Diseño y elaboración de probetas a base de pellet de neumáticos para determinar los usos en el área automotriz

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UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA EQUINOCCIAL

FACULTAD DE CIENCIAS DE LA INGENIERÍA E

INDUSTRIAS

CARRERA DE INGENIERÍA AUTOMOTRIZ

“DISEÑO Y ELABORACIÓN DE PROBETAS A BASE DE

PELLET DE NEUMÁTICOS PARA DETERMINAR LOS USOS

EN EL ÁREA AUTOMOTRIZ”

TRABAJO PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE INGENIERO AUTOMOTRIZ

TOAPANTA CALDERÓN DENNIS ISRAEL

DIRECTOR: ING. CARVAJAL MARIO MSc.

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FORMULARIO DE REGISTRO BIBLIOGRÁFICO PROYECTO DE TITULACIÓN

DATOS DE CONTACTO

CÉDULA DE IDENTIDAD: 1720500592

APELLIDO Y NOMBRES: TOAPANTA CALDERÓN DENNIS ISRAEL

DIRECCIÓN: QUITO - ECUADOR

EMAIL: [email protected]

TELÉFONO FIJO: (02) 3 111 313

TELÉFONO MOVIL: 099 3676 764

DATOS DE LA OBRA

TITULO:

“Diseño y elaboración de probetas a base de pellet de neumáticos para determinar

los usos en el área automotriz”

AUTOR: TOAPANTA CALDERÓN DENNIS ISRAEL

FECHA DE ENTREGA DEL

PROYECTO DE TITULACIÓN: 4 de abril del 2017

DIRECTOR DEL PROYECTO DE

TITULACIÓN: ING. MARIO CARVAJAL MSc. PROGRAMA PREGRADO POSGRADO TITULO POR EL QUE OPTA: Ingeniero Automotriz

RESUMEN

Una vez recolectada la materia prima se la llevó a triturar los neumáticos para conseguir el granulado de caucho o también llamado pellet de neumático. Luego de obtener el pellet de neumático se mezcla con diferentes sustancias para que se pueda compactar homogéneamente y obtenga las propiedades correctas. Para que la mezcla sea la correcta se tuvo que realizar una reformulación partiendo de las fórmulas para realizar los topes de estacionamiento y piso de jardín realizados con pellet de neumático; llegando a usar caucho natural, pellet de neumático, aglutinantes, antioxidantes, azufre como vulcanizante, óxido de zinc como acelerante y negro de humo, en porcentajes específicos que se detallan en el proyecto. Una vez mezclado el material se lo vulcanizó para poder obtener las probetas de pellet.

Al obtener las probetas de pellet se las analizó en el laboratorio mediante los ensayos de tracción deformación y desgarre, los cuales determinan la fuerza que resiste el material y la elasticidad del mismo.

Para el ensayo de tracción se realizaron cinco muestras dentro de una máquina de ensayos universal, las cuales fueron

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comparadas con las tolerancias que da las normas NTE INEN 1165 de Caucho Vulcanizado que determina la resistencia a la tracción y alargamiento porcentual, y la NTE INEN ISO 815 de Caucho Vulcanizado que determina la deformación. Mientras que para el ensayo de desgarre se realizaron diez muestras que pasaron por el mismo procedimiento.

Después de realizar las pruebas se consiguió que el material entre en la tolerancia para poder utilizarlo, siendo 15788,994 N/m2_{en resistencia a la Tracción}

entrando en los estándares de la norma NTE INEN 1165 de Caucho Vulcanizado y con un valor de 52,55 N de carga máxima al desgarre, estando cerca del estándar de la norma NTE INEN ISO 815 de Caucho Vulcanizado que determina la deformación.

PALABRAS CLAVES:

 Pellet de Caucho.

 Trituración.

 Sustancias.

 Probetas.

 Ensayos.

ABSTRACT:

Once collected the raw material brought it to shred the tires for rubber granulate or also called pneumatic pellet. After obtaining the tire pellet mixed with different substances that can homogeneously compacted for the correct properties. To the mixture is correct had to be performed based on a reformulation formulas for parking bumpers and garden floor made with pneumatic pellet; coming to use natural rubber, pneumatic pellet, binders, antioxidants, vulcanizing sulfur, zinc oxide as accelerant and carbon black, in specific percentages listed in the project. After mixing the material is vulcanized to obtain the specimens pellet. To obtain the pellet specimens analyzed in the laboratory Tensile tests Deformation and tearing, which determine the force that resists the material and elasticity thereof. For tensile testing five samples within a universal testing machine, which were compared with the tolerances given INEN were performed. While for testing tear ten samples that went through the same procedure, they were performed.

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standards NTE INEN 1165 Vulcanized Rubber standards and a 52.55 N value of maximum load tear, being close to the standard ISO 815 standard NTE INEN Vulcanized Rubber determining deformation.

KEYWORDS

• Rubber Pellets. • Crushing. • Substances. • Specimens. • Essays.

Se autoriza la publicación de este Proyecto de Titulación en el Repositorio Digital de la Institución.

f:__________________________________________

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DECLARACIÓN Y AUTORIZACIÓN

Yo, TOAPANTA CALDERÓN DENNIS ISRAEL, CI 1720500592 autor del proyecto titulado: “diseño y elaboración de probetas a base de pellet de

neumáticos para determinar los usos en el área automotriz” previo a la obtención del título de INGENIERO AUTOMOTRIZ en la Universidad Tecnológica Equinoccial.

1. Declaro tener pleno conocimiento de la obligación que tienen las

Instituciones de Educación Superior, de conformidad con el Artículo 144 de la Ley Orgánica de Educación Superior, de entregar a la SENESCYT en formato digital una copia del referido trabajo de graduación para que sea integrado al Sistema Nacional de información de la Educación Superior del Ecuador para su difusión pública respetando los derechos de autor.

2. Autorizo a la BIBLIOTECA de la Universidad Tecnológica

Equinoccial a tener una copia del referido trabajo de graduación con el propósito de generar un Repositorio que democratice la información, respetando las políticas de propiedad intelectual vigentes.

Quito, abril 2017.

__________________________________________

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DECLARACIÓN

Yo Dennis Israel Toapanta Calderón, declaro que el trabajo 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 incluyen en este documento.

La Universidad Tecnológica Equinoccial puede hacer uso de los derechos correspondientes a este trabajo, según lo establecido por la Ley de Propiedad Intelectual, por su Reglamento y por la normativa institucional vigente.

______________________________________

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CERTIFICACIÓN

Certifico que el presente trabajo que lleva por título “diseño y elaboración de probetas a base de pellet de neumáticos para determinar los usos en el área automotriz”, que, para aspirar al título de Ingeniero Automotriz fue desarrollado por Dennis Israel Toapanta Calderón, bajo mi dirección y supervisión, en la Facultad de Ciencias de la Ingeniería e Industrias; y cumple con las condiciones requeridas por el reglamento de Trabajos de Titulación artículos 19, 27 y 28.

___________________________ ING. MARIO CARVAJAL MSc.

DIRECTOR DEL TRABAJO

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DEDICATORIA

Se lo dedico a mis padres, Roque y Soraya, que son fuente de inspiración en todos los aspectos de mi vida, por el esfuerzo realizado para que no falte nada en mis años de estudio; por siempre estar a mi lado incondicionalmente y demostrarme que aunque la vida no siempre es lo que uno espera, se pueden alcanzar los sueños siendo perseverante.

A mis hermanas, Yurem y Sol, las cuales me han apoyado en cada uno de los pasos que he dado en estos últimos años; y decirles que sin querer ser un ejemplo para ellas, todo lo que se propongan a ser en un futuro se lo puede lograr siendo constantes.

A mi novia, Daniela, mi fuente de inspiración que ha estado junto a mí dándome fuerzas cada uno de los días de estudio y trabajo, ayudándome a tomar las mejores decisiones para salir adelante.

A mis tíos, Marco y Juanita, ya que sin su ayuda incondicional de ser mis garantes de crédito no hubiese podido cumplir mi meta.

