UNIVERSIDAD SIMÓN BOLÍVAR Decanato de Estudios Profesionales. Coordinación de Ingeniería Mecánica.

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1 UNIVERSIDAD SIMÓN BOLÍVAR Decanato de Estudios Profesionales. Coordinación de Ingeniería Mecánica. PROPUESTA Y EVALUACIÓN DE UNA SOLUCIÓN PARA EL DESENSAMBLAJE DE PAÑALES DESECHABLES DEFECTUOSOS PARA RECICLAJE. Por: Rodrigo de Diego Lima Realizado con la Asesoría de: Renzo Boccardo. PROYECTO DE GRADO Presentado ante la ilustre Universidad Simón Bolívar como requisito parcial para optar al título de Ingeniero Mecánico. Sartenejas, Abril de 2007

2 UNIVERSIDAD SIMÓN BOLÍVAR Decanato de Estudios Profesionales. Coordinación de Ingeniería Mecánica. PROPUESTA Y EVALUACIÓN DE UNA SOLUCIÓN PARA EL DESENSAMBLAJE DE PAÑALES DESECHABLES DEFECTUOSOS PARA RECICLAJE. PROYECTO DE GRADO Presentado por: Rodrigo de Diego Lima REALIZADO CON LA ASESORÍA DE RENZO BOCCARDO. RESUMEN. Se quiere reciclar los componentes del porcentaje de pañales desechables descartados de la línea de producción de los mismos. Para ésto se siguió la metodología de diseño de máquinas propuesta por el Prof. Boccardo. Se investigo y determinó la estructura y composición de un pañal desechable, se determinó experimentalmente los porcentajes de los diferentes materiales que lo componen. Se propuso una división modular del problema y se fue desarrollando cada módulo para buscar una solución al mismo. El proceso de búsqueda de solución incluyó experimentación y construcción de modelos funcionales. Se logró obtener los principios funcionales que rigen el proceso hasta la etapa de separación, se buscaron formas de probar las diversas etapas de forma experimental, quedando plenamente corroborado el proceso de desmembrado por golpes repetitivos y quedando el proceso de corte a la espera de un prototipo de máquina cortadora funcional. PALABRAS CLAVES. Pañal desechable, poliacrilato de sodio, súper absorbente, reciclaje, pulpa de papel, celulosa, desmembrar, diseño, cortadora, prototipo. Aprobado con mención: X Postulado para el premio: Sartenejas, Abril de 2007

3 iii DEDICATORIA. A mi padre.

4 Índice General. iv ÍNDICE GENERAL. Índice General......iv Índice de Tablas y Figuras...vi Lista de Símbolos y Abreviaturas...viii Capítulo 1: Introducción Capítulo 2: Desarrollo Objetivo Fundamentos teóricos Polímero Súper Absorbente Anatomía de un pañal desechable Metodología Fase preparatoria Fase conceptual Fase de detalle Fase de Fabricación y Ensayo Fase de Comercialización y Operación...10 Capítulo 3: Fase preparatoria Estudio de la necesidad Establecimiento de estructuras funcionales...11 Capítulo 4: Fase conceptual Diseño conceptual Diseño conceptual de módulos críticos Procesamiento del material...13 Desgarre por fricción Golpeteo Corte y Golpeteo Separación...20 Tamizado...20 Centrífuga Electrostática

5 Índice General. v 4.3 Construcción del modelo funcional del módulo de corte Resultados del funcionamiento de la cortadora Forma del disco de corte Potencia del motor Velocidad de giro de las sierras Holgura sierra soporte...29 Capítulo 5: Conclusiones y Recomendaciones Conclusiones Recomendaciones Referencias Bibliográficas Bibliografía

