AUTOMATIZACIÓN DEL PROCESO DE RECUPERACIÓN DE TEREFTALATO DE POLIETILENO (PET) EN PLANTAS DE RECICLAJE DE RESIDUOS SÓLIDOS URBANOS

Transcripción

1 REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA UNIVERSIDAD PRIVADA DR. RAFAEL BELLOSO CHACÍN FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE ELECTRÓNICA MENCIÓN AUTOMATIZACIÓN Y CONTROLES AUTOMATIZACIÓN DEL PROCESO DE RECUPERACIÓN DE TEREFTALATO DE POLIETILENO (PET) EN PLANTAS DE RECICLAJE DE RESIDUOS SÓLIDOS URBANOS TRABAJO ESPECIAL DE GRADO PARA OPTAR AL TITULO DE INGENIERO EN ELECTRÓNICA MENCIÓN AUTOMATIZACIÓN Y CONTROL PRESENTADO POR: Br. ANDRADE SAMUEL Br. ESCOBAR CARLOS Br. SANCHEZ RICARDO ASESORADO POR: PARRA FRANCISCO PEREZ ELIZABETH MARACAIBO, DICIEMBRE 2012

2 AUTOMATIZACIÓN DEL PROCESO DE RECUPERACIÓN DE TEREFTALATO DE POLIETILENO (PET) EN PLANTAS DE RECICLAJE DE RESIDUOS SÓLIDOS URBANOS

3 VEREDICTO ii

4 VEREDICTO iii

5 VEREDICTO iv

6 DEDICATORIA Antes de todo a nuestro Dios, que día a día nos dio la paciencia necesaria y el entendimiento para afrontar los obstáculos que nos encontramos a lo largo de este camino. A nuestros padres y familiares que nos aconsejaron y nos ayudaron lo más humanamente posible,tanto en lo académico, espiritual y emocional para seguir adelante y no detenernos ante las dificultades. Haciendo mención especial a la Sra. Rima de Andrade, madre de nuestro compañero Samuel Andrade, por aceptarnos en su casa y brindarnos una excelente atención, y al Sr. Carlos Alberto Escobar, padre de nuestro compañero Carlos Escobar, por su inmensa ayuda en la parte física del prototipo. A los compañeros que siempre nos tendieron la mano y estaban con nosotros en las buenas y en las malas a lo largo de toda la carrera, y ahora podemos llamarlos amigos y en general a cualquier persona que se sienta orgulloso de nosotros. Un camino largo se hace corto cuando se tiene buena compañía. Un abrazo a todos. Carlos, Ricardo, Samuel v

7 AGRADECIMIENTO A Dios por concedernos por medio de su espíritu los dones de la sabiduría, la inteligencia y la constancia para poder alcanzar las metas trazadas. A todas que aquellas personas que a lo largo de la carrera nos brindaron sus conocimientos a cada uno de nosotros. A nuestro tutor académico Francisco Parra, quien consideramos un profesional integral y a quien le debemos gran parte de nuestros conocimientos que adquirimos a partir de todo la carrera. A nuestra tutora metodológica Elizabeth Pérez, por orientarnos durante la realización de este estudio, por su apoyo y por brindarnos su sabiduría para poder alcanzar el final de este camino Y por último a la Institución Universitaria por ofrecernos todas las instalaciones y bases de conocimientos necesarios para completar nuestra carrera universitaria. Los Autores vi