Y por último pero no menos importante, le dedico a la persona más especial que he tenido en mi vida, y aunque no esté físicamente con nosotros, me cuida y da sabiduría a cada minuto, bendiciéndome en cada paso de mi vida. Aunque sabiendo que está viéndome desde el cielo, daría todo para que estuviese conmigo en este momento especial. Mi segunda madre y abuelita a la vez, Rosa Proaño.

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AGRADECIMIENTO

Agradezco a Dios y a la Virgen Dolorosa por haberme dado sabiduría y bendiciones en todos los años estudio.

A mi padre, madre, hermanas y enamorada por acompañarme y alentarme en la meta que me planté, ya que me guiaron en el camino correcto, facilitándome afrontar cada uno de los problemas que se pudieron presentar no solo en el ámbito estudiantil, sino en la vida diaria.

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ÍNDICE DE CONTENIDO

PÁGINA

RESUMEN ... 1

ABSTRACT ... 2

1. INTRODUCCIÓN ... 3

2. METODOLOGÍA ... 5

3. RESULTADOS Y DISCUSIÓN ... 9

3.1. RESULTADOS DE RECOLECCIÓN DE MATERIA PRIMA... 11

3.2. PROCESO DE OBTENCIÓN DEL PELLET ... 12

3.2.1. PROCESO DE TRITURACIÓN DE NEUMÁTICOS. ... 13

3.2.2. PROCESO DE SEPARACIÓN DE ACERO Y CAUCHO ... 16

3.2.3. PROCESO DE MASTICACIÓN DEL PELLET ... 16

3.2.4. PROCESO DE MEZCLADO DE PELLET ... 17

3.3. FORMULACIÓN DE COMPOSICIÓN DEL PELLET. ... 18

3.3.1. PROCESO DE COMPACTACIÓN DEL PELLET ... 20

3.4. PREPARACIÓN DE MUESTRAS DE PELLET ... 21

3.5. PLANOS DE MOLDE PARA PROBETAS DE PELLET ... 21

3.5.1. REALIZACIÓN DEL MOLDE PARA PROBETAS ... 22

3.6. PLANCHAS PARA PROBETAS DE PELLET ... 23

3.6.1. PRUEBAS DE VULCANIZACIÓN ... 24

3.6.2. PROCESO DE VULCANIZACIÓN DE PELLET ... 25

3.7. PRUEBAS DE LABORATORIO ... 25

3.8. CORTE DE PROBETAS PARA ENSAYO DE TRACCIÓN ... 26

3.9. RESULTADOS DE ENSAYO DE TRACCIÓN. ... 28

3.10.ENSAYO DE DESGARRE ... 32

3.11.CORTE DE PROBETAS PARA ENSAYO DE DESGARRE... 32

3.12.RESULTADO DE ENSAYO DE DESGARRE ... 33

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3.13.1. FACTOR DE SEGURIDAD ENSAYO DE DESGARRO ... 37

3.13.2. CONFIABILIDAD PARA ENSAYO DE TRACCIÓN. ... 38

3.13.3. CONFIABILIDAD PARA ENSAYO DE DESGARRO ... 39

3.14.COSTO DE LOS PRODUCTOS. ... 39

3.15. FABRICACIÓN DE ELEMENTOS AUTOMOTRICES……….41

3.16. FABRICACIÓN DE ELEMENTOS AUTOMOTRICES……….41

4. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ... 38

4.1. CONCLUSIONES ... 43

4.2. RECOMENDACIONES ... 45

5. BIBLIOGRAFÍA ... 46

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ÍNDICE DE FIGURAS

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Figura 1. Neumático cedido por cliente. 11

Figura 2. Neumático de colisión leve. 12

Figura 3. Reencauchado de neumático. 12

Figura 4. Materia prima previo a ser reciclada. 13

Figura5. Limpiador de neumáticos. 13

Figura 6. Limpieza de banda de rodadura. 13

Figura 7. Neumático completamente limpio. 14

Figura 8. Neumático cortado las bandas laterales. 14

Figura 9. Neumático en posición para cortar en la cortadora. 14

Figura 10. Trituradora de caucho. 15

Figura 11. Retazos de neumático de la primera trituradora. 15

Figura 12. Caucho completamente granulado / Pellet. 15

Figura 13. Rodillo distribuidor de pellet 16

Figura 14. Superficie perforada de limpieza. 16

Figura 15. Pellet de neumático 16

Figura 16. Masticadora de caucho. 17

Figura 17. Mezcladora de caucho. 17

Figura 18. Entrada de caucho al mezclador. 17

Figura 19. Mezcladora aplanando el caucho. 18

Figura 20. Proceso reiterado de mezclado. 18

Figura 21. Lámina fina de caucho para recubrimiento. 18

Figura 22. Pellet vulcanizado en molde de piso. 21

Figura 23. Pellet de neumático crudo 21

Figura 24. Plano 2D de molde en AutoCAD. 22

Figura 25. Plancha de probeta formato A4 en cortadora neumática. 22

Figura 26. Molde de acero. 22

Figura 27. Espeso de 5.2mm del molde de acero. 23

Figura 28. Retirar plancha de pellet del molde. 23

Figura 29. Plancha para Probetas de neumático. 23

Figura 30. Sobre medida de plancha vulcanizada de pellet. 24

Figura 31. Pellet de neumático vulcanizado. 24

Figura 32. Prensa para vulcanizar pellet crudo en molde de acero. 25

Figura 33. Vulcanización de pellet crudo. 25

Figura 34. Cortadora neumática de probetas. 26

Figura 35. Corte tipo hueso de probetas de pellet. 26

Figura 36. Probeta para Ensayo de Tracción. 26

Figura 37. Medida de probetas con calibrador digital. 27

Figura 38. Posicionamiento de probeta en mordazas. 27

Figura 39. Rotura de probeta en ensayo de tracción. 27

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Figura 41. Primera medida para probeta de tracción. 28

Figura 42. Segunda medida para probeta de tracción. 28

Figura 43. Tercera medida para probeta de tracción. 29

Figura 44. Cuarta medida para probeta de tracción. 29

Figura 45. Quinta medida para probeta de tracción. 29

Figura 46. Gráfica Resultado Ensayo de Deformación en porcentajes. 30

Figura 47. Corte de buje para montar en barra estabilizadora. 32

Figura 48. Cambio de acople para probeta de desgarro. 32

Figura 49. Probeta de pellet para ensayo de desgarre. 33

Figura 50. Medida del espesor de probeta ensayo de desgarro. 33

Figura 51. Primera medida de probeta para ensayo de desgarro. 33

Figura 52. Segunda medida de probeta para ensayo de desgarro. 33

Figura 53. Tercera medida de probeta para ensayo de desgarro. 34

Figura 54. Resultado de Ensayo de Probetas 1-4 de Desgarre. 34

Figura 57. Buje de barra estabilizadora. 41

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ÍNDICE DE TABLAS

PÁGINA

Tabla 1. Valores de recolección de neumáticos de choques graves. ... 11

Tabla 2. Valores de recolección de neumáticos de choques leves. ... 12

Tabla 3. Porcentaje de sustancias para elaborar neumáticos. ... 19

Tabla 4. Elementos químicos para elaboración de neumáticos. ... 19

Tabla 5. Tolerancias de químicos de la composición de neumáticos. ... 19

Tabla 6. Porcentajes de Sustancias para Pellet de Neumático. ... 20

Tabla 7. Mezclas de sustancia en menor porcentaje. ... 20

Tabla 8. Mezclas de sustancia en mayor porcentaje. ... 20

Tabla 9. Medidas promedio y resultado de ensayos de tracción. ... 29

Tabla 10. Resultados Promedio de tracción. ... 30

Tabla 11. Valores de Elastómeros / Caucho Estándar ... 31

Tabla 12. Resistencia al desgarro de Caucho ... 31

Tabla 13. Resultados Promedio de Ensayo Desgarro. ... 35

Tabla 14. Resistencia al desgarro de Caucho ... 35

Tabla 15. Tabla Comparativa entre Caucho y Pellet ... 36

Tabla 16. Factor de Seguridad Ensayo de Tracción Promedio. ... 37

Tabla 17. Factor de Seguridad Ensayo de Desgarro Promedio. ... 38

Tabla 18. Costo de Soportes de escape ... 39

Tabla 19. Costo de bujes para barra estabilizadora. ... 40

Tabla 20. Comparación entre precios entre original, genérico y pellet ... 40

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ÍNDICE DE ANEXOS

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ANEXO 1. Plano para molde de acero. ... 48

