MECANICA Y RESISTENCIA DE MATERIALES

PROFESOR:

DURAND PORRAS JUAN CARLOS

INTEGRANTES:

- BRAVO MALPARTIDA, JUAN.- ALMEIDA VASUQEZ, JAKELINE SOPHIA.

CLASE:

20051013

CARRERA:

INGENIERIA INDUSTRIAL

2015

INTRODUCCIÓN

Todos los peruanos hemos visto como en las últimas décadas los envases de

plásticos han invadido nuestros hogares de manera vertiginosa y es porque cuando  este

producto apareció en los mercados fue ganando aceptación muy rápidamente, llegando a

reemplazar de inmediato a los productos tradicionales, entre ellos el vidrio, esto por muchas

razones, entre ellos por su precio, su resistencia a los golpes, etc.

La tecnología del PET llegó al Perú en la década del 40 y, llegó para transformar la

vida de todos los peruanos, sin embargo muy pocas familias conocen preguntas básicas

sobre este producto, como por ejemplo, cuál es su composición química, cómo es su

proceso de producción, qué empresas lo producen, qué tipos de maquinarias utilizan, qué

tipo de profesionales trabajan en estas industrias, cómo impacta al medio ambiente, etc.

PALABRAS CLAVES:

DENSIDAD: Hace referencia a la relación existente entre el peso del polímero y el volumen libre entre las cadenas que lo conforman. Esta propiedad es inherente al material, depende de los elementos que lo componen.

o En el caso de la Resina la densidad es “Alta”, debido que la estructura posee menor volumen libre, gracias a la formación de cristales.

o En el caso de la Preforma ocurre todo lo contrario, el valor de densidad es más bajo ya que el volumen libre es mucho mayor.

VOLUMEN LIBRE: Se refiere al espacio existe entre las cadenas que conforman el polímero. El PET en estado amorfo (Preforma).

RESISTENCIA A LA TENSIÓN: Resistencia al corte o ruptura de cualquier sustancia al ser sometida a fuerzas opuestas. La resistencia a la tensión de la resina es mucho más alta que la de la preforma, esto se debe al mayor grado de cristalinidad que presenta. Es importante anotar que esta característica se da a temperatura ambiente, ya que por encima de la temperatura de transición vítrea (Tg) las preformas adquieren un estado maleable y su resistencia a la tensión aumente considerablemente.

PERMEABILIDAD: Flujo de gases o fluidos específicos a través de cualquier sustancia sólida dada. La permeabilidad de la resina es mucho muy baja, debido a que los cristales q posee en su estructura, forman una barrera para el flujo de gases o fluido; todo lo contrario ocurre con la preformas, ya que gracias al estado amorfo de su estructura las cadenas están muy separadas y el flujo de sustancias a través de sus paredes es alto.

3.- ESTADO ESTRUCTURAL DEL PET SEGÚN SU FORMA:

DESARROLLO DEL TEMA: EL PET

1.- CARACTERÍSTICAS FÍSICAS Y QUÍMICAS:

Los plásticos tienen la propiedad de adaptarse al medio que los contiene, adoptando formas muy diversas. Pueden dar forma a objetos, láminas y fibras.

Su nombre deriva del hecho que son maleables, esto quiere decir, que pueden deformarse hasta conseguir una forma deseada.

Los plásticos son “polímeros”, es decir están formados por largas cadenas de moléculas adheridas unas con otras, hasta obtener la estructura deseada.

1.1. - Los polímeros:

Los polímeros son moléculas gigantes (macromoléculas), formadas por la unión de moléculas más pequeñas y repetitivas llamadas monómeros. En otras palabras, los monómeros se repiten “un gran número” de veces hasta formar el Polímero.

-El origen de la palabra Polímero proviene de:

                    POLY: MUCHOS         MEROS: PARTES

El proceso químico a través del cual los monómeros se unen, hasta formar el polímero deseado, se denomina polimerización.

