XIV Congreso Internacional de Reciclaje TEMÁTICA DEL TRABAJO: Experiencias en la formación, educación y cultura sobre el reciclaje Título: Aplicación de tecnologías para el reciclado de materiales plásticos, en la formación de los futuros profesionales, en la rama mecánica Autor: Dr. C. Eduardo T. Lincheta Mesa Facultad de Ciencias Técnicas, Universidad de Matanzas Contacto: [email protected] Telf. 45 292304 RESUMEN El desarrollo de sistemas para el reciclaje de las diferentes variedades de materiales plásticos, fundamentalmente los termoplásticos y los elastómeros, es de importancia creciente a nivel internacional, por todas las ventajas ambientales y económicas que proporciona a cualquier país, sin embargo para ello es fundamental en primer lugar la realización de acciones de formación profesional y de aplicaciones tecnológicas, que eleven la cultura general de la población, así como de las diferentes instancias de dirección de la industria; en la importancia y necesidad de inversiones que garanticen el desarrollo de instalaciones con ese fin, donde es vital la preparación de los estudiantes universitarios y técnicos de la industria, que son los que al integrarse a los procesos industriales están en posibilidad real del desarrollo de instalaciones con dicho objetivo y a su vez extender la cultura de reciclaje en su entorno social, lo cual ha sido motivo en la Universidad de Matanzas, para incorporar en el Plan de Estudio de Ingeniería Mecánica una asignatura Optativa que se desarrolla en 4to año de la carrera (Tecnologías para el reciclado de materiales plásticos) y al mismo tiempo la creación de grupo científico con estudiantes de 5to año, los que en estos momentos concluyen el diseño de una máquina troceadora de neumáticos fuera de uso (NFU) prevista para su aplicación fija y también móvil, como punto inicial de instalación de reciclado y que a su vez permitirá la trituración de otra gran variedad de desechos para su aprovechamiento industrial.

INTRODUCCIÓN El uso de los derivados poliméricos, ya sean termoplásticos o elastómeros es una necesidad creciente en todo el mundo, por su gran variedad de aplicaciones en toda las esferas y ramas de la industria, donde a diario se le encuentran nuevas posibilidades de uso y como solución a diversas necesidades de la vida diaria en la sociedad; sin embargo, al mismo tiempo una vez usado se convierte en un desecho no degradable y un notable problema medio ambiental, si no se buscan vías para su reciclaje, es decir, convertirlos nuevamente en productos aprovechables de igual característica o convertidos en otros productos de utilidad. En la actualidad se reciclan en España unas 250.000 toneladas de residuos plásticos al año. Proceden fundamentalmente del sector industrial y en menor medida de otros sectores como el agrícola, el comercial, el doméstico o el de la automoción. Se estima que los residuos de plástico de Estados Unidos en 2015 fue de 43,6 millones de toneladas, de las cuales (8,3%) fueron reciclados, (9,7%) fueron quemadas para producir energía y (82%), fueron a parar a vertederos, lo cual refleja, que hasta en los países de mayor desarrollo es muy elevado el potencial de reciclado que no se aprovecha y por tanto es una fuente considerable de posibilidades de ahorro que se sigue perdiendo, así de la misma forma, una fuente que se incrementa de afectación ambiental, en la cual todos los habitantes del planeta han de contribuir a disminuir y trabajar en revertir esta situación, con el desarrollo de instalaciones que garanticen los procedimientos necesarios para el reciclado de los diferentes materiales posibles de reciclar y en específico de los plásticos. La masiva fabricación de neumáticos y las dificultades para hacerlos desaparecer una vez usados, constituye uno de los más graves problemas medioambientales de los últimos años. Mundialmente se han desarrollado diferentes tecnologías para reciclarlos y darle un aprovechamiento después del término de su vida útil, sin embargo, en todos los casos el primer paso es lograr la trituración de los mismos, hasta dimensiones granulométricas de acuerdo con la finalidad de uso posterior. [1] En las plantas de reciclado que se han desarrollado en diferentes países, por lo general reciben los neumáticos de desecho procedentes de autos, camiones, equipos agrícolas, motos y ciclos. El producto de salida de dichas plantas son gránulos de goma (60%) acero (35%) y fibra textil o sintética (5%) donde las trituradoras de mayor uso son del tipo de discos con separadores [2]. Cuba confronta un problema ascendente en este sentido, sobre todo en las empresas de mayor uso de transportes, las cuales tienen en el mejor de los casos grandes almacenes llenos de estos desechos, pues cumplen la directiva medioambiental del CITMA, en la que los diferentes organismos no puede ni botar, ni quemar los neumáticos fuera de uso (NFU) y cuando ya se acaba el espacio con cubiertas en sus instalaciones, comienzan a cubrir patios y motivan a su vez violaciones; al dejarse al intemperie o llevarlos a vertederos, con las implicaciones que lo anterior provoca. Sobre la base, de esta gran necesidad de aprovechar los desechos de plástico y los NFU, no resuelta en el país, se ha introducido en el plan de estudios de

