MARCO TEÓRICO
CAPÍTULO II MARCO TEÓRICO Prosiguiendo con la investigación, se analizan estudios previos de fuentes fiables relacionados con el tema principal, esto generará bases sólidas para facilitar la consecución de los objetivos, de igual manera se aclaran las variables que están ligadas al trabajo, estudiando los conceptos a los que han llegado autores de buena fuente. 1. ANTECEDENTES DE LA INVESTIGACIÓN Como primer antecedente se tiene a, Andrade, Figuera y Godoy (2009), quienes realizaron un estudio sobre la factibilidad técnico-económica para la creación de una planta de reciclaje de material PET en el área de Maracaibo. La metodología que usaron fue sustentada por Baca Urbina (2006), Sapag (2005) e INAPYMI (2009). Su investigación fue proyectiva, de tipo descriptivo y de campo. Ahora bien, tanto la recolección como el análisis de los datos, estuvieron enfocados a conocer la factibilidad del proyecto, siguiendo las categorías definidas en la investigación como lo son: la situación actual del mercado del PET, la localización para la planta, los aspectos técnicos para la creación de la misma y los aspectos económicos para determinar la rentabilidad del 12
13 proyecto. Los resultados evidenciaron una demanda insatisfecha. La inversión estimada será de BsF. 1.000.000, obteniendo un VPN de BsF. 9.634.986,59, un TIR de 99 por ciento, una eficiencia de la inversión de BsF. 10,63 y un periodo de recuperación de 1.5 años. El presente antecedente estudia el tereftalato de polietileno con respecto al financiamiento de una planta de reciclaje, por su parte, la investigación presentada habla sobre un prototipo, no obstante, proporcionará información acerca de las vías para reciclar el material y de igual manera brindará información sobre el PET. Luego, Toledo, Rodríguez, Nava (2009). Presentaron un proyecto titulado: Metodología para la reutilización de desechos de material polietileno tereftalato (PET) aplicando los principios de logística inversa. La investigación, tuvo como objetivo principal desarrollar una metodología para la reutilización de desechos de material Polietileno Tereftalato (PET), dicho trabajo se basó en otras investigaciones relacionadas al proceso de reciclaje. La investigación se clasificó como descriptiva, proyectiva, documental y de campo, también se desarrolló a través de una metodología ecléctica. Siguiendo la misma línea de ideas, la investigación está sustentada y desarrollada de acuerdo a los planteamientos y criterios metodológicos, establecidos por García (2003). Los resultados alcanzados dieron como resultado que los desechos de material PET pueden ser reutilizados. En este sentido, se recomendó desarrollar nuevas fibras textiles basadas en PET reciclado que puedan ser utilizadas para mercados de confección de ropa.
14 La investigación mencionada habla sobre la metodología para la reutilización del material PET y su posible uso después de reciclarlo. Servirá a los investigadores para conocer la teoría que se usará para recuperar el PET. En el trabajo presentado no solo se plantea el procesorecuperación del PET sino que a su vez se desarrollará un modelo representativo del mismo. Para dar continuidad con la revisión de investigaciones previas, Bravo, Ferrer, Rincón (2009). Indagaron acerca del sistema de control y monitoreo para la automatización del proceso de tratamiento de agua en la empresa COCA-COLA Femsa de Venezuela, S.A. El propósito de la investigación estuvo dirigido a diseñar un sistema de control y monitoreo para la automatización del proceso de tratamiento de agua en la empresa Coca Cola FEMSA de Venezuela, C.A, para integrar la tecnología actual en la planta y lograr mejoras en la producción. Su investigación se estableció en la metodología del autor Angulo (1986). Asimismo, el tipo de la investigación se caracterizó proyectiva, descriptiva, aplicada y de campo. Tomando como base los resultados obtenidos se llegó a la conclusión de que en la empresa existe sobrecarga de procesos manuales, lo cual genera pérdidas de producción, daños eléctricos y físicos a maquinarias e instrumentos lo cual produce una falta de control significativa en cada etapa del proceso; por lo cual se recomendó establecer este proyecto de investigación en un alto porcentaje según su alcance, de tal forma que se logre la automatización del proceso y en determinados casos, se integren
