyentes de una máquina peletizadora para
la adquisición y elaboración de las piezas más importantes para realizar el reciclaje y
obtener nuevamente los residuos como forma original de pellet, y así establecer los
costos de piezas y mecanizado de partes importante y los cálculos en cuanto a las
condiciones de trabajo que permitieron, luego condesar toda la información obtenida
para realizar el diseño de la máquina peletizadora para reciclaje de bolsas plásticas y
contribuir con la empresa Plástico Guarenas C.A. En el beneficio económico de la
compra de material nuevo y trabajar con el material recuperado produciendo
nuevamente los productos requeridos por la compañía, y hasta evitar que estos
plásticos en forma de bolsas que son los desechados por las máquinas sean arrojados
al medio ambiente produciendo más contaminación.
Determinando que una máquina peletizadora de plásticos puede ser diseñada y
construida con gran facilidad ya que contamos con una amplia información y un
personal con amplios conocimientos como se pudo establecer en las encuestas, a su
vez, el costo final de la misma no es determinante ni exagerado al momento decostearlo es decir, su costo de fabricación es muy bajo, las vibraciones y los ruidos
producidos por el equipo son mínimos garantizando un eficiente trabajo y calidad en
cuanto al producto final que se obtendrá al tener la máquina peletizadora en
funcionamiento optimo.
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RECOMENDACIONES
Con el desarrollo de la investigación se presentan las siguientes recomendaciones:
La máquina peletizadora debe ser operada por personal que reúna los
conocimientos y experiencia para evitar posibles daños al equipo.
Las cuchillas de corte se recomiendan ser cambiadas en un lapso de 6 meses para
que realicen de forma eficiente el corte exacto del material.
Se recomienda la elaboración de un plan de mantenimiento preventivo y
correctivo que garantice la operacionalidad de la máquina peletizadora de plásticos
para que no se produzcan paradas fuera de los rangos propios de su mantenimiento.
Se propone evaluar la máquina peletizadora de plásticos en un periodo de 3 meses
para que el operario se integre a la misma y en base a esta información realizar un
manual de operaciones.
Se recomienda solo utilizar material de bolsas plásticas para el proceso de reciclaje
para que no se produzca ningún daño operacional a la máquina peletizadora.
Adicionalmente con los resultados arrojados en el diseño de la máquinapeletizadora se recomienda tomar en consideraciones posibles mejoras del sistema de
reciclado para un mejor funcionamiento o ampliamiento de la máquina y posea mayor
capacidad de reciclaje.
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REFERENC IA S BIBLIOGRÁFICAS
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extrusora didáctica de plástico”, Tesis de Grado de la Universidad Nacional
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Arias, F. (2006). El proyecto de Investigación. (4ta. Ed.). Caracas: Editorial
EPISTEME, C.A.
Balestrini, M. (2006). Como se Elabora el Proyecto de Investigación. (2da. ed).
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publicada en Gaceta Oficial Extraordinaria de la República Bolivariana de
Venezuela, N° 5.453, Marzo, 24 2000.
Contreras, C. (2007), realizo una investigación titulada. “Diseño una máquina
extrusora de plástico con husillo”, Tesis de Grado de la Universidad de Valle
de México, Ciudad de México. Optar al Título de Ingeniero en Mantenimiento
Mecánico.
González, J. (2008), realizo una investigación titulada. “Diseño de una máquinaextrusora cortadora para la producción de bolsas plásticas”, Tesis de Grado de
la Universidad de San Carlos de Guatemala, Guatemala. Optar al Título de
Ingeniero Mecánico.
Hayes, B. (2005). Como medir la satisfacción del cliente: desarrollo y utilización de
cuestionarios. México: Editorial Oxford
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Hurtado, J. (2008). Metodología de la Investigación Holística. (6ta. Ed.). Caracas:Fundación Sypal.
Hurtado, J. (2009). Cómo formular objetivos en Investigación. (4ta. Ed.). Caracas:
Fundación Sypal.