- Clasificación de los polímeros :

Según la cantidad de monómeros que componen la estructura de un Polímero, estos se clasifican así:

A. Homopolímeros: Este tipo de polímeros están compuestos por un único tipo de monómero, por esta razón tienen una estructura muy regular. Esto es contraproducente para el proceso de inyección, debido a que se cristalizan fácilmente y requieren muy altas temperaturas para poder fundirse.

El PET generalmente es un homopolímero, formado 100% por un único segmento de monómeros que se repite ciento de veces hasta formar polímero

B. Copolímeros: Están compuestos por dos o más monómeros. Esta clase de polímeros tiene una estructura molecular menos regular que los homopolímeros. Por lo tanto tienen un mejor comportamiento en cuanto procesabilidad, es decir, los copolímeros se procesan a menor temperatura, son más maleables y dan mejor transparencia al producto final.

El PET también puede ser un copolímero. Los copolímeros contienen pequeñas cantidades de otros químicos añadidos durante su producción. En el caso del PET, los 3 tipos de moléculas que pueden integrarse a la cadena del polímero son: el Ácido Isoftálico (IPA), Dietilenglicol (DEG) y el Dimetanol de ciclohexano (CHDM).

La principal propiedad de los copolímeros es que alteran la regularidad de la cadena de polímero PET, por esta razón, la tasa de cristalización del polímero será más lenta y tendrá mayor facilidad de fundirse (disminuye el punto de fusión).La clasificación de los Polímeros, según la forma de su moléculas, los polímeros se clasifican así:

Las moléculas de PET pueden  tomar cualquiera de estas tres configuraciones, sin embargo el  polímero presentará un mayor porcentaje de moléculas cruzadas.  Esta característica hace que el polímero sea flexible, es decir, que  sus cadenas adquieren movilidad  por acción de la temperatura, por lo que es maleable y procesable.

MORFOLOGÍA, CRISTIALISACIÓN, COMPOSICIÓN Y TRANSFORMACIÓN

1.- EL P.E.T (Polietileno de Tereftalato):

El PET es un tipo de Polímero Termoplástico: Es el producto de la reacción entre un ácido y un Alcohol. Su fórmula química es:

El monómero que lo conforma es un Ester, por esta razón el PET también se denomina POLIESTER, es decir el Ester se repite muchas veces hasta formar la estructura final del polímero.

2.- MORFOLOGÍA DEL PET:El PET es un polímero semicristalino, esto quiere decir que muestra de forma natural dos estados, EL AMORFO y El CRISTALINO, dependiendo de la temperatura a la que esté siendo expuesto.

a. Cristalino:

El PET cristalizado es muy estable térmicamente, la única forma de romper los cristales, es por encima de la temperatura de fusión (Tm). La estructura cristalina del PET se caracteriza por la formación de cristales en forma de esferas (Esferulitas) o láminas (Lamelas), que condensan la estructura de polímero, disminuyendo el volumen libre entre cadenas.La resina, presenta un alto grado de cristalinidad por esta razón, para poder procesarla debe ser fundida. Gracias a la configuración cristalina, tendrá menor volumen libre, lo que haceque sea menos propensa a absorber humedad. Esto es benéfico para el proceso de inyección, ya que el agua contenida en la resina genere graves problemas.

       

b. Amorfo:

Sin estructura cristalina reconocible

En estado amorfo, el PET carece de organización molecular, es decir el polímero tiene un arreglo aleatorio a nivel microscópico, por esta razón posee un mayor volumen libre entre las cadenas que lo conforman, lo que hace que pueda procesarse a bajas temperaturas.Las preformas son casi completamente amorfas, y esto hace que puedan ser recalentadas y convertidas en botellas a temperaturas superiores a la temperatura de transición vítrea (Tg).