15 nuevos instrumentos de tal manera que se pueda lograr sustituciones en casos de mantenimiento o daños. En el estudio presentado se diseñó un sistema de control y monitoreo para la automatización del proceso de tratamiento de agua. Su variable es el agua, no obstante tiene como idea principal automatizar un proceso al igual que la presente investigación. Difiere en el proceso y el producto a manipular, finalmente se utilizará para indagar acerca de la automatización de procesos. Por otra parte, Chapa, Oscar, Martínez (2005). Presentaron un estudio llamado: diseño de un equipo para molienda y lavado de PET (Polietileno Tereftalato). Dicha investigación se basó en el diseño de un equipo de molienda y lavado de plástico reciclado, particularmente para PET. En el desarrollo de dicho proyecto se detalla temas como: la contaminación que producen los residuos sólidos urbanos, los plásticos sus principales características y usos y el problema que causan cuando no son degradados naturalmente. Se realiza un análisis a las principales propiedades y características del reciclaje especialmente del PET, así como su aglomeración en varias partes de la ciudad de Guayaquil. Se presenta también el estudio teórico - técnico sobre el diseño del equipo, el análisis de costos para la posible fabricación y factibilidad del proyecto. Llegaron a la conclusión que el diseño propuesto desde el inicio del trabajo fue satisfactoriamente bien realizado ya que cumplió con los objetivos planteados.
16 El mencionado antecedente aporta el diseñode un equipo de molienda y lavado de plástico reciclado, esto servirá de guía a los investigadores acerca del proceso para el reciclaje del PET. Su similitud con el trabajo a realizar se presenta en el método con el cual se reciclará el material, ya que los pasos del proceso son similares al que se desarrollará. Por su parte en esta investigación se construirá un prototipo a diferencia del antecedente que solo fue diseñado. Seguidamente, Acevedo, Hernández, Muñoz (2005). En una investigación titulada: Sistema de control automatizado para monitorear y manipular un sistema de riego mediante un micro servidor web. Dicha investigación tuvo como finalidad el desarrollo de un sistema de control automatizado para monitorear y manipular un sistema de riego mediante un micro servidor web, el cual está constituido por un circuito controlador, una conexión serial con el computador y el software del micro servidor web. De la misma forma, la investigación fue considerada de carácter aplicado y descriptivo, la metodología que emplearon para el desarrollo de esta investigación es la propuesta por Angulo (1999). Los resultados de la investigación permitieron determinar que un sistema de control puede ser manejado a través de una conexión serial en la que se transmite los datos y la interfaz con el usuario. En el presente antecedente se habla sobre la realización de un sistema de control automatizado cuyo funcionamiento es monitorear y manipular un sistema de riego. La similitud existente es la realización de una
17 automatización a través de un prototipo. Por su parte, la diferencia es el proceso a realizar, en el trabajo se habla sobre un proceso que se encarga de la recuperación del material PET, en discrepancia del antecedente ya que menciona un proceso que se encarga de una variable diferente. 2. BASES TEÓRICAS A continuación se presentan las bases teóricas que sustentan la investigación sobre la automatización del proceso para el reciclaje de material tipo PET, el presente trabajo se relaciona con varias teorías que le dan forma y se relacionan con el proyecto planteado. 2.1. AUTOMATIZACIÓN Según Kalpakjian (2002, p.1023), es el proceso de hacer que las máquinas sigan un orden predeterminado de operaciones con poca o ninguna mano de obra, usando equipo y dispositivos especializados que ejecutan y controlan los procesos de manufactura. Por su parte, García (1999, p.1), dice que es un proceso que consiste en la incorporación al mismo, de un conjunto de elementos y dispositivos tecnológicos que aseguran su control y buen comportamiento. De acuerdo con las definiciones expuestas anteriormente se puede decir que la automatización es un conjunto de sistemas, procesos y elementos tecnológicos que funcionan de forma autónoma y sin intervención del ser humano.