6 Índice de Tablas y Figuras. vi ÍNDICE DE TABLAS Y FIGURAS. Índice de tablas. Tabla 4.1: Resultados de frotar los pañales...17 Tabla 4.2: Propiedades del ventilador centrífugo...17 Tabla 4.3: Resultados de la prueba de Corte y Golpeteo de Pañal...19 Tabla 4.4: Resultados de la prueba control de Corte y Golpeteo de pañal...19 Índice de figuras. Figura 2.1: Anatomía de un pañal desechable...4 Figura 2.2: Perspectiva del pañal Figura 2.3: Estructura de un pañal desechable...6 Figura 2.4: Capas que encierran al núcleo...6 Figura 2.5: Pulpa y SAP del núcleo Figura 2.6: Capa externa del pañal...7 Figura 4.1: División modular funcional...12 Figura 4.2: Paneles para frotar pañales...13 Figura 4.3: Movimiento de los paneles...14 Figura 4.4: Experimento de frotar - Transversal...14 Figura 4.5: Experimento de frotar - Longitudinal...15 Figura 4.6: Experimento de frotar Dos direcciones...15 Figura 4.7: Experimento de frotar - Circular...16 Figura 4.8: Ventilador centrífugo con su filtro de partículas...17 Figura 4.9: Nuevos módulos funcionales...20 Figura 4.10: Funcionamiento de un separador ciclón.[6]...21 Figura 4.11: Separador de partículas electrostático...22 Figura 4.12: Sierras y soportes para bandas transportadoras...23 Figura 4.13: Esquema de accionamiento de las bandas transportadoras...24 Figura 4.14: Isometría de la cortadora en CAD...25

7 Índice de Tablas y Figuras. vii Figura 4.15: Bandas transportadoras y Sierras...26 Figura 4.16: Sistema de cadena para las bandas transportadoras...26 Figura 4.17: Alojamiento de pañal entre sierra y soporte...27 Figura 4.18: Trozos de pañal cortados con el prototipo de cortadora...28 Figura 4.19: Forma del filo del disco de corte...29 Figura 4.20: Reducción del espaciamiento entre soportes y sierras...30 Figura 5.1: Esquema del conjunto línea de producción y recicladora...32

8 Lista de Símbolos y Abreviaturas. viii LISTA DE SÍMBOLOS Y ABREVIATURAS. SAP Poliacrilato de sodio, por sus siglas en inglés Super Absorbent Polymer[1]. USPTO United States Patent Office - Oficina de Patentes de los Estados Unidos. CAD Computer Aided Design - Diseño asistido por computadora.

9 Introducción. 1 CAPÍTULO 1: INTRODUCCIÓN. Hoy en día, uno de los productos de consumo masivo que progresivamente se ha convertido en una necesidad imprescindible de la sociedad es el pañal desechable. Los pañales desechables son producidos en grandes cantidades, lo que implica que, aún siendo pequeño el porcentaje de pañales descartados en la línea de producción, éstos representan un gran volumen de material. Es por esto que surge la necesidad de reciclar los pañales desechables descartados durante su producción. En líneas generales, un pañal desechable convencional está compuesto de celulosa o pulpa de papel, plástico y material absorbente. En la búsqueda de soluciones previas, sólo se pudo conseguir una patente de invención de la Oficina de Patentes de los Estados Unidos (USPTO) sobre un método para la recuperación de la pulpa de papel de los pañales desechables usados[2]. Algunas empresas, tales como Zaimella en Quito, Ecuador, no desechan los pañales descartados de su línea de producción sino que lo comercializan como pañales de segunda, logrando disminuir su desperdicio a niveles donde la rentabilidad y necesidad de reciclar es discutible.[3] Por lo cual el problema se reduce a desmembrar, separar y clasificar los materiales de los pañales descartados por los controles de calidad en la producción para ser reciclados.

10 Desarrollo. 2 CAPÍTULO 2: DESARROLLO. 2.1 Objetivo. Para poder abordar el problema planteado anteriormente debemos definir nuestro objetivo, el cual es: presentar propuestas de sistemas para separar los componentes de los pañales desechables y fabricar modelos funcionales que verifiquen los principios pensados. 2.2 Fundamentos teóricos. Para trabajar en el problema de reciclar los materiales de los pañales desechables, primero debemos conocer más acerca de sus componentes, y su confección Polímero Súper Absorbente. La parte de un pañal desechable específicamente diseñada para absorber los líquidos y olores de la orina y heces humanas es lo que se denomina el núcleo del pañal. La sustancia encargada de absorber la mayor parte de los líquidos y olores en el núcleo es el poliacrilato de sodio, también conocido como polímero súper absorbente, gel absorbente, súper absorbente o SAP por sus siglas en inglés Super Absorbent Polymer[1]. Anteriormente se usaba almidón y celulosa, y otros polímeros tales como: poli(vinil alcohol) y poli(oxido de etileno). Los súper absorbentes nuevos están basados en poliacrilatos, que proveen de la mejor relación desempeño/costo, su presentación es un sólido granulado blanco, parecido a una arena gruesa. En agua se hinchan y pasan a ser una sustancia gelatinosa con un contenido de hasta 99% en peso de agua (absorbida)[1]. El SAP es muy difícil recuperarlo de un pañal desechable ya que se encuentra dentro de una matriz de pulpa de celulosa, la cual a su vez esta dentro de una tela de pulpa de papel y adherido a una capa de plástico (la