 

3.- TRANSFORMACIÓN QUÍMICA DE LA RESINA A PREFORMA PET

Los gránulos de  resina se encuentran en estado cristalino, en el proceso de inyección la resina se funde a temperaturas superiores a los 245°C (Tm), durante la fusión los cristales se eliminan y la resina adquiere su estado amorfo. La mezcla amorfa es transferida al molde de inyección para formar las preformas, en este punto del proceso uno de los parámetros claves es el enfriamiento.El molde debe estar eficientemente refrigerado con el fin de evitar que la mezcla amorfa que se está inyectando comience a cristalizarse.Como se observa en el gráfico, la cristalización comienza a partir de los 88 °C y presenta la máxima formación de cristales alrededor de los 160 °C. La resina amorfa debe ser enfriada rápidamente, para evitar la cristalización del producto.

El objetivo es obtener preformas amorfas (poseen un muy bajo porcentaje de cristales provenientes del proceso de compresión de la resina), ya que gracias a esta configuración podrán ser recalentadas por encima de la temperatura de transición vítrea (Tg) y transformadas en botellas.

Las preformas cristalizadas, adoptan un color blanquecino de aspecto nublado distribuido a lo largo del cuerpo. Esto se debe a una etapa  de enfriamiento ineficiente.Preformas cristalizadas no podrán ser transformadas en botellas, a las mismas temperaturas a las que son procesadas las preformas amorfas (temperaturas sup. a la Tg), por lo que presentarán múltiples problemas durante el proceso de soplado.

PROCESO DE ALIMENTACIÓN

EL MOLDEO DEL PET

Así, el moldeo de los plásticos consiste en dar las formas y medidas deseadas a un plástico por medio de un molde. El molde es una pieza hueca en la que se vierte el plástico fundido para que adquiera su forma. Para ello los plásticos se introducen a presión en los moldes. En función del tipo de presión, tenemos dos procesos:

1.- Moldeo a Alta Presión

Se realiza mediante máquinas hidráulicas que ejercen la presión suficiente para el moldeado de las piezas. Básicamente existen tres tipos: compresión, inyección y extrusión.

1.1.- Compresión: en este proceso, el plástico en polvo es calentado y comprimido entre las dos partes de un molde mediante la acción de una prensa hidráulica, ya que la presión requerida en este proceso es muy grande. Este proceso se usa para obtener pequeñas piezas de baquelita, como los mangos aislantes del calor de los recipientes y utensilios de cocina.

1.2.- Inyección: se introduce el plástico granulado dentro de un cilindro, donde se calienta. En el interior del cilindro hay un tornillo sinfín. Cuando el plástico se reblandece lo suficiente, el tornillo sinfín lo inyecta a alta presión en el interior de un molde de acero para darle forma. El molde y el plástico inyectado se enfrían mediante unos canales interiores por los que circula agua. Por su economía y rapidez, el moldeo por inyección resulta muy indicado para la producción de grandes series de piezas. Por este procedimiento se fabrican palanganas, cubos, carcasas, componentes del automóvil, etc.

Etapas del proceso de inyección:

a) SECADO: Retira la humedad de la resinab) ALIMENTACIÓN: Los gránulos de resina son cargados a la máquina.c) PLASTIFICACIÓN Y DOSIFICACIÓN: El PET se funde para poder moldearlo.d) INYECCIÓN: La mezcla de resina fundida es inyectada en los moldes de

preformas.e) ENFRIAMIENTO: Las preformas son enfriadas rápidamente y expulsadas del

molde.f) EMPAQUE: Finalmente las preformas son transportadas hasta la unidad de

empaque.

1.3.- Extrusión: Es uno de los métodos más utilizados para procesar resinas termoplásticas, ya que permite obtener piezas de manera continua con formas y dimensiones constantes. El material plástico es empujado por un tornillo sin fín a través de un cilindro que acaba en una boquilla, lo que produce una tira de longitud indefinida. Cambiando la forma de la boquilla se pueden obtener barras de distintos perfiles. También se emplea este procedimiento para la fabricación de tuberías, inyectando aire a presión a través de un orificio en la punta del cabezal. Regulando la presión del aire se pueden conseguir tubos de distintos espesores. Con este método se fabrican múltiples productos, como multifilamentos y filamentos para hacer hilos sintéticos, compuestos para cables, sacos industriales, bolsas para tiendas y supermercados, bolsas de basura, películas para Invernaderos, termoencogibles, láminas para termoformados, termos ,puertas para baños y tubos colapsibles.