Instituto Universitario Politécnico Santiago Mariño (2006). Manual de trabajo
especial de grado. (4ta. Ed.). Caracas.
Ley Orgánica de Prevención, Condiciones y Medio Ambiente de Trabajo, (2007,
Enero 2) Gaceta Oficial de la República Bolivariana de Venezuela, 38.596,
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Martínez, L. (2004). Cartografía. (2da. Ed.). España: Editorial CIE InversionesEditoriales Dossat-2000.
Ray, C. (2006). Seguridad Industrial y Salud. (4ta. Ed.) España: Editorial Pearson.
Sampieri, R. (2006). Metodología de la Investigación. (4ta. Ed.). México: Editorial
McGraw Hill.
Shigley, J. (2002). Diseño en Ingeniería Mecánica. Ed. Mc Graw Hill Sexta Edición.
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ANEXOS
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ANEXO AREPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA
INSTITUTO UNIVERSITARIO POLITÉCNICO“SANTIAGO MARIÑO”EXTENSION CARACAS
__________________________________________________
ENCUESTA
Instructivo: Marques con una equis (x) la respuesta seleccionada, utilice lápiz detinta negro, solo puede seleccionar una (1) respuesta por pregunta y debe respondertodas las preguntas.
1.- ¿Conoce usted los planos de una máquina peletizadora?
Si___ No___
2.- ¿Conoce usted el funcionamiento de un motor de una máquina peletizadora?
Si___ No___
3.- ¿Conoce usted el sistema de poleas de una máquina peletizadora?
Si___ No___
4.- ¿Conoce usted las cuchillas de corte que se instalaran en la máquina peletizadora?
Si___ No___
5- ¿Conoce usted el tipo de tornillo sin fin que se instalara en la máquina
peletizadora?
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Si___ No___
6.- ¿Conoce los precios de una máquina peletizadora?
Si___ No___
7.- ¿Se solventara el problema de desechos plásticos con el diseño de la máquina
peletizadora?
Si___ No___
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Objetivosespecíficos
Variables Tipo devariables
Definición real Dimensión Indicadores Ítems
Analizar lainformacióntécnica
relacionada amáquinas
peletizadoraspara reciclajede plásticos.
Informacióntécnica
relacionada conel
funcionamientode la máquina.
Cualitativas
Es toda lainformación quese puede obtenerde máquinaspeletizadoras ysus condicionesde trabajo.
Informaciónsobre su
funcionamiento.Planos de la máquina. 1.
Determinar lascaracterísticastécnicas de las
partesconstituyentes
de la máquinapeletizadorapara la
adquisición yelaboración.
Característicastécnicas de la
máquina Cualitativas
Es determinartodo lorelacionado a laspartes queconstituyen la
máquinapeletizadora yparámetros dediseño.
Partes de lamáquina..
• Motor.
• Poleas.
• Tornillo sin Fin.
• Cuchillas deCorte.
2.
3.
4.
5.
Establecer loscostos y
cálculos parael diseño de lamáquina
peletizadora.
Costos y
cálculos de lamáquina Cuantitativas
Es la selección delos costos y
cálculosnecesarios para lafabricación de lamáquinapeletizadora.
Presupuesto • Precios 6.
Diseñar lamáquina
peletizadorapara reciclaje
de bolsasplásticas.
Diseño de lamáquina
peletizadora.Cualitativas
Diseñar lamáquinapeletizadora contodas susespecificaciones.
Funcionamiento • Diseño 7.
