UNIVERSIDAD TÉCNICA ESTATAL DE QUEVEDO

FACULTAD DE CIENCIAS DE LA INGENIERÍA

CARRERA INGENIERÍA MECÁNICA

Proyecto de Investigación previo a la

obtención del título de Ingeniero
Mecánico.

Título del Proyecto de Investigación:

“DISEÑO DE UNA PRENSA HIDRÁULICA PARA EL RECICLAJE DE PAPEL Y

PLÁSTICO”

Autor:

García Bosada Germán Andrés

Director del Proyecto de Investigación:

Ing. Johnn Andrés García Coral

Quevedo – Los Ríos – Ecuador.

2019
 DECLARACIÓN DE AUTORÍA Y CESIÓN DE DERECHOS

Yo, Germán Andrés García Bosada, declaro que la investigación aquí descrito es de mi
autoría; que no ha sido previamente presentado para ningún grado o calificación
profesional; y, que he consultado las referencias bibliográficas que se influyen en este
documento.

La Universidad Técnica Estatal de Quevedo, puede hacer usos de los derechos

correspondientes a este trabajo, según lo establecido por la Ley de Propiedad Intelectual,
por su Reglamento y por la normatividad institucional vigente.

f.

Germán Andrés García Bosada

C.C.# 0503710667

ii
 CERTIFICACIÓN DE CULMINACIÓN DEL PROYECTO
DE INVESTIGACIÓN

El suscrito, ING. MEC. JOHNN ANDRÉS GARCÍA CORAL MSC., Docente de la

Universidad Técnica Estatal de Quevedo, certifica que el estudiante GERMÁN ANDRÉS
GARCÍA BOSADA, realizó el Proyecto de Investigación de grado titulado “DISEÑO DE
UNA PRENSA HIDRÁULICA PARA EL RECICLAJE DE PAPEL Y PLÁSTICO”,
previo a la obtención del título de Ingeniero Mecánico, bajo mi dirección, habiendo
cumplido con las disposiciones reglamentarias establecidas para el efecto.

Ing. Mec. Johnn Andrés García Coral Msc.

DIRECTOR DEL PROYECTO DE INVESTIGACIÓN

iii
CERTIFICADO DEL REPORTE DE LA HERRAMIENTA DE
PREVENCIÓN DE COINCIDENCIA Y/O PLAGIO
ACADÉMICO

ING. JOHNN ANDRÉS GARCÍA CORAL, MSc. En calidad de director de Proyecto de

Investigación titulado “DISEÑO DE UNA PRENSA HIDRÁULICA PARA EL
RECICLAJE DE PAPEL Y PLÁSTICO.”, me permito manifestar a usted y por
intermedio al Consejo Académico de Facultad lo siguiente:

Que, el estudiante GERMÁN ANDRÉS GARCÍA BOSADA egresados de la Facultad

Ciencias de la Ingeniería, han cumplido con las correcciones pertinentes, e ingresado su
Proyecto de Investigación al sistema URKUND, tengo a bien certificar la siguiente
información sobre el informe del sistema anti plagio con un porcentaje de 1%.

____________________________________

Ing. Mec. Johnn Andrés García Coral Msc

DIRECTOR DEL PROYECTO DE INVESTIGACIÓN

iv
 UNIVERSIDAD TÉCNICA ESTATAL DE QUEVEDO
FACULTAD DE CIENCIAS DE LA INGENIERÍA
CARRERA DE INGENIERÍA MECÁNICA

PROYECTO DE INVESTIGACIÓN

Título:

“Diseño de una prensa hidráulica para el reciclaje de papel y plástico”

Presentado Al Consejo Directivo como requisito previo a la obtención del título de

Ingeniero Mecánico.

Aprobado por:

_____________________________________

PRESIDENTE DEL TRIBUNAL

Ing. Marcelo García Saquicela Msc.

MIEMBRO DEL TRIBUNAL MIEMBRO DEL TRIBUNAL

Ing. Jorge Guadalupe Almeida Msc. Ing. Ernesto Ruano Herrería Msc.

QUEVEDO – LOS RÍOS – ECUADOR.

2019

v
 AGRADECIMIENTO

Por medio de este trabajo de investigación agradezco a Dios por guiarme en el sendero
correcto, a no desfallecer en los problemas de la vida y brindarme su confianza para seguir
adelante, por haberme dado unos padres maravillosos que están a mi lado apoyándome y
permitirme estudiar la carrera de Ingeniería Mecánica.

Es un verdadero orgullo y placer expresar de manera muy especial a quienes permitieron

hacer posible alcanzar mi gran sueño que es ser Ingeniero Mecánico

A los docentes y autoridades de la Carrera de Ingeniería Mecánica de la Universidad

Técnica Estatal de Quevedo, quienes estuvieron dispuestos a compartir sus conocimientos
y ofrecer la orientación necesaria para formarme como profesional y ser humano.

Al Ing. mecánico Jorge Guadalupe Almeida por ser un pilar fundamental en el transcurso
de este tema de investigación y aquellas personas que directa e indirectamente ayudaron en
el desarrollo de este trabajo investigativo.

Agradezco a mis padres, hermanas y familiares que son parte de mi diario vivir, con su
motivación, apoyo económico y anhelo por dejarme el mejor legado que es la educación e
integrarme como un profesional en la rama de Ingeniería Mecánica.

A cada uno de los docentes tanto de primaria, secundaria y universidad, que han
colaborado con su enseñanza y aprendizaje para mi desarrollo y preparación en la vida
educativa y profesional. A mi director de proyecto de investigación, el Ing. Johnn García
Coral, por ser el guía principal en el desarrollo de este trabajo, quien, con sus
conocimientos, su experiencia y su motivación ha logrado que pueda culminarlo con éxito.

Germán Andrés García Bosada

vi
DEDICATORIA

Este Proyecto de Investigación se lo dedico a

mis padres Marco García y Angela Bosada
quienes me trajeron a la vida, que gracias a sus
esfuerzos y dedicación me han permitido
desenvolverme competitivamente como
profesional, brindándome la oportunidad
necesaria para cumplir con la meta de ser un
Ingeniero Mecánico.

Germán Andrés García Bosada

vii
 RESUMEN

El siguiente trabajo de investigación, se enfoca al diseño de una máquina, que compacte

plástico y papel para el reciclaje, manejo y transportación de estos materiales.
Se plantea tres propuestas de diseño a evaluar mediante el criterio de métodos ponderados
para elegir la mejor opción, se utiliza el software SOLIDWORKS en el modelamiento de
las propuestas para tener un enfoque geométrico de los elementos a utilizar en el mismo.
La mejor opción debe demostrar eficiencia, interés industrial y ayuda efectiva en la
industria del reciclaje, mejorando la elaboración y calidad de este producto de tal forma
que contribuya a la producción de bloques de compactación.
Aplicando el método de criterios ponderados se selecciona la alternativa “B” como se
muestra en la tabla 13 en donde se evaluaron los pesos específicos de cada criterio siendo
esta propuesta como sobresaliente previo a diseñar por brindar mayor fiabilidad en el
proceso, disminuir tiempo de operación y calidad de un producto terminado a diferencia de
las otras propuestas planteadas.
Para diseñar dicha máquina se investiga y recopila información sobre proyectos similares,
artículos y revistas que complemente con esta labor.

Palabras claves: Solidworks, Compactación, Presión de Compactación, Prensa Hidráulica.

viii
 ABSTRACT

The following research work focuses on the design of a machine that compacts plastic and
paper for the recycling, handling and transportation of these materials.
Three design alternative are proposed to be evaluated using the criterion of weighted
methods to choose the best option. The SOLIDWORKS software is used in the modeling
of the proposals to have a geometric approach to the elements to be used in it.
The best option should demonstrate efficiency, industrial interest and effective help in the
recycling industry, improving the production and quality of this product in such a way that
it contributes to the production of compaction blocks.
Applying the weighted criteria method, the alternative "B" is selected, as shown in table
13, where the specific weights of each criterion were evaluated. This proposal is
considered as outstanding prior to designing because it provides greater reliability in the
process, decreasing operating time and quality of a finished product unlike the other
proposed options.
In order to design this machine, information about similar projects, articles and magazines
that complements this work was researched and collected.

Key words: Solidworks, Compaction, Compactation Pressure, Hydraulic Press.

ix
 ÍNDICE

DECLARACIÓN DE AUTORÍA Y CESIÓN DE DERECHOS ................................................................. ii

CERTIFICACIÓN DE CULMINACIÓN DEL PROYECTO DE INVESTIGACIÓN ...................................... iii
CERTIFICADO DEL REPORTE DE LA HERRAMIENTA DE PREVENCIÓN DE COINCIDENCIA Y/O
PLAGIO ACADÉMICO ................................................................................................................ iv
AGRADECIMIENTO................................................................................................................... vi
DEDICATORIA ......................................................................................................................... vii
RESUMEN ...............................................................................................................................viii
ABSTRACT ............................................................................................................................... ix
CÓDIGO DUBLÍN .................................................................................................................... xvii
INTRODUCCIÓN ........................................................................................................................ 1
CAPITULO I
CONTEXTUALIZACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN ............................................................................ 2
1.1. Problema de Investigación. ................................................................................................ 3
1.1.1. Planteamiento del problema. ................................................................................................... 3
1.1.1.1. Diagnóstico. ........................................................................................................................... 3
1.1.1.2. Pronóstico. ............................................................................................................................ 3
1.1.2. Formulación del problema. ....................................................................................................... 3
1.1.3. Sistematización del problema. .................................................................................................. 4
1.2. Objetivos. .......................................................................................................................... 5
1.2.1. Objetivo General. ...................................................................................................................... 5
1.2.2. Objetivos Específicos. ................................................................................................................ 5
1.3. Justificación ....................................................................................................................... 6
CAPITULO II
FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA DE LA INVESTIGACIÓN ................................................................. 7
2.1. Marco Conceptual. ............................................................................................................. 8
2.1.1. Máquina hidráulica. .................................................................................................................. 8
2.1.1.1. Parámetros para seleccionar una prensa hidráulica. ............................................................ 8
2.1.2. Principios de resistencia de materiales. .................................................................................... 9
2.1.2.1. Principio de rigidez ................................................................................................................ 9
2.1.2.2. Principio de superposición. ................................................................................................... 9
2.1.2.3. Principio de Saint - Venant. ................................................................................................. 10
2.1.3. Diseño mecánico. .................................................................................................................... 11
2.1.4. Maquina. ................................................................................................................................. 11
2.1.5. Simulación. .............................................................................................................................. 12

x
2.1.6. SolidWorks. ............................................................................................................................. 12
2.2. Marco Referencial. ........................................................................................................... 12
2.2.1. Mecanismos y Máquinas. ........................................................................................................ 12
2.2.1.1. Fases del proceso de diseño ............................................................................................... 12
2.2.2. Diseño de maquina.................................................................................................................. 13
2.2.2.1. Máquina .............................................................................................................................. 13
2.2.3. El diseño y los códigos de seguridad ....................................................................................... 15
2.2.4. Consideraciones del diseño mecánico .................................................................................... 15
2.2.4.1. Consideraciones tradicionales ............................................................................................ 15
2.2.4.2. Consideraciones modernas ................................................................................................. 16
2.2.4.3. Calidad de vida consideraciones diversas ........................................................................... 16
2.2.5. Consideraciones de diseño para minimizar lesiones .............................................................. 16
2.2.6. Consideraciones ecológicas..................................................................................................... 16
2.2.7. Simulación por software ......................................................................................................... 17
2.2.8. Software utilizado en la Investigación .................................................................................... 17
2.2.8.1. CadSimu............................................................................................................................... 17
2.2.8.2. Solidworks ........................................................................................................................... 18
2.2.8.3. FluidSim ............................................................................................................................... 18
2.2.8.4. Sap 2000 .............................................................................................................................. 18
2.2.9. Materiales reciclables ............................................................................................................. 18
2.2.10. Reciclaje de papel.................................................................................................................. 19
2.2.11. Reciclaje de los plásticos ....................................................................................................... 20
2.2.12. Procesos de reciclaje químico. .............................................................................................. 20
2.2.13. Reciclado de metal ................................................................................................................ 21
2.2.14. El reciclaje mecánico. ............................................................................................................ 21
2.2.15. Fundamentos hidráulicos ...................................................................................................... 22
2.2.15.1. Bomba hidráulica. ............................................................................................................. 23
2.2.15.2. Tipos de Bombas Hidráulicas ............................................................................................ 23
2.2.16. Válvulas ................................................................................................................................. 23
2.2.16.1. Tipos de válvulas ............................................................................................................... 23
2.2.17. Motor eléctrico ..................................................................................................................... 24
2.2.18. Cilindro .................................................................................................................................. 25
2.2.19. Depósito de aceite ................................................................................................................ 25
2.3. Reconocimiento del producto antes de la compactación ................................................... 25
2.3.1. Compactación del producto .................................................................................................... 25

xi
CAPITULO III
METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN .................................................................................... 26
3.1. Localización. .................................................................................................................... 27
3.2. Tipos de Investigación ...................................................................................................... 27
3.2.1. Investigación descriptiva ......................................................................................................... 27
3.2.2. Investigación documental ....................................................................................................... 27
3.2.3. Investigación de campo........................................................................................................... 28
3.3. Métodos de la investigación ............................................................................................. 28
3.3.1. Método analítico ..................................................................................................................... 28
3.3.2. Método bibliográfico ............................................................................................................... 28
3.3.3. Método científico. ................................................................................................................... 28
3.3.4. Técnicas. .................................................................................................................................. 28
3.3.5. Observación Directa. ............................................................................................................... 29
3.3.6. Entrevista. ............................................................................................................................... 29
3.4. Fuentes de recopilación de información............................................................................ 29
3.5. Diseño de la investigación. ............................................................................................... 29
3.5.1. Diseño no experimental. ......................................................................................................... 29
3.6. Recursos humanos y materiales........................................................................................ 29
3.6.1. Recurso humano. .................................................................................................................... 29
3.6.2. Recurso material ..................................................................................................................... 30
3.6.2.1. Materiales de Oficia ............................................................................................................ 30
3.6.2.2. Materiales (hardware). ....................................................................................................... 30
3.6.2.3. Materiales (software) .......................................................................................................... 30
3.7. Esquema del Diseño de la Prensa Hidráulica. .................................................................... 31
CAPITULO IV ........................................................................................................................... 32
RESULTADOS Y DISCUSIONES .................................................................................................. 32
4.1. Resultados ....................................................................................................................... 33
4.1.1. Resultados esperados ............................................................................................................. 33
4.2. Selección de alternativas de diseño .................................................................................. 33
4.2.1. Alternativas de diseño previo a la selección de la mejor opción. ........................................... 33
4.3. Criterio de diseño. ............................................................................................................ 38
4.3.1. Proceso de ponderación ......................................................................................................... 39
4.4. Datos de campo para el diseño de la prensa hidráulica...................................................... 41
4.5. Residuos plásticos que se pueden reciclar. ........................................................................ 44
4.5.1. Descripción de los materiales que se pueden reciclar ............................................................ 44
4.6. Materiales que se Puede Reciclar ..................................................................................... 45

xii
4.7. Partes de la prensa hidráulica ........................................................................................... 45
4.8. Cálculos realizados para el diseño de la prensa hidráulica. ................................................ 47
4.9. Cálculo estructural ........................................................................................................... 56
4.9.1. Cálculo teórico......................................................................................................................... 56
4.9.2. Comparación de dato Teórico y Experimental del Cálculo Estructural. .................................. 73
4.10. Sistema Hidráulico de la Prensa ...................................................................................... 74
4.10.1. Potencia Necesaria del Motor ............................................................................................... 75
4.10.2. Tanque Hidráulico. ................................................................................................................ 76
4.10.3. Circuito Hidráulico. ................................................................................................................ 77
4.11. SIMULACION ESTRUCTURAL DE LA PRENSA HIDRÁULICA ................................................. 83
4.12. Análisis Económico ......................................................................................................... 85
4.12.1. Precio de materiales estructurales utilizados ....................................................................... 85
4.12.1.1. Precio de partes sistemáticas de la Prensa Hidráulica ...................................................... 85
4.12.1.2. Precio de materiales para el ensamble y acabado de la máquina .................................... 86
4.12.1.3. Precio de maquinado ........................................................................................................ 87
4.12.1.4. Tabulación del precio de la mano de obra ........................................................................ 87
4.12.1.5. Precio de diseño de la prensa. .......................................................................................... 88
4.12.1.6. Precio final de la prensa hidráulica ................................................................................... 88
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ................................................................................... 89
5.1. CONCLUSIONES ................................................................................................................ 90
5.2. RECOMENDACIONES ........................................................................................................ 91
BIBLIOGRAFÍA......................................................................................................................... 92
6.1. BIBLIOGRAFÍA .................................................................................................................. 93
CAPITULO VII
ANEXOS.................................................................................................................................. 95

xiii
 Índice de tablas

Tabla 1. Proceso de diseño [6] ............................................................................................ 14

