INTRODUCCIÓN
La elaboración del presente proyecto tiene
como propósito construir una máquina prototipo para granular neumáticos fuera
de uso (NFU) utilizando una metodología de investigación bibliográfica, para
conocer los diferentes procesos de trituración de los neumáticos y utilizando
material reciclado para la construcción de la Máquina prototipo, los procesos
de trituración permiten alcanzar la granulación del caucho hasta medidas más
pequeñas para darles distintas aplicaciones. Considerándose un elemento
importante para fomentar la economía del país mediante el reciclado de las
llantas usadas, contribuyendo además a mitigar el impacto ambiental negativo la
contaminación del agua, aire y suelo ya que los NFU son desechados en quebradas
y basureros; además son participes de la proliferación de mosquitos portadores
de múltiples enfermedades al ser humano, perjudicando la calidad de vida de la
ciudadanía.
MATERIAL Y
MÉTODOS
Existen métodos para una adecuada
disposición de estos neumáticos fuera de uso, pero por la falta de políticas
que fortalezcan económicamente la recolección e implementación de industrias,
con tecnología apropiada para reciclar estos desechos y convertirlos nuevamente
en materia prima útil (césped sintético, alfombras, bloques de caucho para
parques infantiles, textiles y asfalto, etc.) La problemática que día a día se
está dando en la actualidad sobre las llantas fuera de uso, se ha transformado
en un grave problema ambiental, En Ecuador se desechan cada año millones de
neumáticos, un pequeño porcentaje de ellos son reutilizados para el
reencauchado, pero el resto es incinerada o acumulada en basureros al aire
libre. La Maná, es uno de los siete cantones de la Provincia de Cotopaxi. Tiene
una superficie total de 66.258 hectáreas. Es el sexto cantón de la provincia de
Cotopaxi. La Maná era un recinto que perteneció a la parroquia El Tingo del
cantón Pujilí por varios años. El cantón La Maná está localizado en las
estribaciones de la cordillera occidental de Los Andes, en la provincia de
Cotopaxi.
Morfológicamente se ubica sobre una
llanura de pie de cordillera formada por depósitos aluviales cubiertas de
cenizas y arenas volcánicas de origen desconocido. La cabecera cantonal se
asienta sobre una terraza aluvial antigua del río San Pablo (Ubicación geográfica
WGS 84: Latitud S0° 56' 27" Longitud W 79° 13' 25", altitud 220
msnm). Tiene varios pisos climáticos que varían de subtropical a tropical
(altura variable de 200 y 1150 msnm). Está situada a unos 150 km de Latacunga,
capital de la provincia.
Este tipo de investigación se lo realiza
con el único propósito de destacar los aspectos fundamentales del tema de
investigación, de esta manera nos permite analizar los diferentes métodos
adoptados para la implementación de la máquina.
Las partículas de acero son retiradas por
medio de un separador magnético los componentes de fibra o textil son separados
por clasificadores neumáticos u otro equipo de separación; estos sistemas
tienen un alto desempeño y pueden producir caucho de costo relativamente bajo;
este sistema es fácil de mantenerlo y exige poca mano de obra para operar y
reparar el sistema. En el caso de las partes del equipo, son generalmente
fáciles de obtener e instalar a su vez se las podría fabricar.
El neumático o llanta están formado de
numerosos compuestos de caucho y tienen varios tipos de tela y alambres de
acero, es una pieza toroidal compuesta principalmente por caucho. Su principal
función es la fricción en el suelo con la fuerza necesaria para que este pueda
moverse y parar. Las propiedades de los neumáticos van mejorando con cada
avance científico para cumplir de mejor manera estas funciones y aumentar su
tiempo de vida útil. Es importante mencionar la diferencia entre un neumático,
una llanta y una rueda: Neumático. - Es una cubierta elástica, su función es el
control del coche mediante el contacto con el pavimento por fricción y
adherencia Llantas. - Son las piezas metálicas o soportes de forma circular en
las que se sostiene un neumático. Rueda. - Es una pieza circular que gira alrededor
de un eje Por lo antes mencionado es importante referirse a los distintos tipos
de neumáticos, entre los que se distinguen por su construcción, dependerá del
tipo de función que estos deben cumplir y del proceso que cada industria decide
aplicar, así como de la calidad y precio, entre otros factores. Los neumáticos
se clasifican en diagonales, radiales y auto portantes.
1.