11 Desarrollo. 3 más externa del pañal)[4], lo que hace que sea muy difícil para un proceso automático poder separar todas estas capas y materiales para recuperar el SAP y celulosa, a esto se suma que no se pueden usar procesos químicos ya que el SAP una vez que absorbe líquidos no se puede volver a deshidratar, y con los procesos físicos hay que buscar la forma de sacarlo de la bolsa de tela que lo contiene Anatomía de un pañal desechable. Los pañales desechables a ser usados se rigen por diversas formas constructivas y técnicas de manufactura, pero la mayoría de ellas son muy similares, es por esto que podemos tomar como ejemplo para describir la anatomía de un pañal la patente norteamericana número US Los pañales desechables están diseñados para ser confeccionados en masa, y por eso su construcción se basa en la superposición de capas de diversos materiales (principalmente pulpa de celulosa, polietileno y SAP). En la figura 2.1 tenemos una vista de la forma de ensamblaje de un pañal. Lo señalado como 11 y 12 son las almohadillas de absorción de líquidos o núcleo, 33 y 43 son capas de SAP en matriz de pulpa de celulosa, con una malla no tejida de pulpa de celulosa 34 y 44, envueltas con malla no tejida de polietileno 31, 32, 41 y 42, éstas almohadillas van sobre la capa externa de polietileno 10, y sobre ellas van las barreras de líquidos 13. El pañal cuenta con unas alas 23 y 24 sobre las cuales posteriormente se le colocan ganchos de velcro y cintas adhesivas.

12 Desarrollo. 4 Figura 2.1: Anatomía de un pañal desechable. En la figura 2.2 tenemos una vista en perspectiva del pañal acabado sin doblar. El pañal cuando va a ser empaquetado se doblan las alas 23 y 24 hacia la cara interna del pañal, y luego es doblado por la línea P.

13 Desarrollo. 5 Figura 2.2: Perspectiva del pañal. En la figura 2.3 vemos en un pañal desechable algunas de sus partes. La malla de pulpa y polietileno encargada de distribuir los líquidos y evitar el contacto directo con la piel del niño; la celulosa y el SAP encargados de absorción los líquidos y la capa externa que confecciona el pañal desechable.

14 Desarrollo. 6 Malla de pulpa y polietileno Celulosa y SAP Capa externa Figura 2.3: Estructura de un pañal desechable. En la figura 2.4 podemos observar con mayor detalle la malla no tejida de polietileno y la malla no tejida de pulpa de papel. Malla de pulpa de papel Malla de polietileno Figura 2.4: Capas que encierran al núcleo. La textura de la pulpa de celulosa con SAP la podemos apreciar en la figura 2.5.

15 Desarrollo. 7 Figura 2.5: Pulpa y SAP del núcleo. La capa externa de polietileno del pañal la podemos observar en la figura 2.6. Figura 2.6: Capa externa del pañal. 2.3 Metodología. Para abordar el problema en mano vamos a seguir la metodología para el diseño de máquinas propuesta por el profesor Renzo Boccardo[5], la cual consta de cinco fases, cada fase con diversas etapas. Dicha metodología la podemos resumir en: Fase preparatoria.