2.- Moldeo a Baja Presión

Se emplea para dar forma a láminas de plástico mediante la aplicación de calor y presión hasta adaptarlas a un molde. Se emplean, básicamente, dos procedimientos:

El primero consiste en efectuar el vacío absorbiendo el aire que hay entre la lámina y el molde, de manera que ésta se adapte a la forma del molde. Este tipo de moldeado se emplea para la obtención de envases de productos alimenticios en moldes que reproducen la forma de los objetos que han de contener. El segundo procedimiento consiste en aplicar aire a presión contra la lámina de plástico hasta adaptarla al molde. Este procedimiento se denomina moldeo por soplado, como en la extrusión, aunque se trata de dos técnicas totalmente diferentes. Se emplea para la fabricación de cúpulas, piezas huecas, etc.

FUENTE DE USO

Adquisición de las materias primas. Las resinas poliméricas que dan origen a los plásticos, provienen de productos derivados del petróleo o el gas natural, los cuales son también fuentes de energía. La extracción del petróleo y el gas es una industria muy contaminante de la naturaleza. El transporte de estas materias hacia las refinerías está plagado de accidentes que han contaminado selvas, playas, cursos de agua, la atmósfera, etc.

Procesamiento de las materias primas. Los plásticos son fáciles de procesar y conducen a productos ligeros. Esas dos características resultan en bajos costos tanto de manufactura como de transporte, los cuales generalmente se compensan por el valor del contenido energético de los plásticos mismos (petróleo y gas natural). En la manufactura de los plásticos se utilizan estabilizadores, pigmentos y otros aditivos. En las plantas petroquímicas se lleva a cabo la conversión de los constituyentes del petróleo y/o gas natural en resinas resinas poliméricas. Casi todas las resinas se componen sólo de carbono, hidrógeno y oxígeno, excepto las resinas cloradas, como el poli cloruro de vinilo o el poli cloruro de vinilideno. Estas resinas poliméricas se producen mediante procesos de alto riesgo para los trabajadores, pues se ha demostrado los monómeros son cancerígenos.

Producción o conversión de los envases. Los recipientes de plástico, como por ejemplo las botellas y frascos de PET, tienen la ventaja de ser duraderos, ligeros y fáciles de reciclar. Los envases de plástico protegen bien a los productos contra efectos del medio ambiente, sin alterar sus cualidades. Los envases de plástico, por su versatilidad, se producen mediante gran variedad de procesos, extrusión, moldeo por inyección, moldeo por soplado, etc. En general, estos procesos no son contaminantes del ambiente, ni afectan la salud de los trabajadores. Las cabezas y colas de las corridas de producción (residuos sólidos generados al principio y al final de un lote de manufactura) se reciclan internamente en la planta o se transfieren a otras empresas que lo usan como materia prima en procesos diferentes.

Proceso de envasado o llenado. La velocidad de llenado y el consumo de energía varían grandemente dependiendo de la forma, tamaño y peso de los envases. Por ejemplo, las botellas para refresco de 375 ml pueden ser procesadas a velocidades de aproximadamente 1000 por minuto.

IMPACTO AMBIENTAL

Actualmente estos plásticos son muy utilizados como envases o envolturas de sustancias o artículos alimenticios que al desecharse sin control, tras su utilización, han originado gigantescos basureros marinos, como la llamada «sopa de plástico», el mayor vertedero del mundo.

De este modo, surge el problema asociado la contaminación ambiental, muchas veces producto del desecho de los plásticos de alta y baja densidad. Las características moleculares (tipos de polímeros) del plástico contribuyen a que presenten una gran resistencia a la degradación ambiental y con mayor razón a la biodegradación. La radiación UV del sol es la única forma de degradación natural que hace sentir sus efectos en el plástico a mediano plazo, destruyendo los enlaces poliméricos y tornándolo frágil y quebradizo.