Tabla 2. Planteamiento y cálculo del problema. [6] ............................................................ 14
Tabla 3. Códigos, Normas para Ingeniería Mecánica [6] .................................................... 15
Tabla 4. Consideraciones ecológicas [8] ............................................................................. 17
Tabla 5. Requerimientos de Hardware ................................................................................ 30
Tabla 6. Requerimientos de Software.................................................................................. 30
Tabla 7. Criterios de diseño por su peso específico. ........................................................... 39
Tabla 8. Criterio de manipulación por su peso específico. .................................................. 39
Tabla 9. Criterio de producción por su peso específico. ..................................................... 39
Tabla 10. Criterio de peso.................................................................................................... 39
Tabla 11.Criterio de ergonomía por su peso específico. ..................................................... 40
Tabla 12.Criterio de precio por su peso específico. ............................................................ 40
Tabla 13. Evaluación del peso específico de cada criterio. ................................................. 40
Tabla 14. Materiales que se pueden Reciclar. ..................................................................... 45
Tabla 15. Partes importantes de una prensa hidráulica. ...................................................... 46
Tabla 16. Especificaciones del cilindro hidráulico .............................................................. 56
Tabla 17.Precio de materiales estructurales ........................................................................ 85
Tabla 18. Precio de partes sistemáticas ............................................................................... 86
Tabla 19.Precio de materiales para ensamble y acabado..................................................... 86
Tabla 20. Maquinado de las piezas estructurales para el ensamble..................................... 87
Tabla 21. Precio de mano de obra ....................................................................................... 87
Tabla 22. Precio del diseño de la prensa ............................................................................. 88
Tabla 23. Precio final de la prensa hidráulica ..................................................................... 88

Índice de figura

Figura 1 Principio de rigidez de pequeños desplazamiento [2] ............................................. 9

Figura 2. Implicación del Principio de superposición. [2] .................................................. 10
Figura 3. Ilustración del principio de Saint-Venant. [2]. ..................................................... 11
Figura 4. Fases del proceso de diseño [3]............................................................................ 13
Figura 5. Materiales reciclables. [14] .................................................................................. 19
Figura 6. Reciclaje de papel. [14] ........................................................................................ 20
Figura 7. Reciclaje de Metal. [14] ....................................................................................... 21

xiv
Figura 8. Proceso de reciclaje mecánico. [14] ..................................................................... 22
Figura 9. Google Maps. [14] ............................................................................................... 27
Figura 10. Prensa de tornillo sin fin. [14] ............................................................................ 34
Figura 11. Prensa hidráulica. [14] ....................................................................................... 35
Figura 12. Prensa neumática [14] ........................................................................................ 37
Figura 13. Prensa Hidráulica (Operaciones Unitarias) para la obtención de la presión
requerida .............................................................................................................................. 41
Figura 14. Adaptación para simular el compactado. ........................................................... 42
Figura 15. Peso en lb de 1 Botella de 600cm3 .................................................................... 42
Figura 16. Realizando Compactación. ................................................................................. 42
Figura 17. Presión del Manómetro 125psi (Presión necesaria para compactar 1 Botella) .. 42
Figura 18. Compactación de botellas culminada. ................................................................ 43
Figura 19. Toma de datos del área efectiva de compactación de 1 botella ......................... 43
Figura 20. Partes importantes de una prensa hidráulica ...................................................... 46
Figura 21. Marco Hiperestático ........................................................................................... 57
Figura 22. Prontuario de Vigas [17] .................................................................................... 58
Figura 23. Esquema cortante del soporte estructural ........................................................... 59
Figura 24. Diagrama de cortante del soporte ....................................................................... 60
Figura 25. Diagrama del momento flector del soporte ........................................................ 61
Figura 26. Diagrama de Cortante utilizando Sap 2000 ....................................................... 62
Figura 27. Diagrama de momento utilizando Sap 2000 ...................................................... 63
Figura 28. Deflexión máxima utilizando Sap 2000 ............................................................. 63
Figura 29. Simulación del Factor de Seguridad utilizando Solidworks. ............................. 64
Figura 30. Esquema de Diagramas de cortantes y flectores [17] ........................................ 65
Figura 31. Diagrama de cortante [17].................................................................................. 66
Figura 32. Diagrama de Momento del Marco Hiperestático. [17] ...................................... 66
Figura 33. Diagrama de cortante de la viga utilizando el Sap 2000 .................................... 68
Figura 34. Diagrama de momento de la viga utilizando Sap 2000...................................... 68
Figura 35. Simulación de la deflexión máxima de la viga utilizando Sap 2000. ................ 68
Figura 36. Simulación del factor de seguridad de la viga utilizando Solidworks ............... 69
Figura 37. Tipo de conexiones para el diseño de una columna. [6] .................................... 69
Figura 38. Simulación del factor de seguridad de la columna............................................. 73
Figura 39. Tanque Hidráulico [14] ...................................................................................... 76
Figura 40. Circuito Hidráulico de la Prensa Hidráulica. ..................................................... 77

xv
Figura 41. Diagrama de Arranque y Paro de un Motor Trifásico. (Esquema de Fuerza).... 78
Figura 42.Circuito Eléctrico del Mando del Arranque y paro de la Prensa Hidráulica. ...... 79
Figura 43. Esquema funcional de mando del Motor Trifásico. ........................................... 79
Figura 44. Filtro de Presion. Ubicado enla parte posterior de la Bomba. [16] .................... 81
Figura 45. Simulación de la parte estructural de la prensa hidráulica ................................. 83
Figura 46. Factor de seguridad en toda la prensa hidráulica ............................................... 84
Figura 47.Esfuerzo máximo a la cual está sometida la prensa hidráulica. .......................... 84

Índice de Anexos

Anexo 1. Vista Isométrica de la Prensa Hidráulica ............................................................. 96

Anexo 2. Vista Lateral de la Prensa Hidráulica................................................................... 96
Anexo 3. Selección de perfil HEB 180................................................................................ 97
Anexo 4. Selección de perfil UPN 260................................................................................ 97
Anexo 5. Selección de Plancha Naval para placas para la compactación ........................... 98
Anexo 6. Selección de plancha laminada en caliente .......................................................... 98
Anexo 7. Selección de Perfil Cuadrado ............................................................................... 99
Anexo 8 Selección de tubería para compuertas ................................................................. 100
Anexo 9. Selección de los ángulos de lervadura para la placa superior ............................ 101
Anexo 10. Propiedades de aceros estructurales ................................................................. 102
Anexo 11. Transmisión hidráulica de fuerzas ................................................................... 102

xvi
 CÓDIGO DUBLÍN

Título: DISEÑO DE UNA PRENSA HIDRÁULICA PARA EL RECICLAJE DE PAPEL Y

PLÁSTICO
Autores: Germán Andrés García Bosada
Palabras
Solidworks Compactación Presión de Compactación Prensa Hidráulica
clave:
Fecha de
publicación:
Editorial: Quevedo: UTEQ, 2019.
Resumen: Resumen. - El siguiente trabajo de investigación, se enfoca al diseño de una máquina, que
compacte plástico y papel para el reciclaje, manejo y transportación de estos materiales.
Se plantea tres propuestas de diseño a evaluar mediante el criterio de métodos ponderados
para elegir la mejor opción, se utiliza el software SOLIDWORKS en el modelamiento de las
propuestas para tener un enfoque geométrico de los elementos a utilizar en el mismo.
La mejor opción debe demostrar eficiencia, interés industrial y ayuda efectiva en la industria
del reciclaje, mejorando la elaboración y calidad de este producto de tal forma que
contribuya a la producción de bloques de compactación.
Aplicando el método de criterios ponderados se selecciona la alternativa “B” como se
muestra en la tabla 13 en donde se evaluaron los pesos específicos de cada criterio siendo
esta propuesta como sobresaliente previo a diseñar por brindar mayor fiabilidad en el
proceso, disminuir tiempo de operación y calidad de un producto terminado a diferencia de
las otras propuestas planteadas.
Para diseñar dicha máquina se investiga y recopila información sobre proyectos similares,
artículos y revistas que complemente con esta labor.
Abstract. The following research work focuses on the design of a machine that compacts
plastic and paper for the recycling, handling and transportation of these materials.
Three design alternative are proposed to be evaluated using the criterion of weighted
methods to choose the best option. The SOLIDWORKS software is used in the modeling of
the proposals to have a geometric approach to the elements to be used in it.
The best option should demonstrate efficiency, industrial interest and effective help in the
recycling industry, improving the production and quality of this product in such a way that it
contributes to the production of compaction blocks.
Applying the weighted criteria method, the alternative "B" is selected, as shown in table 13,
where the specific weights of each criterion were evaluated. This proposal is considered as
outstanding prior to designing because it provides greater reliability in the process,
decreasing operating time and quality of a finished product unlike the other proposed
options.
In order to design this machine, information about similar projects, articles and magazines
that complements this work was researched and collected.

Descripción: 143 hojas: Dimensiones, 290 x 210 mm: CD-ROM

URI:

xvii
 INTRODUCCIÓN

A nivel mundial se han incrementado las industrias para facilitar el reciclaje de papel,
plástico entre otros países. Tanto es así que los empresarios lo han visto como un medio de
ingreso y los ecologistas lo consideran un factor importante para disminuir la
contaminación en el mundo, debido a que el plástico es una sustancia química sintética, que
tiene un efecto devastador sobre la fauna marina y las aves, ya que son miles las toneladas
de plástico de diversos tamaños los que contaminan nuestros océanos. En cuanto al
reciclaje de papel contribuimos con el medio ambiente al reutilizar este compuesto en uno
de menor calidad y así se evita la deforestación de árboles conservando así la flora.

Desde hace mucho tiempo el reciclaje se ha venido practicando de forma rustica con el
pasar del tiempo ha habido un avance tecnológico en la implementación de este tipo de
maquinaria hidráulica para el reciclaje de cartón y papel, al inicio se utilizaban prensas
manuales, las cuales poseían un sistema de tornillo o perno el cual giraba gracias a la fuerza
humana. En Francia el matemático Blaise Pascal comenzó una indagación referida a la
iniciación donde la presión aplicada a un líquido en un recipiente se transmite con la misma
intensidad en todas las direcciones sucedió al inicio del siglo XVII.

Con el transcurso del tiempo se han ido mejorando e implementando las maquinarias para
el reciclaje de papel y plástico encontrando otros beneficios, el reciclaje de plástico es
importante porque después del tratamiento de reciclaje este producto es utilizado como
materia prima para la fabricación de nuevos productos y su conversión como combustible o
como nuevos productos químicos. De esta manera se evita la contaminación de la flora y
fauna tanto a nivel mundial como a nivel local.

Con todos los antecedentes expuestos, esta investigación busca diseñar la prensa hidráulica
para compactar los volúmenes del papel y plástico así facilitando su manejo, transportación
y pronta reutilización de este. Este proceso se llevaría a cabo mediante el diseño estructural,
diseño hidráulico a través de un software de elementos finitos con su respectivo análisis de
costos de fabricación de la prensa hidráulica.

1
 CAPITULO I
CONTEXTUALIZACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN

2
1.1.Problema de Investigación.
1.1.1.Planteamiento del problema.
El no reciclar el papel y el plástico implica que exista mayor contaminación al ambiente ya
que este produce la tala indiscriminada de árboles y el efecto químico devastador que tiene
el plástico en la fauna marina y aves, la cual es perjudicial para el ecosistema.

Para el proceso de reciclaje de papel y plástico se necesita implementar un sistema de

compactación para su fácil manejo y transportación para su pronto proceso de reutilización
dándole así una nueva utilización de estos materiales en las diferentes industrias y
favoreciendo de esta manera la economía y el ambiente.

El presente tema de investigación es del diseño de una prensa hidráulica para el reciclaje de
papel y plástico, con el fin de disminuir el costo, mejorar el transporte y manejo de los
residuos antes mencionados.

1.1.1.1.Diagnóstico.

En la actualidad la ciudad de Quevedo no cuenta con un sistema de prensado para las

recicladoras ya que estas utilizan entidades privadas para su respectiva compactación, y su
pronta transportación. Dando paso así al no manejo de volúmenes por parte de ciertas
recicladoras por índole económico.

1.1.1.2.Pronóstico.

Al realizar el diseño de la prensa hidráulica se pretende reducir costos de transportación, así

optimizando el manejo de del papel y plásticos, aumentando así la confiabilidad al manejo
y transportación de acuerdo a los volúmenes de producción de las recicladoras tanto en
pequeñas, medianas y grandes entidades destinadas al proceso de reciclaje.

1.1.2.Formulación del problema.

¿Con el diseño de la prensa hidráulica se podrá satisfacer la necesidad de las recicladoras a

nivel local y evitar un costo adicional a las entidades de reciclaje del sector?

3
1.1.3.Sistematización del problema.
La siguiente investigación estudia el diseño y la selección de materiales para la
construcción de una máquina que compacte plástico y papel. Se analiza el mecanismo,
costos y su funcionamiento.

 ¿Cuál es el proceso de diseño de una prensa hidráulica?

 ¿Qué alternativa de diseño es el más adecuado para el diseño de una prensa?
 ¿Cuál sería el costo de la inversión en la fabricación de la prensa?
 ¿Qué proceso de montaje deberá tener la prensa?

4
1.2.Objetivos.
1.2.1.Objetivo General.

Diseñar una prensa hidráulica para el reciclaje de papel y plástico.

1.2.2.Objetivos Específicos.

 Diseñar la estructura de la prensa hidráulica aplicando los principios de resistencia

de materiales
 Determinar las características del sistema hidráulico a través de los fundamentos de
mecánica de fluidos y turbomáquinas
 Desarrollar una simulación estructural a través de un software de elementos finitos y
comparar con el cálculo manual de la estructura.
 Realizar un análisis de costos de fabricación de la prensa hidráulica.

5
1.3.Justificación

La preocupación a nivel mundial permite que el reciclaje sea una parte importante para
evitar la deforestación y contaminación al ambiente, de esta forma se estaría contribuyendo
para obtener un mundo libre de contaminación. Es necesario contar con una maquinaria que
haga el proceso de compactación que facilite el manejo y transformación del papel y
plástico que pueda ser reutilizado mediante los tratamientos químicos pertinentes. Es
importante este tema de investigación ya que la prensa hidráulica ayuda a reducir tiempo,
costos, manejo y transportación con respecto a los volúmenes de estos materiales
contribuyendo directamente al ambiente.

La industria actual genera una gran cantidad de desechos que hay que gestionar de manera
correcta, como cartón, papel, plásticos, entre otros. Cuánto más grande la fábrica más
residuos genera. El método que se utiliza actualmente es compactar estos materiales en las
propias instalaciones de la fábrica y luego transportarlas hasta una planta de reciclaje. Ya
que esto genera mucha cantidad de residuo y movilizarlas hasta su destino eleva el coste de
transportación, sobre todo en residuos que son muy voluminosos pero que pesan muy poco,
como el cartón o el plástico. Con el proyecto de investigación ayudaría a reducir los
inconvenientes antes mencionados.

Para la ejecución de este proyecto de investigación se realizará el respectivo análisis

estructural, diseño hidráulico, generación de planos con las respectivas especificaciones de
ensamblaje y análisis de costos de fabricación de la prensa hidráulica de esta manera se
estará contribuyendo a las industrias dedicadas al proceso de reciclaje.

6
 CAPITULO II
FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA DE LA INVESTIGACIÓN

7
2.1.Marco Conceptual.
2.1.1.Máquina hidráulica.
Es un equipo que transforma energía por medio de un fluido, para el fin de este proyecto
investigativo se utilizara el aceite. Sin embargo, pueden ser utilizados otros fluidos, tales
como el agua, generalmente derivados del petróleo. [1]

2.1.1.1.Parámetros para seleccionar una prensa hidráulica.

Caudal(Q)

Cantidad de agua que circula por unidad de tiempo. Las unidades más comunes
corresponden a: m3/s, lt/s, GPM, pie3/min. [1]

Altura (Hn)

Para el caso de las turbinas se hablará de altura neta (Hn) y para las bombas (ventiladores)
simplemente de altura (H). Esta variable corresponde a la energía contenida por kg de agua
en la máquina. También se le suele designar “Energía Unitaria” [1]

Velocidad (V)

Velocidad con que gira el mecanismo de trabajo de la máquina. Generalmente este se

expresa en RPM, también es conocido como velocidad angular. [1]

Potencia (N)

Energía entregada por unidad de tiempo en el eje de la máquina. Para el caso de las turbinas
corresponde a la energía mecánica que se entrega en el eje. [1]

Número específico (ns)

Depende de todos los factores y nos determina las características de la máquina. [1]

Rendimiento (𝜼)

La característica más general de las máquinas es que cada vez que hacemos una
transformación de energía hay una considerable perdida, existe un rendimiento menor del
100%. Generalmente se manifiestan en forma de calor [1]. Se obtiene:

8
 𝑃𝑜𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑒𝑛𝑡𝑟𝑒𝑔𝑎𝑑𝑎
𝜂= < 100%
𝑃𝑜𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝐴𝑏𝑠𝑜𝑟𝑏𝑖𝑑𝑎
𝑃𝑜𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑚𝑒𝑐á𝑛𝑖𝑐𝑎
𝜂= ⟹ 𝑇𝑢𝑟𝑏𝑖𝑛𝑎𝑠
𝑃𝑜𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 ℎ𝑖𝑑𝑟á𝑢𝑙𝑖𝑐𝑎
𝑃𝑜𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 ℎ𝑖𝑑𝑟á𝑢𝑙𝑖𝑐𝑎
𝜂= ⟹ 𝐵𝑜𝑚𝑏𝑎𝑠
𝑃𝑜𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑚𝑒𝑐á𝑛𝑖𝑐𝑎
2.1.2.Principios de resistencia de materiales.
La resistencia de materiales es una disciplina que se basa en tres principios esenciales [2]:

 El principio de Rigidez
 El principio de superposición
 El principio de Saint-Venant.