18 2.2. OBJETIVOS DE LA AUTOMATIZACIÓN Para Medina y Guadayol (2010, p.9), los objetivos principales como: En primer lugar, sustituir al operador humano en aquellas tareas más repetitivas en las que no es necesaria su intervención o bien en las que son de difícil realización, y en segundo lugar, mejorar la calidad del producto final y abaratando los costes del proceso. Así mismo, García (1999, p.1), dice que éstos han sido procurar la reducción de costes de fabricación, una calidad constante de medios de producción, y liberar al ser humano de las tareas tediosas, peligrosas e insalubres. En síntesis, los objetivos de la automatización son, sustituir a las personas que están dentro del proceso ya porque sean muy difíciles, repetitivos o peligrosos, y también para procurar una mejor calidad y exactitud en el producto a fabricar. 2.3. TIPOS DE AUTOMATIZACIÓN La automatización se divide en tres grupos que presentan diferentes características, los cuales son: la automatización fija, la automatización programable y la automatización flexible. 2.3.1. AUTOMATIZACIÓN FIJA Según Degarmo (1988, p.30), se usa cuando el volumen de producción es alto, el diseño del producto es estable y el ciclo de vida del producto es largo.
19 Así mismo, Krajewski (2000, p.103), expone que es la que produce un tipo o parte de una producto en una secuencia fija de operaciones simples. Tomando en cuenta a los dos autores, se puede definir la automatización fija como la que se usa para unos niveles de producción muy altos y la cual no es capaz de adaptarse a cambios en el producto, es decir, que no se puede modificar el producto a menos que se cambie todo o la mayor parte del sistema. 2.3.2. AUTOMATIZACIÓN PROGRAMABLE Para Degarmo (1988, p.30), ésta se usa cuando se requiere modificar las características del producto a realizar. Al respecto señala Krajewski (2000, p.103), que este tipo de automatizaciones la que puede modificarse fácilmente para manejar diversos productos, las máquinas suelen ser programadas para alternarse en la elaboración de los productos. En conclusión, la automatización programable es la que permite realizar cambios en el producto mediante la manipulación del programa de los controladores que manejan el sistema, y no es usada para niveles de producciones muy altas. 2.3.3. AUTOMATIZACIÓN FLEXIBLE Este tipo de automatización según Degarmo (1988, p.30),esde este tipo cuando hay un programa para cada producto y el operador proporciona las
20 instrucciones apropiadas para cambiar de proceso siempre que sea necesario. Por su parte, Krajewski (2000, p.103), la define como la que tiene una fuerte inversión para equipo de ingeniería, una producción continua de mezclas variables de producto, índices de producción media y flexibilidad para lidiar con las variaciones en diseño del producto. Por todo lo dicho anteriormente, se define la automatización flexible como la unión de la automatización fija y la automatización programable, la cual tiene varios programas para cada producto y existe la posibilidad que los operadores den las instrucciones para cambiar el proceso si es necesario para modificar el producto. 2.4. CONTROLADORES Existen instrumentos capaces de realizar acciones de control, basándose en un Hardware y un Software, varían en complejidad, tamaño y costos, a continuación se presentan las definiciones de los más resaltantes. 2.4.1. MICROCONTROLADOR Según Pérez (2007, p.14), es un circuito integrado que combina los recursos fundamentales de un microcomputador, es decir, la unidad central de procesamiento, la memoria y los recursos de entrada y salida. Ahora bien, Pérez y Areny (2007, p.11), se refiere a elloscomo un circuito integrado digital monolítico que contiene todos los elementos de un