la carrera de Ingeniería Mecánica, de la Universidad de Matanzas, la asignatura optativa: “Tecnología para el reciclado de los materiales plásticos” que se desarrolla en 4to año y al mismo tiempo se ha creado un grupo científico estudiantil que diseñan una máquina troceadora de neumáticos, hasta la dimensión propia de los que se usan en camiones, como punto de partida de una futura planta de reciclado, que pueda dar solución a este problema general y a su vez crear una fuente de riquezas con los mismos, una vez triturados, incluso en los lugares de almacenamiento, pues el diseño incluye la posibilidad de instalación fija y una variante móvil. Además de que la característica del diseño base de la trituradora (TNFU-LIN 2016), es que también pueda ser utilizada para la trituración de todo tipo de plásticos, como paso previo a su posible reciclaje y aprovechamiento en general. DESARROLLO El logro de que la sociedad se identifique con la importancia del reciclado de todos los materiales posibles y en específico de los de mayor uso, comienza por las acciones de clasificación y recogida desde el hogar, con una dirección, organización y posibilidad de recogida sistemática desde el punto de vista estatal o por los que aprovechan este material de desecho, con fines económicos, como materia prima en industrias creadas con ese fin, ya sean particulares o estatales, como las que en la actualidad existente en la mayoría de los países de Europa, donde España y Alemania van a la vanguardia, hace muchos años, como una vía de protección medioambiental y como una fuente económica de gran rentabilidad, así también en otros muchos países de América y Asia se han desarrollado condiciones e instalaciones de reciclado, entre los que se destacan Estados Unidos, Argentina, Colombia, México, Costa Rica, China y Japón, entre otras; sin embargo no en todos los que se mencionan, es una costumbre de la población la clasificación de los desperdicios desde el hogar, como la que se ha logrado en diferentes países de Europa, donde cada ciudadano en el hogar separa el plástico del cristal y estos del resto de los desperdicios de cartón, papel etc. y los contenedores de recogida, también mantienen esa clasificación. En Cuba es una aspiración el lograr toda una estructura de reciclado, por lo que ya en algunos lugares, como por ejemplo el complejo lácteo de La Habana, en la Campana en Manicaragua, en la fábrica de tubos de polietileno en Holguín, así como en otras empresas del país, se hacen acciones para reutilizar desechos de plástico, en sus producciones, sin embargo la preparación del personal técnico y profesional, dirigida a la creación de sistemas de reciclado y su aprovechamiento posterior, como es el caso de los neumáticos fuera de uso (NFU) que una vez triturados pueden ser aplicados en mezclas asfálticas, pinturas de conservación, terrenos deportivos, carreteras, etc. y que sin embargo llenan grandes espacios en almacenes y patios de muchas empresas en el país requieren de un plan de preparación técnico-profesional, similar al que sea iniciado en la Universidad de Matanzas, en la Carrera de Ingeniería Mecánica, pero que puede ser generalizado a las restantes Universidades y especialidades, pues en este sentido, los que se preparan profesionalmente en Carreras Químicas y de la Construcción, tienen un gran campo de aplicaciones, que en función de las mezclas y composiciones, son múltiples los usos que se le pueden dar a los derivados poliméricos en general.

Con este fin, actualmente se desarrolla la asignatura “Tecnología para el reciclado de materiales plásticos” optativa para los estudiantes de 4to año de la Carrera de Ingeniería Mecánica cuyo plan temático es el siguiente: Total de horas del Curso: 48 Horas Lectivas: 44

Conferencias 20 hrs Clases Prácticas: 24 hrs

Defensa de Trabajo de Curso: 4 Hrs Frecuencia semanal: 4 horas Sistema de Evaluación: Trabajo de Curso Plan Temático Tema

CONTENIDO

1

Características e identificación de los materiales plásticos, posibilidades de reciclado y variantes de uso Tecnologías de reciclado, equipos e instalaciones para los diferentes procesos. Características de las máquinas para los procesos de preparación, corte, lavado, secado y granulado en el reciclado del plástico.