ANEXO 2. Molde de Acero 3D Realizado en AutoCAD ... 49

ANEXO 3. Portada de Informe del CIAP ... 50

ANEXO 4. Datos de Ensayo de Tracción ... 51

ANEXO 5. Resultados Ensayo Tracción por el CIAP ... 52

ANEXO 6. Resultados Ensayo Desgarre por el CIAP ... 53

ANEXO 7. Geometría de probeta normalizada………54

ANEXO 8. Medidas de Probetas de Ensayo de Tracción N°1 ... 54

ANEXO 9. Medias de Probeta de Ensayo de Tracción N°2 ... 56

ANEXO 10. Medidas de Probeta de Ensayo de Tracción N°3 ... 57

ANEXO 13. Resultados de Extensión en Porcentaje Esnayo Tracción .... 60

ANEXO 14. Resultados de Extensión de ensayo de Tracción ... 61

ANEXO 15. Medidas de Probeta de Ensayo de Desgarre N°1 ... 62

ANEXO 25.Gráficas Resultado de Desgarre Probetas 1-4 ... 72

ANEXO 26. Gráficas Resultado de Desgarre Probetas 5-8 y 9-10 ... 73

ANEXO 27. Resultados Extensión de Desgarre ... 74

ANEXO 28. Gráfica Resultado de Carga Máxima de Ensayo Desgarro ... 75

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RESUMEN

Una vez recolectada la materia prima para realizar el proyecto se la llevó a triturar los neumáticos para conseguir el granulado de caucho o también llamado pellet de neumático. Luego de obtener el pellet de neumático se mezcla con diferentes sustancias para que se pueda compactar homogéneamente y obtenga las propiedades correctas. Para que la mezcla sea la correcta se realizó una formulación con pellet de neumático, caucho natural, aglutinantes, antioxidantes, azufre como vulcanizante, óxido de zinc como acelerante y negro de humo, en porcentajes específicos que se detallan en el proyecto; para elaborar dos productos automotrices que son los soportes de los escapes y bujes de la barra estabilizadora. Una vez mezclado el material se lo vulcanizó para obtener las probetas de pellet. Al obtener estas probetas de pellet se las analizó en el laboratorio mediante ensayos de tracción deformación y desgarre según la norma ASTM D 412, los cuales determinan la fuerza que resiste el material y la elasticidad del mismo. Para el ensayo de tracción se realizaron cinco muestras dentro de una máquina de ensayos universal, las cuales fueron comparadas con las tolerancias que da las normas NTE INEN 1165 de caucho vulcanizado que determina la resistencia a la tracción y alargamiento porcentual, y la NTE INEN ISO 815 de caucho vulcanizado que determina la deformación. Mientras que para el ensayo de desgarre se realizaron diez muestras que pasaron el mismo procedimiento. Después de realizar las pruebas se consiguió que el material entre en la tolerancia para utilizarlo, siendo 15788,994 N/m2 en resistencia a la tracción entrando en los estándares de la norma NTE INEN 1165 de caucho vulcanizado y con valor de 52,55 N de carga máxima al desgarre, cerca del estándar de la norma NTE INEN ISO 815 caucho vulcanizado que determina la deformación.

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ABSTRACT

Once the material for the project was collected, it was taken to grind the tires to obtain the rubber granulate or also called the tire pellet. After obtaining the tire pellet was mixed with different substances so that it can be compacted homogeneously and get the correct properties. For the mixture to be the correct one had to make a formulation with pneumatic pellet, natural rubber, binders, antioxidants, sulfur as vulcanize, zinc oxide as accelerant and carbon black, in specific percentages that are detailed in the project; To elaborate two automotive products that are the supports of the exhausts and bushings of the stabilizing bar. Once the material was mixed it was vulcanized to obtain the pellets. When the pellets were obtained, they were analyzed in the laboratory by tensile tests of deformation and tearing, which determine the strength that resists the material and the elasticity of the same. For the tensile test, five samples were made inside a universal test machine, which were compared to the tolerances given by the NTE INEN 1165 standards of vulcanized rubber that determines the tensile strength and percentage elongation, and the NTE INEN ISO 815 of vulcanized rubber that determines the deformation. While ten samples were performed for the tear test and passed the same procedure. After the tests were carried out, the material was able to enter the tolerance to be able to use it, being 15788,994 N / m2 in tensile strength entering the standards of the norm NTE INEN 1165 of vulcanized rubber and with value of 52,55 N of maximum load to the tear, near the standard of the norm NTE INEN ISO 815 vulcanized rubber that determines the deformation.

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1. INTRODUCCIÓN

Dentro del campo automotriz existen varios tipos de productos que llegan a cumplir con su vida útil como por ejemplo el aceite de motor, las bandas de distribución y accesorios que se encargan de poner a trabajar a distintos elementos del motor del automóvil; todos estos elementos mencionados por su constante uso independientemente del trabajo que se le dé al vehículo en sí tienden a desgastarse, lo que provoca que existan desechos inadecuados de los mismos. Con el paso del tiempo se dieron cuenta de varios problemas producidos en contra del medio ambiente por los residuos del parque automotor; por lo que comenzó la realización de investigaciones para poder disminuir este impacto a tal punto de que hoy en día existen distintas campañas de reciclaje para los productos antes mencionados, dándoles reutilización para el mismo fin, como es el caso del aceite proveniente de aceite quemado. Pero existe un elemento que ha llegado a causar un impacto ambiental muy grande a nivel mundial, el cual es el neumático.

En Europa y Asia ya se han realizado diferentes investigaciones para ver qué se puede hacer con los neumáticos fuera de uso o NFU que eran desechados a la basura, porque a estos generalmente se los quemaba, provocando así mayor impacto ambiental por el humo que provocaba dicho proceso. Una de las empresas, a nivel mundial, que tiene las investigaciones del reciclado de neumáticos avanzadas para determinar distintas utilidades para reusar el reciclado de neumáticos es una organización Española, la cual es SIGNUS. Estas investigaciones van desde ser uno de los pioneros en el reciclado de neumáticos hasta realizar rieles de tren con el pellet de neumático, asfalto para carreteras, cimientos para edificaciones e incluso derivado de petróleo para combustibles. Esta empresa es creada en mayo de 2005 con la finalidad de ser utilizada como mecanismo con el que todos los fabricantes e importadores que lo deseen puedan cumplir las obligaciones que les impone el Real Decreto Español (SIGNUS, 2012).

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4 gastado una nueva banda del mismo material para que el neumático esté listo nuevamente para ser usado por un tiempo mucho menor al original.

Dentro del Ecuador existe un proyecto de desarrollo productivo de la industria que se lo dedicado al reencauche casi de forma exclusiva, priorizado por Senplades, el cual tiene como principal objetivo intensificar, a través de reusa llanta, basándose en un marco técnico elaborado y aprobado por los Organismo del Estado competentes, aunque dentro de nuestro país existe muy poca cultura de reciclaje de llantas así como también un mal uso manejo y desecho de las mismas, lo que causa que las empresas que realizan los rencauches no tengan la materia prima suficiente para despegar favorablemente en el mercado, y aun así cabe recalcar que teniendo falta de materia prima para trabajar desechan un 30% del mismo material, lo que fue un dato fundamental para este proyecto ya que al momento de reciclar se toman todos los neumáticos sin importar las características en las que se encuentre. Las empresas dedicadas al negocio del rencauche poseen un inconveniente el cual hace imposible que se pueda realizar el rencauche y por ende al incumplimiento de sus metas, y es por la misma falta de cultura de las personas que utilizan las llantas hasta el punto en que el alma de acero empieza a salir (MINISTERIO DEL AMBIENTE, 2015).

