Diseño del sistema de trituración de una máquina para procesar vidrio laminado en Guatemala

Abstract

Este trabajo de graduación tuvo como objetivo el diseño y la validación de un sistema de trituración de una trituradora de rodillos para vidrio laminado, capaz de transformar láminas de 0.75 m × 1.00 m × 10 mm en partículas reciclables (cullet) de aproximadamente 2 cm × 2 cm. Se desarrolló un modelo mecánico de trituración basado en dos rodillos dentados con un sistema de resortes de compresión ajustables, diseñado para mantener una presión constante entre los ejes y facilitar la fractura controlada del vidrio. Este sistema permite trabajar con diferentes espesores de vidrio laminado, desde 5 mm hasta 10 mm, enfocado en el procesamiento de vidrio laminado arquitectónico. Para el diseño de los rodillos, se aplicó la metodología de Diseño en ingeniería mecánica de Shigley, mientras que la selección y el cálculo de la vida útil de los rodamientos se realizaron con base en el catálogo del fabricante SKF, con lo que se obtuvo un diseño que resiste sin fallas hasta una carga distribuida de 33,373 N/m por rodillo. Se desarrollaron dos sistemas de trituración: uno final, correspondiente a la máquina completa, y un prototipo a escala reducida con el propósito de validar la funcionalidad del diseño. Este prototipo fue construido con una estructura de acero estructural 3" × 3" × 3/16" y rodillos de acero AISI 1045, lo que se verificó mediante un análisis para ver que cumpliera con los factores de seguridad establecidos según el criterio de Ullman. El prototipo tuvo como finalidad comprobar que los rodillos fueran capaces de triturar el vidrio laminado y alcanzar el tamaño de partícula deseado. Las pruebas experimentales demostraron una eficiencia de trituración del 55 %, con lo que se obtuvieron partículas de tamaño uniforme de 2 cm × 2 cm, sin desprendimiento excesivo del polímero intermedio (PVB). Los resultados confirman que el diseño propuesto es técnica y económicamente viable para pequeñas y medianas empresas recicladoras en Guatemala, lo que ofrece una alternativa local, eficiente y sostenible para el aprovechamiento del vidrio laminado.

This graduation project aimed to design and validate a crushing system based on a roller crusher for laminated glass, capable of transforming sheets measuring 0.75 m × 1.00 m × 10 mm into recyclable particles (cullet) of approximately 2 cm × 2 cm. A mechanical crushing model was developed using two toothed rollers with an adjustable compression spring system, designed to maintain constant pressure between the shafts and enable controlled fracture of the glass. This system allows processing of different laminated glass thicknesses, ranging from 5 mm to 10 mm, with a focus on architectural laminated glass. For the roller design, Shigley’s Mechanical Engineering Design methodology was applied, while bearing selection and life calculations were based on the SKF manufacturer catalog. The resulting design can withstand a distributed load of up to 33,373 N/m per roller without failure. Two crushing systems were developed: a final system corresponding to the complete machine, and a scaled prototype intended to validate the design’s functionality. The prototype was constructed using a 3" × 3" × 3/16" structural steel frame and AISI 1045 steel rollers, which were verified through analysis to meet safety factors according to Ullman’s criteria. The prototype’s purpose was to confirm that the rollers could effectively crush laminated glass and achieve the desired particle size. Experimental tests demonstrated a crushing efficiency of 55%, producing uniform particles of approximately 2 cm × 2 cm, without excessive detachment of the interlayer polymer (PVB). The results confirm that the proposed design is technically and economically viable for small and medium-sized recycling companies in Guatemala, offering a local, efficient, and sustainable alternative for laminated glass recycling.