8 Andrade S., Escobar C., y Sánchez R. AUTOMATIZACIÓN DEL PROCESO DE RECUPERACIÓN DE TEREFTALATO DE POLIETILENO (PET) EN PLANTAS DE RECICLAJE DE RESIDUOS SÓLIDOS URBANOS. Universidad Doctor Rafael Belloso Chacín. Facultad de Ingeniería Escuela de Electrónica. Mención Automatización y Control. Maracaibo, RESUMEN El propósito de este trabajo fue la automatización del proceso de recuperación de tereftalato de polietileno (PET) en plantas de reciclaje de residuos sólidos urbanos. Los sistemas automatizados han permitido una mejor calidad y exactitud en el producto a realizar. Es por esto que se quiere automatizar el proceso de reciclaje de PET para que el producto final se realice de manera más rápida y fácil posible, como también eliminar de éste el error humano que hace que el proceso sea más tedioso y con más errores. Esta investigación estuvo sustentada teóricamente por: Ogata (2003), Creus (2006), Kiely (1999), entre otros. El tipo de investigación utilizado fue Proyectiva, Descriptiva y de Campo. Se emplearon como método de recolección de datos la entrevista no estructurada y la observación documental de distintas fuentes. Se aplicaron 5 fases de las 9 que presenta la metodología de Angulo (1984): definición de las especificaciones, ordinogramas modulares y codificación del programa, implementación del hardware, depuración del software, construcción del prototipo definitivo y las pruebas finales. Finalmente, se obtuvo un sistema de control basado en el software de programación del autómata Siemens Simatic STEP 7, lo que nos permite presentar una posible solución que muestra como dicho proceso es capaz de aumentar la producción, minimizar la interacción de los empleados con el proceso, disminuyendo costos operativos, estableciendo un mejor sistema y producto final, para el uso del mismo en distintas empresas que emplean material reciclado. Palabras claves: Automatización, Tereftalato, Polietileno, Reciclaje, PLC vii

9 Andrade S., Escobar C., and Sánchez R. AUTOMATION OF THE PROCESS OF RECOVERY OF TEREPHTHALATE OF POLYETHYLENE (PET) IN PLANTS OF RECYCLING OF SOLID URBAN RESIDUES. University Doctor Rafael Belloso Chacín. Faculty of Engineering. School of Electronic. Mention Automation and Control. Maracaibo, ABSTRACT The purpose of this work was the recovery automated process of polyethylene terephthalate (PET) on recycling plants of solid urban waste. The automated systems have allowed a better quality and precision on the final product. That is why we want to automate the process of recycling PET so that the final product is made as quickly and easily as possible, also eliminate human error which makes the process more tedious and with more mistakes. This research was theoretically supported by: Ogata (2003), Creus (2006), Kiely (1999), and others. The type of research used was Projective, Descriptive and Field. The data collection methods used was the unstructured interview and documentary observation from different resources. 5 of 9 phases were applied as described in the Angulo s methodology (1984): Definition of specifications, modular flow charts and program coding, Hardware implementation, software debugging, final prototype construction and final tests. Finally, a control systems based on automate programming software Siemens Simatic STEP 7 was obtained, allowing us to present a possible solution that shows how the mentioned process is capable to increase the production, minimize the employees interaction with the process, reducing operation costs establishing a better system and final product for the use there of in various companies that employ recycled material. Key Words: Automation, Terephthalate, Polyethylene, Recycling, PLC viii

10 ÍNDICE GENERAL Pág. VEREDICTO... DEDICATORIA... AGRADECIMIENTO... RESUMEN... ABSTRACT... INDICE GENERAL... INDICE DE FIGURAS... INDICE DE CUADROS... ii v vi vii viii ix xii xiii INTRODUCCIÓN... 1 CAPÍTULO I. EL PROBLEMA DESCRIPCIÓN DE LA SITUACIÓN OBJETO DE ESTUDIO FORMULACIÓN DEL PROBLEMA OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN OBJETIVO GENERAL OBJETIVOS ESPECIFICOS JUSTIFICACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN DELIMITACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN CAPÍTULO II. MARCO TEÓRICO ANTECEDENTES DE LA INVESTIGACIÓN BASES TEÓRICAS AUTOMATIZACIÓN OBJETIVOS DE LA AUTOMATIZACIÓN TIPOS DE AUTOMATIZACIÓN AUTOMATIZACIÓN FIJA ix

11 AUTOMATIZACIÓN PROGRAMABLE AUTOMATIZACIÓN FLEXIBLE CONTROLADORES MICROCONTROLADORES CONTROLADOR LÓGICO PROGRAMABLE VALVULA DE CONTROL SENSOR ACTUADOR MOTOR BOMBA TRANSMISOR TEREFTALATO DE POLIETILENO RECICLAJE DE TEREFTALADO DE POLIETILENO RECICLAJE PET POR VIA MECÁNICA RECICLAJE PET POR VIA ENERGÉTICA RECICLAJE PET POR VIA QUÍMICA PLANTA DE RECICLAJE SISTEMA DE VARIABLES DEFINICIÓN NOMINAL DEFINICIÓN CONCEPTUAL DEFINICIÓN OPERACIONAL CAPITULO III. MARCO METODOLOGICO TIPO Y DISEÑO DE LA INVESTIGACION TECNICAS E INSRTUMENTOS DE RECOLECCIÓN DE DATOS METODOLOGIA SELECCIONADA x