Este estudio propone soluciones y alternativas que se lo toma como un plan de prevención el cual incluye un seguimiento que corrobore su autenticidad. En el Ecuador, ante la falta de la aplicación de una medida política, que indique qué hacer con los neumáticos que dejan de ser útiles para circular. El Ministerio del Ambiente del Ecuador (MAE) puso en marcha el Plan de Gestión Integral de los Neumáticos Usados, con el fin de reducir la contaminación ambiental que el producto causa (MINISTERIO DEL AMBIENTE (MAE), 2015).

En el Ecuador las llantas usadas son un problema ya que un gran porcentaje de neumáticos fuera de uso se los deposita en basureros controlados pero sin tratar, mientras que otro porcentaje en medidas similares no se lo está controlado. Uno de los principales inconvenientes es que ocupan mucho espacio porque las personas las botan evitándose un problema personal pero no social. El constante aumento del parque automotor, como se lo mencionó, ya que existe una gran disponibilidad de neumáticos en grandes variantes de calidades, precios y marcas (MINISTERIO DEL AMBIENTE (MAE), 2015). Sólo 30% de los municipios tienen rellenos sanitarios, de los cuales no muchos tienen un lugar adecuado para la disposición de dichos desperdicios y, lo que es peor, no saben qué hacer. El Ministerio del Ambiente, por su parte, no tiene un protocolo establecido para que los municipios realicen el manejo de llantas en sus botaderos (ECOCAUCHO, 2015).

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5 material de soporte para el sistema de escape y suspensión del vehículo. El material granulado de caucho o pellet se lo comienza a elaborar por el crecimiento y la demanda de producir cada día más neumáticos para las diferentes empresas que existen en el parque automotor, lo que provocó por ende tener más desechos de estos.

El reciclado de neumáticos fue la solución referente al campo medioambiental, porque según los diferentes experimentos que se han hecho a nivel mundial, el reciclaje de este material se lo hace mediante la trituración del caucho del neumático, dando como resultado el Pellet para distintos tipos de uso, como por ejemplo lo utilizan para asfaltar los caminos de pavimento, canchas de césped sintético y juegos de parques. El caucho es un material hecho a base de moléculas pequeñas llamadas monómeros, del cual pueden variar las dimensiones y forma en caso de ser sometido a diferentes tipos de esfuerzos, para luego poder volver a su forma cuando este esfuerzo desaparece. Se obtiene de la savia de centenares variantes de especies de árboles que existen especialmente en el Asia, África y Sudamérica, del árbol se obtiene una savia de aspecto lechoso llamada látex la cual, cubre aproximadamente el 99% del consumo mundial de caucho natural; se presenta en una forma y sustancia natural pero con características a las que se les puede variar para sintetizar, este material se caracteriza por su característica resistencia al agua, resistencia a cargas eléctricas y por su ya mencionada elasticidad. Por otra parte el caucho sintético tiene las mismas propiedades que el caucho natural pero con la diferencia de que se obtiene mediante hidrocarburos. En lo que respecta al caucho sintético sirve para la fabricación de una gran variedad de productos industrializados. El 60% del caucho sintético y el 75% del caucho natural se destinan a la fabricación de neumáticos y productos similares, que da empleo a casi medio millón de trabajadores en todo el mundo. Las propiedades físicas del caucho varían dependiendo la temperatura a la que se les exponga, por ejemplo a una baja temperaturas se vuelve rígido y a altas temperaturas se suaviza, por esta razón se vulcaniza a diferentes temperaturas; e incluso cuando se le llega a congelar obtiene una estructura fibrosa; cuando se lo calienta a más de 100ºC se suaviza y por ende se le puede alterar. Al caucho tiende a deformarse por su naturaleza plástica; esta plasticidad puede modificarse dentro de ciertos límites por la acción de productos químicos; al respecto una empresa fabricante realiza diferentes partes de caucho para usos industriales que a la vez tiene una norma internacional para estos fabricantes. (Xinhai, 2012).

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6 hace usando por lo general un molino mecánico. El procedimiento reduce el tamaño del caucho en polvo molido o partículas de caucho granulado. La tendencia de usar materiales reciclados ha incrementado la demanda del caucho granulado. La fabricación de caucho para asfalto es la aplicación de caucho granulado más importante por sí misma. Dentro del campo automotriz el pellet de neumático no tiene uso aún, ya que empresas, incluso ecuatorianas, tienen como objetivos realizar partes para el automóvil dentro de tres años. Este objetivo se lo conoce de la empresa Ecocaucho porque es una de las únicas empresas que trabajan con pellet de neumático en nuestro país y la que ayudó con aportes teóricos como bases para la investigación, así como también visión a futuro del material (ECOCAUCHO, 2015).

Cuando los neumáticos en desuso entran en contacto con el medio ambiente, se transforma en un desecho con propiedades prácticamente indestructibles por su composición, que a la vez llegan a acumular aguas lluvia estancándolas, basura y convirtiéndose en puntos de infecciones o enfermedades como dengue, malaria y paludismo, roedores y plagas (El Diario, 2016).

Está demostrado también que el humo de las llantas causa asma, enfermedades ronquéales y pulmonares, cáncer e incluso enfermedades muta génicas (El Diario, 2016).

El reciclado de neumáticos fue la solución referente al campo medioambiental, porque según los diferentes experimentos que se han hecho a nivel mundial, el reciclaje de este material se lo hace mediante la trituración del caucho del neumático, dando como resultado el pellet para distintos tipos de usos como por ejemplo lo utilizan para asfaltar los caminos en vez de pavimento y canchas de césped sintético (ECOCAUCHO, 2015).

Y dándole distintos tratamientos tiene una variedad de aplicaciones, como por ejemplo las últimas investigaciones han dado como resultado las siguientes utilizaciones material absorbente acústico, bases de las rieles de tren para disminuir las vibraciones que da este al piso, y cimientos de construcciones. (SIGNUS, 2012).

Después de tener la materia prima y conseguido el pellet de neumático se realiza una fórmula con diferentes tipos de sustancias para realizar las probetas del material y llevar al laboratorio Centro de Investigaciones Aplicadas a Polímeros (CIAP) de la Escuela Politécnica Nacional (EPN) en donde se proceden a desarrollar los ensayos de tracción y desgarre con dos máquinas universales.

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7 Mientras que para el ensayo de desgarre se utiliza un acople cortador tipo media luna, realizando un pequeño corte a la misma para que al realizar el ensayo se compruebe cuánta fuerza resiste antes de romperse; para este se realizan 10 probetas según la misma norma de la máquina.

Dentro de la investigación se usa un factor de seguridad para elastómeros, el cual es un método que se emplea para resolver un problema de esfuerzo y resistencia, ya que es un procedimiento completamente efectivo que se lo ocupa como un proceso clásico de diseño para este tipo de polímeros, y se le denomina como “n” mediante la siguiente ecuación (Shigley & Mischke, 1992).

𝑛 = 1 − 𝑅𝐹

𝐶𝐴 [1]

Dónde:

n: Seguridad para diseño.

RF: Carga Mínima, Media y Alta que soportó cada probeta de la carga empleada en los ensayos.

CA: Carga aplicada en cada una de las probetas.

Y aparte de utilizar esta fórmula se debe seleccionar juiciosamente los materiales, procesos y dimensiones, de modo que se logra una confiabilidad acertada (Shigley & Mischke, 1992).

Para lo cual también se debe llevar a cabo los análisis de laboratorio correctamente. La confiabilidad se mide con el siguiente intervalo. 0 ≤ 𝑅 < 1 Lo cual indica que es una medida de probabilidad que en un elemento no falle cuando esté en servicio (Shigley & Mischke, 1992).

Esta cantidad se expresa con la letra R, y se calcula con la siguiente ecuación:

𝑅 = 1 − 𝑃𝐷

𝑃𝑅 [2]

Dónde:

𝑅: Confiabilidad de diseño.