21 procesador secuencial síncrono programable y el cual está orientado a tareas de control y comunicaciones. Tomando en cuenta lo ya expuesto, este instrumento de control tiene el mismo principio de una computadora, ya que poseen componentes en común, no obstante, el microcontrolador está orientado principalmente a tareas de control y de comunicaciones, desvirtuando por lo tanto, su parecido con las computadoras. 2.4.2. CONTROLADOR LÓGICO PROGRAMABLE Para Álvarez (2004, p.2), es un elemento básico de control, que es usado para realizar automatizaciones de una complejidad media. Por su parte, Pérez (2009, p.36), dice que son procesadores digitales secuenciales programables que actúan sobre las variables de salida mediante la ejecución de una secuencia de instrucciones. Así mismo, Navarro (2001, p.1) define este instrumento como un dispositivo electrónico deestado sólido que puede controlar un proceso o una máquina y que tienela capacidad de ser programado o reprogramado rápidamente según lademanda de la aplicación. Fue inventado para remplazar los circuitos secuencialesbasados en relés que eran necesarios para el control de las máquinas. El PLCfunciona monitoreando sus entradas, y dependiendo de su estado, activando ydesactivando sus salidas. El usuario introduce al PLC un programa, usualmente víasoftware, lo que ocasiona que el PLC se comporte de la manera deseada
22 Se sabe por lo tanto, según los autores que este instrumento es programable y reprogramable, está compuesto por un Hardware y un Software y finalmente que mediante su programación se pueden controlar máquinas y procesos, para concluir se sabe que su principio es el de los relés. 2.5 VALVULAS DE CONTROL Según Creus (2006, p.365), expresa que estas realizan la función de variar el caudal del fluido de control que modifica a su vez el valor de la variable medida comportándose como un orificio de área continuamente variable. Ahora bien, Acedo (2003, p.89), afirma que son las encargadas de no mantener constantes caudales y niveles con objeto de maximizar la eficiencia del proceso. Al analizar los conceptos antes descritos se puede concluir, que este instrumento de control, cambia el caudal con el fin de mantener un nivel deseado. 2.6 SENSOR Areny (2006, p.3) lo define como un dispositivos que a partir de la energía del medio donde se mide, da una señal de salida transducible que es función de la variable medida.
23 Por su parte, Kalpakjian (2002, p.1051), se refiere al ya mencionado como dispositivos que producen una señal en respuesta a su detección o medida de una propiedad, como posición, fuerza, presión, temperatura, entre otros. En síntesis, este elemento mide una variable y al detectar un cambio, envía una señal que deberá ser interpretada, dichas variables deben ser físicas, tales como temperatura, posición, presión, entre otras. 2.7 ACTUADOR Para Pérez (2009, p.481), es el elemento sobre el que incide el objeto que se desea activar. Al respectosánchez (2002, p.84), lo señala como dispositivos que generan el movimiento de los elementos de la maquina según las órdenes dadas por la unidad de control. Se define entonces actuador, como el elemento que está con el instrumento y este se mueve para su activación o desactivación. 2.8 MOTOR Tal como expone Enríquez (2005, p.1), son máquinas que cambian la energía eléctrica en mecánica y dependen de los principios electromagnéticos para su operación. Tomando como referencia a Harper (2006, p.17), los declara como dispositivos encargados de proporcionar potencia para distintos tipos de aplicaciones como domésticas, comerciales e industriales.
24 Se sabe entonces, que un motor es un instrumento capaz de convertir energía eléctrica en energía mecánica, es decir, a partir de una corriente, se procede a ejecutar un movimiento circular, esta corriente puede ser directa o alterna que se definirán a continuación. 2.9 BOMBA Primeramente, Zubicaray (2003, p.13), define éstas como un transformador de energía, recibe energía mecánica, que puede proceder de un motor eléctrico u otro y la convierte en energía de fluido. Así mismo, Maccabe (1981, p.198), las refiere como dispositivos que aumentan la energía mecánica del fluido para incrementar la velocidad, presión o la altura del mismo. Al igual que los motores, las bombas transforman energía, pero en este caso pasan de energía mecánica a energía de fluido y funcionan para impulsar un líquido. 2.10. TRANSMISOR Como lo expone Rey (1998, p.23), son dispositivos que reciben la señal de la unidad de control, extraen la orden de disparo y modulan convenientemente a una portadora de radiofrecuencia. Ahora bien, Creus (2006, p.14), los define como equipos que captan la variable del proceso a través del elemento primario y la transmites a distancia en forma de señal neumática o electrónica.