Fuente: Rodríguez, F (2011)
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ANEXO B
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ANEXO CPropiedades Mecánicas
MaterialesE
υ α
106 PSI GPas 10-6 / ºF 10-6 / ºC
Aluminio 10 70 0.33 13 23
Aleaciones dealuminio
10-11.5 70-79 0.33 13 23
2014-T6 10.6 73 0.33 13 23
6061-T6 10 70 0.33 13 23
7075-T6 10.4 72 0.33 13 23
Latón 14-16 96-110 0.34 10.6-11.8 19.1-21.2
Ladrillo 1.5-3.5 10-24 - 3-4 5-7
Bronce 14-17 96-120 0.34 9.9-11.6 18-21
Hierro Colado 12-25 83-170 0.2-0.3 5.5-6.6 9.9-12
Concreto 3.6-4.5 25-30 - 4.8 7-14
Cobre 16-18 110-120 0.33-0.36 9.2-9.8 16.6-17.6
Aleación deMagnesio
6.5 45 0.35 14.5-16 26.1-28.8
Níquel 30 210 0.31 7.2 13
Acero
Estructural 29 200 0.33 6.5 12
Aleación dealta resistencia
29 200 0.33 8 14
Inoxidable 29 200 0.33 9.6 17
Fuente: Fundamentos de Diseño para Ingeniería Mecánica por J. Shigley 2002
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ANEXO D
Coeficientes λ para distintos materiales
Material Λ Material λ Material Λ
Acero 47-58 Corcho 0,04-0,30 Mercurio 83,7
Agua 0,58 Estaño 64,0 Mica 0,35
Aire 0,02 Fibra de vidrio 0,03-0,07 Níquel 52,3
Alcohol 0,16 Glicerina 0,29 Oro 308,2
Alpaca 29,1 Hierro 80,2 Parafina 0,21
Aluminio 209,3 Ladrillo 0,80 Plata 406,1-418,7
Amianto 0,04 Ladrillo refractario 0,47-1,05 Plomo 35,0
Bronce 116-186 Latón 81-116 Vidrio 0,6-1,0
Zinc 106-140 Litio 301,2
Cobre 372,1-385,2 Madera 0,13
Fuente: Fundamentos de Diseño para Ingeniería Mecánica por J. Shigley 2002
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ANEXO ETRANSMISIONES DE BANDAS
Fuente: Fundamentos de Diseño para Ingeniería Mecánica por J. Shigley 2002
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ANEXO FCIRCUNFERENCIAS INTERNAS DE BANDAS
Fuente: Fundamentos de Diseño para Ingeniería Mecánica por J. Shigley 2002
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ANEXO GPOTENCIA NOMINALES EN HP DE BANDAS
Fuente: Fundamentos de Diseño para Ingeniería Mecánica por J. Shigley 2002
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ANEXO HESPECIFICACIONES PARA PERNOS DE ACERO
Fuente: Fundamentos de Diseño para Ingeniería Mecánica por J. Shigley 2002
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ANEXO ITIPOS DE CHAVETA
Fuente: Fundamentos de Diseño para Ingeniería Mecánica por J. Shigley 2002
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PLANOSDE LA
MÁQUINAPELETIZADORA
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CURRICULUM VITAE
DATOS PERSONALES Nombres: Félix Marcelino Apellidos: Rodríguez Labrador Cedula De Identidad 11489988Edad: 36 AÑOS Lugar de nacimiento: Guarenas Edo. Miranda
Estado civil: Soltero Nacionalidad: venezol
DIRECCION DE HABITACION
Urb. Los Naranjos Zona 1, Casa F-3, Guarenas EDO. Mirandas teléfono:(0212) -3610786 – 0416 -8287075.
ESTUDIOS REALIZADOS
Titulo Estudiantil: BACHILLER EN CIENCIAS. Egresado del Liceo“Antonio José de Sucre”, Guarenas-EDO. Miranda-
Actualmente estudiando: Ingeniería (Mantenimiento Mecánico) en el PolitécnicoSantiago Mariño
EXPERIENCIA LABORAL
Mecánico (Mención Mantenimiento) en la Empresa Plásticos Guarenas C.A. EDO. Mirandas Años de labor -11 Años (Actualmente)
REFERENCIAS PERSONALES
Jaimez Beethoven (Funcionario Publico) Telf. (0416) -8151928Carlos Palma (TSU) cel. (0426) – 7333574
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