𝑃𝑖𝑒𝑧𝑎𝑠 𝑑𝑎ñ𝑎𝑑𝑎𝑠: Probetas dañadas.

𝑃𝑟𝑢𝑒𝑏𝑎𝑠 𝑟𝑒𝑎𝑙𝑖𝑧𝑎𝑑𝑎𝑠: Probetas sometidas a ensayo.

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8 objetivo principal de este proyecto consistió en diseñar y elaborar probetas a base de pellet de neumáticos para determinar los usos en el área automotriz, y también se planteó como objetivos específicos los siguientes:

• Definir cuál es el proceso de obtención del pellet de neumáticos. • Construir las probetas a base de pellet de neumáticos.

• Realizar y analizar pruebas en laboratorio de tracción y resistencia al desgarre que se van a realizar en las probetas a base de pellet de neumáticos.

• Elaborar productos automotrices con fórmulas investigadas y hacer análisis comparativos.

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2. METODOLOGÍA

El procedimiento para llegar a obtener materia primea se lo realizó en muchas de las vulcanizadoras, llanteras y especialmente en los talleres de la ciudad, comentándoles el fin que iban a tener los neumáticos, sin obtener efectos positivos ya que la mayoría de propietarios creyeron que se iba a reencauchar y sacar un provecho económico de estos neumáticos. Mientras que por otro lado los centros de colisiones debían entregar estos neumáticos a las aseguradoras con las que trabajan; por lo que se procedió a las aseguradoras las cuales manifestaban que los neumáticos son entregados a distintas empresas con las que ya tienen convenio.

Los neumáticos que prácticamente ya no servían los desechaban en lugares permitidos para estos desechos peligrosos; desecho peligroso según el ministerio del ambiente (MINISTERIO DEL AMBIENTE, 2015).

Al ocurrir este inconveniente de la falta de materia prima, principalmente por el desconocimiento del procedimiento que se iba a realizar, se acudió al centro de colisiones particular en el que por el momento se encontraba trabajando el autor de este trabajo de titulación; esta petición fue positiva ya que se autorizó que proporcionaran los neumáticos. La recolección se realizó en el mismo taller por sitio estratégico, ya que la obtención del pellet se realizó en una empresa cerca a la ubicación del taller.

Para la obtención del pellet se pasó por un proceso de recolección de neumáticos mediante un taller de siniestros en el que llegaban los neumáticos de vehículos con choques leves y graves. De los vehículos colisionados no se podían obtener todos los neumáticos porque muchos de estos se llevaban las aseguradoras o los mismos clientes. Por lo que los neumáticos que se recolectaron fueron proporcionados tanto por el taller de siniestros en el que trabajaba el autor de este proyecto como por los clientes de siniestros propietarios de los vehículos colisionados. Para poder obtener el pellet como tal se trituró los neumáticos que se recolectaron, dentro de la empresa en la que se hizo no tienen una trituradora industrial, sino que tienen una trituradora pequeña, ésta trituradora tiene una capacidad de 1 tonelada por hora, a la vez que no se pueden poner los neumáticos enteros, sino por retazos que se recortan previamente en una cortadora. Estos retazos se los consiguió en una cortadora de neumáticos, la cual contaba con dos ruedas con cuchilla que al girar en sentido contrario cortaban el retazo de aproximadamente 30mm de grosor, cabe recalcar que el procedimiento se realizaba de forma manual. Luego de que se tritura el neumático pasó por una banda transportadora, la que en determinado lugar poseía imanes en la parte superior de la banda que imanta los pedazos de acero que salen de los neumáticos triturados.

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10 proporcionan diferentes tipos de protecciones tanto en el proceso de producción del caucho, por ejemplo al vulcanizarlo para protegerlo, como también ayudaron después de la producción del mismo.

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3. RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Este procedimiento considera los datos obtenidos de cada paso que se siguió con respecto a la recolección de neumáticos, la formulación que se obtuvo, los análisis que se realizaron en el laboratorio CIAP de la EPN y sus resultados; así como también los resultados de la fabricación de elementos de suspensión y escape para determinar la utilidad que podrían ofrecer en la industria automotriz del país.

3.1. RESULTADOS DE RECOLECCIÓN DE MATERIA PRIMA

En la tabla 1 se va a detallar cuántos vehículos llegaron con neumáticos dañados, de los cuáles, cuántos tuvieron que llevarse las aseguradoras y a la vez cuántas personas cedieron sus neumáticos dañados para poder realizar este proyecto. La mayoría de los neumáticos se los recogió de vehículos como el que se muestra en la figura 1.

Figura 1. Neumático cedido por cliente.

Tabla 1. Valores de recolección de neumáticos de choques graves.

Marca

(De vehículos que llegaron) Vehículos con choques graves Neumático para Aseguradora Neumático para proyecto

Ford 2 1 1

Chevrolet 4 1 3

Volkswagen 1 1 0

Kia 2 0 2

TOTAL 9 3 6

Lo que quiere decir que por cada 12 vehículos con choques graves que ingresaron al taller, 9 neumáticos se pudieron recolectar para ser reciclados directamente y solo 3 se llevaron las aseguradoras.

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12 neumáticos que se recogieron de los vehículos que sufrieron colisiones leves como se muestra en la figura 2, y que a la vez los clientes cedieron para utilizarlos en este proyecto.

Figura 2. Neumático de colisión leve.

Los resultados de la tabla 2 que se muestra a continuación revelan que por cada 20 vehículos con choques leves que ingresaron al taller, 12 neumáticos fueron recolectados para poder ser reencauchados o reciclados y de los cuales 8 se llevaron las aseguradoras. Poniendo el resultado en número enteros por cada 10 vehículos que ingresaron por choques leves 6 neumáticos se recolectaron.

Tabla 2. Neumáticos seleccionados para materia prima

Marca (De vehículos que llegaron) Vehículos con choques leves Neumático para Aseguradora Neumático para proyecto

Ford 2 2 0

Chevrolet 6 2 4

Hyundai 5 1 4

Volkswagen 3 2 1

Kia 4 1 3

TOTAL 20 8 12

3.2. PROCESO DE OBTENCIÓN DEL PELLET

Los 18 neumáticos que se recolectaron se los llevó a la empresa EcoCaucho para realizar el procedimiento de obtención de pellet, 8 se los se los cedió para que la misma empresa los reencauche y venda como se muestra en la figura 3.

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13

3.2.1. PROCESO DE TRITURACIÓN DE NEUMÁTICOS.

Los neumáticos entran en conjunto en un transporte encargado de llevar los neumáticos por el proceso completo de trituración y obtención del pellet; es ahí donde comienza la línea de producción, como se ve en la figura 4.

Figura 4. Materia prima previo a ser reciclada.

La línea de producción continúa llevando los neumáticos hacia un limpiador de los mismos, el cual aparte de limpiar las impurezas acumuladas en la banda de rodadura, iguala la superficie de los neumáticos para que el cortador no tenga problema de efectuar su función, como se muestra en la figura 5 y 6.

Figura5. Limpiador de neumáticos.

Figura 6. Limpieza de banda de rodadura.

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14 rodadura del neumático, aseguran la sujeción del mismo, calcula la altura para que realice la limpieza del mismo.

A la vez tiene un mando manual permite controlar la dirección del limpiador en el eje x. Por lo que el operario debe controlar el mando del limpiador de izquierda a derecha o viceversa limpiando y sacando la banda de rodadura, hasta el punto en el que el neumático quede prácticamente liso como se ve en la figura 7.

Figura 7. Neumático completamente limpio.

Luego de ya estar limpio completamente el neumático, se lo sopletea mediante una manguera y un soplador de aire abastecido por un compresor. De esta forma se libera tanto los excesos como impurezas sobrantes; para que después pase ya a una cortadora donde se procede a cortar las bandas laterales para que la banda de rodadura pase a ser cortada con más facilidad en la siguiente cortadora. En la figura 8 se puede apreciar qué tan limpio quedan los neumáticos para poder comenzar a cortarlos.

Figura 8. Neumático cortado las bandas laterales.

