Diseño de una trituradora para plástico Polietileno de Tereftalato (PET) José Emmanuel Medina García, Claudia E. Saldaña Durán, Víctor M. Hernández Ramón, Sergio Becerra Anzaldo emg4532@hotmail.com Resumen Actualmente se consume gran cantidad de materiales plásticos para beneficio del ser humano. Esta elevada producción lleva consigo el cómo reutilizar o reciclar los productos desechados. Un ejemplo muy singular es el consumo de bebidas; la mayoría de las personas consume una cantidad considerable de bebidas contenidas en envases de plástico comúnmente en plástico Polietileno de Tereftalato (PET) y que después de haber cumplido con su objetivo estos envases son desechados. La problemática con el plástico PET es que su producción es muy elevada y que el reciclaje o reutilización del mismo, a nivel nacional, se podría considerar demasiado bajo, es por ello que se ha decidido trabajar en ésta área proponiendo el diseño de una trituradora (actualmente en vías de construcción) que tendrá la capacidad de triturar entre 2000-4000 kg de PET dependiendo de las horas de trabajo. Para la Universidad es una opción a la fomentación de una cultura hacia el reciclaje dirigida a los compañeros universitarios con la creación de equipos innovadores y eficientes que lleve consigo la mejora del medio ambiente. Los beneficios de éste equipo son el de reducir la cantidad de residuo que se acumula en los rellenos sanitarios de nuestra ciudad, reduciendo así los volúmenes del mismo, ya que los materiales plásticos no tienen un peso elevado pero si ocupan un volumen considerable; otro beneficio muy importante es la generación de empleos. 514 Palabras clave: envases, plástico, reducir, relleno sanitario 1. Introducción Sería difícil imaginar el mundo moderno sin los plásticos. Hoy son una parte integral del estilo de vida de todos, con aplicaciones que van desde artículos para el hogar hasta los sofisticados instrumentos científicos y médicos [1]. El plástico es un material industrial utilizado en muchas aplicaciones en la vida diaria moderna. Aunque los desechos plásticos no se degradan fácilmente y conducen a problemas de contaminación en su entorno, con respecto a otros materiales como metal o papel, los plásticos tienen su única ventaja en su fácil producción, su calidad, su apariencia y su peso ligero. Los plásticos son polímeros sintéticos, obtenidos generalmente a partir de hidrocarburos derivados del petróleo. Un polímero es un compuesto que consiste en moléculas de cadena larga, cada una de las cuales está hecha de unidades que se repiten y conectan entre sí. En una sola molécula de polímero puede haber miles, incluso millones, de unidades. La palabra se deriva de los vocablos griegos poly, que significa muchos, y meros (que se contrae a mero), que es parte [2]. Tienen altos pesos moleculares, son ligeros, resistentes a la corrosión y al ataque microbiológico, impermeables y de bajo costo, por lo que son útiles en aplicaciones diversas como la agricultura, fabricación de autopartes, equipos electrónicos, prótesis médicas y artículos de uso cotidiano; sin embargo, una proporción significativa de los plásticos fabricados se emplean en envases y embalajes [3]. pp 514-518 ISBN 978-607-607-015-4
En la ciudad de Tepic se separa 6317.70 kg de plástico, esto indica que la cantidad de plástico que se genera y se encuentra depositado en el relleno sanitario El Ixtete es muy elevado. Tabla 1. Separación de plástico en la ciudad de Tepic [4] 2. Reciclaje mecánico 515 El reciclado representa una de las mejores historias de éxito ambiental del siglo XX. Algunos beneficios del reciclado son la conservación de recursos, la reducción de contaminantes, ahorros de energía, creación de trabajos y menor necesidad de rellenos sanitarios e incineradores [5]. En este proceso se recogen los plásticos de los procesos de fabricación de la industria (petroquímica o transformadora). El procesamiento de materiales plásticos utilizados consiste en trocear el material para introducirlo posteriormente en una máquina extrusora-granceadora. El material obtenido se moldea mediante los métodos tradicionales. Solamente puede aplicarse a los termoplásticos, que son aquellos que se funden por acción de la temperatura [6]. Este tipo de reciclado presenta dos problemas fundamentalmente; el primero