16 Desarrollo. 8 Fase conceptual. Fase de detalle. Fase de fabricación y ensayo. Fase de comercialización y operación. Cada fase está subdividida en etapas, y éstas a su vez, en tareas. Dado el objetivo del presente proyecto de grado, vamos a desarrollar la metodología propuesta hasta la fase conceptual Fase preparatoria. La primera etapa de la fase preparatoria es el estudio de la necesidad y tiene como tareas: Definición y clarificación de la necesidad, Definición y clarificación del problema, y Definición y clarificación de los requerimientos. Ésta etapa se enfoca en definir claramente cuál es la necesidad a satisfacer, cuál es el problema a resolver, y cuales son los requerimientos a cumplir, con esto se garantiza que se resuelva el problema en mano y no uno similar, y que se resuelva plenamente al cumplir con los requerimientos del problema. La segunda etapa es las estructuras funcionales y tiene como tareas: Establecer claramente las funciones principales y establecer claramente las subfunciones. El resultado de esta etapa del proceso es un árbol funcional en el que se establecen, jerarquizan y relacionan las funciones a satisfacer por la solución final planteada. [5].

17 Desarrollo Fase conceptual. La primera etapa de la fase conceptual es el Diseño conceptual y tiene como tareas: Búsqueda de principios de coexistencia funcional, División modular funcional, y Establecimiento de los módulos críticos. En ésta etapa se busca esquemas y/o bosquejos de la división funcional en módulos. Requerimientos funcionales de los módulos considerados como críticos. [5]. La segunda etapa es el Diseño conceptual de módulos críticos, y tiene como tareas: Búsqueda de principios de solución funcional de los módulos críticos, Desarrollo de modelos funcionales, Evaluación funcional de los resultados, y Elección del principio funcional de los módulos críticos. Ésta etapa busca soluciones a los módulos críticos, mediante herramientas de generación de ideas, diseño asistido por computador, modelos de prueba y pruebas funcionales. La tercera etapa es el Desarrollo conceptual del sistema, y sus tareas son: Desarrollo conceptual del resto del sistema, y Interacción entre los diferentes módulos. Ésta etapa se enfoca en concebir los módulos considerados como no críticos y establecer las interacciones entre todos los módulos Fase de detalle. La fase de detalle consta de una sola etapa y una tarea, la cual es a saber, el diseño detallado y con ésto se obtienen los planos, cálculos, algoritmos, etc.

18 Desarrollo Fase de Fabricación y Ensayo. Ésta fase consta de una sola etapa, la construcción del prototipo, la cual consiste en las siguientes tareas: Fabricación de módulos críticos, Evaluación, Fabricación de módulos restantes, Evaluación, Ensamblaje, Evaluación final. Con ésta fase se obtiene el prototipo y los resultados de las pruebas y evaluaciones Fase de Comercialización y Operación. En ésta fase, cuya única etapa es la redacción de manuales lo que se busca es dejar por sentado los lineamientos de operación del prototipo, en un lenguaje adecuado para su entendimiento cabal. Con el fin de mantener la claridad en la lectura y compresión de este proyecto de grado usamos el término desmembrar para referirnos a separar en el sentido de romper las uniones entre los materiales, y el término separar para referirnos a clasificar los materiales y agruparlos.

19 Fase preparatoria. 11 CAPÍTULO 3: FASE PREPARATORIA. En la fase preparatoria de la metodología propuesta por el profesor Boccardo[5] tenemos que realizar el estudio de la necesidad y el establecimiento de estructuras funcionales. 3.1 Estudio de la necesidad. En esta etapa es necesario establecer o definir cuál es la necesidad, el problema y los requerimientos. En nuestro caso la necesidad es reciclar los componentes de los pañales desechables que se descartan en la línea de producción. El problema es buscar mecanismos y/o procesos que permitan convertir el pañal descartado en materia prima apta para reciclaje, y los requerimientos son recuperar la pulpa de papel, el SAP y el plástico para reciclaje. 3.2 Establecimiento de estructuras funcionales. En cuanto a las estructuras funcionales del problema, es posible plantearlas de la siguiente manera: Admisión de material. Procesamiento del material. Separación y clasificación. Éstas estructuras funcionales son planteadas inicialmente inspiradas en líneas de procesamiento de material y a lo largo del trabajo son propensas a ser modificadas según sea necesario.