Esta línea continua llevando los neumáticos hacia un cortador de retazos en el cual se ponen los mismos de forma manual de uno en uno porque no es una trituradora industrial, sino que se debe cortar o desmechar los neumáticos con la máquina que se muestra en la figura 9.

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15 Para poner los neumáticos en la máquina cortadora simplemente se coloca el neumático de forma diagonal con respecto a los discos cortadores. Después de haber cortado los neumáticos en tiras se procede a llevar al triturador todas las tiras obtenidas manualmente por un operario capacitado. Dentro de la empresa EcoCaucho tenían dos trituradoras pequeñas, en las cuales solamente entran las tiras previamente conseguidas en la cortadora, como se muestra en la figura 10.

Figura 10. Trituradora de caucho.

Esta siguiente trituradora es de un tamaño relativamente pequeño para las que existen en empresas grandes, es decir, que en la maquinaria se debe suministrar retazos de neumático como se muestra en la figura 11para que las cuchillas trituradoras no tengan un desgaste excesivo y a la vez no se sature con las bandas laterales o la banda de rodadura de los neumáticos.

Figura 11. Retazos de neumático de la primera trituradora.

Después pase a ser nuevamente triturada por cuchillas que granulan por completo a los retazos como se muestra en la figura 12.

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16

3.2.2. PROCESO DE SEPARACIÓN DE ACERO Y CAUCHO

Luego de este procedimiento sigue por la línea de producción hacia un rodillo que distribuye uniformemente el pellet en una superficie perforada que se encuentra en constante vibración como se muestra en las figuras 13 y 14, lo cual hace que si quedaron residuos de acero pequeños entre el caucho que no se haya podido imantar previamente, se caigan junto con posibles impurezas que existan.

Figura 13. Rodillo distribuidor de pellet

Figura 14. Superficie perforada de limpieza.

Por lo que es el final de la línea, está completamente listo el pellet de neumático, como se muestra en la figura 15, y por ende se termina la etapa de producción del mismo.

Figura 15. Pellet de neumático

3.2.3. PROCESO DE MASTICACIÓN DEL PELLET

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17 de que los ingredientes se mezclen con el caucho natural, se lo somete a un proceso de masticación, en el cual se le hace al caucho suave, viscoso y plástico; transformándolo en una masa capaz de poder mezclarse y absorber distintas sustancias este proceso se lo realiza a una temperatura que oscila entre los 150°C y 180°C; en el caso del pellet de neumático se lo hizo a 150°C. La máquina se muestra en la figura 16.

Figura 16. Masticadora de caucho. (Direct Industry, 2013)

3.2.4. PROCESO DE MEZCLADO DE PELLET

Los masticadores por su parte poseen dos rodillos que rotan en direcciones opuestas, a diferencia de los masticadores en el cual los rodillos rotan en la misma dirección a velocidades diferentes como ya se mencionó; se muestra en la figura 17.

Figura 17. Mezcladora de caucho.

Esta mezcladora de caucho debe ser controlada por un operario capacitado, el cual pone la mezcla o masticado de los neumáticos con las diferentes sustancias de la fórmula; esta mezcla sale del masticador en bloques, como se muestra en la figura 18.

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18 Este mezclador hace que el caucho que entró en bloques se aplane mediante los rodillos de la mezcladora como se muestra en las figuras 19 y 20, estos rodillos están en constante modificación de la velocidad la cual controla el operador.

Figura 19. Mezcladora aplanando el caucho.

Figura 20. Proceso reiterado de mezclado.

El operario debe realizar el procedimiento de poner el caucho cada vez más fino a tal punto de que quede como una lámina de muy mínimo grosor para poder hacer el recubrimiento del pellet de neumático posteriormente. Cabe recalcar que la lámina que se muestra en la figura 21 es de color amarillo porque es la que estaban realizando dentro de EcoCaucho en el momento que se podían capturar las imágenes.

Figura 21. Lámina fina de caucho para recubrimiento.

3.3. FORMULACIÓN DE COMPOSICIÓN DEL PELLET

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19 fabricados con pellet así como las que se muestran en las tablas 3, 4 y 5; de sustancias de neumáticos, elementos químicos utilizados y las tolerancias respectivamente.

Tabla 3. Porcentaje de sustancias para elaborar neumáticos.

(Universidad de Buenos Aires, 2008)

Tabla 4. Elementos químicos para elaboración de neumáticos.

Tabla 5. Tolerancias de químicos de la composición de neumáticos.

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20 neumático no se pueden revelar porque son información confidencial que no estádisponible.

En la tabla 6 se muestran los porcentajes de las sustancias utilizadas para elaborar las planchas de pellet de neumático en este trabajo de investigación, a estos porcentajes se llegó luego de varias mezclas que se realizaron, en las que el caucho salió con características muy variadas, estas diferentes características se muestran en las tablas 7 y 8.

Tabla 6. Porcentajes de Sustancias para Pellet de Neumático.

Sustancia Porcentaje

( % ) Función de Sustancia

Caucho Virgen 12.3 Recubrimiento de pieza fabricada.

Pellet de

Caucho 68.4

Relleno de material fabricado, materia prima fundamental. Aglutinantes 2.1 Más elasticidad para el

caucho

Antioxidantes 3.2 Protector contra la atmósfera y luz solar.

Agente Vulcanizante (Azufre)

1.3

Une las moléculas de los cauchos entre sí.

Proporciona resistencia al frío y calor.

Acelerante

(Óxido de Zinc) 1.4

Da dureza al caucho.

Ayuda al proceso de vulcanizado.

Negro de

Humo 11.3

Da resistencia contra la abrasión.

TOTAL 100 %

Tabla 7. Mezclas de sustancia en menor porcentaje.

Variantes en menor porcentaje, mezclas realizadas previo al producto final Sustancia en Menor Porcentaje Material

Duro Material Elástico Material Suave Material mal mezclado

Caucho Virgen X X

Pellet de Caucho X X

Aglutinantes X X

Agente Vulcanizante (Azufre) X X

Acelerante (Óxido de Zinc) X X X

Tabla 8. Mezclas de sustancia en mayor porcentaje.

Variantes en mayor porcentaje, mezclas previo al producto final Sustancia en Mayor

Porcentaje Materia l Duro Material Elástico Material Suave Material mal mezclado

Caucho Virgen X X

Pellet de Caucho X X

Aglutinantes X X

Agente Vulcanizante (Azufre) X X

Acelerante (Óxido de Zinc) X X

3.3.1. PROCESO DE COMPACTACIÓN DEL PELLET

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21 desee, Se vulcaniza en una prensa durante 4 minutos a 250°C, el pellet se compacta en su totalidad y se obtiene el producto final, como se puede apreciar en la figura 22.

Figura 22. Pellet vulcanizado en molde de piso.

3.4. PREPARACIÓN DE MUESTRAS DE PELLET

Mientras que para realizar las probetas que pedían en el laboratorio se tuvo que realizar una compactación del pellet en un molde sin ninguna figura, ya que se necesitaba llevar a vulcanizar el pellet en un molde fuera de la empresa. Esta compactación se la hizo en la misma prensa que se vulcanizó el bloque pero a una temperatura de 180°C, que es una temperatura a la que el pellet se calienta y compacta para hacerse una plancha a la que se la llama pellet de neumático crudo que se puede observar en la figura 23.

Figura 23. Pellet de neumático crudo

3.5. PLANOS DE MOLDE PARA PROBETAS DE PELLET

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22 Figura 24. Plano 2D de molde en AutoCAD.

El plano totalmente terminado se puede observar en el anexo número 1, el cual también se encuentra dentro de un formato de dibujo técnico, así como a la vez se le puede observar en 3D en el anexo número 2 realiza en el mismo programa, para poder apreciar los 6,2mm que tiene de espesor. Esto se realizó porque en el laboratorio del CIAP donde se realizaron las pruebas pedían esta característica caso contrario no se podía usar la cortadora de probetas que se muestra en la figura 25 ya que entraban solo planchas de material de este tamaño.