La validez de los resultados obtenidos mediante esta teoría depende, básicamente del grado
de satisfacción de estos principios en el caso en que se aplique [2].

2.1.2.1.Principio de rigidez

Figura 1 Principio de rigidez de pequeños desplazamiento [2]

Es una consecuencia directa de los pequeños movimientos aplicados al análisis de
estructuras este menciona que: Las ecuaciones de equilibrio se pueden formular sobre la
geometría no deformada, es decir sin considerar los movimientos provocados por el sistema
de cargas [2].

2.1.2.2.Principio de superposición.
La resolución de un problema estructural lineal es mucho más sencilla que la de uno no
lineal, aparte de otras dificultades de tipo práctico, en un problema no lineal, esta es la
garantía de que la solución exista y sea única [2].

9
Esta implica que las reacciones, movimientos, tensiones y deformaciones que provoca
sobre la estructura el estado de cargas original es igual a la suma de las reacciones,
movimientos, tensiones y deformaciones que provocan los estados en los que se
descompone [2].

Figura 2. Implicación del Principio de superposición. [2]

2.1.2.3.Principio de Saint - Venant.

Este principio se puede considerar la verdadera piedra angular sobre la que se edifica la
resistencia de materiales, ya que esta enuncia lo siguiente: “En una pieza prismática, las
tensiones actúan sobre una sección recta, alejada de los puntos de aplicación de un sistema
de cargas, solo dependen de la fuerza y del momento resultante de las fuerzas situadas a un
lado de la sección [2].

En la práctica ingenieril, el estudio del estado tensional de un elemento estructural suele

hacerse suponiendo que el principio de Saint - Venant es aplicable a la totalidad de las
secciones analizadas. El dimensionamiento de las piezas suele hacerse en función de los
resultados obtenidos [2].

10
 Figura 3. Ilustración del principio de Saint-Venant. [2].

2.1.3.Diseño mecánico.
El diseño mecánico consiste en satisfacer una necesidad o resolver un problema esta
requiere de muchas habilidades, las consideraciones que se deberían tener en cuenta serían
las dimensiones, tolerancias, unidades y cálculos. Esta se enfoca en las destrezas y
habilidades que adopta un diseñador para plantear su creatividad e ingenio deben estar
vinculadas entrelazadas con conocimiento, sobre todo cumplir con las siguientes
condiciones; ser funcional, innovador, útil, seguro, confiable, que se pueda fabricar y
comercializarse [3].

2.1.4.Maquina.
Los mecanismos fueron ideados en la época de los egipcios, estos idearon maquinas
primitivas para la construcción de las pirámides y otros monumentos. Por lo general una
maquina contiene un sistema que transmite movimiento, también transfieren fuerzas
significativas donde requieran que ejerzan fuerzas o transmisión de movimientos sean
condiciones de cinemática como dinámica ya que estos ayudan a que los mecanismos
funciones de una manera fluida, generalizando es un conjunto o ensamble de piezas,
mecanismos esenciales para la realización del concepto de máquina. [3].

11
2.1.5.Simulación.
Es un proceso del diseño en el cual consiste en desarrollar un modelo computarizado del
sistema mecanismo o proceso con el fin de entender su comportamiento o evaluar
estrategias para imitar el comportamiento real del elemento máquina que opera el sistema.
En este diseño se procederá a realizar el análisis de elementos finitos de los elementos de
máquinas que van a soportar la mayor cantidad de carga a través de módulo de simulación
CAD que viene integrado en programas de diseño. [4]

2.1.6.SolidWorks.
Este programa permite modelar piezas, conjuntos, planos técnicos, así como otro tipo de
información necesaria para la producción. Es un programa que funciona en base a las
nuevas técnicas de modelado en programa CAD. Este plasma la idea del diseñador del
elemento máquina que desea realizar, ya que este programa es amigable con el usuario,
tiene una interfaz entendible y de fácil extracción de planos. Es un software CAD (diseño
asistido por computadora) para modelado mecánico en 2D Y 3D, desarrollado por
Solidworks. Corp. [5]

2.2.Marco Referencial.
2.2.1.Mecanismos y Máquinas.
Un mecanismo es un dispositivo que transforma movimiento según el bosquejo deseado,
comúnmente este desarrolla fuerzas de muy baja intensidad el cual provoca que transmita
menos potencia. Una máquina contiene mecanismos diseñados para proporcionar fuerzas
significativas así transmitiendo potencias de gran escala. Si los mecanismos están cargados
ligeramente y operan a bajas velocidades, a veces pueden considerarse de manera
cinemática. En la teoría de máquinas y mecanismos se diferencia el análisis y la síntesis de
estos mecanismos, este consiste en estudiar tanto cinemática y dinámicamente un
mecanismo con las características de los elementos que constituye una máquina. [3]

2.2.1.1.Fases del proceso de diseño

 Identificar la necesidad a la cual se pretende dar una solución.
 Definir el problema que surge de una necesidad.
 Forma o esquema para dar solución a una necesidad.

12
  Estudio de factibilidad.
 Bosquejo de la máquina, estructura, permitiendo elegir las características generales
y específicas de cada elemento.
 La socialización de los resultados a otros es la parte final del proceso de diseño.

Figura 4. Fases del proceso de diseño [3].

2.2.2.Diseño de maquina

2.2.2.1.Máquina
1 Aparato formado de unidades interrelacionadas.

2.Dispositivo que modifica una fuerza o un movimiento

Las partes interrelacionadas a las cuales hace referencia la definición a veces también se
conoce en este contexto como elementos de máquinas. La idea de trabajo útil es
fundamental a la función de una máquina, ya que en ello casi siempre habrá alguna
transferencia de energía. [6]

La mención de fuerzas y movimiento también es vital para nuestros intereses ya que, al

convertir la energía a fin de determinar el tamaño, las formas y los materiales necesarios
para cada uno de los componentes interrelacionados de la máquina. En ello está la esencia
del diseño de máquinas [6].

13
En la Tabla 1 se especifica los procesos para el diseño

Tabla 1. Proceso de diseño [6]

Proceso de diseño

1 Identificación de la necesidad
2 Investigación de antecedentes
3 Enunciado del objetivo
4 Especificaciones de la tarea
5 Síntesis
6 Análisis
7 Selección
8 Diseño detallado
9 Prototipos y pruebas
10 Producción
Fuente: Propia

Tabla 2. Planteamiento y cálculo del problema. [6]

Planteamiento y cálculo de problemas

1 Defina el problema
2 Enuncie los datos conocidos Etapa de definición
3 Efectúe las hipótesis apropiadas
4 Decisiones preliminares del Etapa preliminar de
5 diseño diseño
6 Diseñar bosquejos Etapa del
7 Modelos matemáticos diseño
8 Análisis del diseño detallado
9 Evaluación Etapa de
10 Documentar resultados documentación

Fuente: Propia

14
2.2.3.El diseño y los códigos de seguridad
Tabla 3. Códigos, Normas para Ingeniería Mecánica [6]
Códigos, Normas para Ingeniería Mecánica

1 American Gear Manufacturers Association (AGMA)

2 American Society of Mechanical Engineers (ASME)
3 Society of Plastics Engineers (SPE)
4 Underwriters Laboratories (UL)
5 American Society of Testing and Materials (ASTM)
6 American Welding Society (AWS)
7 American Insitute of Steel Construction (AISC)
8 American Iron and Steel Institute (AISI)
9 American National Standards Institute (ANSI)
10 American Society for Metals (ASM)
11 Anty-Friction Bearing Manufacturers Association (AFBMA)
12 International Standars Organization (ISO)
13 Soxiety of Automotive Engineers (SAE)
Fuente: Propia

2.2.4.Consideraciones del diseño mecánico

Cuando se emplea de manera directa el concepto de “consideraciones de diseño”, se
menciona de manera directa a las características que influyen en el diseño como las
dimensiones, procesamiento y la unión de los elementos del sistema. [3]

2.2.4.1.Consideraciones tradicionales
 Materiales
 Geometría
 Condiciones de operación
 Costo
 Disponibilidad
 Posibilidad de producción
 Vida del componente

15
2.2.4.2.Consideraciones modernas
 Seguridad
 Ecología

2.2.4.3.Calidad de vida consideraciones diversas

 Confiablidad y facilidad de mantenimiento
 Ergonomía y estética

2.2.5.Consideraciones de diseño para minimizar lesiones

Para el diseño del prototipo se las normas de El Consejo de Seguridad Nacional de Estados
Unidos, el cual establece una jerarquía de diseño en una serie de lineamientos para el
diseño de equipos con la finalidad de minimizar lesiones. El orden de la prioridad es [3]:

 Diseñar teniendo en mente que se eliminen los peligros y se minimice el riesgo.

 Incorporar dispositivos de seguridad.
 Proporcionar dispositivos de advertencia.
 Desarrollar e implementar procedimientos para una operación segura, así como
programas de capacitación de empleados relacionados con la seguridad.
 Emplear equipo de protección personal.

2.2.6. Consideraciones ecológicas

Es mucho más difícil para el ingeniero resolver problemas ecológicos que traten temas
como el esfuerzo y la deflexión. Ahora que la sociedad es más sensible a este problema, los
requisitos legales y las medidas más apegadas a la realidad del costo total, tienen un mayor
impacto en el diseño de la ingeniería [7]:

 Considere todos los aspectos del objetivo básico de diseño.

 Reflexionar sobre los conceptos globales que se incorporan en el diseño.
 Diseñar para reciclar, considerando el ciclo ecológico completo incluyendo la
disposición y el nuevo uso del dispositivo entero y sus componentes.
 Seleccione los materiales teniendo en mente los factores ecológicos.

16
  Considere los factores ecológicos cuando se especifica el proceso

Tabla 4. Consideraciones ecológicas [8]

PRINCIPALES
1. Se puede estudiar el efecto de cambios internos y externos del sistema, al hacer
alteraciones en el modelo del sistema y observando el efecto de las alteraciones en el
comportamiento del sistema.
2. Puede ser usada para experimentar con nuevas situaciones, sobre las cuales se tiene
poca o ninguna información.
3. Disminuir costos, y además hacer las demostraciones sin tener que adquirir el
material.
4. Anticipación de los posibles problemas que puede presentar la máquina.

2.2.7.Simulación por software

La simulación es una técnica numérica que conduce experimentos en una computadora

digital simulando operaciones o movimientos con el propósito de estudiar y visualizar
resultados y así analizarlos. Estos experimentos comprenden ciertos tipos de relaciones
matemáticas y lógicas, las cuales son necesarias para descubrir el comportamiento y la
estructura de estos sistemas complejos del mundo real a través de largos periodos de tiempo
[8].

2.2.8.Software utilizado en la Investigación

2.2.8.1. CadSimu
Es un software que permite recrear automatismos y también simularlos. No necesita
instalación ya que es un programa portable, solo de acceso directo, este software es bastante
sencillo para elaborar esquemas de mando y potencia, tiene una amplia gama de símbolos
normalizados, organizadas, facilidad de trazar esquemas eléctricos para su posterior
simulación, entre otras. Simula visualiza el estado del esquema para su correcto
funcionamiento. [9]

17
2.2.8.2. Solidworks
Es un software CAD para modelado mecánico, creado por la compañía SolidWorks Corp.
Ofrece entre sus soluciones creación de planos, piezas, ensambles y simulación para
análisis estáticos,dinámicos, simulaciones de frecuencia, de pandeo, térmicos, de fatiga, de
distribución de masa, entre otros. Este software permite ahorrar tiempo y esfuerzo en la
búsqueda de resultados de diseño óptimos, de tal manera se reduce el tiempo de salida del
producto al mercado [10].

2.2.8.3. FluidSim
Software de simulación en este adquiere los conocimientos básicos de la neumática e
hidráulica, Se elaboró con la colaboración de la Universidad de Paderborn. Tiene una
estrecha relación con la función y simulación CAD. Es un software sumamente didáctico,
ya que contiene una amplia gama de símbolos normalizados y sus datos obtenidos son
acercados a la realidad. Aptos para este proceso de investigación. [11]

2.2.8.4.Sap 2000
Conocida por sus siglas en inglés Structural Analysis Program (Programa de Análisis
Estructural). Es un programa de cálculo de estructuras, su simulación se centra en el
Método de los Elementos Finitos (MEF), con interfaz gráfico 3D orientado a objetos,
preparado para realizar, de forma integrada: modelamiento, análisis y dimensionamiento de
problemas cotidianos en la ingeniería de estructuras [12]

2.2.9. Materiales reciclables

Los materiales reciclables son generalmente los desechos sólidos no biodegradables que se
pueden reutilizar o transformar en otros productos. Las principales fuentes de generación de
estos materiales son: [13]
 Los hogares
 El comercio Instituciones
 Establecimientos educativos
 Oficinas
 Compañías

18
  La industria productora
Estos materiales son generalmente contaminados con otros desechos (desechos
biodegradables), lo que baja su calidad. Por otra parte, hay que considerar que la mayor
cantidad de materiales reciclables proviene de los domicilios. Son casi 100 % en las áreas
rurales y las ciudades poco industrializadas, pero incluso en ciudades con alta actividad
industrial más de 70 % de los materiales reciclables se producen en los hogares. Los
materiales reciclables producidos en el comercio son en su gran mayoría materiales de
embalaje que se utilizan para la entrega de productos al por mayor. Estos materiales tienen
generalmente una muy buena calidad ya que no se entreveran con otro tipo de desechos.
[13]

Figura 5. Materiales reciclables. [14]

2.2.10.Reciclaje de papel
El uso de una tonelada de papel reciclado evita tumbar 17 árboles (valor promedio). Se
reduce considerablemente la carga de contaminantes a las aguas. Para procesar una
tonelada de papel reciclado, se necesita solamente el 10 % de la cantidad del agua necesaria
para la producción de papel desde la materia prima.
Con la contaminación que tiene el material usado, este porcentaje baja, y el proceso pierde
rentabilidad. Por eso, es muy importante que el papel y el cartón no se mezclen con los
desechos orgánicos. Si no es posible organizar una clasificación de los desechos

19
biodegradables de los no biodegradables, se recomienda establecer un recorrido especial
para recoger el papel y el cartón en los lugares de mayor generación o cooperar con los
recicladores para organizar una recolección directa de las instituciones, establecimientos
educativos, de los comercios y, si es posible, de los hogares. [13]

Figura 6. Reciclaje de papel. [14]

2.2.11.Reciclaje de los plásticos

Hay distintas alternativas de reciclaje y recuperación del plástico con respecto a la
reutilización. Existen tres métodos diferentes de reciclaje y recuperación de los plásticos
[13]:

 El reciclaje mecánico de los plásticos

 El reciclaje químico
 La recuperación de energía.

2.2.12.Procesos de reciclaje químico.

El objetivo del reciclaje químico es la descomposición de los plásticos usados
anteriormente clasificados en sus componentes más sencillos (los monómeros).
Estos se pueden utilizar otra vez como materia prima en la industria productora. Existen
diferentes procesos para realizar el reciclaje químico [13]
 La pirólisis
 La hidrogenación
 La gasificación o el tratamiento con disolventes

20
2.2.13.Reciclado de metal
Este proceso permite reutilizar el metal de hoja lata desecho y como materia prima
para nuevos productos metálicos de hoja lata. Este reciclado es limitado a el
número de veces que se puede reciclar.
Sin embargo, presenta una desventaja, no se puede reciclar en casa. Ya que este
necesita ser fundido a diferencia de los demás materiales reciclables y así cambiar
su forma o adoptar la misma anterior. [13]

Figura 7. Reciclaje de Metal. [14]

2.2.14.El reciclaje mecánico.

Se realiza por medio de la presión y del calor con el fin de producir otros objetos con base
de un material termoplástico definido. Ya que es muy importante que sea homogénea la
composición del plástico, la clasificación minuciosa tiene un papel preponderante para el
reciclaje mecánico. Los plásticos ideales son objetos de gran tamaño como las botellas de
bebida, recipientes de alimentos u otros productos de uso doméstico, entre otros [13]

21
 Figura 8. Proceso de reciclaje mecánico. [14]

2.2.15.Fundamentos hidráulicos
El término "Hidráulica" proviene del griego "hydro" que significa "agua", y “aulas” que
significa cañería o entubamiento, originalmente enfocó el estudio del comportamiento
físico del agua en reposo y en movimiento. La “hidráulica”, por lo tanto, está directamente
relacionada con líquidos y es una rama de la física que estudia el comportamiento de los
fluidos en reposo o en movimiento, de aquí se deriva la hidrostática y la hidrodinámica
[15].