20 Fase conceptual. 12 CAPÍTULO 4: FASE CONCEPTUAL. La segunda fase de la metodología a seguir es la fase conceptual, la cual a su vez está dividida en las etapas de: diseño conceptual, desarrollo conceptual de módulos críticos y desarrollo conceptual del sistema. 4.1 Diseño conceptual. El diseño conceptual, tal como se mencionó anteriormente, lo podemos reducir a tres grandes pasos o tareas: admisión, procesamiento, y separación. Éstas tareas son ideales para hacer una división modular funcional del proceso que debe llevarse a cabo para lograr el reciclaje de los pañales. De éstos tres módulos podemos decir que el procesamiento y la separación son los módulos críticos, ya que al conformar una cadena entre ellos con la falla de cualquiera no se puede lograr el objetivo (ver figura 4.1), y que además la admisión se reduce a transportar material y dependerá del procesamiento. Admisión Procesamiento Separación Módulos Críticos Figura 4.1: División modular funcional. 4.2 Diseño conceptual de módulos críticos. Para concebir el diseño conceptual de los módulos críticos es necesario proponer y probar sistemáticamente conceptos e ideas. Para la generación de dichos conceptos e ideas recurrimos a la heurística de la tormenta de ideas o brainstorming y como resultado obtuvimos las siguientes propuestas para abordar los módulos críticos, los cuales se probaron y evaluaron hasta obtener los que potencialmente pueden resolver el problema.

21 Fase conceptual. 13 El primer módulo a abordar es el procesamiento del material, ya que la admisión debe estar acorde a la forma de procesar el material Procesamiento del material. En éste módulo tenemos que conseguir formas para convertir un pañal de su estado inicial a una forma fácil de separar. A continuación desarrollamos los resultados de la tormenta de ideas para éste módulo. Desgarre por fricción. La primera idea propuesta para desmembrar los pañales es probar si se pueden desgarrar o aglutinar sus materiales frotando los pañales, tal como cuando uno se frota las manos. Con esto se busca ver si el núcleo se separa de la capa externa del pañal y se aglutina en cúmulos o espirales de material. Para corroborar esta idea se construyeron dos paneles de madera, mostrados en la figura 4.2, con un trozo de banda transportadora en una de las caras de cada panel, y uno de los paneles con dos asas para poder moverlo sobre el otro panel que se deja fijo y poder realizar una prueba a pequeña escala del concepto. Figura 4.2: Paneles para frotar pañales. Entre los dos paneles se colocó un pañal y se probó hacer cuatro tipos de movimientos, oscilatorio longitudinal, oscilatorio transversal, oscilatorio

22 en dos direcciones y circular, ver figura 4.3a Fase conceptual b 4.3c y 4.3d respectivamente. Figura 4.3: Movimiento de los paneles. Del experimento en dirección transversal vemos como el pañal adopta una forma cilíndrica y actúa como un rodillo cuando es frotado entre los dos paneles, lo que hace que efectivamente no sea frotado el material del núcleo ni que se aglomere el mismo, en la figura 4.4 vemos como queda el pañal luego de ser frotado transversalmente. Figura 4.4: Experimento de frotar - Transversal. Si en cambio frotamos el pañal en dirección longitudinal vemos como el mismo se adhiere a los paneles y desliza una mitad del pañal sobre la otra,

23 Fase conceptual. 15 sin producir ningún tipo de aglutinamiento de los núcleos, en la figura 4.5 vemos como queda el pañal luego de ser frotado transversalmente. Figura 4.5: Experimento de frotar - Longitudinal. Combinando ambos movimientos (longitudinal y transversal) tenemos un patrón de movimiento menos regular que los dos anteriores ya que el pañal se reajusta a la nueva dirección del movimiento en vez de quedarse adherido al panel o rodando entre ellos como son los dos casos anteriores. En la figura 4.6 vemos como queda aglutinado el material del núcleo luego de ser frotado en dos direcciones el pañal. Figura 4.6: Experimento de frotar Dos direcciones. Luego de obtener buenos resultados al combinar los dos movimientos