Figura 25. Plancha de probeta formato A4 en cortadora neumática.

3.5.1. REALIZACIÓN DEL MOLDE PARA PROBETAS

Después de obtener en planchas el pellet de neumático se procede a vulcanizar el material, lo cual se realiza en un molde dependiendo del producto final que se desee obtener, como en este proyecto de titulación se debió realizar probetas a base de pellet, se realiza el molde de acero para las planchas como se muestra en la figura 26.

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23 Dentro de la empresa donde se realizó el granulado de neumático no tenía el molde para realizar planchas de neumático en el tamaño que se necesitaba, por lo que se procedió a mandarlo a elaborar fuera de la misma. El molde posee la medida de un formato A4, es decir 210mm x 297mm según la norma ISO 216 (Universidad de Valladolid, 2013). Con 5 mm de grosor, como se muestra en la figura 27.

Figura 27. Espeso de 5.2mm del molde de acero.

3.6. PLANCHAS PARA PROBETAS DE PELLET

Una vez obtenido el pellet crudo se obtuvieron las probetas de neumáticos del tamaño A4 con 5,2mm de espesor que solicitaba el laboratorio. Luego se sacaron las probetas del molde de acero utilizando una “cuchara” como se muestra en la figura 28, la cual es una herramienta con punta como de cincel que sirve para que la persona que haya vulcanizado una pieza la pueda sacar.

Figura 28. Retirar plancha de pellet del molde.

Al terminar el proceso las planchas para probetas quedan prácticamente lisas por el modelo del molde en la que se elaboró como se muestra en la figura 29.

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3.6.1. PRUEBAS DE VULCANIZACIÓN

Al realizar la vulcanización de las planchas de pellet para posterior corte de las probetas se realizaron dos diferentes pruebas, ya que en el local particular donde se realizó las pruebas dijeron más por experiencia que por conocimiento del material que al ser caucho triturado con caucho virgen se lo debía vulcanizar a una temperatura de alrededor de 120°C, lo cual se realizó con un resultado malo, ya que no se pudo compactar bien el material y quedó de la forma en la que se ve la figura 30.

Figura 30. Sobre medida de plancha vulcanizada de pellet.

En la figura 31 se puede apreciar en la plancha del lado superior tiene una sobre medida de material con una diferencia tanto de color como de tacto que es notorio, la plancha del lado superior fue vulcanizada a una temperatura de 120°.

Como se mencionó antes el material no se llegó a mezclar bien como se puede apreciar pareciese que están pegadas dos planchas distintas a la perfección, pero el lado que está más ancho está prácticamente bien vulcanizado mientras que el lado más fino se encuentra un material que pierde color y contextura. Mientras que la plancha de pellet que se vulcanizó a 150°C no se hizo una sobre medida, sino que se pudo vulcanizar como se esperaba tener el producto final de este paso, esta plancha mostró una mezcla de material realmente buena por la contextura y color que muestra, así como también la elasticidad que se requería para poder elaborar las piezas de bujes para la barra de dirección y soportes de escape.

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25

3.6.2. PROCESO DE VULCANIZACIÓN DE PELLET

Después de haber obtenido las planchas del pellet de neumático crudo se procede a vulcanizar el mismo dentro del molde elaborado en acero dentro de una prensa similar. Pero con la diferencia de que en el lugar en el que se vulcanizó fue un particular donde tenían una prensa que se podría pequeña ya que no se le daba un uso industrial, la cual se la muestra en las figuras 32, 33. Esta prensa tenía la capacidad de vulcanizar el pellet crudo dentro del molde de acero que se elaboró.

Figura 32. Prensa para vulcanizar pellet crudo en molde de acero.

Figura 33. Vulcanización de pellet crudo.

3.7. PRUEBAS DE LABORATORIO

Para que el material sea confiable, primero se lo debió someter a ensayos de laboratorio. Estos ensayos se los debe realizar en los diferentes tipos de materiales cuando se pretende manufacturar una pieza.

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26 angulares sin hendidura para ensayo de desgarre, que sirven para describir el modo en que responde a la aplicación de una fuerza o carga en una prueba de esfuerzo axial en función a la máquina de ensayos universal. La geometría de las probetas se muestra en el anexo 7.

Estos ensayos se los realizan porque dentro de la ingeniería se deben seguir normas o códigos para elaborar un análisis, diseño o fabricación de un objeto para alcanzar un grado de seguridad, eficiencia y buen funcionamiento o buena calidad. Cabe recalcar que seguir estas normas no implica seguridad absoluta (Shigley & Mischke, 1992).

3.8. CORTE DE PROBETAS PARA ENSAYO DE TRACCIÓN

Para el corte se utilizó una cortadora neumática para probetas que se muestra en la figura 34, la cual funciona con diferentes tipos de moldes cortadores dependiendo de la probeta que se iba a realizar.

Figura 34. Cortadora neumática de probetas.

Luego de poner firmemente el acople a la máquina se comenzó a cortar una por una las probetas tipo hueso de la plancha de pellet de neumático como se muestra en la figura 35. Se tuvo que realizar 5 probetas para poder realizar los ensayos según lo que dice el laboratorio para éste ensayo de tracción que se muestra en la figura 36.

Figura 35. Corte tipo hueso de probetas de pellet.

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27 Una vez cortados las probetas se tuvo que medir el grosor de cada una de las probetas en cinco puntos diferentes, que fueron los dos extremos, los dos cambios de simetría entre los extremos con el cuerpo central de las probetas y el centro de las mismas con un calibrador digital como se ve en la figura 37, para sacar un promedio del grosor ya dicho; los datos se aprecian en los anexos.

Figura 37. Medida de probetas con calibrador digital.

Cada probeta se la numeró para poder identificarlas ya que la medida del grosor que se sacó previamente se tenía que poner en el programa de la computadora que monitoreaba el ensayo de la máquina universal.

Las tablas realizadas de cada una de las medidas así como los resultados de las mismas se ilustran en el siguiente capítulo. Luego de realizar las medidas correspondientes se continuó con la realización de los ensayos de tracción en la máquina, lo cuales se realizaron a cada una de las probetas de tipo hueso como se muestra en la figura 38.

Figura 38. Posicionamiento de probeta en mordazas.

Para terminar el ensayo de tracción se debía romper la probeta en el punto en el que ya no resista la fuerza que realizaba la máquina mientras estiraba el material con las mordazas, como se muestra en la figura 39.

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3.9. RESULTADOS DE ENSAYO DE TRACCIÓN.

A las probetas tipo hueso que se cortaron de las planchas de pellet de neumáticos se las midió el grosor como se manifestó en la metodología con un calibrador digital. Estas mediciones se las hicieron porque se necesitaba sacar una media de cada probeta para utilizarla como medida única en la máquina de ensayos universal mostrada en la figura 40.

Figura 40. Máquina lista de ensayo de tracción.

En las siguientes figuras se van a mostrar un ejemplo de las mediciones de cada una de las mediciones tomadas del grosor de cada probeta tipo hueso que se realizó en el laboratorio de la siguiente forma:

 Los dos cambios de simetría entre los extremos con el cuerpo central de las probetas, como se muestra en las figuras 41 y 42.

Figura 41. Primera medida para probeta de tracción.

Figura 42. Segunda medida para probeta de tracción.

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29 Figura 43. Tercera medida para probeta de tracción.

Figura 44. Cuarta medida para probeta de tracción.

 El centro de la probeta, como se muestra en la figura 45.

Figura 45. Quinta medida para probeta de tracción.

Dentro de las tablas resultados que se muestran en los anexos 7, 8, 9, 10 se muestran cada uno de los valores de las mediciones que se realizaron de las probetas dentro del laboratorio del CIAP en la Escuela Politécnica Nacional. Para este ensayo de tracción se tomaron 5 diferentes tipos de grosores de las 5 probetas. En la tabla 9 se muestran los resultados representados en gráfica de los ensayos de cada probeta testeada en el laboratorio del CIAP, de las 5 probetas que se tomaron las muestras se hicieron 4 ensayos porque una de las probetas se rompió al comenzar el ensayo y por lo tanto no se cuenta; pero se cuenta para realizar cálculos de confiabilidad.