22
2.2.15.1.Bomba hidráulica.

Se encarga de absorber el fluido hidráulico y enviarlo hasta el o los cilindros con una
presión y caudal determinado. Existen varios tipos de bombas: bomba de pistón, bombas
de paleta, bombas de engranaje, etc. La bomba hidráulica convierte la energía mecánica
desarrollada por el motor eléctrico en energía de presión hidráulica.

2.2.15.2.Tipos de Bombas Hidráulicas

Bombas de desplazamiento positivo
Genera un volumen de líquido en cada ciclo. Si la impulsión se cierra, aumenta en gran
cantidad la presión por lo que requiere un regulador de presión o de una válvula de
seguridad. Es capaz de dar una presión de los 800 bar como máximo [15].

Bombas de Desplazamiento Volumétrico

Entre las que se encuentran son de [15]:
 Engranes
 Lóbulo
 Tornillo
 Paletas
 Pistón Axial
 Pistón Radial

2.2.16.Válvulas
2.2.16.1.Tipos de válvulas
Válvula de lanzadera
Permite una evacuación rápida del aire de los cilindros y de las tuberías de conexión, con lo
que aumenta considerablemente la velocidad del pistón, ahorrando largos tiempos de
retorno, especialmente si se trata de cilindros de doble efecto [15].

23
Válvula de seguridad
Actúa cuando la Presión alcanza un valor ajustado con un resorte, comunicando con el
escape. La válvula permanece abierta hasta que la presión disminuye por debajo del valor
ajustado y entonces la acción del resorte vence la presión y cierra el paso. Puede
considerarse como válvulas limitadoras de presión ya que impiden la elevación de presión
máxima del circuito [15].

Válvulas de bloqueo
Cortan el paso del aire comprimido y están diseñada de tal manera que el propio aire
comprimido actúa sobre el obturador reforzando el efecto de cierre. Se utilizan para obtener
posiciones intermedias del pistón o como función de seguridad para evitar riesgo en el
ámbito laboral. [15].

Válvula de control de caudal

Se utiliza para regular la velocidad de los pistones de los cilindros neumáticos. Consiste en
una restricción regulable y una válvula antiretorno (retención), que solo deja pasar el flujo
de aire en un solo sentido, mientras que, en el sentido contrario, el aire fluye con una
mínima pérdida de presión. La obturación se obtiene mediante un cono, una bola, un disco
o una membrana y el cierre puede ser por contrapresión [15].

Válvula Antiretorno
Es una válvula antiretorno o de retención en la que, aparte de bloquear un solo sentido de
paso mediante un diafragma elástico (o una bola), facilita el control del caudal del aire al
varias el área de paso mediante una estrangulación y así controla la velocidad de pistón
[15].

2.2.17.Motor eléctrico

Convierte la energía eléctrica en energía mecánica, esta energía es, la que se transmite a la
bomba hidráulica por medio de un acople para hacerla girar. Se la selecciona según los
requerimientos del diseño por su potencia (HP) [15].

24
2.2.18.Cilindro

Se encarga del trabajo final que se pretenda realizar. Capaz de desplazar grandes cargas y
en maquinarias como volquetas, retroexcavadoras, grúas, es el elemento claramente
visible. Existen varios tipos como: cilindro sumergible, cilindro telescópico, cilindro de
simple efecto, cilindro de doble efecto, etc [15].

2.2.19.Depósito de aceite

Contiene el fluido que necesita el sistema, permite el enfriamiento del aceite, y

necesariamente debe tener un filtro antes que el fluido vuelva a regresar a las válvulas y los
cilindros [15].

2.3.Reconocimiento del producto antes de la compactación

Para la selección de la materia prima, que en este caso son las botellas y latas de aluminio,
se procederá a realizar una preselección de la misma, lo cual permite eliminar líquidos y
elementos que se encuentren dentro del envase. Realizado una vez esto, la persona
encargada de manejar esta máquina, tendrá que ubicar el producto en el cubículo de la
compactadora y revisar que esté totalmente cerrada la puerta para obtener un mejor
desempeño y resultado de las pacas a compactar.

2.3.1.Compactación del producto

Una vez cerrada la puerta del contenedor se procede a introducir las botellas hasta que este
alcance el límite superior de la puerta. Al llegar a ese límite se enciende el sistema
hidráulico y se acciona el cilindro para que este compacte esa primera carga permitiendo
así exista más espacio para otra colocación de botellas y así se repite el proceso hasta que
el lote compactado tenga la altura de la puerta. (Ver Gráfico 13, muestra la compactación
de botellas).

25
 CAPITULO III
METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN

26
3.1.Localización.
Si existiese los recursos para el financiamiento apropiado, el desarrollo de este proyecto
investigativo tendrá futura implementación en el Cantón de Quevedo provincia de Los Ríos
como se puede ver en el (Gráfico 7)

Figura 9. Google Maps. [14]

3.2.Tipos de Investigación
3.2.1.Investigación descriptiva

La investigación de este proyecto se enfoca principalmente en la información descrita por

los procesos de compactado de papel y plástico, la cual es tomada como referencia para
establecer especificaciones o parámetros al diseño de la máquina y de esta forma analizar
minuciosamente los resultados del procesamiento y su análisis que se van a obtener en el
desarrollo del diseño mecánico.

3.2.2.Investigación documental

Este tipo de investigación fue utilizada en el presente documento, para la recopilación de

información donde se basa en libros, revistas, artículos científicos etc. Referentes al tema
de diseño para una máquina de prensado y contribuye al desarrollo del proyecto en todas
sus etapas.
27
3.2.3.Investigación de campo
Mediante la aplicación de este tipo de investigación se logra el contacto directo las
recicladoras, analizando cada uno de los métodos empleados para compactación del papel y
plástico ya que este debe satisfacer el diseño del presente proyecto de investigación.

3.3.Métodos de la investigación
3.3.1.Método analítico
A través del método analítico se plantea comprobar y analizar los distintos datos e
información que se obtiene en el desarrollo de la investigación, mediante el análisis de las
diferentes variables que se genera en el problema de realizar el diseño y simulación de una
prensa hidráulica donde cumpla y satisfaga las especificaciones que requiere para el
proceso de Prensado.

3.3.2.Método bibliográfico
Por medio de este método se realizará consultas en libros, revistas, sitios web, artículos
científicos donde se busca información necesaria del principio en que se encuentra basada
los distintos tipos de máquinas y equipos.

3.3.3.Método científico.
Se utilizará como una guía principal en todo el proyecto final de carrera ya que a través de
este se va a plantear el problema, los objetivos que incluyen general y especifico además
permitirá la organización, procesamiento, análisis, e interpretación de la información
obtenida para el proyecto.

3.3.4.Técnicas.
La recolección de información es una de la más utilizados en la investigación de proyecto,
tiene relación con las técnicas y herramientas utilizadas, para ello se escogió la más útil
como es la observación directa y entrevistas.

28
3.3.5.Observación Directa.
Esta técnica permitirá identificar cómo será el diseño más factible de la prensa hidráulica a
partir de la observación de métodos tradicionales utilizados en los campos.

3.3.6.Entrevista.
es una de las técnicas más importante y beneficiosa de quien adquiera una investigación
para recabar datos, se utilizará para conseguir la información sea esta verbal o escrita, a
través de preguntas a las recicladoras a nivel Local.

3.4.Fuentes de recopilación de información.

Todo estudio se basa en la recopilación de información que tensa antecedentes importantes
y significativos de acuerdo con lo que se está investigando. En este proyecto se empleará
fuentes primarias y secundarias, tales como artículos científicos, revistas, libros y la
observación del proceso manual en el sector cacaotero.

3.5.Diseño de la investigación.

3.5.1.Diseño no experimental.
La elaboración de este proyecto investigativo se realiza con el fin de comprobar y predecir
el correcto funcionamiento del conjunto ensamblado de la Prensa Hidráulica en el software
de diseño asistido por computador (CAD) Solidworks, donde se analizan los componentes
que van a soportar mayor cantidad de cargas a través del módulo de simulación del
software integrado en el programa ya mencionado.

3.6.Recursos humanos y materiales.

3.6.1.Recurso humano.
 Docentes
 FCI de la Universidad Técnica Estatal de Quevedo
 Autor
 García Bosada Germán Andrés
 Director de Tesis
 Ing. García Coral Johnn Andrés. MSc.
29
3.6.2.Recurso material
3.6.2.1.Materiales de Oficia
 Lapicero
 Calculadora
 Impresora
 Resma de papel

3.6.2.2. Materiales (hardware).

Tabla 5. Requerimientos de Hardware
Cantidad Equipo Características

1 Ordenador Portátil Intel® Core™ i7-NVIDIA GeForce 940MX

CPU @ Processor 16GB RAM

1 Impresora EPSON L350 con sistema de tinta continua

Fuente: Propia

3.6.2.3.Materiales (software)
Tabla 6. Requerimientos de Software
Tipo Descripción

Software Utilitario Microsoft Office 2016

 Word
 Excel
 Power Point
 Visio

Software de Diseño Programa asistido por computador (CAD) 3D SolidWorks

Sap 200 Programa Estructural

CadeSimu

FluidSim

Fuente: Propia

30
3.7.Esquema del Diseño de la Prensa Hidráulica.

Fuente: Propia

31
 CAPITULO IV
RESULTADOS Y DISCUSIONES

32
4.1.Resultados
4.1.1.Resultados esperados
 Al investigar sobre los procesos de compactación que realizara la prensa hidráulica
se puede determinar el diseño óptimo estructural, basándose en los principios de
resistencia de materiales para su correcto dimensionamiento.
 Desarrollar el sistema hidráulico de la máquina analizando los diferentes usos para
este tipo de mecanismos utilizando los conocimientos de mecánica de fluidos y
turbo máquinas para su correcto funcionamiento.
 Realizando los diferentes estudios se puede elaborar varios diseños y métodos para
el proceso de compactación así determinando el correcto dimensionamiento y
análisis estructural mediante software de elementos finitos comparando así los
cálculos teóricos con los experimentales.
 Se realizará planos de la prensa hidráulica con especificaciones de ensamblaje y tipo
de juntas para su futura fabricación.
 Con la respectiva realización de análisis de costo se podrá determinar si la
construcción de la prensa hidráulica será factible o caso contrario no se
recomendaría dicha construcción.

4.2. Selección de alternativas de diseño

El estudio y análisis de los criterios ponderados permiten determinar e identificar las
ventajas, desventajas y bondades que brinda una propuesta para su respectivo diseño

Basado en varios parámetros que se consideran en el diseño de una máquina como son: la
facilidad de diseño y manipulación, automática o semiautomática, peso, costos de
obtención, tamaño del equipo, facilidad de trasladación entre otras, para elegir la mejor
opción que satisfaga las necesidades del usuario.

4.2.1.Alternativas de diseño previo a la selección de la mejor opción.

Para elaborar la investigación se ha propuesto tres alternativas de diseño como son la del
mecanismo de tornillo sin fin, la hidráulica, y la neumática, con estas tres propuestas se
espera que satisfagan las necesidades de los usuarios en la compactación de papel y
plástico.

33
 PRENSA DE TORNILLO SIN FIN
Alternativa “A”

Figura 10. Prensa de tornillo sin fin. [14]

Características Técnicas.

 Longitud: Puede ser cualquiera a solicitud del cliente.

 El sin fin consta de un motor reductor directo con árbol, ensamblado con bridas con
posibilidades y montaje tanto en zona de carga como en zona de descarga.
 Potencia de motores desde 1.1 hasta 15Kw que pueden adoptar distintas relaciones de
reducción 1:5; 1:20 Dependiendo de las exigencias del cliente.

Descripción.

Esta prensa está diseñada para realizar el transporte de material mediante una espiral
basado en el principio de arquímedes. Tiene posibilidades de trabajar en diferentes ángulos
tanto horizontal como vertical.
Tiene infinidad de combinaciones ya que este es adaptable a cualquier proceso.
La prensa se pone en funcionamiento a través de un sistema que consta de un motor
reductor que le suministra el movimiento al tornillo sin fin, el cual va montado a cojinetes y
chumaceras, en dependencia de la longitud del mismo hasta de 50m este tendrá cojinetes

34
intermedios que funcionaran como puntos de apoya para evitar flexiones o la distorsión de
la espiral del tronillo sin fin, mostrados en el gráfico 8.
Ventajas
 Son compactos (fácil montaje y desmontaje)
 Diseño modular: Fácil instalación. (para reciclaje sencillo)
 Soportes y apoyos simples. (fácil movilidad de sitios)
 Soportan altas temperaturas. (para un fácil manejo de materiales inflamables)
 Fácil hermeticidad. (no permite escape de ningún gas o elemento al medio ambiente)
 Varias zonas de carga y descarga. (muchas maneras de empleo)
Desventajas
 Son de grandes dimensiones (hasta 50m)
 No se puede transportar materiales frágiles, delicados o abrasivos.
 Mayores requerimientos de potencia. (Más consumo de Energía)
 Al quedar resto de materiales transportados con anterioridad existen riesgos de
contaminación (no existe un mecanismo de limpieza interna)
 Volumen de material bajo (poca capacidad de compactación)

PRENSA HIDRÁULICA
Alternativa “B”

Figura 11. Prensa hidráulica. [14]

35
Características Técnicas.

 Consta principalmente de vasos que se comunican. Estos vasos se impulsan por varios
pistones que atreves de fuerzas pequeñas le permiten al instrumento dar una fuerza
mucho mayor que la inicial
 Es de suma importancia conservar óptimas condiciones de la prensa hidráulica, con el
fin de evitar cualquier tipo de accidente. El mantenimiento de este tipo de maquinaria es
muy importante.
Descripción.
 Genera una gran fuerza con menor fuerza aplicada es una guía esencial del principio de
pascal (descripción de prensa hidráulica).
 Normalmente es utilizada en la industria automotriz para compactar papel, plástico,
entre otras, utilidades que se le puede adaptar a este tipo de mecanismo hidráulico.
 Mecanismo parecido a la palanca, ya que ambas generan una fuerza mayor ejercida con
respecto a la longitud y a la velocidad de desplazamiento que este mecanismo lo
requiere.
Ventajas
 Es posible mantener el total de la fuerza a lo largo de la longitud de carrera que
contenga este tipo de mecanismo, ya que sin necesidad de hacer cálculos de la presión
de tonelaje al principio de la carrera.
 Más capacidad a menos costo
 Menos costo de compra en los materiales mecanismos a emplearse.
 Los elementos de este tipo de maquinaria son reversibles
 Hay pocas piezas en movimiento
 El aceite se adapta a las tuberías y transmite fuerza como si fuera una barra de acero
Desventajas
 La velocidad ya que este mecanismo requiere de un control de fuerza no de velocidad
no existe prensa hidráulica que sea tan rápida.
 Se requiere de otra fuerza externa para alimentar la materia prima. El mecanismo de
alimentación requiere su propia fuerza, luego tiene que ser integrado con el sistema de
control de la prensa.

36
 PRENSA NEUMÁTICA
Alternativa “C”

Figura 12. Prensa neumática [14]

Características Técnicas.

 Permite la rápida preparación de muestras de goma y plástico, Está compuesta de tres

partes diafragma, plato de presión y estructura
 De hecho, esta secuencia de montaje se divide en el montaje de cada uno de estos
elementos por separado pasando al final de la línea de montaje de la cuba sobre el
chasis y a la realización del acople de ambos.

Descripción.

Se caracteriza por estar en una parte superior, la cual se halla atornillado a la base
consistente en una placa o tapa inferior del cilindro, atornillada a esta placa-base cuatro
columnas que a su vez van igualmente sujetos por sus extremos inferiores a otra placa porta
matriz, sobre la que se sitúa la matriz, previo a la revisión de un soporte que esta acoplado
ranurado para dar paso a un husillo con el que se regula la altura de trabajo del cilindro.

37
Ventajas

 Menor acumulación de residuos, resistente a la variación de temperatura. Es seguro,

antideflagrante (no existe peligro de explosión ni incendio).
 Los elementos que constituyen un sistema neumático, son simples y de fácil
comprensión.
 La velocidad de trabajo es alta.
 Permite invertir fácilmente el sentido de trabajo.
 Tanto la velocidad como las fuerzas son regulables de una manera continua. La
neumática resulta útil para esfuerzos que requieran precisión y velocidad.

Desventajas

 Necesita de preparación antes de su utilización

 Debido a la compresibilidad no permite velocidades de los elementos de trabajo
 Los esfuerzos de trabajo son limitados (de 20 a 30000 N)
 Es ruidoso debido a los escapes del aire después de su utilización.
 La construcción de esta y mantenimiento es costosa.
 Es una energía cara que en cierto punto es compensada por el buen rendimiento y la
facilidad de implantación o montaje.