es que el plástico ya utilizado pierde parte de sus propiedades, lo que obliga a emplearlos en la fabricación de otro tipo de productos con menos exigencias; el segundo, es la dificultad para separar los distintos tipos de plásticos. El proceso de reciclado se puede realizar varias veces, pero se debe de tener en cuenta que cada vez que se lleva a cabo, el material tiende a perder entre los 5 y 10% de sus propiedades mecánicas, que con el agregado de ciertos aditivos se pueden restituir [7]. Mediante el reciclado mecánico se pueden fabricar otros materiales, como por ejemplo aglomerados, aunque este proceso genera a su vez algunos residuos. Por otra parte, estos aglomerados son útiles para aislamiento o para revestimiento de baja calidad [8]. 3. Diseño del equipo Con el paso del tiempo, la molienda de los materiales plásticos ha sido considerada muy importante para el reciclado. Años atrás, la molienda de materiales plásticos no era una operación de alta tecnología pero hoy en día se han desarrollado equipos capaces de procesar grandes cantidades de material con gran eficacia. Actualmente se han diseñado equipos que realizan en una sola etapa el lavado y triturado del plástico, pero es conveniente llevar a cabo los procesos de lavado y triturado de forma separada, por ejemplo, la empresa MACCAD desarrolló una trituradora con ciertas características para moler 275 kg/hr de plástico, la tolva está diseñada para eliminar el ruido que se ocasiona en la molienda, también contiene una criba que permite pasar las hojuelas de plástico con dimensiones de 2 o ¾ según los criterios que se requieran.
Los molinos HULVIC están diseñados para capacidades de 200-300 kg/hr y 300-500 kg/hr, con motores de 15 y 30 hp respectivamente; éstos molinos son del tipo rotor abierto lo cual permite moler las botellas de PET enteras sin necesidad de aplastarlas antes de alimentarlas a la trituradora. La molienda del Polietileno de Tereftalato (PET) se realiza dentro de un molino de cuchillas giratorias, las cuales tienen como función triturar las botellas hasta convertirlas en hojuelas con dimensiones específicas, dichas cuchillas están unidas a unos portacuchillas; los portacuchillas están unidos a un eje rotatorio por medio de cuñas colocado sobre un par de chumaceras; en un extremo del eje está acoplado un volante de inercia, el cual tiene como función almacenar energía para moderar las fluctuaciones de la velocidad a la que gira el eje cuando se esté triturando el PET, y por el otro extremo del eje está unida una polea que es parte del sistema de transmisión de potencia. (Ver figura 1). Para determinar la capacidad del molino se debe tomar en cuenta la cantidad de plástico que se quiere triturar, la velocidad con la que el material será alimentado y cómo el material será transportado después de obtenido. Todos estos factores ayudan a determinar el tamaño apropiado de la trituradora, el sistema de alimentación, la cámara de molienda, la disposición del rotor y las cuchillas, la velocidad de giro del rotor, la potencia del motor, la configuración de la criba y el sistema de extracción del material molido. También es necesario conocer apropiadamente las características del material que se pretende moler, ya que en base a estas características se determinará el material de la cuchilla y sus respectivas dimensiones. 516 Figura 1. Componentes de la Trituradora El molino está constituido por una tolva en la parte superior, la cual posicionará el PET directamente al sistema de trituración. Para obtener las dimensiones exactas de las hojuelas de PET es necesario incluir al sistema una criba; la criba es un componente fundamental para la trituradora porque ésta es la que determina las dimensiones de las hojuelas que resultarán del proceso de molienda. La potencia del equipo se determinó tomando en cuenta la velocidad de alimentación de PET a la cámara de molienda y en la inercia de cada uno de los componentes del sistema (considerando que la inercia es la energía que adquiere el eje, los portacuchillas, la polea y el volante de inercia cuando se encuentran en movimiento). Para transmitir dicha potencia generada por el motor eléctrico se ha calculado la transmisión de potencia por medio de bandas. La figura 2 muestra el despiece del equipo de trituración que se ha diseñado.