25 En conclusión, los transmisores son dispositivos que captan la variable de un proceso y lo envían mediante una señal neumática o electrónica a un lugar de control. 2.11 TEREFTALATO DE POLIETILENO Para Olivares (2006, p.148), puede definirse como un material fuerte de peso ligero de poliéster claro el cual se usa para hacer recipientes para bebidas suaves, jugos, agua, bebidas alcohólicas, aceites comestibles, limpiadores caseros, y otros. De igual forma, Gennaro (2003, p.1171) dice que este material es un plástico que se prepara a partir de etilenglicol y ácido tereftálico o éster dimetílico del ácido tereftálico, los cuales tienen una gran resistencia, excelente transparencia y bajo índice de transmisión de gas y vapor de agua. Atendiendo a lo aportado por los dos autores, se puede definir el PET como un tipo de plástico que se prepara a partir de etilenglicol y ácido tereftálico, el cual tiene una gran resistencia, excelente transparencia y de peso ligero, usado para hacer recipientes de bebidas suaves, jugos, aguas, aceites comestibles y otros. En la siguiente gráfica se puede observar todo el ciclo de vida que el material PET sufre desde la fabricación de resina del mismo, hasta su desecho y reutilización.
26 Fig. 1 Ciclo de vida de los envases de PET. Fuente: Gennaro (2003) 2.11.1 RECICLAJE DE TEREFTALATO DE POLIETILENO Se conoce como reciclaje a la recolección de un material ya usado y convertirlo en otro elemento, en cuanto al reciclaje del Tereftalato de Polietileno se conocen tres procesos diferentes, el producto final del material difiere en cada método, no obstante, el fin es el mismo y el producto resultante será una variable del inicial. A continuación se presentan desarrollados los tres procesos.
27 2.11.1.1 RECICLAJE DE PET POR VÍA MECÁNICA Para Pisoni (2007, p. 6) es un proceso físico mediante el cual el plástico post-consumo es recuperado, permitiendo su posterior utilización.es la técnica más utilizada en la actualidad, consiste en la molienda, separación y lavado de los envases. Las escamas resultantes (Flakes) de este proceso se pueden destinar en forma directa, sin necesidad de volver a hacer pellets (bolas de plástico), en la fabricación de productos de inyección o extrusión. No obstante, Pérez y Maldonado (2008, p. 22) afirman que: Este reciclado se facilita con el empleo de envases de PET transparente, ya que sin pigmentos tiene mayor valor y mayor variedad de usos en el mercado, evitando los envases multicapa, así como los recubrimientos de otros materiales, que reducen la reciclabilidad del PET, aumentando el empleo de tapones de polipropileno o polietileno de alta densidad y evitando los de aluminio o PVC que pueden contaminar grandes cantidades de PET, así como la inclusión de etiquetas fácilmente desprendibles en el proceso de lavado, evitando sistemas de impresión que provocan que el PET reciclado y granulado tenga color, disminuyendo sus posibilidades de uso, mercados y precio, así como las etiquetas metalizadas o con pigmentos de metales pesados que contaminan el producto final. Concluyendo lo expuesto por los autores consultados, la vía mecánica del reciclaje de PET es una de las más populares, pero tiene inconvenientes como que al usar envases de diferentes colores, el producto resultante, comúnmente llamado flakes, tendrá de igual manera diferente color, cabe destacar que para el reciclaje por esta vía, se deben filtrar elementos impuros al material, como es el caso de metales, etiquetas o tapas. Pérez y Maldonado (2008, p. 28) anexan en su libro una ilustración acerca de la limpieza y la separación del material al utilizar este método de
28 reciclaje y una ilustración referente a los pasos para el reciclaje del PET por la misma vía. Fig. 2 Limpieza y separación de PET por vía mecánica. Fuente: Pérez y Maldonado(2008) Fig. 3 Pasos para el reciclaje de PET por vía mecánica Fuente: Pérez y Maldonado(2008)