4.3.Criterio de diseño.
Tomando la siguiente información establecida se procede a seleccionar la alternativa bajo
los siguientes parámetros:

 Fácil manipulación
 Mayor producción
 Tiempo de producción
 Peso del equipo
 Ergonomía en la operación
 Precio

38
4.3.1.Proceso de ponderación
Tabla 7. Criterios de diseño por su peso específico.
Criterio Manipulación Producción Peso Ergonomía Precio Σ+1 Ponderada
Manipulación 0,00 0,50 0,50 0,00 2,50 0,13
Producción 1,00 0,00 1,00 0,00 3,50 0,20
Peso 0,50 1,00 1,00 0,00 4,50 0,24
Ergonomía 0,50 0,00 0,50 0,00 2,50 0,13
Precio 1,00 1,00 0,50 1,00 5,50 0,30
Suma 18,50 1,00
Fuente: Propia
Tabla 8. Criterio de manipulación por su peso específico.
Manipulación Alternativa A Alternativa B Alternativa C Σ+1 Ponderada
Alternativa A 0,00 0,50 1,50 0,25
Alternativa B 1,00 1,00 3,00 0,50
Alternativa C 0,50 0,00 1,50 0,25
Suma 6,00 1,00
Fuente: Propia
Tabla 9. Criterio de producción por su peso específico.
Producción Alternativa A Alternativa B Alternativa C Σ+1 Ponderada
Alternativa A 0,00 0,50 1,50 0,24
Alternativa B 1,00 0,50 2,50 0,38
Alternativa C 1,00 0,50 2,50 0,38
Suma 6,50 1,00
Fuente: Propia
Tabla 10. Criterio de peso.
Peso Alternativa A Alternativa B Alternativa C Σ+1 Ponderada
Alternativa A 0,50 0,00 1,50 0,30
Alternativa B 1,00 1,00 2,00 0,40
Alternativa C 1,00 0,50 1,50 0,30
Suma 5,00 1,00
Fuente: Propia

39
 Tabla 11.Criterio de ergonomía por su peso específico.
Ergonomía Alternativa A Alternativa B Alternativa C Σ+1 Ponderada
Alternativa A 0,00 0,50 1,50 0,25
Alternativa B 1,00 1,00 3,00 0,50
Alternativa C 0,50 0,00 1,50 0,25
Suma 6,00 1,00
Fuente: Propia

Tabla 12.Criterio de precio por su peso específico.

Precio Alternativa A Alternativa B Alternativa C Σ+1 Ponderada
Alternativa A 0,50 0,00 1,50 0,25
Alternativa B 1,00 1,00 3,00 0,50
Alternativa C 0,00 0,50 1,50 0,25
Suma 6,00 1,00
Fuente: Propia

Tabla 13. Evaluación del peso específico de cada criterio.

Conclusión Manipulación Producción Peso Ergonomía Precio Σ Prioridad

Alternativa A 0,0325 0,048 0,072 0,0325 0,075 0,25 3,00
Alternativa B 0,065 0,076 0,096 0,065 0,15 0,452 1,00
Alternativa C 0,0325 0,076 0,072 0,0325 0,075 0,288 2,00
Suma 1,00

Fuente: Propia
Se elaboró la tabulación y revisión de esta información según el método de ponderación dio
como resultado más viable la Alternativa B según el criterio ingenieril propuesto es la
mejor elección previo a diseñar ya que este método nos brinda fiabilidad en el proceso,
además de una mayor producción respecto a las otras 2 alternativas de diseño este método
nos ayuda a verificar los mejores aspectos de cada una de ellas así hacer la respectiva
selección de la alternativa viable con respecto a la manipulación, producción, tiempo, peso,
ergonomía y costoso. La Alternativa seleccionada es la B, con una ponderación de 0.452
seguida de la alternativa C con una ponderación de 0.288 y por último la alternativa A con
una ponderación de 0.25.

40
4.4.Datos de campo para el diseño de la prensa hidráulica.
Este tema de investigación se centra en la resistencia de estos dos elementos papel y
plástico ya que el material más resistente a la compresión es el plástico todos los cálculos y
datos obtenidos de campo se basan en el mismo.
Se utilizó un instrumento Hidráulico elaborado por estudiantes de la Facultad de Ciencias
de la Ingeniería donado al departamento de Operaciones Unitarias con el Fin de obtener la
Presión que se requiere para compactar una botella de plástico, ya que este mecanismo
contaba con manómetro mecanismo que se utiliza para medir la presión.

Figura 13. Prensa Hidráulica (Operaciones Unitarias) para la obtención de la presión

requerida
Fuente: Propia

41
 Figura 16. Realizando Compactación.
Figura 14. Adaptación para simular el Fuente: Propia
compactado.
Fuente: Propia

Figura 17. Presión del Manómetro

125psi (Presión necesaria para compactar
Figura 15. Peso en lb de 1 Botella de
1 Botella)
600cm3
Fuente: Propia
Fuente: Propia

42
 Figura 18. Compactación de botellas culminada.
Fuente: Propia

Figura 19. Toma de datos del área efectiva de compactación de 1 botella

Fuente: Propia

43
4.5.Residuos plásticos que se pueden reciclar.
4.5.1.Descripción de los materiales que se pueden reciclar

Tereftalato de polietileno (PET)

El PET es uno de los plásticos reciclados más utilizados. Su uso es frecuente en todo tipo
de botellas de agua, refrescos y otras bebidas, la mayoría de los envases que contienen
líquidos están fabricados con PET.

Polietileno de alta densidad (HDPE)

Este tipo de plástico reciclable es frecuente en envases para lácteos, zumos, champús,
perfumes, botes de detergentes líquidos, con este se hacen los envases de productos de
limpieza y de bebidas entre otros, así como tapones de botellas o cordel para tender la ropa.

Policloruro de vinilo (PVC)

Plástico muy utilizado para embalar elementos no alimenticios (por su toxicidad), tuberías,
aislamiento de cables eléctricos o la fabricación de discos de vinilo. El 68% del policloruro
de vinilo que se utiliza es rígido, mientras que el 31 % es flexible.

Polietileno de baja densidad (LDPE)

Se utiliza este tipo de plástico para bolsas de congelación de alimentos, botes exprimibles,
tapas flexibles o bolsas de basura. Puede presentarse de diferentes maneras. En formas de
láminas planas y tubulares entre otras. Se reutilizan a partir de las bolsas de basuras.

Polipropileno (PP)
Es uno de los plásticos más utilizados en la industria automovilística y en la construcción.
Puede encontrarse en carcasas de baterías de coche o en embudos para gasoil. El
Polipropileno se utiliza para conformar piezas de electrotecnia, láminas de condensadores,
entre otros.

Poliestireno (PS)
Se utiliza en vasos, platos, bandejas o envases de comida para llevar.

44
4.6.Materiales que se Puede Reciclar
En la siguiente tabla se muestra los plásticos que se pueden reciclar con su resistencia a la
compresión, para el estudio de esta investigación se tomara el valor más elevado en la
resistencia a la compresión estos datos son proporcionados por la universidad de Barcelona,
España, fuente confiable para la realización de este estudio.

Tabla 14. Materiales que se pueden Reciclar.

Nombre Resistencia a la Compresión

Tereftalato de polietileno (PET) 62.2 - 68.5 MPa
Polietileno de alta densidad (HDPE) 18.6 - 24.8 MPa
Policloruro de vinilo (PVC) 42.5 - 89.6 -MPa
Polietileno de baja densidad (LDPE) 10.8 - 17.4 MPa
Polipropileno (PP) 25.1 - 55.2 MPa
Poliestireno (PS) 31.6 - 61.8 MPa

Fuente: Propia

En la tabla 14, se representa la resistencia a la compresión de los compuestos que se pueden

reutilizar y reciclar de estos el policloruro de vinilo (PVC) no será tomado en cuenta ya que
este en la actualidad presenta problemas ecológicos debido al cloro presente y a algunos
plastificantes empleados en las síntesis del PVC flexible, quiere decir que descartamos al
pvc como material reciclable para este estudio.

4.7.Partes de la prensa hidráulica

A continuación, se muestra tabla 15 de las partes más importantes y el diseño de la prensa
hidráulica mostrando en ella las partes de la prensa hidráulica a considerar para el diseño el
mismo realizado en el software de diseño mecánico SolidWorks, el cuál posteriormente es
utilizado para la realización de los planos. (Gráfico 16).

45
Tabla 15. Partes importantes de una prensa hidráulica.

Partes más importantes de la Prensa Hidráulica

Cilindro Hidráulico
Panel de Control
Ingreso del Material a Compactar
Zona de Compactación
Salida del Material Compactado
Soporte Estructural (Marco Hiperestático)
Bomba Hidráulica

Fuente: Propia.

Figura 20. Partes importantes de una prensa hidráulica

Fuente: Propia

46
4.8.Cálculos realizados para el diseño de la prensa hidráulica.
Cálculo de número de botellas

Se considera el diseño del volumen de compactación con respecto a la forma y manera de

transportarlos por medio de camiones de carga pesada, para un fácil manejo de este se
consideró las dimensiones de carga del mismo.

A continuación, el número de botellas aproximadas a compactar por la prensa hidráulica

considerando el volumen propuesto.

Fuente: Propia
Datos:

𝑳𝟏 = 1,5𝑚

𝑳𝟐 = 1,5𝑚

𝑳𝟑 = 1𝑚

Desarrollo:

EC. 1 [6]
𝐕𝒄𝒂𝒎𝒂𝒓𝒂 = 𝑙1 × 𝑙2 × 𝑙3

𝐕𝒄𝒂𝒎𝒂𝒓𝒂 = 1,5m × 1,5m × 1m = 2,25 m3

EC. 2 [6]
𝐀 𝒄𝒐𝒎𝒑 = 𝑙1 × 𝑙2

𝐀 𝒄𝒐𝒎𝒑 = 1,5m × 1,5m = 2,25 m2

𝐕𝐨𝐥ú𝐦𝐞𝐧 𝐝𝐞 𝐥𝐚 𝐛𝐨𝐭𝐞𝐥𝐥𝐚 𝐚𝐩𝐫𝐨𝐱 = 6x10−4 m3

47
Este cálculo es esencial para determinar cuál será la fuerza de compresión de la
compactadora ya que con eso determinamos la fuerza necesaria para el diseño de la prensa
hidráulica y así poder determinar el número de cilindros que se necesita para esta
compactación.

Datos:

𝑽𝒄á𝒎𝒂𝒓𝒂 = 2,25 𝑚3

𝑽𝒃𝒐𝒕𝒆𝒍𝒍𝒂 = 0,0006 𝑚3

Desarrollo:

EC. 3 [6]
𝑉𝑐á𝑚𝑎𝑟𝑎
𝐍ú𝐦𝐞𝐫𝐨 𝐝𝐞 𝐛𝐨𝐭𝐞𝐥𝐥𝐚𝐬 𝐝𝐞 𝟏 𝐜𝐨𝐦𝐩𝐚𝐜𝐭𝐚𝐜𝐢ó𝐧 =
𝑉𝐵𝑜𝑡𝑒𝑙𝑙𝑎𝑠

2,25 m3
𝐍ú𝐦𝐞𝐫𝐨 𝐝𝐞 𝐛𝐨𝐭𝐞𝐥𝐥𝐚𝐬 𝐝𝐞 𝟏 𝐜𝐨𝐦𝐩𝐚𝐜𝐭𝐚𝐜𝐢ó𝐧 = = 3750 Botellas
0,0006m3

Volumen de 1 botella compactada

El porcentaje que se obtuvo aproximadamente es del 25% de compactación de 1 botella, ya

que la botella tiene un volumen de 600cm3, se determina el volumen de compactación de 1
botella utilizando una regla de 3 simple.

Datos:

𝟏 𝑩𝒐𝒕𝒆𝒍𝒍𝒂 = 600 𝑐𝑚3 = 6𝑥10−4 𝑚3

𝑷𝒐𝒓𝒄𝒆𝒏𝒕𝒂𝒋𝒆 𝒅𝒆 𝒄𝒐𝒎𝒑𝒂𝒄𝒕𝒂𝒄𝒊ó𝒏 = 25%

Desarrollo:

6 × 10−4 m3 100 %
=
x 25%

25 % × (6 × 10−4 𝑚3 )
𝐱=
100%

𝑽𝟏𝑩𝒐𝒕 𝑪𝒐𝒎𝒑 = 1,5 × 10−4 𝑚3

48
Se determina que el número de botellas en la camara será de:

𝑉𝑐𝑎𝑚𝑎𝑟𝑎
𝐍ú𝐦𝐞𝐫𝐨 𝐝𝐞 𝐛𝐨𝐭𝐞𝐥𝐥𝐚𝐬 𝐭𝐨𝐭𝐚𝐥 𝐞𝐧 𝐥𝐚 𝐜𝐚𝐦𝐚𝐫𝐚 =
𝑉1 𝐵𝑜𝑡 𝐶𝑜𝑚𝑝

2,25 𝑚3
𝐍ú𝐦𝐞𝐫𝐨 𝐝𝐞 𝐛𝐨𝐭𝐞𝐥𝐥𝐚𝐬 𝐭𝐨𝐭𝐚𝐥 𝐞𝐧 𝐥𝐚 𝐜𝐚𝐦𝐚𝐫𝐚 =
1,5 𝑥 10−4 𝑚3

𝐍ú𝐦𝐞𝐫𝐨 𝐝𝐞 𝐛𝐨𝐭𝐞𝐥𝐥𝐚𝐬 𝐭𝐨𝐭𝐚𝐥 𝐞𝐧 𝐥𝐚 𝐜𝐚𝐦𝐚𝐫𝐚 = 15000 𝐵𝑜𝑡𝑒𝑙𝑙𝑎𝑠

Calculo del volumen y la altura de compactación de 3750 botellas

Teniendo en cuenta que nuestro volumen de 1 botella ya compactada es de 1,5x 10-4m3 se

determina mediante regla de 3 simple el volumen de compactación de las 3750

Datos:

𝑽𝟏𝑩𝒐𝒕 𝑪𝒐𝒎𝒑 = 1,55 × 10−4 𝑚3

𝑵ú𝒎𝒆𝒓𝒐 𝒅𝒆 𝑩𝒐𝒕𝒆𝒍𝒍𝒂𝒔 = 3750

Desarrollo:

1 botella 1,5 × 10−4 𝑚3

=
3750 𝑏𝑜𝑡𝑒𝑙𝑙𝑎𝑠 𝑥

1,5 × 10−4 𝑚3 ( 3750 𝑏𝑜𝑡𝑒𝑙𝑙𝑎𝑠)

𝐱=
1

𝑽𝟑𝟕𝟓𝟎 𝑩𝒐𝒕 𝑪𝒐𝒎𝒑 = 0,56 𝑚3

La altura se la determina con el volumen de la camara, tomando en cuenta el área donde se

va a compactar las botellas no varía, la longitud de compactación de las 3750 botellas

Datos:

𝑳𝟏 = 1,5𝑚

𝑳𝟐 = 1,5𝑚

𝑳 𝟑 = ℎ = 𝑎𝑙𝑡𝑢𝑟𝑎

𝐕𝒄𝒂𝒎𝒂𝒓𝒂 = 0,56 𝑚3

49
Desarrollo:

𝐕𝒄𝒂𝒎𝒂𝒓𝒂 = 𝑙1 × 𝑙2 × 𝑙3

0,56 𝑚3 = 1,5m × 1,5m × h

0,56 𝑚3
𝒉=
1,5 𝑚 𝑥 1,5 𝑚

𝒉 = 0,25 m

Si la Longitud de la Camara es de 1 m hubo un desplazamiento del material compactado de

0,75 m obteniendo así un %de compactación del 25 % con 3750 Botellas

Determinación del número de pasadas para la compactación total

Se determinará el número de pasadas por la compactación total para 1 compactación

ejercida por la prensa hidráulica.