Tabla 9. Medidas promedio y resultado de ensayos de tracción.

La figura número 46 representa la extensión en porcentaje que resistió cada una de las probetas hasta su rotura.

Fuerza de tracción

[MPa]

Resistencia a la tracción en rendimiento [MPa] Alargamiento al Rendimiento [%]

Resistencia a la tracción al romperse [MPa] Alargamiento al romperse [%] Anchura [mm] Espesor [mm]

1 1,67 1.66 196 6.00 5.40

2 1,46 1.46 155 0.00602 226 6.00 6.08

3 1.18 1.18 85.4 0.00518 181 6.00 5.93

4 2.03 2.03 180 6.00 6.04

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30 En los anexos del 1 al 5 se puede observar que existen 5 probetas tipo hueso que se realizaron y tanto en la tabla 15, en los anexos 12 y 13 solamente se muestran 4 pruebas realizadas.

Lo cual sucedió porque una de las probetas se rompió de forma prematura, es decir, se rompió al momento que las mordazas de la máquina universal de ensayos comenzaron a funcionar; esta rotura significó que la operaria del laboratorio de como una probeta fallada, la cual no tuvo consecuencias en el factor seguridad que se muestra en la fórmula [1]. La gráfica se observa en la figura 46. Así como también los datos de la figura se muestra la tabla 10 para explicar los valores promedio.

Figura 46. Resultado Ensayo de Deformación en porcentajes.

Tabla 10. Resultados Promedio de tracción.

En la tabla 11 se observan los valores del caucho vulcanizado y del caucho sintético SBR, los cuales tienen tolerancias de resistencia y elongación que se los va a comparar con la tabla 12 que son los resultados del ensayo de tracción en promedio de todas las probetas. A la vez en la misma tabla 12 se va a mostrar resultados comparativos entre el caucho natural vulcanizado, el SBR y el pellet de neumático comprobando cuál de los tres materiales tiene mejores características, para lo que se va a sacar promedio de las tolerancias de las medidas de la tabla 12. En el caso de la resistencia de la misma tabla refleja la resistencia a la tracción en MPa, por lo que se va a pasar estas unidades en N/m2_{para comparar con los resultados del informe del CIAP.}

1 𝑁

𝑚2 = 1 000 000 𝑀𝑝𝑎

Resistencia a la Tracción

[Mpa]

Resistencia a la tracción en Rendimiento [Mpa] Resistencia a la elongación [%] Resistencia a la tracción en la rotura [Mpa] % Alargamiento a la rotura [%]

Módulo [Mpa]

Secant e 1 (%) [Mpa]

Anchura [mm]

Espesor [mm]

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31 O a la vez:

1 𝑀𝑃𝑎 = 0.000001 𝑁/𝑚2

Tabla 11. Valores de Elastómeros / Caucho Estándar

Así como también se van a realizar las transformaciones de las tolerancias dadas en PSI a N/m2_{. Para realizar la transformación se debe tener en cuenta}

que:

1 𝑁/𝑚2 _{= 0.000145 𝑃𝑆𝐼}

O a la vez:

1 𝑃𝑆𝐼 = 68924.757 𝑁/𝑚2

En la tabla 12 se observan que el caucho natural como el caucho sintético tienen menor valor a comparación del pellet de neumático en tanto a la resistencia a la tracción que para el fin del proyecto es bueno porque tanto los bujes como los soportes de tubos de escape necesitan más resistencia a la tracción porque deben evitar romperse por el ajuste que tienen en los lugares que van ubicados así como también deben evitar romperse en un tiempo prolongado ya que estas piezas se las cambian cuando llegan a fallar o romperse.

Tabla 12. Resistencia al desgarro de Caucho

Elastómero Tolerancia de tracción [PSI] Promedio Resistencia a la tracción [PSI] Resistencia a la tracción [N/m2] Elongación [%] Promedio Elongación [%] Caucho Natural Vulcanizado 2.5

3 20684.272 750 800

3.5 850

SBR 0.2 1.85 12755.301 400 500

3.5 600

PELLET DE

NEUMÁTICO 2.29 15788.994 196

Mientras que en el promedio de elongación el resultado del pellet de neumático es menor contra el caucho virgen y sintético, lo cual no es desfavorable para el

Elastómero

Resistencia a la tracción

PSI

Elongación % Caucho natural

vulcanizado 2,5 - 3,5 750 - 850

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32 material ya que los bujes y soportes de tubos de escape no necesitan mucha elasticidad. Porque para montar los bujes se debe realizar un corte transversal en la parte donde va la barra estabilizadora, como se muestra en la figura 47.

Figura 47. Corte de buje para montar en barra estabilizadora.

Mientras que para montar los soportes de los tubos de escape se necesita solo un poco de elasticidad ya que deben salir de los espárragos en donde van colocados. Por lo que los resultados que se muestran en la tabla 12 son favorables para el pellet de neumático ya que, como se mencionó antes, las características del material según las comparaciones para los objetos que se quisieron fabricar para fines de este proyecto son idóneos.

3.10. ENSAYO DE DESGARRE

La resistencia al desgarre es la medida de la capacidad que tiene el material para soportar la fuerza necesaria para que ocurra el desgarramiento del pellet de neumático en este caso, este procedimiento se realiza mediante una norma que detalla la resistencia con índices de carga bajo por ser un material elástico. Este método de ensayo de desgarre funciona de igual forma al del ensayo de tracción en el aspecto de que se utiliza la misma máquina universal, porque sujeta la probeta con las mismas mordazas haciendo la fuerza de estiramiento en un eje de la misma.

3.11. CORTE DE PROBETAS PARA ENSAYO DE DESGARRE.

A diferencia del ensayo de tracción este ensayo de resistencia al desgarro tiene una característica de que en este caso el corte de la probeta no es de tipo hueso, sino que se corta la probeta de forma que quede una entrada donde se podía romper muy fácilmente la probeta. Para realizar el corte la encargada del laboratorio del CIAP cambió de molde cortador y se pueda comenzar a cortar, en este caso se debían cortar 10 probetas para el ensayo de desgarro, como muestra en las figuras 48 y 49.

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33 Figura 49. Probeta de pellet para ensayo de desgarre.

De igual forma que con las probetas de tipo hueso para el ensayo de tracción, a estas probetas para el ensayo de desgarre se tuvieron que hacer medidas del espesor de cada uno pero en este caso tomando tres medidas de cada una de las probetas con el mismo calibrador digital como se ve en la siguiente figura 50.

Figura 50. Medida del espesor de probeta ensayo de desgarro.

3.12. RESULTADO DE ENSAYO DE DESGARRE

Al igual que en el ensayo anterior, se tuvieron que cortar las probetas de pellet de las planchas de pellet de neumático en la máquina para posteriormente medirlas también con el calibrador digital, en este caso se tuvieron que realizar 3 mediciones las cuales se las hizo de la siguiente forma:

 Las tres medidas se las hicieron en la misma sección de la probeta, es decir, la primera se la realizó en el lado izquierdo de la curva del cuerpo central de la probeta; como se observa en la figura 51.

Figura 51. Primera medida de probeta para ensayo de desgarro.

 La segunda medida se hizo en la mitad de la sección de la curva, como se muestra en la figura 52.

(53)

34

 Mientras que la última medida se la realizó en la parte derecha de la sección de la curva, como se puede apreciar en la figura 53.

Figura 53. Tercera medida de probeta para ensayo de desgarro.

En la tabla del anexo 26 se muestran todos los valores de las mediciones que se realizaron de las probetas previo a la realización del ensayo de desgarre. Para lo cual se tomaron 3 medidas de los grosores como se muestran en las figuras 54, 55 y 56 de 10 probetas. De igual forma se hizo en el ensayo de tracción, se van a contrarrestar los datos del informe del laboratorio del ensayo de desgarro que se pueden ver en los anexos 25 y 26.

Figura 54. Resultado de Ensayo de Probetas 1-4 de Desgarre.