Diseño de máquinas de separación y lavado para línea de reciclaje de tereftalato de polietileno

Abstract

Se realizó el diseño y análisis de una máquina separadora por densidades y una lavadora en caliente, secciones clave para una línea de reciclaje de plásticos PET. Ambos equipos fueron desarrollados para cumplir con los requisitos del sistema de reciclaje, asegurando su integración con otras máquinas del proceso. El objetivo principal fue procesar un flujo másico de 150 kg/h, lo cual se logró mediante simulaciones estructurales y de dinámica de fluidos utilizando ANSYS Workbench, complementadas con modelado CAD en Autodesk Inventor®. Este diseño surge como respuesta a la creciente contaminación por plásticos PET en ríos, lagos y vertederos de Guatemala, proponiendo una solución sostenible para las comunidades afectadas. El diseño de estos sistemas se enfocó en remover residuos y otros materiales indeseados del PET, mejorando la pureza del producto final reciclado. Se realizaron análisis detallados de la geometría de los equipos, la capacidad de los tanques, la potencia de las bombas, equipos auxiliares y la resistencia de los materiales. Los resultados de las simulaciones confirmaron que el acero inoxidable SAE 304, empleado en los componentes, es capaz de soportar las tensiones críticas y evitar fallas plásticas, garantizando un factor de seguridad superior a 2. El análisis de la lavadora en caliente consideró tanto las cargas dinámicas como las térmicas, logrando un diseño que resiste las condiciones operativas sin comprometer su integridad. Además, las simulaciones permitieron realizar ajustes dinámicos al diseño, contemplando el costo de fabricación y eliminando la necesidad de producir prototipos físicos. Se incluye una lista de materiales necesarios para la fabricación de ambas máquinas, así como un costo estimado con el objetivo de ofrecer una solución económica y competitiva frente a las máquinas disponibles en el mercado. El propósito final es implementar este diseño en áreas donde aún no se realiza el reciclaje de PET, contribuyendo a la reducción de la contaminación plástica. Aunque el PET tiene múltiples usos y beneficios, su desecho inadecuado ha generado un problema ambiental significativo. La acumulación de botellas, envases y otros productos plásticos ha alcanzado niveles alarmantes, lo que hace imperativo implementar medidas prácticas para poder reutilizar este material. Este proyecto ofrece alternativas concretas hacia un futuro sostenible mediante una gestión responsable de los residuos plásticos. Además, se propone una solución que fomenta la conciencia ambiental en las comunidades guatemaltecas y promueve el reciclaje como parte integral de la vida cotidiana.

A density-based separator and a hot washer, key sections of a PET plastics recycling line, were designed and analyzed. Both machines were developed to meet the system’s recycling requirements, ensuring integration with other equipment in the process. The main objective was to process a mass flow rate of 150 kg/h, which was achieved through structural and fluid dynamics simulations using ANSYS Workbench, complemented by CAD modeling in Autodesk Inventor®.

This design emerged as a response to the increasing PET plastic pollution in rivers, lakes, and landfills across Guatemala, proposing a sustainable solution for affected communities.

The design of these systems focused on removing residues and other undesirable materials from PET, improving the purity of the final recycled product. Detailed analyses were performed on the equipment geometry, tank capacity, pump power, auxiliary components, and material resistance. The simulation results confirmed that SAE 304 stainless steel, used in the components, can withstand critical stresses and prevent plastic failure, ensuring a safety factor greater than 2.

The analysis of the hot washer considered both dynamic and thermal loads, achieving a design capable of withstanding operating conditions without compromising its integrity. Furthermore, the simulations allowed dynamic adjustments to the design, accounting for manufacturing costs and eliminating the need for physical prototypes. A list of required materials for the fabrication of both machines is included, along with an estimated cost, in order to offer an economical and competitive solution compared to existing machines on the market.

The ultimate goal is to implement this design in areas where PET recycling is not yet practiced, contributing to the reduction of plastic pollution. Although PET has multiple uses and benefits, its improper disposal has created a significant environmental issue. The accumulation of bottles, containers, and other plastic products has reached alarming levels, making it imperative to implement practical measures for reusing this material.

This project offers concrete alternatives toward a sustainable future through the responsible management of plastic waste. It also proposes a solution that fosters environmental awareness within Guatemalan communities and promotes recycling as an integral part of daily life.