𝑁ú𝑚𝑒𝑟𝑜 𝑑𝑒 𝑏𝑜𝑡𝑒𝑙𝑙𝑎𝑠 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑒𝑛 𝑙𝑎 𝑐𝑎𝑚𝑎𝑟𝑎

𝑵ú𝒎𝒆𝒓𝒐 𝒅𝒆 𝒑𝒂𝒔𝒂𝒅𝒂𝒔 =
𝑁ú𝑚𝑒𝑟𝑜 𝑑𝑒 𝑏𝑜𝑡𝑒𝑙𝑙𝑎𝑠 𝑑𝑒 1 𝑐𝑜𝑚𝑝𝑎𝑐𝑡𝑎𝑐𝑖ó𝑛

15000 𝐵𝑜𝑡𝑒𝑙𝑙𝑎𝑠
𝑵ú𝒎𝒆𝒓𝒐 𝒅𝒆 𝒑𝒂𝒔𝒂𝒅𝒂𝒔 =
3500 𝐵𝑜𝑡𝑒𝑙𝑙𝑎𝑠

𝑵ú𝒎𝒆𝒓𝒐 𝒅𝒆 𝒑𝒂𝒔𝒂𝒅𝒂𝒔 = 4

Peso de la compactación de 3750 botellas

Se determinó el peso de 1 botella ver gráfico 13, dando como resultado que el peso de 1
botella de 600cm3 es de 0,040 lb eso es equivalente a 0,018 kg entonces se lo realizo
utilizando una regla de 3 simple teniendo en cuenta que el primer resultado de
compactación es de 3750 botellas en un volumen de 0,56m3:

Datos:

𝑴𝒂𝒔𝒂 = 𝒎 = 0,040 𝑙𝑏 = 0,018 𝑘𝑔

𝑵ú𝒎𝒆𝒓𝒐 𝒅𝒆 𝒃𝒐𝒕𝒆𝒍𝒍𝒂𝒔 = 3750 𝐵𝑜𝑡𝑒𝑙𝑙𝑎𝑠

50
Desarrollo:

1 botella 0,018𝑘𝑔
=
3750 𝑏𝑜𝑡𝑒𝑙𝑙𝑎𝑠 𝑥

0,018 𝑘𝑔 ( 3750 𝑏𝑜𝑡𝑒𝑙𝑙𝑎𝑠)

𝐱=
1

𝒎𝒂𝒔𝒂𝟑𝟕𝟓𝟎 = 68,03 kg

Peso total del bloque compactado

Datos:

𝑴𝒂𝒔𝒂 = 𝒎 = 0,040 𝑙𝑏 = 0,018 𝑘𝑔

Desarrollo:

1 botella 0,018𝑘𝑔
=
15000 𝑏𝑜𝑡𝑒𝑙𝑙𝑎𝑠 𝑥

0,018 𝑘𝑔 ( 15000 𝑏𝑜𝑡𝑒𝑙𝑙𝑎𝑠)

𝐱=
1

𝒎𝒂𝒔𝒂𝟏𝟓𝟎𝟎𝟎 = 270 kg

Determinando el peso total del bloque de volumen 2,25 m3 correspondiente a la camara de

compactación. Este será un dato relevante en la ficha técnica de la prensa hidráulica.

Calculo del área efectiva de compactación de una botella.

Con este cálculo se determinó el área de contacto total de la compresión de 1 botella

ejercida por la presión de la prensa hidráulica utilizando una herramienta de medición se
obtuvo que el diámetro externo del pico de una botella es de 0,025 m y el diámetro interno
de 0,021 m, ver Figura 17.

Datos

∅𝟏 = 0,025 𝑚

∅𝟐 = 0,021 𝑚

51
Desarrollo:

EC. 4 [6]
π∅12
𝐀 𝐦𝐚𝐲𝐨𝐫 =
4

π(0,025m)2
𝐀 𝐦𝐚𝐲𝐨𝐫 =
4

𝐀 𝐦𝐚𝐲𝐨𝐫 = 4,9 × 10−4 m2

π∅22
𝐀 𝐦𝐞𝐧𝐨𝐫 =
4

π(0,021m)2
𝐀 𝐦𝐞𝐧𝐨𝐫 =
4

𝐀 𝐦𝐚𝐲𝐨𝐫 = 3,46 × 10−4 m2

Donde:

EC. 5 [6]
𝐀 𝐞𝐟𝐞𝐜𝐭𝐢𝐯𝐚 = Amayor− Amenor

𝐀 𝐞𝐟𝐞𝐜𝐭𝐢𝐯𝐚 = 4,9 × 10−4 m2 − 3,46 × 10−4 m2

𝐀 𝐞𝐟𝐞𝐜𝐭𝐢𝐯𝐚 = 1,44 × 10−4 m2

Cálculo de la fuerza ejercida por la gata hidráulica para compactar 1 botella

Se establece la siguiente ecuación para el cálculo de la fuerza ejercida por la gata ya que
esta se obtiene tomando datos experimentales, el datos del radio del vástago es de 0,07m.
Obteniendo este dato se puede realizar el cálculo de la fuerza ejercida por la gata para
compactar 1 botella. Donde los valores mostrados se obtienen de la Figura 15

Datos:

La presión se obtuvo de la medición de una botella comprimida

𝑷𝒎𝒂𝒏ó𝒎𝒆𝒕𝒓𝒐 = 125 psi; 0,86 MPa

52
𝒓𝒗á𝒔𝒕𝒂𝒈𝒐 = 0,07 𝑚

Desarrollo:

EC. 6 [6]
𝑭𝑮𝒂𝒕𝒂 = 𝑃𝑚𝑎𝑛ó𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 × 𝐴𝑣á𝑠𝑡𝑎𝑔𝑜

EC. 7 [6]
𝑨𝒗á𝒔𝒕𝒂𝒈𝒐 = 𝜋 𝑟 2

𝑨𝒗á𝒔𝒕𝒂𝒈𝒐 = 𝜋 (0,07𝑚)2

𝑨𝒗á𝒔𝒕𝒂𝒈𝒐 = 1,53 × 10−2 𝑚2

Fuerza de compactación para 1 botella:

La fuerza ejercida para compactar una botella se determina mediante el reemplazo del área
efectiva y de la presión obtenida mediante medición ver Gráfico 15.

Datos:

𝑷𝒎𝒂𝒏ó𝒎𝒆𝒕𝒓𝒐 = 0,86 𝑀𝑃𝑎

𝑨𝒆𝒇𝒆𝒄𝒕𝒊𝒗𝒂 = 1,44 × 10−4 m2

Desarrollo:

EC. 8 [15]
𝐹𝑐𝑜𝑚𝑝𝑎𝑐𝑡𝑎𝑐𝑖ó𝑛
𝑷𝒎𝒂𝒏ó𝒎𝒆𝒕𝒓𝒐 =
𝐴𝑒𝑓𝑒𝑐𝑡𝑖𝑣𝑎

𝑭𝒄𝒐𝒎𝒑𝒂𝒄𝒕𝒂𝒄𝒊ó𝒏 = 𝑃𝑚𝑎𝑛ó𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 × 𝐴𝑒𝑓𝑒𝑐𝑡𝑖𝑣𝑎

𝑭𝒄𝒐𝒎𝒑𝒂𝒄𝒕𝒂𝒄𝒊ó𝒏 = 0,86 𝑀𝑃𝑎(1,44 × 10−4 m2 )

𝑭𝒄𝒐𝒎𝒑𝒂𝒄𝒕𝒂𝒄𝒊ó𝒏 = 123,84 𝑁 = 0,12 𝑘𝑁

Cálculo de la fuerza para compactar 3750 Botellas

Fuerza para compactar las 3750 Botellas:

𝑭𝒄𝒐𝒎𝒑𝒂𝒄𝒕𝒂𝒄𝒊ó𝒏 = 123,84 𝑁 𝑥3750 𝐵𝑜𝑡𝑒𝑙𝑙𝑎𝑠

53
 𝑭𝒄𝒐𝒎𝒑𝒂𝒄𝒕𝒂𝒄𝒊ó𝒏 = 464400 𝑁 = 464,4 𝑘𝑁

Teniendo en cuenta que la fuerza a la cual se va a compactar 3750 botellas es de 464,4kN

transformando a toneladas el cilindro hidráulico será de 46,60 toneladas, ya que en el sector
actual y por los proveedores no hay de este valor de fuerza se utilizará un cilindro
hidráulico de 50 Ton

Calculo del área total de compactación por todo el número de botellas

Sirve para determinar el área total de compactación para todo el número de botellas que va
a compactar la prensa hidráulica.

Datos:

𝑨𝒆𝒇𝒆𝒄𝒕𝒊𝒗𝒂 = 1,44𝑥10−4 𝑚2

𝑵ú𝒎𝒆𝒓𝒐 𝒅𝒆 𝒃𝒐𝒕𝒆𝒍𝒍𝒂𝒔 = 3750

EC. 9 [3]
𝐀 𝐓𝐜𝐨𝐦𝐩𝐁 = Aefectiva × Número de botellas

𝐀 𝐓𝐜𝐨𝐦𝐩𝐁 = 1,44 × 10−4 m2 × 3750

𝐀 𝐭𝐜𝐨𝐦𝐩𝐁 = 0,54m2

Calculo de la presión necesaria para compactar 3750 Botellas

El diámetro del pistón es proporcionado por el proveedor y es de 0,25 m, con este dato se
procede a calcular el área del pistón y posteriormente a que presión está trabajando el
cilindro hidráulico de doble efecto.

Datos:

∅ = 0,25 m

EC. 10 [16]
𝐹𝑐𝑜𝑚𝑝𝑎𝑐𝑡𝑎𝑐𝑖ó𝑛
𝑷𝒄𝒊𝒍𝒊𝒏𝒅𝒓𝒐 𝑯 =
𝐴𝑃𝑖𝑠𝑡𝑜𝑛

54
 EC. 11 [16]
𝑨𝑷𝒊𝒔𝒕𝒐𝒏 = 𝜋 × 𝑟 2

∅
𝒓=
2

Donde:

0,25m
𝒓=
2

𝒓 = 0,125 𝑚

Entonces:

𝑨𝑷𝒊𝒔𝒕𝒐𝒏 = 0,0490𝑚2

Así se obtiene la presión de:

EC. 12. [16]

464400 𝑁
𝑷𝒄𝒊𝒍𝒊𝒏𝒅𝒓𝒐 𝑯 =
0,0490 𝑚2

𝑷𝒄𝒊𝒍𝒊𝒏𝒅𝒓𝒐 𝑯 = 9460679,11 𝑃𝑎 = 9,4𝑀𝑃𝑎 = 1363 𝑝𝑠𝑖

Por catálogo de proveedor se va a trabajar con una presión de 3000 psi intuyendo un factor
de seguridad de N=2

Determinación del cilindro hidráulico

Es necesario determinar cuáles son las capacidades del cilindro hidráulico teniendo en
cuenta la fuerza de compactación a la cual la prensa hidráulica estará trabajando idealmente
sobre la paca de botellas de plástico.

La presión total de compactación debe estar relacionado con la resistencia a la

compactación del PET (Tabla 14), así como la fuerza de compactación.

Por catálogo de los proveedores se encuentra de diámetro de pistón = 0,26 m con un

diámetro de vástago =0,18m con una fuerza de 50 Ton y una Presión de 3000 psi

55
A continuación, se especificará los datos más relevantes del cilindro hidráulico

Tabla 16. Especificaciones del cilindro hidráulico

Especificaciones del cilindro hidráulico Unidad

Fuerza de Prensado (Ton) 50
Recorrido (mm) 1500
Presión máxima del cilindro (psi) (Mpa) 3000 ; 20,68
Presión de trabajo (psi)(Mpa) 1363 psi ; 9,4
Diámetro de pistón (mm) 250
Diámetro de vástago (mm) 180
Dimensiones (mm) 2200 x 450 x 450
Número de Pasadas 4

Fuente: Propia

4.9.Cálculo estructural
4.9.1.Cálculo teórico.
El cálculo estructural es necesario para determinar los materiales adecuados para que este
no sufra una flexión, torsión, entre otros, fenómenos la prensa hidráulica. La resistencia de
materiales es esencial. El modo de cálculo será el siguiente se considera y se modela un
marco hiperestático donde la fuerza de compactación es de 464 ,4 kN.

56
 Figura 21. Marco Hiperestático
Fuente: Propia
Descomponiendo la Estructura:

Ya que este tema de investigación se trata sobre el diseño de una prensa hidráulica se
empieza dando en detalle un marco hiperestático y se procede a descomponer el marco en
3 partes iguales ya que este marco estructural es simetrico El Punto AB es igual al punto
CD Y sus fuerzas momentos son iguales con signo contrario, este procedimiento es
necesario para hallar los momentos y resolver este tipo de marco hiperestático que en un
principio por la Sumatoria de fuerzas y sumatoria de momentos no se puede determinar.
Tambien se hara la respectiva comprobacion de esta estructura mediante el sotfware
estructural Sap2000. Antes de proceder a la descomposición del marco hiperestático se
empezará diseñando la estructura de la prensa hidráulica desde el soporte donde estará
ubicado el cilindro hidráulico de doble efecto que ira en la parte superior del marco
hiperestático. Se calculará los momentos flectores, la deformación máxima, los cortantes.

Con el momento máximo de la viga se procederá a seleccionar el perfil correspondiente

teniendo en cuenta que el esfuerzo a la fluencia del acero ASTM A-36 es de =36 ksi, se
considerara un factor de seguridad de N = 2.

Datos:

𝝈𝑨𝟑𝟔 : 𝐸𝑠𝑓𝑢𝑒𝑟𝑧𝑜 𝑎 𝑙𝑎 𝑡𝑒𝑛𝑠𝑖𝑜𝑛 𝑑𝑒𝑙 𝑎𝑐𝑒𝑟𝑜

𝑺𝒚 : 𝐸𝑠𝑓𝑢𝑒𝑟𝑧𝑜 𝑎 𝑙𝑎 𝑓𝑙𝑢𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝐴36 = 36𝑘𝑠𝑖

57
𝑵: 𝐹𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟 𝑑𝑒 𝑠𝑒𝑔𝑢𝑟𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑐𝑜𝑚𝑢𝑛𝑚𝑒𝑛𝑡𝑒 2
Desarrollo:
EC. 13 [16]
𝑺𝒚
𝝈𝑨𝟑𝟔 =
𝑵
𝟑𝟔𝒌𝒔𝒊
𝝈𝑨𝟑𝟔 =
𝟐

𝝈𝑨𝟑𝟔 = 𝟏𝟖 𝒌𝒔𝒊

Este dato será de suma importancia para la selección del perfil adecuado. A continuación,
se tomará como referencia para el cálculo manual de la estructura el prontuario de Anejo.

Figura 22. Prontuario de Vigas [17]

Fuente: Propia
Se toma coma referencia el prontuario de vigas en este caso la fuerza que se tomará será de
464400N como serán 2 soportes de perfiles estructurales que irán conectados al marco
hiperestático esta fuerza se dividirá entre 2.

58
El prontuario de vigas esta con una carga puntual hacia abajo debido a que el cilindro
hidráulico está en la parte superior y este ejerce una fuerza de compactación hacia abajo la
fuerza que reacciona a esta será hacia arriba ya que el plástico tiende a tener una reacción
opuesta a la producida por el cilindro hidráulico.

Datos:

𝑭 = 232200𝑁

𝑳 = 1,7 𝑚

Desarrollo:

Esquema:

Figura 23. Esquema cortante del soporte estructural

Fuente: Propia

Reacciones

EC. 14 [17]
𝑅𝑎 = 𝑅𝑏 = 𝐹/2

232200𝑁
𝑅𝑎 = 𝑅𝑏 =
2

𝑅𝑎 = 𝑅𝑏 = 116100 𝑁

Cortantes:

EC. 15 [17]
𝐹
𝑉𝑎 = −
2
59
 232200𝑁
𝑉𝑎 = −
2

𝑉𝑎 = 116100𝑁

EC. 16 [17]
𝐹
𝑉𝑏 =
2

232200𝑁
𝑉𝑏 =
2

𝑉𝑏 = 116100𝑁

Esquema del Cortante:

Figura 24. Diagrama de cortante del soporte

Fuente = Propia

Momentos:

EC. 17 [17]
𝐹𝐿
𝑀𝑎 = 𝑀𝑏 =
8

116100 𝑁 (1.7𝑚)
𝑀𝑎 = 𝑀𝑏 =
8

𝑀𝑎 = 𝑀𝑏 = 49342,5 𝑁𝑚

EC. 18 [17]
𝐹𝐿
𝑀𝑐 = −
8

60
 𝑀𝑐 = −49342,5 𝑁𝑚

Esquema del Momento:

Figura 25. Diagrama del momento flector del soporte

Fuente: Propia

Se halla el módulo de sección de la Viga utilizando el momento máximo de la viga entre el

esfuerzo a la tensión del acero.

Datos:

𝑴𝒎á𝒙 = 49342,5 𝑁. 𝑚

𝝈𝑨𝟑𝟔 = 18 𝑘𝑠𝑖 = 124,1 𝑥 106 𝑁/𝑚2

Desarrollo:

EC. 19 [6]
𝑀𝑚á𝑥
𝑺𝒙𝒙 =
𝜎𝐴36
49342,5 𝑁𝑚
𝑺𝒙𝒙 =
124,1 × 106 𝑁/𝑚2
𝑺𝒙𝒙 = 3,97 × 10−4 𝑚3 = 397,60 𝑐𝑚3
Se selecciona el perfil HEB 180 ya que tiene un módulo de sección de 426 cm3 Se procede
a calcular la deflexión máxima de la viga teniendo en cuenta que el módulo de elasticidad
del acero astm a-36 es de 200 GPa y el momento de inercia en la sección y = 1360 cm4.

Datos:

61
𝑭 = 232200
𝑳 = 1,7 𝑚
𝑬 = 200 𝐺𝑃𝑎
𝑰 = 1360 𝑐𝑚4
Desarrollo:
EC. 20 [17]
𝐹𝐿𝟑
𝒚𝒎á𝒙 =
192𝐸𝐼
232200𝑁(1,7𝑚)3
𝒚𝒎á𝒙 =
1 𝑚4
192(200 × 109 𝑁/𝑚2 )(1360𝑐𝑚4 × )
(100 𝑐𝑚)4
𝒚𝒎á𝒙 = 2,18 × 10−3 𝑚 = 2,18 𝑚𝑚
Obteniendo estos datos se procederá a diseñar la viga con la nomenclatura antes expuesta
para la respectiva simulación en el software sap2000 para comparar los datos obtenidos.