24 Fase conceptual. 16 es lógico pensar que con un movimiento circular se pueden obtener resultados similares, pero ese no es el caso, al frotar en forma circular vemos como una mitad del pañal desliza sobre la otra, al igual que cuando se frotó transversalmente. En la figura 4.7 vemos como queda el pañal luego de ser frotado en dirección circular y se aprecia que una mitad esta sobre la otra y entre ellas no se evidencia aglutinamiento del material. Figura 4.7: Experimento de frotar - Circular. En la tabla 4.1 se muestran los resultados del experimento, podemos observar que frotando en una dirección el resultado depende de la orientación del pañal relativo al sentido del movimiento, que combinando movimiento en dos ejes se mejora el aglutinamiento y que con movimiento circular se obtiene un resultado muy similar al movimiento longitudinal. Sin embargo aunque efectivamente se aglomera el material, éste no se desprende de la capa externa y por consiguiente no se considera como un proceso eficiente para desmembrar los pañales.

25 Fase conceptual. 17 Experimento Resultado Transversal Adopta la forma de un cilindro, actuando como un rodamiento entre los paneles, no hay aglutinamiento del material del núcleo (Ver figura 4.4). Longitudinal Desliza una mitad del pañal sobre la otra, no hay aglutinamiento del material del núcleo (Ver figura 4.5). Ambos Hay aglutinamiento del material (Ver figura 4.6). Circular Desliza una mitad del pañal aglutinamiento (Ver figura 4.7). sobre la otra, hay un ligero Tabla 4.1: Resultados de frotar los pañales. Golpeteo. Otra idea para desmembrar el pañal es sujetarlo y golpearlo repetidamente y observar si el material del núcleo sale de las capas que lo retienen. Para ésto se ideó un experimento el cual consistió en sujetar un pañal por un extremo en la admisión de un ventilador centrífugo de álabes rectos y dejar que los álabes del mismo golpeen el pañal. En la tabla 4.2 se muestran las principales características del ventilador y se puede apreciar en la figura 4.8. Característica Valor Marca Metalaire. Modelo Ilegible en la chapa. Velocidad de Giro 1770 RPM Potencia 2 HP Tabla 4.2: Propiedades del ventilador centrífugo. Figura 4.8: Ventilador centrífugo con su filtro de partículas.

26 Fase conceptual. 18 El resultado de este experimento fue que el material del núcleo se agrupa en una esquina del núcleo, y que ocasionalmente se rompían las paredes del núcleo para dejar que salga el material, es por eso que no se propone como un posible principio funcional para resolver el problema en mano. Corte y Golpeteo. A partir de la idea anterior, se propone cortar los pañales para facilitar el desmembramiento de las capas del núcleo y permitir que la matriz de pulpa de celulosa y SAP pueda salir del núcleo al ser golpeados los pañales. Se ideó una prueba que consiste en cortar los pañales de la forma más favorable, longitudinalmente (perpendicular a la línea P de la figura 2.2) y luego introducirlos al ventilador centrífugo usado en el experimento anterior para que sean golpeados por los álabes del mismo. El proceso de introducirlos al ventilador se puede realizar de dos formas, una es lentamente dejando que los álabes golpeen el material antes de que el mismo sea succionado por el ventilador usando algún tipo de dosificador que sostenga el pañal temporalmente, y la otra es dejar que el ventilador succione libremente el material. Claramente la diferencia está en cuantas veces va a ser golpeado el trozo de pañal antes de ser expulsado del ventilador. Se realizó un experimento dejando que el ventilador succione el material libremente, manualmente se separó y pesó el contenido del núcleo (pulpa y SAP) y el resto del material. Luego se volvió a introducir al ventilador y se repitió la separación manual y pesado del material obteniendo los resultados expresados en la tabla 4.3. El material es recuperado colocando una bolsa porosa en la salida del ventilador para que actúe como filtro (ver figura 4.8), dejando salir el aire pero reteniendo todo lo demás.