2 3

4

5

6

Variantes de diseño en máquinas, herramientas cortantes y trasmisiones de los sistemas para el corte y lavado, de desechos de plástico, provenientes de áreas agrícolas o industrial Diseño de moldes para la elaboración de piezas con dimensiones medias y grandes, a partir del reciclado de plásticos, con enfriamiento por recirculación de agua y con el control de temperaturas en piscinas abiertas o en ciclos cerrados del propio molde Máquinas extrusoras e inyectoras que usan como materia prima el reciclado de mezclas de polietilenos y sistema de alimentación

Total de Horas Lectivas

Horas. Horas Conf CP 2 -

2

-

6

6

4

8

4

6

2

4

20

24

Trabajo de Curso: Se inicia a partir del tema 3 y se desarrolla a la par de las clases, en 12 semanas. Los estudiantes seleccionan una de las siguientes variantes, para su posible aplicación con los desechos de plásticos de mayor uso en el país: 1-Propuesta de Máquina para el corte de plásticos, 2- Propuesta de Máquina lavadora de plásticos, 3- Propuesta de Molde para vigas o columnas de material compuesto; no obstante podrán surgir otras variantes vinculadas con el objetivo del curso que den respuesta a necesidades de reciclado solicitadas por las instancias provinciales o nacionales del país El objetivo del Trabajo de Curso, es elevar la motivación y formación de los profesionales en el aprovechamiento y reciclado de materiales de desechos, no degradables; tanto como fin económico, así como ambiental Todas las conferencia tiene presentación en Power Point con fotos y videos, con instalaciones y sistemas de reciclado en sus diferentes variantes, que reflejan la actualidad internacional en este sentido, así como lo que en Cuba existe y requiere de mayor desarrollo, tecnologías que pueden ser aplicadas y perfeccionadas, a partir de la visión directa y el debate tecnológico profesor-alumnos, donde las clases prácticas, se realizan todas en aulas o gabinetes con computadoras, que le permiten el desarrollo de habilidades profesionales de forma real para dar respuesta a los diseños, con la aplicación de herramientas de cálculo y dibujos en dos y tres dimensiones, así como la búsqueda de información directa, a partir del manual de información que se ha creado en la plataforma Moodle de la asignatura, ubicada en la Web de la Universidad y con el uso de internet. En el curso se alcanza la preparación requerida para el desarrollo de instalaciones de tratamiento a los materiales a reciclar, como la imagen que se presenta a continuación:

Unido al curso optativo señalado anteriormente, se ha creado grupo científico estudiantil, que con la tutoría del profesor trabaja en el diseño de troceadora de neumáticos fuera de uso (NFU) como punto de partida para el desarrollo de instalación que en sus diferentes fases garantice la trituración de los NFU según sus aplicaciones posteriores, como se puede ver en las imágenes siguiente:

Es de conocimiento en general la situación que se deriva de los NFU en todos los países y por ello se han desarrollado numerosas investigaciones, normas y leyes para su reciclado, unido a normas para su aplicación en construcciones, pavimentos, terrenos deportivos, losas y otros variados usos, como por ejemplo, España que procesa anualmente 314.000 toneladas de neumáticos, un 10% más que la media de la Unión Europea [3]. Así mismo son variados los estudios e investigaciones para elevar

la calidad y seguridad en su aprovechamiento en diferentes ramas como se refleja en la bibliografía internacional al respecto [4, 5, 6, 7, 8] En Cuba la situación de los NFU es en la actualidad un gran problema, por todos los espacios que ocupa en las empresas de mayor consumo de neumáticos, como se refleja en la imagen que se verá a continuación y que cuando se termina el espacio techado, no queda otra que comenzar a ocupar espacios a la intemperie creando fuentes de mosquitos, roedores etc. lo que viola lo establecido por el CITMA y motiva también violaciones, cuando se trasladan a vertederos o se entierran sin las condiciones de seguridad, que los convierten en fuentes de incendios. Lo anterior es motivo suficiente para invertir en equipos que como fase inicial los trocen, con lo cual se libera más del 70% del espacio que ocupan y que con el desarrollo de un sistema de trituración continuo pueden entonces aplicarse en los diferentes usos, que ya se han reflejado con anterioridad.