Diagrama de cortante:

Figura 26. Diagrama de Cortante utilizando Sap 2000

Fuente: Propia
Diagrama de Momento

62
 Figura 27. Diagrama de momento utilizando Sap 2000
Fuente: Propia

Deflexión máxima

Figura 28. Deflexión máxima utilizando Sap 2000

Fuente: Propia
Factor de Seguridad

63
 Figura 29. Simulación del Factor de Seguridad utilizando Solidworks.
Fuente: Propia.

En la figura 28 se puede observar que la deflexión es de 1,54 mm. Se procederá a

estructural el marco hiperestático calculando la viga de la parte superior considerando las
nuevas fuerzas ejercidas en esta.

El marco hiperestático por fin de construcción y simetría se considera que tiene una
distancia entre fuerzas de 400 mm = 0,4 m con una longitud de 1,735 m para ser exactos.

Datos:

𝑭 = 232200𝑁

𝑳 = 1,735 𝑚

𝒂 = 667,5 𝑚𝑚 = 0,6775 𝑚

Desarrollo:

Esquema:

64
 Figura 30. Esquema de Diagramas de cortantes y flectores [17]
Fuente: Propia

Reacciones

EC. 21 [17]
𝑅𝑎 = 𝑅𝑏 = 𝐹

𝑅𝑎 = 𝑅𝑏 = 116100 𝑁

Cortantes:

EC. 22 [17]
𝑉𝑎 = 𝐹

𝑉𝑎 = 116100𝑁

EC. 23 [17]
𝑉𝑏 = 𝐹

𝑉𝑏 = 116100 𝑁

Esquema del Cortante:

65
 Figura 31. Diagrama de cortante [17]

Momentos:

EC. 24 [17]
𝐹𝑎
𝑀𝑎 = 𝑀𝑏 = −
2

116100 𝑁 (0,6675𝑚)
𝑀𝑎 = 𝑀𝑏 = −
2

𝑀𝑎 = 𝑀𝑏 = − 38748,375 𝑁𝑚

EC. 25 [17]
𝐹𝐿
𝑀𝑐 =
2

𝑀𝑐 = 38748, 37 𝑁𝑚

Esquema del Momento:

Figura 32. Diagrama de Momento del Marco Hiperestático. [17]

66
Se halla el módulo de sección de la Viga utilizando el momento máximo de la viga entre el
esfuerzo a la tensión del acero.

Datos:

𝑴𝒎𝒂𝒙 = 49342,5 𝑁𝑚

𝝈𝒎𝒂𝒙 = 18 𝑘𝑠𝑖 = 124,1 𝑥 106 𝑁/𝑚2

Desarrollo:
EC. 26 [6]
𝑀𝑚á𝑥
𝑺𝒙𝒙 =
𝜎𝐴36
38748,37 𝑁𝑚
𝑺𝒙𝒙 =
124,1 × 106 𝑁/𝑚2
𝑺𝒙𝒙 = 3,122 × 10−4 𝑚3 = 312,23 𝑐𝑚3
Se selecciona el perfil UPN 260 ya que tiene un módulo de sección de 371 cm3. Se procede
a calcular la deflexión máxima de la viga teniendo en cuenta que el módulo de elasticidad
del acero astm a-36 es de 200 GPa y el momento de inercia en la sección y = 317 cm4.

Datos:
𝑭 = 116100 𝑁
𝑳 = 1,735 𝑚
𝒂 = 0,6675 𝑚
𝑬 = 200 𝐺𝑃𝑎
𝑰 = 317 𝑐𝑚4
Desarrollo:
EC. 27 [17]
𝐹𝑎2 (3𝐿 − 4𝑎)
𝒚𝒎á𝒙 =
48𝐸𝐼
116100𝑁 (0,6675𝑚)2 (3(1,735 𝑚) − 4(0,6675𝑚))
𝒚𝒎á𝒙 =
1 𝑚4
48(200 × 109 𝑁/𝑚2 )(317𝑐𝑚4 × )
(100 𝑐𝑚)4
𝒚𝒎á𝒙 = 4,30 × 10−3 𝑚 = 4,3 𝑚𝑚

67
Obteniendo estos datos se procederá a diseñar la viga con la nomenclatura antes expuesta
para la respectiva simulación en el software sap2000 para comparar los datos obtenidos.

Diagrama de cortante:

Figura 33. Diagrama de cortante de la viga utilizando el Sap 2000

Fuente: Propia.
Diagrama de Momento:

Figura 34. Diagrama de momento de la viga utilizando Sap 2000.

Fuente: Propia.
Deflexión máxima:

Figura 35. Simulación de la deflexión máxima de la viga utilizando Sap 2000.

Fuente: Propia
68
Factor de seguridad

Figura 36. Simulación del factor de seguridad de la viga utilizando Solidworks

Fuente: Propia.
Cálculo de Columnas
Se utilizará como referencia el libro de Roberth Mort de resistencia de materiales en el
diseño de columna del marco de la prensa hidráulica.

Figura 37. Tipo de conexiones para el diseño de una columna. [6]

69
Se determinó el factor de fijación de los extremos K, comparando la forma de conexión de
la columna a sus apoyos con utilizando el gráfico 35.

Datos:

𝑳 = 2𝑚

𝑲 = 0,65

Desarrollo:

EC. 28 [6]
𝑳𝒆 = 𝐾𝐿

𝑳𝒆 = 0,65 (2𝑚)

𝑳𝒆 = 1,3 𝑚

Con el fin de realizar el estudio se especificó que el momento de inercia y el área serán de
una HEB 180, para determinar el radio de giro de la sección transversal

Datos:

𝑰 = 1360 𝑐𝑚4

𝑨 = 65,30 𝑐𝑚2

Desarrollo:

EC. 29 [6]

𝑰𝒎𝒊𝒏
𝒓𝒎𝒊𝒏 = √
𝑨

𝟏𝟑𝟔𝟎 𝒄𝒎𝟒
𝒓𝒎𝒊𝒏 = √
𝟔𝟓, 𝟑𝟎 𝒄𝒎𝟐

𝒓𝒎𝒊𝒏 = 𝟒, 𝟓𝟔 𝒄𝒎 = 𝟎, 𝟎𝟒𝟓 𝒎

Se procede a calcular la relación de esbeltez máxima para proceder al cálculo de la carga

crítica que puede soportar la columna.

70
Datos:

𝑳𝒆 = 1,3 𝑚

𝒓𝒎𝒊𝒏 = 4,56 𝑐𝑚 = 0,045 𝑚

Desarrollo:

EC. 30 [6]
𝐿𝑒
𝑺𝑹𝒎á𝒙 =
𝑟𝑚𝑖𝑛

1,3 𝑚
𝑺𝑹𝒎á𝒙 =
0,045 𝑚

𝑺𝑹𝒎á𝒙 = 28,48

Con el módulo de elasticidad y la resistencia a la cedencia sy del material, se calcula la

constante de la columna.

Datos:

𝑺𝒚 = 𝟐𝟒𝟖 𝑴𝑷𝒂

𝑬 = 𝟐𝟎𝟎𝑮𝑷𝒂

Desarrollo:

EC. 31 [6]

𝟐𝝅𝟐 𝑬
𝒄=√
𝑺𝒚

𝟏𝟎𝟗 𝑵
𝟐𝝅𝟐 (𝟐𝟎𝟎 × )
𝒎𝟐
𝑪𝒄 = √
𝟏𝟎𝟔 𝑵
(𝟐𝟒𝟖 × )
𝒎𝟐

𝑪𝒄 = 𝟏𝟐𝟔, 𝟏𝟔

Si el SR es menor que la constante de la columna se utiliza la fórmula de Jhonson para el

cálculo de la carga de pandeo crítica.

71
Datos:

𝑺𝒚 = 𝟐𝟒𝟖 𝑴𝑷𝒂

𝑬 = 𝟐𝟎𝟎𝑮𝑷𝒂

𝑺𝑹𝒎á𝒙 = 28,48

𝑨 = 65,30 𝑐𝑚2

Desarrollo:

EC. 32 [6]
𝑺𝒚 𝑺𝑹
𝑷𝒄𝒓 = 𝑨𝑺𝒚 (𝟏 − )
𝟒𝝅𝟐 𝑬

𝑵
𝟏𝒎𝟐 𝑵 (𝟐𝟒𝟖 × 𝟏𝟎𝟔 𝟐 ) (𝟐𝟖, 𝟒𝟖) 𝟐
𝑷𝒄𝒓 𝟐
= (𝟔𝟓, 𝟑𝟎 𝒄𝒎 × ) (𝟐𝟒𝟖 × 𝟏𝟎𝟔
) [𝟏 − 𝒎 ]
(𝟏𝟎𝟎𝒄𝒎) 𝟐 𝒎𝟐 𝟐 𝟏𝟎𝟗 𝑵
𝟒𝝅 (𝟐𝟎𝟎 × )
𝒎𝟐

𝑷𝒄𝒓 = 𝟏𝟓𝟕𝟖𝟏𝟖𝟐, 𝟏𝟑𝟐 𝑵

Se obtiene como resultado que la carga de pandeo crítica es de 1578182,13 N teniendo en

consideración que las columnas van a estar sometidas a una carga de como generación de la
carga que se va a soportar es de 464400 N, se procederá a obtener el Factor de Seguridad.

Datos:

𝑷𝒄𝒓 = 𝟏𝟓𝟕𝟖𝟏𝟖𝟐, 𝟏𝟑𝟐 𝑵

𝑷𝒂𝒅𝒎 = 𝟒𝟔𝟒𝟒𝟎𝟎 𝑵

Desarrollo:
EC. 33 [6]
𝑷𝒄𝒓
𝑷𝒂𝒅𝒎 =
𝑵
𝑷𝒄𝒓
𝑵=
𝑷𝒂𝒅𝒎

𝟏𝟓𝟕𝟖𝟏𝟖𝟐, 𝟏𝟑𝟐𝑵
𝑵=
𝟒𝟔𝟒𝟒𝟎𝟎𝑵

𝑵 = 𝟑, 𝟑𝟗

72
A continuación, se procederá a simular la columna en el programa de elementos finitos
Solidworks.

Figura 38. Simulación del factor de seguridad de la columna.

Fuente: Propia

4.9.2.Comparación de dato Teórico y Experimental del Cálculo

Estructural.
Se basa en una operación matemática que da a conocer la diferencia entre un valor teórico a
uno experimental ya que para poder saber el porcentaje de error de esta comparación se
requiere saber los dos valores a calcular de la muestra ya tomada, se tomara un dato
relevante para el diseño como la deformación máxima de la viga.

73
Fórmula a Utilizar:

EC. 34 [6]
|𝒕𝒆ó𝒓𝒊𝒄𝒐 − 𝒆𝒙𝒑𝒆𝒓𝒊𝒎𝒆𝒏𝒕𝒂𝒍|
%𝒆𝒓𝒓𝒐𝒓 = 𝒙𝟏𝟎𝟎
𝒆𝒙𝒑𝒆𝒓𝒊𝒎𝒆𝒏𝒕𝒂𝒍

Datos:

Teórico:
𝒚𝒎á𝒙 = 2,18 × 10−3 𝑚 = 2,18 𝑚𝑚
Experimental:
𝒚𝒎á𝒙 = 1,94 𝑚𝑚
Desarrollo:
|𝒕𝒆ó𝒓𝒊𝒄𝒐 − 𝒆𝒙𝒑𝒆𝒓𝒊𝒎𝒆𝒏𝒕𝒂𝒍|
%𝒆𝒓𝒓𝒐𝒓 = 𝒙𝟏𝟎𝟎
𝒆𝒙𝒑𝒆𝒓𝒊𝒎𝒆𝒏𝒕𝒂𝒍

|𝟐, 𝟏 − 𝟏, 𝟗|
%𝒆𝒓𝒓𝒐𝒓 = 𝒙𝟏𝟎𝟎
𝟏, 𝟗𝟒

%𝒆𝒓𝒓𝒐𝒓 = 𝟎, 𝟏𝟎%

4.10.Sistema Hidráulico de la Prensa

Teniendo en consideración la Presión total de Compactación que es de 537.2 psi con un

área total de compactación de 0.054 m2 teniendo así una Fuerza de: 200 kN.

Como dato ya calculado tenemos que el diámetro del cilindro sería de 0.2622 m

Calculando la Velocidad de Salida se considera un flujo de 18.75 dm3/min (5 galones por

minuto)

Datos:

Q= 18,75 dm3/min

Atcom =0,05 m2

74
Desarrollo:

EC. 35 [6]
𝑄
𝑽𝒔𝒂𝒍 =
𝐴

dm3
18.75 min
𝑽𝒔𝒂𝒍 =
0,05 𝑚2

𝑚
𝑽𝒔𝒂𝒍 = 0,375
𝑚𝑖𝑛

4.10.1.Potencia Necesaria del Motor

Se necesita establecer la presión del Motor con la siguiente fórmula:

Datos:

𝒑 = 9,4 𝑀𝑃𝑎

𝑑𝑚3
𝑸 = 18,75
𝑚𝑖𝑛

EC. 36 [6]
𝑃 = 𝑝𝑥𝑄

𝑑𝑚3
18,75 𝑚𝑖𝑛
𝑃 = 9,4 𝑀𝑃𝑎 ×
60

𝑃 = 2,93 𝐾𝑤

Al contar con una unidad de potencia de 5 Hp con 3,72kW, no se establece como una
consecuencia considerando que tiene una eficiencia del 78 por ciento realizado en el
cálculo siguiente:

Datos:

𝑷𝒆𝒏𝒕 = 2,93 𝐾𝑤

75
 𝑷𝒔𝒂𝒍 = 3,72𝐾𝑤

EC. 37 [6]
𝑃 𝑠𝑎𝑙
𝜂=
𝑃 𝑒𝑛𝑡

𝜂 = 78 %

Debido a que la Presión que se maneja para este Diseño de Prensa Hidráulica no es superior
a los 1.500 MPa, no se requiere cálculos de compresibilidad del aceite. La caída de presión
de este sistema no debe estar por menos de los 4 bar, ya que considerando tiene una válvula
de 4/3 tiene 4 conexiones únicamente.

4.10.2.Tanque Hidráulico.
En este gráfico se muestra
el tanque hidráulico ideal.

Figura 39. Tanque Hidráulico [14]

En este se presentan accesorios principales e indispensable que contiene este
almacenamiento de aceite que es:

 Filtro de llenado
 2 sellos
 Ducto de drenaje
 Tapa para la limpieza y mantenimiento
 Mampara para el retorno y sujeción del aceite
 Medidor de nivel de aceite –Termómetro para medir la temperatura del aceite
 Orificios de sujeción

76
4.10.3.Circuito Hidráulico.
En este se representa Esquemáticamente cada uno de los elementos del equipo hidráulico.

Figura 40. Circuito Hidráulico de la Prensa Hidráulica.

Fuente: Propia

(Gráfico 43) Se muestra el diseño del Circuito Hidráulico de la prensa hidráulica en un

software de Creación, simulación, instrucción y estudio electrohidráulico, estudio electro
neumático y circuitos digitales, este programa permite crear circuitos muy fácilmente los
diagramas, se comprobó el diseño mediante este programa conocido como FluidSim.

77
A continuación, se plantea el diagrama de arranque y paro del motor trifásico de 5HP

Figur
a 41.
Diagr
ama
de
Arran
que y
Paro
de un
Motor
Trifási
co.
(Esqu
ema
de
Fuerz
a)
Fuent
e:
Propia

En la figura 41se presenta una propuesta del sistema de arranque y paro de un motor
trifásico utilizando el software CadSimu, este es programa que permite efectuar diagramas
eléctricos, simular su funcionamiento, también cuenta con la opción de simular circuitos
para comprobar que funcione estas conexiones.

78
Figura 42.Circuito Eléctrico del Mando del Arranque y paro de la Prensa Hidráulica.

Fuente: Propia
Figura 43. Esquema funcional de mando del Motor Trifásico.
Fuente: Propia

79
Realizando la simulación de funcionamiento del motor trifásico para el circuito de arranque
y paro del motor, se realizó esta simulación en un software conocido como fluidsim,
programa que afronta situaciones reales, y distintos casos en esta simulación como el de
encendido y apagado, posible causa de falla por recalentamiento, además que cuenta con
una amplia galería de modelos de válvulas entre otras.

Materiales a utilizar en el Circuito Hidráulico de la Prensa:

 Cilindros de Compactación y Expulsión

 2 Válvula anti retorno
 Válvula de contrabalance
 Válvula direccional de compactación y expulsión
 Válvula reguladora de presión de compactación y expulsión
 Filtros de sujeción y retorno
 Válvula check
 Motor Eléctrico
 Bomba hidráulica
 Coladera de succión
 Tanque hidráulico
 Válvula reguladora de presión de seguridad.

Dimensionamientos del Tanque

Existen 2 casos particulares para establecer el dimensionamiento de un tanque hidráulico, el

primero para sistemas en aplicaciones industriales, y el otro en considerar el tamaño y
cantidad de aceite requerido para este proceso.

Filtros.