Banda de rodadura: fabricada con caucho
sintético y natural se compone de tres secciones la "cima",
responsable de proporcionar agarre a la carretera, estabilidad direccional y 10
resistencia al desgaste, la "base" que reduce la resistencia a la
rodadura y los daños a la carcasa y el "hombro” que sirve de unión entre
la banda de rodadura y el flanco.
2.
Lonas de cima sin fin: situadas justo debajo de
la capa exterior del neumático, este cable de nylon, recubierto de caucho,
mejora la capacidad de rodaje a altas velocidades.
3.
Cable de acero para lonas del cinturón:son
cables de acero de alta resistencia que mejoran el mantenimiento de la forma y
la estabilidad direccional. Además de reducir la resistencia a la rodadura,
ayudan a aumentar el rendimiento kilométrico del neumático.
4.
Lona de cables textiles: son de rayón o
poliéster cubierto de caucho soporta la presión interior y mantiene la forma
del neumático.
5.
El calandraje interior, fabricado con caucho
butílico, sella la cámara interior llena de aire y reemplaza la cámara de los
neumáticos sin cámara.
6.
El flanco, protege la carcasa de daños externos
y de las condiciones atmosféricas en el flanco se encuentra la información
sobre el neumático.
7.
El refuerzo del talón, compuesto de nylon y
fibras de aramida, mejora la estabilidad direccional y garantiza la precisión
direccional.
8.
Punta de talón, este material de caucho
sintético también mejora la estabilidad direccional y la precisión direccional
al mismo tiempo que aumenta el confort.
9.
Núcleo del talón, es alambre de acero, embutido
en caucho, que garantiza el ajuste perfecto del neumático sobre la llanta.
Procedimiento. La máquina prototipo cuenta con un eje que está sometido a
diferentes cargas de flexión y de torsión por motivo de la transmisión de
movimiento del motor al eje, por el peso de las cuchillas que están en el eje,
el torque que genera las cuchillas en la trituración y la fuerza de impacto que
se genera al triturar los trozos de las llantas. Además, hay que tomar en
consideración las cargas que puedan generar los diferentes elementos mecánicos
que se Ec. 14 30 acoplen al eje como rodamientos, polea y volante de inercia.
Materiales.
La fabricación del eje se realizó en un metal acero AISI-SAE 1045, por sus
características como dureza y tenacidades adecuadas para la fabricación de
componentes de Maquinaria.
Diseño experimental. Para el diseño de las cuchillas se tomaron en consideración
diferentes tipos de materiales para su construcción siendo el acero D2 el
recomendado para su fabricación y con su filo de corte Maquinado en carburo de
tungsteno, puesto que estos materiales son resistentes a distintas cargas para
lo cual (ver tabla 1) de las especificaciones técnicas del material de la
cuchilla.
La máquina prototipo cuenta con un eje que
está sometido a diferentes cargas de flexión y de torsión por motivo de la
transmisión de movimiento del motor al eje, por el peso de las cuchillas que
están en el eje, el torque que genera las cuchillas en la trituración y la
fuerza de impacto que se genera al triturar los trozos de las llantas. Además,
hay que tomar en consideración las cargas que puedan generar los diferentes
elementos mecánicos que se Ec. 14 30 acoplen al eje como rodamientos, polea y
volante de inercia.
Tabla 1. Características técnicas del acero D2
Para la selección de los pernos y tuercas
se consideró el peso de los elementos del equipo de granulación para lo cual se
recurrió a la tabla de especificación CONSUN, la cual permitió la selección
adecuada de los pernos y sus respectivas tuercas.
Para la selección de las chavetas y
chaveteros se tomó en consideración la especificación técnica estandarizada de
chavetas rodavigo, para lo cual se tiene que tomar en cuenta el diámetro del
eje, lo cual se puede revisar.
Este elemento no desempeña un papel importante
en la Máquina prototipo y por ser fabricado de material reciclado puesto que
sirve únicamente para soportar los trozos de caucho que se introducen para que
pasen a ser granulados. Por tal razón no se le realizan calculo. Las
dimensiones que tiene este elemento son proporcionales a las dimensiones que
tiene el prototipo y al tamaño de los trozos que se van a ir introduciendo
paulatinamente en el proceso. Cabe indicar que por recomendaciones de
construcción el espesor de la plancha de toll que se utilizó en las tolvas es
de 1.1 mm.
Participantes. Personas/sujetos que
tomaron parte en el estudio. Suele ser útil dar una caracterización de ellos,
acompañada de algunos valores. No se estila presentar gráficos estadísticos en
este sentido. Si corresponde, incluya también aspectos éticos considerados como
por ejemplo el uso de consentimientos informados. También
deben considerarse aspectos éticos aplicables
a investigaciones con otros seres vivos según corresponda.