IMAGEN COMÚN EN MUCHAS EMPRESAS DEL PAÍS CON NFU Sobre la base de lo expresado anteriormente, ya se ha logrado por el grupo científico (Profesor - Estudiantes de 5to año) avanzar en el diseño de troceadora, a partir de estudios de fuerzas de corte para diferentes neumáticos, hasta el nivel del tamaño de camión, con dispositivo creado con ese fin, que se muestra en las imágenes que siguen:

A partir de los resultados obtenidos en el estudio experimental y su validación con las normas internacionales sobre estudios de resistencia de los neumáticos [8, 9] se ha desarrollado la troceadora – trituradora y sus componentes de corte, para neumáticos (rotor con cuchillas de disco) Fig. 1y para el triturado de plásticos en general (Con cuchillas de disco y con cuchillas rectangulares Fig. 2) para diferentes tamaños de troceado, con tamiz inferior regulador de tamaños, de las hojuelas o gránulos que se deseen alcanzar y variables en el tamaño y espesor de las cuchillas.

Figura 1 Rotores de discos de corte con desplazamiento angular helicoidal

Figura 2 Rotor de cuchillas móviles rectangulares y cuchillas laterales fijas

Los rotores de corte se ajustan a la troceadora - trituradora diseñada que se identifica por su autor principal como TNFU-LIN 2016 que se puede ver en la Fig. 3.

Figura 3. Troceadora – Trituradora ajustable para aplicación fija o móvil La alimentación de los NFU a triturar desde el tamaño de ciclos, autos y camiones, será por transportador de bandas, y que en el futuro, del trabajo propuesto a desarrollar con los estudiantes y otros profesionales de la industria que se integren, está previsto completar una instalación para diferentes pasos de troceado – triturado hasta el tamaño milimétrico requerido según la aplicación posterior.

CONCLUSIONES 1. La formación de los profesionales en el tema de reciclado y en especial en los termoplásticos y elastómeros se ha iniciado, por lo que ahora lo importante está en el presupuesto de inversión para proyectos de desarrollo y la generalización del curso, por las vías de pregrado y post grado en el resto de las provincias del país. 2. El diseño creado de troceadora – trituradora TNFU-LIN 2016 es una solución alcanzable en las condiciones actuales del país, con un potencial de recuperación de la inversión de fabricación en corto tiempo y un efecto económico ambiental de extrema importancia y necesidad. 3. El desarrollo de sistemas para el reciclado de los materiales plásticos es un rubro exportable tanto en diseños de equipos e instalaciones, como una fuente de materia prima para diversos usos, dentro y fuera del país

BIBLIOGRAFÍA 1. Proyecto ejecutivo de aprovechamiento de neumáticos fuera de uso. Yanset y ANSA. Mexicalli Nov. 2014 http://www.etrma.org 2. Sistema de reciclaje de residuos especiales. Máquina trituradora de llantas. 2015 www.gercons.com 3. Neumáticos fuera de uso Proyecto Europeo ECO- INNOVACIÓN FICHAS TÉCNICAS Diciembre 2013. PDF España www.signus.es 4. Sukontasukkul,P; Tiamlom, K. Expansión under wáter and shrinkage of rubberized concrete mixed with crumb rubber with diferente size. Construction and Building Materials. Volume 29, April 2012, Pages 520-526. 5. Z. Boudaoud, M. Effects of recycled tires rubber aggregates on the characteristics of Cement Concrete. Open Journal of Civil Engineering, Vol. 2 No 4, 2012. 6. Tung – Chai Ling. Effects of compaction method and rubber contento n the properties of concrete paving blocks. Construction and Building Materials. Volume 28. March 2012 Pages 164 – 175 7. Pelizzoni, José Luis ; Fumagalli, Silvia Ana; Quarleri, Rodolfo; Blanco, Esteban Raúl. Avances de diseño de prototipo de equipo de trozado de neumáticos fuera de uso, provenientes de la explotación minera. PDF Facultad de Ingeniería, Universidad Nacional de Lomas de Zamora, Argentina, Internet 2015

8. ASTM Standard D624-00 Test Method for Tear Strength of Conventional Vulcanized Rubber and Thermoplastic Elastomers 9. Norma ASTM D945-92 Standard Test method for Rubber Property in compression or shear, Annual book of ASTM Standards, Vol 09-01. Washington, Government Printing.