Debe tratarse de puntos diferentes, ya que este es uno de los requerimientos para que el
tratamiento del aceite dentro del sistema hidráulico no tenga filtración con respecto a la
necesidad del sistema.

80
 Figura 44. Filtro de Presion. Ubicado enla parte posterior de la Bomba. [16]

Mecanismo de Expulsión.

La mayoría de prensas utilizan barras de acero junto con vigas para sostener en un lugar el
cilindro, y el centrado del mismo dependerá únicamente de las sujeciones que se hará para
que este lo más preciso posible.

Una vez que la Compactación se realiza con éxito, el cilindro deberá volver a su estado
original este sistema de extracción nos permitirá usar el mismo cilindro de compactación
para la extracción de la pastilla.

Instalación de la Maquina Compactadora.

Para poder instalar la maquina compactadora el primer paso será tener una conexión
eléctrica estable, un motor trifásico seria de mal uso utilizar una conexión de corriente
directa por la magnitud de la presión que ejerce esta Compactadora de papel y plástico.

Existe en el mercado arrancadores que tiene botones de encendido y apagado integrado,

también con un botón de Paro de ser requerido para que este sea utilizado en caso de
emergencia.

Ya haciendo la conexión eléctrica el sentido de giro del motor debe ser el adecuado para
evitar que la máquina tenga algún desperfecto de arranque

Contará con una Válvula de Alivio para que este se abra cuando alcance una presión de los
100 bar.

81
Operación de la Prensa Hidráulica.

1. Asegurarse que se encuentre en posición neutral la palanca bidireccional para el

arranque de la prensa
2. Prender el motor eléctrico utilizando el sistema de arranque
3. Colocar la compuerta de salida en la ranura correspondiente para así evitar colapso
de material
4. Limpiar los residuos de plástico o cartón que puede haberse quedado en el interior
de la prensa
5. Ingreso del producto a compactar
6. Accionamiento de la palanca direccional para su proceso de compactación
7. En caso de que el manómetro indique una presión de 100 bar presionar el botón de
paro y colocar la palanca en posición neutral.
8. Accionar la barra direccional para que el cilindro vuelva a su estado original
9. Retirar totalmente el productor con su sistema de compactación
10. Colocarlo en la compuerta de expulsión
11. Repetir Ciclo.

Mantenimiento de la Prensa Hidráulica.

 Será únicamente en ciertos casos el sistema hidráulico el que tienda al fallo

 Hacer una inspección del nivel de aceite, el estado del filtro, tal como se los muestre
en los manuales de operación de estos.
 Para el mantenimiento de la unidad hidráulica y el cilindro se deberá consultar el
manual del fabricante y seguirlo puntualmente, para garantizar el buen
funcionamiento del sistema.
 El componente del sistema hidráulico debe contar con su respectivo instructivo a la
hora de realizar la compra del mismo.

82
4.11.SIMULACION ESTRUCTURAL DE LA PRENSA HIDRÁULICA
A continuación, se procederá a la creación en 3D con las medidas antes expuesta de la parte
estructural de la prensa hidráulica esta empezará con una carga de 50 ton en la parte
superior para analizar cuanto se deforma la estructura verticalmente y así saber si es viable
la construcción de la misma.

Figura 45. Simulación de la parte estructural de la prensa hidráulica

Fuente: Propia
En la figura 45 se muestra que la deformación máxima es de 2,1 mm en donde va a estar
asentado el cilindro hidráulico de doble efecto y esta va a transmitir la fuerzas a las
columnas.

83
 Figura 46. Factor de seguridad en toda la prensa hidráulica
Fuente: Propia
Se determina que el factor de seguridad es de 3 para toda la estructura de la prensa
hidráulica con este se determina que no va a fallar ya que esta estructura soporta 3 veces el
tonelaje aplicado.

Figura 47.Esfuerzo máximo a la cual está sometida la prensa hidráulica.

Fuente: Propia

84
4.12.Análisis Económico
Se procede a realizar un estudio de los costos tanto de manufactura de ensamblaje y
construcción de la prensa hidráulica para papel y plástico. Estos materiales y elementos
mecánicos serán de excelente calidad para asegurar la fiabilidad del mismo y duración.

4.12.1.Precio de materiales estructurales utilizados

Se realizará el desglose de todo el material como planchas, tubos estructurales perfiles ejes,
etc. Una vez teniendo todos estos datos se procederá a obtener el precio real de la prensa
hidráulica con todos sus componentes que interfieren en el mismo, así como dándole un
plus al diseño de la compactadora de plásticos.

Tabla 17.Precio de materiales estructurales

VALOR
CANT. DESCRIPCIÓN UNID. TOTAL
UNIT.
10 Tubo cuadrado 75mmx75mmx4mm (ASTM A36) 6 metros 51,72 517,22
7 Ángulo 25mmx3mm (ASTM A36) 6 metros 5,22 36,54
1 UPN 260 (ASTM A36) 3 metros 140 140
1 UPN 260 (ASTM A 36) 6 metros 280 280
1 Planchas Naval 1480x1480x10 890 890
1 Plancha Naval 1520x1520x10 900 900
2 Tuberia AISI 1018 de 1 1/5" 1700mm 64,50 129,00
1 Tubería perforada AISI 1018 de 1 1/5" 1700 mm 35,40 35,40
4 Planchas 4mm Stand 100 400
1 HEB 180 6 metros 600 600
2 HEB 180 3 metros 425 850
SUBTOTAL $ 4778,16
Fuente: Propia

4.12.1.1.Precio de partes sistemáticas de la Prensa Hidráulica

Son los distintos elementos de máquina que constituye la prensa hidráulica. Estos precios
se detallan en la siguiente tabla:

85
Tabla 18. Precio de partes sistemáticas
CANT. DESCRIPCIÓN UNID. VALOR TOTAL
UNITARIO
1 Motor trifásico 5 HP Unidad 324 324
1 Cilindro hidráulico doble efecto 3000 psi 2870 2870
2 Válvula anti retorno Unidad 154 308
1 Válvula Check Unidad 148 148
1 Bomba Hidráulica Unidad 255 255
1 Tanque Hidráulico Unidad 120 120
1 Válvula reguladora de Presión de Seguridad Unidad 280 280
1 Relay Unidad 5 5
1 Disyuntor Unidad 10 10
1 Breaker 5SX1310-7 3P 10A 240V 10KA Unidad 18,45 18,45
SUBTOTAL $ 4338,45
Fuente: Propia.
4.12.1.2.Precio de materiales para el ensamble y acabado de la máquina
A continuación, se detallan los materiales complementarios para la fabricación de la
máquina que van a proporcionar un buen acabado y presentación de la misma.
Tabla 19.Precio de materiales para ensamble y acabado
CANT. DESCRIPCIÓN UNID. VALOR TOTAL

5 Lija de hierro #100 Unidad 0,60 1,2

2 Pack de Electrodo E 7011 Unidad 17,60 35,20
1.5 Thinner Litro 3,10 4,65
4 Pintura anticorrosiva Litro 10,68 42,72
4 Pintura para acabado Litro 16,19 64,76
6 Disco de corte Rasta Unidad 6,50 175,5
28 Arandelas M30 Unidad 0,25 7
4 Pernos M30x260mm + Tuerca Unidad 3,5 14
4 Pernos M30x140mm + Tuerca Unidad 1,5 6
16 Pernos M30X270 mm +Tuerca Unidad 4,0 64

SUBTOTAL $ 415,03

Fuente: Propia

86
4.12.1.3.Precio de maquinado

Se detallan los precios que se efectúan en la elaboración de piezas para la máquina

compactadora hidráulica en la Tabla 17. Se incluye también los gastos para elaborar las
uniones entre varios componentes.
Tabla 20. Maquinado de las piezas estructurales para el ensamble
OPERACIÓN DESCRIPCIÓN SALARIO HORAS TOTAL
/HORA
Corte y doblado Elaboración de los marcos Estructurales 7 2 14
Soldadura Uniones de estructura con el soporte de la Prensa 9,4 1 9,4
Fresado Elaboración de las Cilindros 8 3 24
Torneado Elaboración del Tanque Hidráulico 8 1 8
Corte y Doblado Elaboración de Cajas automáticas 11,5 1 11,5

Perforado Elaboración de agujeros en planchas de 2 1,5 3

compactación
Corte Maquinados de los ejes y de los pasadores 12,5 1,5 18,75
Corte y doblado Elaboración de las tolvas y canales de 7 2 14
deslizamiento del papel y plástico
Soldadura Unión de planchas de compuerta de salida y 9,4 2 18,8
entrada
Corte y Doblado Elaboración sistema Hidráulico 11,5 1 11,5
fresado
SUBTOTAL 228,95
Fuente: Propia

4.12.1.4.Tabulación del precio de la mano de obra

En la siguiente tabla se detallan los costos correspondientes a la mano de obra empleada en

la construcción y elaboración de la máquina.
Tabla 21. Precio de mano de obra
N° DESCRIPCIÓN SALARIO / HORA HORAS TOTAL
1 Maestro Mecánico 6,50 70 448
1 Ayudante 4,00 70 280
SUBTOTAL 728
Fuente: Propia
87
4.12.1.5.Precio de diseño de la prensa.

Para desarrollo de los cálculos y la realización de planos de cada uno de los elementos que
se necesitan para la correcta elaboración de la máquina se requiere un aproximado de 40
horas. El costo establecido por diseñadores en el mercado nacional es de $ 15 por hora. De
esta manera se determina lo siguiente:

Tabla 22. Precio del diseño de la prensa

N° DESCRIPCIÓN SALARIO /HORA HORAS TOTAL
1 Ingeniería y diseño 15,00 40 600,00
SUBTOTAL 600,00
Fuente: Propia

4.12.1.6.Precio final de la prensa hidráulica

En la Tabla 23 se muestra la sumatoria de cada uno de los precios anteriores al cual
también se suma el valor referente del precio del diseño, precio de eventos repentinos que
son los que se relacionan con el transporte, administración y valores adicionales que se
originan en el desarrollo del proyecto. Por lo general son equivalentes al 5% del subtotal de
costos.
Tabla 23. Precio final de la prensa hidráulica
Precio de materiales estructurales 4778,16
Precio de partes sistemáticas 4439,37
Precio de materiales para el ensamble y acabado de la 415,03
máquina
Precio de maquinado 228,95
Precio de mano de obra 728,00
SUBTOTAL 10589,51
Precio del diseño de la prensa 600
Precio de eventos repentinos (5%) 529,47
VALOR $11718,98
VALOR OFERTADO $11800
Fuente: Propia

88
 CAPITULO V

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

89
5.1.CONCLUSIONES

 Se diseñó La prensa hidráulica de papel y plástico basándose en un método de

ponderación para escoger la alternativa correcta, nos arrojó que la alternativa B
como resultado de la ponderación de 0.452 con respecto a 0.25 y 0.28 de la
Alternativa A y C respectivamente con este se establecerá el diseño de la prensa
hidráulica, concluyendo con este se inició el proceso de diseño como un marco
hiperestático el cual pudo ser resuelto mediante calculo manual y por un software de
análisis y diseño conocido como Sap 2000, luego se pudo elaborar un prototipo en
el programa ingenieril SolidWorks, en donde posteriormente se elaboró los procesos
de ensamble soportes estructurales evitando en su gran mayoría costos Innecesarios.

 Se determinó las Características del sistema Hidráulico utilizando los criterios

ingenieriles de diferentes fuentes confiables para el correcto funcionamiento del
mismo.

 Se desarrolló una Simulación en el programa Solidworks con el enfoque en

elementos finitos y se comparó los cálculos manuales con respecto a el Marco
Hiperestático utilizando el programa antes mencionado, dando así un porcentaje de
error del 0,10% un porcentaje admisible para así corroborar que utilizando este tipo
de software estructural se asemeje más a la realidad y sea el indicado para este tipo
de simulaciones.

 Se realizó un análisis de costo de la prensa hidráulica de papel y plástico, se detalló

que le monto de inversión para la fabricación de la maquina es de $,847.77. Del
mismo que se determinó que las empresas recicladoras están en condiciones de
adquirir este tipo de maquinarias ya que anualmente están invirtiendo en el alquiler
de las mismas un valor aproximado de $8,000.00 Anual, gracias a la reducción de
mano de obra y tiempo de producción se estimaría que la Recicladora recuperaría la
inversión en unos 2.5 años

90
5.2.RECOMENDACIONES

 Es necesario realizar un mantenimiento al Sistema Hidráulico ya que este podría

tener repercusiones en el correcto funcionamiento del mismo. Se anexa en este
proyecto de investigación el manejo del mantenimiento hidráulico para este sistema

 En el ámbito de las empresas que se dedican a reciclar este tipo de materiales resulta
rentable adquirir una de estas compactadoras hidráulicas ya que las misma
recuperaría la inversión, son manejables y de fácil instalación

 Antes de empezar el uso de la máquina compactadora de papel y plástico, se

recomienda al operario realizar pruebas visuales en el sistema hidráulico como
medición de nivel de aceite y medición de la temperatura del mismo, conexión
eléctrica, de esta manera se asegura el correcto funcionamiento y eficiencia en el
proceso de compactación. Cabe recalcar que la limpieza tanto de la máquina como
de sus componentes se debe realizar al finalizar el tiempo de compactación para así
evitar estancamientos en futuros procesos de compactación.

 Realizar periódicamente el respectivo mantenimiento preventivo de la máquina,

revisar cada una de las piezas y componentes. Para equipos y accesorios tales como
motor, chumaceras, verificar catálogos y fichas técnicas de mantenimiento para de
esta manera evitar una avería o falla de los mismos que podrían afectar
componentes adyacentes y repercutir en el funcionamiento posteriori de la Prensa
Hidráulica.

91
 CAPITULO VI

BIBLIOGRAFÍA

92
6.1.BIBLIOGRAFÍA

[1] W. J. T., Máquinas Hidráulicas, pERU: INIFIM, 1998.

[2] M. C. R. y. E. B. Díaz, Mecánica de estructura, Barcelona: UPC, 2001.

[3] R. G. B. y. J. K. Nissbett, Diseño en Ingeniería Mecánica, New York: McGRAW -

HILL/INTERAMERICANA, 2008.

[4] R. E. Shannon, Simulación de Sistemas: Diseño, Desarrollo e Implementación, Mexico D.F.:

Trillas, 1992.

[5] SolidWorks, «SolidWorks,» 2017. [En línea]. Available:

https://www.solidworks.es/sw/656_ESN_HTML.html. [Último acceso: 06 05 2019].

[6] R. L. Norton, Diseño de maquinaria, mexico: McGraw Hill, 2004.

[7] R. C. J. y. K. M. Marshek, Diseño de Elementos de Máquinas, New York: Limusa Wiley, 2013.

[8] R. C. Bú, Simulación en un enfoque práctico, México: Limusa S.A., Grupo Noriega, 2003.

[9] B. A. C. Sotelo, Manual Cade Simu V1, España, 2014.

[10] A. M. L. P. E. T. Claudia Prieto Requejo, Simulación con SolidWorks, San Agustin: Macro EIRL,
2014.

[11] M. H. B. S. D.Curatolo, Fluid SIM, Festo Didactic GmbH & Art Systems Software GmbH, 1999.

[12] C. J. Cabañes, Calculo de Estructuras con Sap2000, Bellisco Virtual Online, 2016.

[13] E. Roben, El reciclaje, Loja: DED ECUADOR, 2003.

[14] G. Academico, «Google Academico,» [En línea]. Available: www.google.com.ec.

[15] S. A. Creus, Neumática e Hidráulica, Gran vía de los Corts Catalanes: Cartes Parcerisas Civit,
2007.

[16] R. Mort, Resistencia de Materiales, México: PEARSON Prentice Hall.

[17] e. Banos, Prontuario de Vigas, españa, 2005.

[18] W. D. K. Averill M. Law, Simulation Modeling and Analysis, New York: McGRAW-HILL
INTERNATIONAL EDITIONS, 1991.

[19] A. S. P. Pilar Ariza Moreno, Método de los Elementos Finitos, Sevilla: Pedro Cid. S.A., 2004.

93
[20] C. S. Blahes, Diseño Mecánico con Autodesk Inventor, San Vicente: Editorial Club
Universitario, 2003.

[21] J. W. &. Sons.Inc., Matlab Una introducción con Ejemplos Prácticos, Barcelona: REVERTE, S.A.,
2005.

94
CAPITULO VII
ANEXOS

95
Anexo 1. Vista Isométrica de la Prensa Hidráulica
Fuente: Propia

Anexo 2. Vista Lateral de la Prensa Hidráulica.

Fuente: Propia
96
Anexo 3. Selección de perfil HEB 180

Anexo 4. Selección de perfil UPN 260

97
 Anexo 6. Selección de plancha laminada en caliente

Anexo 5. Selección de Plancha Naval para placas para la compactación

98
Anexo 7. Selección de Perfil Cuadrado

99
Anexo 8 Selección de tubería para compuertas

100
Anexo 9. Selección de los ángulos de lervadura para la placa superior

101
Anexo 10. Propiedades de aceros estructurales

Anexo 11. Transmisión hidráulica de fuerzas

102
PLANOS

103