Configuración de equipos. En algunos casos es necesario ilustrar y/o describir la forma en
que fueron dispuestos los equipos empleados.
Recolección de datos. Puede describir los instrumentos o medios usados para recolectar
datos, tales como cuestionarios o encuestas.
Dataset. Si
aplica, describa el conjunto de datos usados en el análisis realizado.
RESULTADOS Y
DISCUSIÓN
El análisis que se realizó a la estructura
de la Máquina prototipo que está realizada en tubo de acero galvanizado de 30 x
30 x 2 mm, dicho análisis fue de manera estático, en el cual se aplicaron
cargas de 800 N.m, de manera perpendicular al eje de las coordenadas Y,
mediante lo cual se pudo comprobar el límite de tensión axial y de flexión en
el límite superior obteniendo los siguientes resultados.
De la misma manera se le realizó una
simulación estática de tensión a las cuchillas de corte para determinar el
límite de ruptura se tomó en cuenta las propiedades del caucho; El diente de
corte fue diseñado en un material de carburo de tungsteno (WC o widia) AISI 321
en la siguiente figura se puede observar los límites de tensión máximos y
mínimos.
De acuerdo a la última base de datos
actualizada en el 2016 del Instituto Nacional de Estadísticas y Censos (INEC),
el total de vehículos matriculados de diferente clase en el país es de
2,056.123 vehículos; solamente en automóviles existen 636.296 vehículos
matriculados en el 2016, en el 2014 de acuerdo a la INEC se matricularon
529.521 automóviles; se espera que en este 2018 existan un aproximado de
743.071 automóviles matriculados. Se estima que la duración media de un
neumático para autos está en los 40.000 kilómetros, y se supone que los autos
recorren esa cantidad de kilometraje en un año obteniendo 2972.284 neumáticos
fuera de uso a nivel nacional, cantidad suficiente como para empezar el
proyecto.
Figura 1. Máquina prototipo triturados de neumáticos y sus
componentes
|
Clase
|
Total
|
|
Automóvil
|
636.296
|
|
Autobús
|
23.436
|
|
Camión
|
98.906
|
|
Camioneta
|
403.540
|
|
Furgoneta
C
|
41.268
|
|
Furgoneta
P
|
24.041
|
|
Jeep
|
322.998
|
|
Motocicleta
|
477.918
|
|
Tanquero
|
2.228
|
|
Tráiler
|
9.749
|
|
Volqueta
|
11.720
|
|
Otra
clase
|
4.113
|
|
Total
|
2.056.213
|
Tabla 2. Numero de vehículos matriculados según la clase.
CONCLUSIONES
Mediante la revisión bibliográfica de los
diferentes métodos de granulación de neumáticos, el método de granulación por
desgarre es el más viable porque permite que el material que no tiene la medida
deseada continúe en el proceso.
El diseño de la máquina fue realizado
mediante el uso del software Autodesk Inventor realizando la simulación
estática del equipo y sus partes cortantes utilizando el método Von Mises, con
diez cuchillas acopladas a un eje que giran a la mitad de la velocidad del
motor.
Se realizaron las pruebas experimentales
de granulación con un motor de 0.5 HP y una cantidad de material de prueba de
70 gr. lo cual logro triturar en su totalidad en un tiempo estimado de 5
minutos, a su vez se realizaron pruebas similares con un motor de mayor
potencia (1 HP) y la misma cantidad de material a granular obteniendo
resultados favorables en menor tiempo de trabajo (2 min) lo cual garantiza que
el diseño de la Máquina prototipo cumple con los parámetros.
CONTRIBUCIÓN
DE LOS AUTORES
La presente propuesta está enfocada en la
implementación de una máquina prototipo granuladora de caucho de neumáticos
fuera de uso. En la actualidad la contaminación en la tierra cada vez es más
abundante y cada día que pasa se observan los problemas que trae la degradación
ambiental, no solo en el cambio climático sino, en la salud de las personas
provocando diferentes clases de problemas. Al analizar el problema para la
construcción de la máquina prototipo que granula caucho de los neumáticos es
necesario debido a que en la actualidad en el entorno social los neumáticos
fuera de uso representan un gran problema ambiental ya que una vez terminada su
vida útil en los vehículos pasan a formar parte de los vertederos controlados e
incontrolados, pues los neumáticos tienen un impacto ambiental negativo, la
manufacturación constante de neumáticos y la dificultad para desecharlos
después de ser usados, constituye uno de los problemas más serios medio
ambiental.
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