27 Fase conceptual. 19 Material Peso (gr.) 1 Pase % Peso (gr.) 2 Pase % Pulpa + SAP , ,3 Excedentes , ,7 Total Tabla 4.3: Resultados de la prueba de Corte y Golpeteo de Pañal. Se llevó a cabo una prueba control con el mismo número de pañales y con el mismo tipo de corte pero haciendo el desmembrado y separación del material totalmente manual y meticulosamente para estimar los pesos en el caso más favorable, todos estos resultados se reflejan en la tabla 4.4. Material Peso (gr.) % Pulpa + SAP ,0 Excedentes ,0 Total Tabla 4.4: Resultados de la prueba control de Corte y Golpeteo de pañal. Comparando los resultados del experimento con el ventilador y el experimento de control, y acotando que los pesos fueron medidos con una balanza digital con una apreciación de 1gr, podemos decir que se obtiene el mismo resultado en cuanto al porcentaje de pulpa y SAP por cualquiera de los dos métodos, por consiguiente el método de cortar y golpear es ideal para desmembrar los pañales. En ensayos realizados manualmente se pudo comprobar cualitativamente que dejando que el ventilador golpee varias veces el trozo de pañal antes de succionarlo deja menos pulpa y absorbente en el trozo de pañal que si el ventilador lo succiona libremente, pero como cuantitativamente fue demostrado anteriormente que con sólo pasar dos veces los trozos de pañal por el ventilador (o pasarlos por dos ventiladores colocados en serie) se obtiene un resultado satisfactorio por los momentos no se justifica la realización de una prueba simulando un dosificador. Además, agregar un dosificador incrementa la complejidad de las pruebas o experimentos ya que tendríamos variables que controlar tales como flujo másico de pañales, número de golpes o tiempo de exposición a los álabes,

28 Fase conceptual. 20 etc. El diseño en ingeniería es un proceso iterativo de plantear, experimentar y evaluar, partiendo de una idea general y ramificando a otras ideas para ir vislumbrando el camino a seguir para resolver un problema. Es por esa característica iterativa del diseño que es hora de replantear nuestro módulo de procesamiento de material mostrado en la figura 4.1 a dos módulos, uno de corte de material y otro de golpeteo del material, tal como se muestra en la figura 4.9. Admisión Corte Módulo Crítico Golpeteo Separación Módulo Crítico Figura 4.9: Nuevos módulos funcionales Separación. Para el módulo de separación de material también se recurrió a la tormenta de ideas para generar conceptos para realizar la separación del material una vez que sale del ventilador, más no es parte de los objetivos del presente proyecto de grado. Tamizado. Una idea para separar el material que sale del ventilador es pasar el material ya desmembrado por un tambor rotativo o vibratorio, levemente inclinado a lo largo de su eje, con perforaciones de tamaño adecuado para que pase la pulpa y el absorbente pero no las capas de plástico, con una tolva debajo para que se colecte la pulpa y absorbente que precipita. El tambor es alimentado por su tapa superior y el material que no precipita se descarga por la otra tapa.

29 Fase conceptual. 21 Centrífuga. Otra idea es pasar el material por un separador centrífugo (también conocido como ciclón), tal como el usado para separar partículas sólidas de gases, y que el papel y SAP precipite y el plástico sea arrastrado por el aire o al contrario, según se determine experimentalmente. En la figura 4.10 se muestra un esquema de un separador centrífugo. Figura 4.10: Funcionamiento de un separador ciclón.[6] El funcionamiento de un separador ciclón se basa en generar un ciclón dentro de una recámara, la fuerza centrífuga hace que las partículas más densas se vayan a la parte más externa del ciclón y luego precipiten al fondo del mismo, mientras que el aire sale por la parte superior. Electrostática. También se propone exponer el material elementos cargados electrostáticamente para intentar la separación por cargas electrostáticas.

30 Fase conceptual. 22 La separación electrostática se basa en la fuerza existente entre elementos cargados con cargas opuestas y los diferentes tiempos de decaimiento de la carga para cada material, por lo que elementos de diferentes materiales con la misma carga permanecerán por tiempos distintos sometidos a la fuerza electrostática ya que el decaimiento de depende de la conductividad del material. En la figura 4.11 tenemos un esquema de ejemplo, tomado de la patente norteamericana de diseño US donde vemos como el material se deposita en un tambor rotativo cargado electrostáticamente y que el material se va desprendiendo en los flujos 24, 25 y 26 según su conductividad (o tiempo de decaimiento). Figura 4.11: Separador de partículas electrostático. 4.3 Construcción del modelo funcional del módulo de corte. Tal como vimos anteriormente, el proceso de golpeteo de los pañales es