Como es evidente el desecho acumulativo de estos plásticos al ambiente trae graves consecuencias a las comunidades como lo son las enfermedades entre las cuales se encuentra el dengue; producido por el acumulamiento de basura y estancamiento de aguas negras sirviendo éstos como criaderos de los zancudos patas blancos. Entre otras de las consecuencias importantes se pueden mencionar son las obstrucciones de las tuberías de aguas negras. Aunado a ello el desecho de estos materiales plásticos al ambiente provoca la disminución del embellecimiento de algunas áreas, establecimientos, municipios, ciudades y estados.

Los plásticos arrojados al mar que presentan flotabilidad son un gran problema en las zonas de calmas ecuatoriales, ya que se van reuniendo en esos sectores acumulándose en grandes cantidades.

La sopa de plástico, situada en el giro oceánico del Pacífico norte, es el mayor vertedero de materiales plásticos del mundo. Se estima que tiene un tamaño de 1.400.000 km².

Los reglamentos sanitarios prohíbe el uso de plásticos reciclados en contacto directo con alimentos y bebidas, por lo que la resina reciclada sólo se usa como capa de en medio entre dos capas de resina virgen.

PRODUCTOS Y SUBPRODUCTOS GENERADOS

EL RECICLAJE Y EL PROCESO DE TRASNFORMACIÓN DEL PLÁSTICO

El Reciclaje transforma materiales usados, que de otro modo serían simplemente desechos, en recursos muy valiosos. La recopilación de botellas usadas, latas, periódicos, etc. son reutilizables y de allí a que, llevarlos a una instalación o puesto de recogida, sea el primer paso para una serie de pasos generadores de una gran cantidad de recursos financieros, ambientales y cómo no de beneficios sociales. Algunos de estos beneficios se acumulan tanto a nivel local como a nivel mundial.

.Existen diferentes tipos de reciclado:

Reciclado Mecánico: (posible para todos los plásticos) se lleva a cabo por procedimientos físicos, obteniéndose materiales plásticos reciclados que pueden volver a ser transformados.

Reciclado Químico: el proceso implica transformaciones químicas. Se obtienen materias primas que pueden volver a ser utilizadas en la química básica o para volver a obtener polímeros.

Reciclado energético: (posible para todos los plásticos) consiste en la incineración de los plásticos para recuperar la energía en instalaciones especiales.

Conociendo el proceso que se realiza para transformar una botella de plástico PET en resina que se utilizará para fabricar nuevos productos.

Primero, en un almacén se guarda la ‘materia prima’, es decir, pacas de botellas que pueden contener hasta 700 kilos, mismas que recibe PetStar de los centros de acopio.

Estas pacas pasan a la segunda etapa cuando se rompen y se introducen en un contenedor, donde comenzarán el proceso de prelavado –en seco-, en el que una máquina a través de un proceso químico, elimina la suciedad superficial del exterior de las botellas y les retira la mayoría de las etiquetas o la tierra y polvo que puedan tener.

Posteriormente, en otra área, se separan las botellas que son de otros materiales y/o colores, y una banda transportadora las introduce en un cuarto anti-ruido donde se muelen, transformándose en hojuelas.Las hojuelas serán nuevamente lavadas para quitarles cualquier rastro de pegamento o sólidos que les pueda haber quedado. Después, en otro cuarto anti-ruido se les elimina el agua y cualquier rastro de humedad:

Una vez secas, pasan a una especie de torres cilíndricas de metal -llamadas silos- en las que se mezclan y pasan por un proceso de control de calidad. Una vez eliminadas las partículas metálicas o cualquier otro residuo de las hojuelas con este control de calidad, pasan a un área donde se funden y se transforman en pequeñas porciones de resina.

Una vez finalizado todo este proceso, la resina que se obtiene son diminutas piezas de color gris claro, de forma cilíndrica, como las que rellenan esta botella conmemorativa del evento:

El PET reciclado puede utilizarse para fabricar playeras, o bolsas -para las que el proceso es el mismo, y a partir de la resina, el productor textil la derrite para obtener el hilo, haciendo las prendas totalmente de poliéster reciclado y utilizando por ejemplo aproximadamente 8 botellas para una playera.