12 3.1. CUADRO Y CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES Y RECURSOS CAPITULO IV. RESULTADOS DE LA INVESTIGACIÓN ANÁLISIS Y DISCUSIÓN DE LOS RESULTADOS DESARROLLO DE LAS FASES DE LA INVESTIGACIÓN 44 CONCLUSIONES RECOMENDACIONES REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS xi

13 ÍNDICE DE FIGURAS FIGURAS Pág. 1. Ciclo de vida de los envases de PET Limpieza y separación de PET por vía mecánica Pasos para el reciclaje de PET por vía mecánica Proceso del reciclaje de PET por vía Química Proceso actual de recuperación Diagrama de bloques para el reciclaje de PET Ordinograma de la etapa Ordinograma de la etapa Ordinograma de la etapa Ordinograma de la etapa I/O PLC Siemens Programa del PLC Tablero de Control Diagrama Eléctrico del Prototipo Diagrama del Prototipo Estructura Básica del Prototipo Sensor Infrarrojo xii

14 ÍNDICE DE CUADROS CUADROS Pág. 1. Cuadro de Actividades y Recursos Cronograma de Actividades Cuadro de tipos de Controladores Lógicos Programables xiii

15 INTRODUCCIÓN En la actualidad, el tema de la contaminación es muy delicado desde el punto de vista de soluciones, debido a que no existe aún, un método efectivo contra este fenómeno el cual es alimentado cada vez más por la humanidad. Existen diferentes métodos para combatir el problema, una de ellas es el reciclaje, el cual es el más efectivo y aplicado hasta ahora. Hoy en día existen diversas plantas de reciclaje para materiales específicos, la mayoría de estas poseen un proceso automatizado, lo cual hace de este una forma muy efectiva de reciclar. El tereftalato de polietileno (PET) es uno de los principales materiales que contaminan el ambiente, debido a su amplio tiempo de descomposición, además, también es muy utilizado y altamente reciclable. Actualmente existen plantas de recuperación del mencionado material. Con conocimiento de esto, se propone en la presente investigación, el desarrollo de un proceso automatizado de recuperación de PET, se desea que este sea independiente de la mano obrera, evitando de esta manera el trabajo tardío y los errores humanos. Esta investigación presenta una mejora para la ejecución del proceso, centrándose en la automatización de este, simulación y supervisión, ya que las empresas requieren cada vez mas de procesos diferentes, que a largo plazo generaran mayor ganancia a las mismas, como también ser

16 máscompetitivas y desarrolladas tecnológicamente para mejorar resultados. Para

17 2 una comprensión optimade la investigación, esta se divide en cuatro capítulos, cada uno de ellos conforman segmentos diferentes de la investigación El contenido presente en el primer capítulo, expone el problema, así como los objetivos de la investigación y la justificación para la solución del mismo y se delimita claramente el contexto de la investigación Seguidamente, en el segundo capítulo, se presentan investigaciones anteriores que se asemejan al estudio presente y aportando ideas que refuerzan la variable de estudio, de igual forma, se analizan los fundamentos teóricos importantes para la investigación, incluyendo sistema de variables. En cuanto al tercer capítulo, se presenta eltipo y diseño de la investigación que se aplica en el proyecto, así mismo,las técnicas de recolección de datos a utilizar paraobtener información necesaria para su desarrollo, y por último se exponen las fases planteadas por autores que tienen como objetivo estructurar de una manera precisa el segmento practico del trabajo de grado para estructurar el cuadro de actividades donde se especificara los recursos y procedimientos a realizar. Por último, el cuarto capítulo consiste en el desarrollo de la metodología seleccionadapreviamente, donde se dan a conocer los resultados orientados al proceso de automatización para la recuperación de PET en plantas de reciclaje de residuos solidos urbanos.