31 Fase conceptual. 23 muy eficiente, pero esa prueba fue realizada luego de cortar manualmente los pañales, es por ésto que surge la necesidad de construir un prototipo de modelo funcional para automatizar el proceso de corte de los pañales antes de ser alimentados al ventilador. El prototipo de la máquina cortadora, o simplemente la cortadora, debe ser capaz de recibir el material en su forma inicial de pañal completo y realizar el corte del pañal en cuestión. Para recibir el pañal proponemos una banda transportadora y el uso de sierras de disco comerciales para el corte de los pañales, usamos varias bandas transportadoras en paralelo para permitir que las sierras de disco no interfieran con las bandas transportadoras, dejando entre bandas una distancia arbitraria 6mm. Como las sierras de disco tienen una profundidad de corte máxima es necesario canalizar el flujo de material para garantizar que pasen por las sierras, para esto colocamos un segundo juego de bandas transportadoras sobre el primero, de forma convergente tal como se muestra en la figura Figura 4.12: Sierras y soportes para bandas transportadoras. Las bandas transportadoras van apoyadas sobre tubos de sección rectangular para proveer soporte ante la fuerza ejercida por el pañal al ser comprimido por las bandas transportadoras convergentes y que además dan

32 Fase conceptual. 24 una separación de 76mm entre sierra, lo que es aproximadamente igual a la distancia transversal menor del núcleo del pañal, con lo que se garantiza que al menos el núcleo sea cortado una vez. Para disminuir el espacio que ocupa la cortadora colocamos los motores debajo del juego de bandas transportadoras horizontales y acoplamos el motor de las sierras por polea y correa, y el motor de las bandas transportadoras por piñón y cadena tal como se muestra en la figura Figura 4.13: Esquema de accionamiento de las bandas transportadoras. Una imagen de la cortadora, producto de hacer uso de herramientas de diseño asistido por computadora (CAD), la podemos observar en la figura 4.14.

33 Fase conceptual. 25 Figura 4.14: Isometría de la cortadora en CAD. La construcción de la cortadora se llevó a cabo en el laboratorio de Desarrollo de Modelos y Prototipos y se buscó minimizar la cantidad de piezas y componentes comprados al tratar de usar los componentes disponibles en el laboratorio. Los discos de corte seleccionados son discos comerciales para el corte de madera de 184mm de diámetro (7¼ ) de 24 dientes con punta de carburo de tungsteno, y son accionados por polea a 1125RPM por un motor eléctrico trifásico 220V de ¾HP. En la figura 4.15 podemos observar los dos juegos de bandas transportadoras y los tres discos de corte.

34 Fase conceptual. 26 Figura 4.15: Bandas transportadoras y Sierras. El mismo motor que acciona las sierras también acciona los dos juegos de bandas transportadoras mediante una cadena, la cual está acoplada a una reducción 300:1 y luego una relación de transmisión de 25:18 por efecto de los número de dientes de los piñones, para terminar girando el eje de las bandas transportadoras a 5,2RPM, las bandas transportadoras está sobre unos rodillos de 40mm de diámetro, para lo que tenemos una velocidad de la banda transportadora de 11mm por segundo. Una foto del sistema de cadenas para las bandas transportadoras la podemos observar en la figura Figura 4.16: Sistema de cadena para las bandas transportadoras.

35 Fase conceptual Resultados del funcionamiento de la cortadora. Una vez terminada la construcción de la cortadora y luego de probarla podemos hablar de los resultados obtenidos en cuanto a el corte de los pañales. El prototipo de cortadora construido no es capaz de cortar los pañales, ésto se debe a que se bloquea todo el mecanismo al alojarse un trozo de pañal entre el disco de corte y los soportes de las bandas transportadoras (ver figura 4.17). A esto se le pueden atribuir varias causas posibles las cuales detallamos a continuación: Forma del disco de corte. Potencia del motor. Velocidad de giro de las sierras. Holgura sierra soporte. Sierra Pañal Banda T. Soporte Banda T. Figura 4.17: Alojamiento de pañal entre sierra y soporte. En la figura 4.18 podemos detallar como salen cortados los trozos de pañal en aquellas escasas ocasiones en que no se tranca la cortadora.