RECOMENDACIONES

Hay tres maneras de aprovechar los envases de PET una vez que terminó su vida útil: someterlos a un reciclado mecánico, a un reciclado químico, o a un reciclado energético empleándolos como fuente de energía.

el Mecánico es el proceso de reciclado más utilizado, el cual consiste en varias etapas de separación, limpieza y molido.

Por su parte, para el Reciclado Químico se han desarrollado distintos procesos. Dos de ellos, la metanólisis y la glicólisis, se llevan a cabo a escala industrial. El PET se deshace o depolimeriza: se separan las moléculas que lo componen y estas se emplean para fabricar otra vez PET. Dependiendo de su pureza, este material puede usarse, incluso, para el envasado de alimentos.

Mientras que el Reciclado Energético tiene la premisa del uso del PET como combustible alterno, los envases pueden emplearse para generar energía ya que este material tiene un poder calorífico de 6.3 Kcal/Kg, y puede realizar una combustión eficiente. Esto es posible ya que durante su fabricación no se emplean aditivos ni modificadores, lo cual permite que las emisiones de la combustión no sean tóxicas, obteniéndose tan sólo bióxido de carbono y vapor de agua.

Algunas recomendaciones para un eficiente reciclado del PET son las siguientes, de acuerdo a la parte de la botella:

- La tapa, el arillo de seguridad y su empaque (liner o sello). Se recomienda que el arillo de seguridad se desprenda del cuello del envase y el empaque de la tapa (liner) se quede en la tapa a la hora de abrir el envase. También se recomienda que la tapa, el arillo de seguridad y el liner sean de: Polipropileno (PP) o Polietileno de alta densidad (HDPE). Estos materiales son preferibles al aluminio y a otros materiales. El PVC no es recomendable porque una pequeña cantidad de PVC puede contaminar grandes cantidades de PET dispuesto para su reciclado por su diferente temperatura de fusión o ablandamiento.– Las etiquetas. Es preferible usar etiquetas de alguno de los siguientes materiales: Polipropileno (PP), Polietileno orientado (OPP), Polietileno de alta, media o baja densidad (HDPE, MDPE, LDPE) y Papel. Las etiquetas metalizadas dificultan el reciclado de cualquier plástico, pues al contener metales lo contaminan. Las etiquetas deben poder desprenderse en el proceso de lavado del reciclador, por lo que es importante seleccionar un adhesivo conveniente y evaluar las etiquetas termoajustables o a presión. Los sistemas de impresión serigráfica provocan que el PET reciclado y granulado tenga color, disminuyendo sus posibilidades de uso, mercados y precio. Se recomienda evitar pigmentos de metales pesados.

- El color. La botella de PET transparente sin pigmentos tiene mejor valor y mayor variedad de usos; sin embargo, con una separación adecuada, el PET pigmentado tendrá ciertos usos.-  Las multicapas o recubrimientos. Las capas que no son de PET en los envases multicapa, así como los recubrimientos de otros materiales, reducen la reciclabilidad del PET. Es necesario separar esta clase de envases de los de PET simple.- Las bandas de seguridad (mangas) y sellos. Estos son generalmente incluidos en el diseño del producto envasado en PET, cuando se consideran necesarios, pero contaminan el PET para reciclar si no son removidos del envase desde la selección y separación del mismo. Se recomienda no utilizar PVC  para fabricar estos elementos.

REFERENCIAS

http://www.eumed.net/libros-gratis/2006a/aago/a5f.htm

Pilato, Louis (2010). Phenolic Resins: A century of Progress. Springer-Verlag Berlin Heidelberg. p. 518

Chetna, Sharon; Madhuri , Sharon (2012). «Studies on Biodegradation of Polyethylene terephthalate

http://fibraseoecologica.com

www.reciclamos.org