4. Impacto ambiental Figura 2. Trituradora para Polietileno de Tereftalato (PET) 517 En la actualidad, en todo el mundo, incluyendo México, existe una problemática importante por la contaminación del agua, aire y suelo, ocasionada en gran medida por los grandes volúmenes de residuos que se generan diariamente y que recibe escaso tratamiento. Esta situación se agrava porque la basura, que está conformada por residuos de composición muy variada, generalmente se junta y se mezcla durante las labores de recolección lo que dificulta su manejo final. Los plásticos representan un riesgo para el ambiente porque no pueden ser degradados por el entorno. Se han desarrollado algunos plásticos biodegradables, pero ninguno ha demostrado ser válido para las condiciones requeridas en la mayoría de los vertederos de basura. Su eliminación es por lo tanto, un problema ambiental de dimensiones considerables. La siguiente tabla muestra la composición de la basura en México. Tabla 2. Composición de la basura en México Fuente: INARE, 2000 Componente % Desechos orgánicos 47 Papel 14 Otros 14 Plásticos 11 Materiales peligrosos 10 Metales 2 Vidrio 2 El proceso de reciclado mecánico es el que no repercute de manera considerable al medio ambiente. La molienda obtenida es procesada para la fabricación de nuevos materiales de distinta calidad como: fibras para alfombra, ropa y geotextiles. Esto es lo que hace que el equipo sea amigable con el medio ambiente ya que el producto destinado a almacenarse en el vertedero de la ciudad tendrá como destino la fabricación de nuevos productos y como resultado la disminución considerable de residuos plásticos. 5. Beneficios del proyecto Como ya se ha mencionado, el consumo de materiales plásticos en México y en el mundo es muy elevado, de lo cual sólo un pequeño porcentaje de éstos es reciclado para darle un nuevo uso. La trituradora está diseñada para triturar 2-4 toneladas de plástico polietileno de tereftalato (PET) por día, este porcentaje de plástico, sin ser reciclado, sería enviado a un vertedero de basura y se
generarían grandes volúmenes de plástico, esta cantidad a largo plazo provocaría el pronto abastecimiento del vertedero. El principal objetivo del proyecto es el buen manejo de grandes cantidades de plástico para así evitar que éste se acumule en los vertederos, generando fuentes de trabajo y la reutilización del plástico triturado. 6. Conclusiones Se puede concluir que el diseño propuesto desde el inicio de este trabajo fue satisfactoriamente bien realizado ya que cumple con los objetivos planteados, la trituradora es capaz de moler los montos anteriormente establecidos (250-500 kg/hr) debido al diseño de sus componentes principales como los portacuchillas, cuchillas y el eje. Debido a los costos de equipos de trituración a la venta (para una capacidad similar a la del equipo desarrollado se encuentran alrededor de 125,000-160,000 m/n), la construcción del equipo es muy factible, ya que requiere de una inversión muy baja de aproximadamente $115, 000 m/n y la recuperación de la inversión se realizará en aproximadamente 1 año ya que con este equipo se molerá gran cantidad de plástico diariamente. También se concluye que este equipo es muy eficiente ambientalmente, porque el proceso que se lleva a cabo reduce los volúmenes utilizados por estos materiales en los vertederos. El equipo se ve bien justificado porque el consumo del plástico PET es muy elevado y es necesario realizar actividades de reciclaje y reutilización de estos materiales, es justificado también porque el material resultante de la molienda en el equipo se puede utilizar para un siguiente proceso y así convertir el plástico en nuevos productos de uso común. Referencias Bibliográficas 518 [1] Crawford R. J., Plastics Engineering, 3ª. Edición, Editorial Butterworth-Heinemann, ISBN: 0 7506 3764 1. [2] Groover P. M., Fundamentos de Manufactura Moderna: materiales, procesos y sistemas, 1 a Edición, ISBN: 968-880-846-6. [3] Morillas A. V., Villacencio M. B. y Valdemar R. E.; Encuentro Nacional de Residuos Sólidos, UAM 2010. [4] Programa Municipal para la Prevención y Gestión Integral de Residuos Sólidos de Tepic, 2009. [5] Enger E. D. y Smith B. F., Ciencia Ambiental, Editorial McGraw-Hill, 10 a Edición, 2006, ISBN: 970-10-5616-7. [6] Sanchez, E., Elementos Metálicos y Sintéticos, Editorial EDITEX, 1 a Edición, 2006, ISBN: 9788497714068, pág. 248. [7] Barreto, S., Diseño de Calzado Urbano, Editorial Nobuko, 2006, Vol. 1, ISBN: 987-584-041-6. [8] Seoanez Calvo, M., Tratado de Gestión del Medio Ambiente Urbano, Editorial MUNDI- PRENSA, 1 a Edición, 2001, ISBN: 9788471149596, pág. 396.