29 2.11.1.2 RECICLAJE DE PET POR VÍA ENERGÉTICA En cuanto a este punto, Pérez y Maldonado (2008, p. 22) expresan que en cuanto al uso del PET como combustible alterno, los envases pueden emplearse para generar energía ya que este material tiene un poder calorífico de 6.3 Kcal/Kg, y puede realizar una combustión eficiente. Esto es posible ya que durante su fabricación no se emplean aditivos ni modificadores, lo cualpermite que las emisiones de la combustión no sean tóxicas, obteniéndose tan sólo bióxido de carbono y vapor de agua. Siguiendo la misma línea de ideas, para Pisoni (2007, p. 7), este tipo de reciclaje se utiliza en el quemado del PET para completar la calefacción y agua caliente en hogares, logrando así obtener beneficios en comunidades con posibilidades de reciclado limitadas. Por consiguiente, se entiende como vía energética de reciclaje en la que se aproveche la energía en forma de calor que desprende el material al ser quemado, ya que tiene un alto índice calorífico que pudiera ser ideal para lograr otra función, como calefacción o calentador de agua sin emitir sustancias tóxicas. 2.11.1.3 RECICLAJE DE PET POR VÍA QUÍMICA Para Pisoni (2007, p. 7 y 14), 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
30 fabricar nuevos plásticos.implica cambios en la estructura química del material. Este tipo de reciclado permite utilizar al desecho plástico como fuente de materia prima, no sólo para producir nuevamente el material original (como material virgen), sino producir otros materiales con diferentes características. Complementando lo ya expresado, Pérez y Maldonado (2008, p. 30) dicen que para este tipo de reutilización, se han desarrollado distintos procesos. Dos de ellos, la metanólisis y la glicólisis, se llevan a cabo a escala industrial. El PET se deshace o despolimeriza se separan las moléculas que lo componen y estas se emplean para fabricar otra vez PET. Dependiendo de su pureza, este material puede usarse, incluso, para el envasado de alimentos. Para finalizar, este método emplea la separación química del material, como producto resultante se obtiene el material virgen, lo que le permite poder ser utilizado para la industria alimenticia o para cualquier otro fin, es decir, se vuelve a los orígenes. Fig. 4 Proceso del reciclaje de PET por vía Química. Fuente: Pérez y Maldonado (2008)
31 2.12. PLANTAS DE RECICLAJE Según Castellanos (2003, p.87), es una instalación de transformación de residuos de forma que puedan volver a ser reintroducidos en el ciclo de producción. Por su parte, Castells (2000, p.352), lo define como una instalación que procesa los materiales para su reciclaje, que pueden asociarse a los vertederos para agilizar el proceso de gestión de residuos, o pueden ser independiente de las instalaciones. Las mercancías manipuladas en una planta de reciclaje son muy variadas, dependiendo de la demanda regional de materiales específicos, y la capacidad de la planta misma. Tomando en cuenta lo ya antes expuesto, una planta de reciclaje es una instalación que procesa los materiales para que puedan volver a ser reintroducidos en el ciclo de producción. 3. SISTEMA DE VARIABLES La variable objeto de estudio se define a continuación. 3.1. DEFINICIÓN NOMINAL Automatización. 3.2. DEFINICIÓN CONCEPTUAL Según Kalpakjian (2002, p.1023), es el proceso de hacer que las máquinas sigan un orden predeterminado de operaciones con poca o
32 ninguna mano de obra, usando equipo y dispositivos especializados que ejecutan y controlan los procesos de manufactura. 3.3. DEFINICIÓN OPERACIONAL Es un conjunto de elementos que poseen como fin eliminar la intervención del hombre para mantenerlo constante y de esta manera reducir errores y las variantes existentes, en cuanto al reciclaje de Tereftalato de Polietileno, es necesario aplicar la automatización a sectores que aún necesitan la intrusión del hombre, como es el caso de la separación de bolsas e impurezas.