Mecatrónica

Diseño y programación de un robot para separar taparroscas por color.

Categoría: Pandilla Kids (3ro., 4to., 5to. y 6to. Año de primaria)
Área de participación: Mecatrónica
Asesor: REYNA ELIZALDE GONZÁLEZ
Equipo [ ]: Santiago Gómez Salgado(6o Águila) , Eduardo Alberto Reyes Luna(6o Águila)

Resumen

Las aplicaciones de los plásticos ha contribuido de manera importante a la comodidad del ser humano, por lo cual su consumo ha crecido de manera importante año con año; uno de los plásticos de mayor uso es el que se conoce como PET (Polietilen Tereftalato), que tiene múltiples usos, entre ellos botellas desechables para bebidas que son desechadas como basura y sólo una mínima parte se reciclan. Por otro lado las tapas de dichos envases están fabricadas con otro plástico polipropileno (PP5), el cual tiene propiedades diferentes al PET y contamina el proceso de reciclaje, por lo que es importante retirarlas y reciclarlas por separado. Dicha situación ha sido aprovechada por diversas fundaciones a nivel mundial con objeto de obtener fondos, por lo que recolectan las tapas que son fáciles de manejar y almacenar, y, las entregan a las empresas recicladoras, quienes pagan un mejor precio cuando las tapas están clasificadas por color. En ese contexto, el reciclado de las tapas tiene grandes beneficios ya que permite a las fundaciones obtener fondos, genera una cultura de cuidado al medio ambiente e incentiva a los recicladores de las botellas, ya que las reciben sin las tapas evitando un proceso adicional. Una fundación en Argentina reporta haber recolectado en una campaña, casi mil millones de tapitas, lo que suma 2,500 toneladas de PP. Ante ese panorama, decidimos diseñar y construir un prototipo robótico basado en Lego EV3, para automatizar la separación de las tapas por color y con ello fortalecer las iniciativas económicas, ecológicas y sociales que están implicadas en los programas de reciclaje de tapitas.

Pregunta de Investigación

1.-¿Es posible crear un dispositivo que tenga la capacidad de separar taparroscas por colores utilizando piezas del set LEGO EV3? 2.-¿Es de nuestro beneficio separar tapas por colores?

Planteamiento del Problema

Existen muchas fundaciones en el mundo que se han dado a la tarea de recolectar tapas de polipropileno (PP5) para sumar recursos económicos que les permitan llevar a cabo sus objetivos. Señala www.twenergy.com en un artículo publicado en 2012 que la Fundación del Hospital de Pediatría Garrahan de Buenos Aires había conseguido recuperara casi mil millones de tapitas, esto es, 2,500 toneladas de PP5. Ante tal volumen vemos la importancia de contar con mecanismos automatizados que permitan la separación por colores incrementando su valor en el mercado de reciclaje.

Además del incentivo económico, el retirar las tapas y etiquetas de los envases de polietilen tereftalato (PET), que son los más comunes en el envasado de bebidas en la actualidad, facilita su reciclaje lo cual podría beneficiar al medio ambiente.

Por lo cual planteamos diseñar y construir un prototipo de máquina robótica que separe las tapitas por color. Específicamente usando un equipo Lego EV3.

Dado que el problema es un caso de ingeniería mecatrónica, la hipótesis a la primera pregunta de investigación se sustituye por una meta de ingeniería. En el caso de la segunda pregunta se buscarán respuestas en la investigación documental.

Antecedentes

No todos los plásticos son iguales, aunque a simple vista pueda parecerlo. En realidad y según la composición de sus resinas, existen como mínimo hasta siete clases distintas de plásticos, algo muy a tener en cuenta a la hora de reciclarlo, pues para ello se funde el plástico y estos tipos de resina son termodinámicamente incompatibles unos con otros. Las tapitas de las botellas, por ejemplo, tienen un valor real que desconocemos.

Es lo que sucede, por ejemplo, con las botellas de plástico, hechas de PET (Polietileno Tereftalato), mientras que sus tapitas son de PP (Polipropileno), mucho más resistente al calor. Cuando pensamos en reciclar botellas, sólo pensamos en el PET, pero ¿qué hay de la tapita? ¿Cuánto vale una tapita de una botella de gaseosa?

el material se recupera totalmente, transformándose en cajitas de CD, baldes, palitas para basura, broches, perchas, caños de agua, comedores para perros y un sinfín de objetos plásticos.

Las tapitas, que no pueden ser de aerosoles, champúes, lavandina u otros productos de limpieza

¿CÓMO ESTÁN COMPUESTAS?

Están hechas de PoliPropileno (plástico 5, PP), un tipo de plástico diferente al de las botellas (PET), por esto lo ideal es remover las tapitas de las botellas y juntarlas por separado. Aún si no se separan las tapitas de las botellas, todo se considera un recurso reciclable.

¿DONDE LO TIRO?

Las tapitas van junto con los reciclables en el contenedor verde o en mano de la Cooperativa de Recuperadores de tu zona. A su vez, existen organizaciones que las recuperan para diferentes causas.

¿Cómo clasificarlas por color?

Para que en las recicladoras nos paguen un mejor precio por kilo de tapas, estas deben estar clasificadas por color.

La clasificación se hace en 6 grupos:

PLATEADO Y GRIS

VERDE:
En este grupo se incluyen todas las tonalidades de verde

AZUL Y CELESTE:
En este grupo se incluyen todas las tonalidades de azul, celeste, turquesa, etc.

NEGRO

AMARILLO Y DORADO:
En este grupo se incluyen todas las tonalidades de amarillo y dorado.

ROJO, NARANJA Y FUCSIA, BLANCO Y TRANSPARENTE:
Todas las tonalidades de rojo, naranja, fucsia, violeta, rosado, etc. junto a las tapas blancas y transparentes.

Los desechos tienen que llegar a la industria sin ningún tipo de materia inorgánica como grapas, papel, cinta adhesiva etc.; Sin embargo, en la actualidad existen algunos centros que reciben los plásticos sucios y limpios.

Si todos nos acostumbramos a separar estos desperdicios, se podrá reutilizar y conseguir un gran ahorro de energía además de reducir la contaminación.

Objetivo

Construir un prototipo robótico que clasifique las taparroscas por color usando las piezas del set Lego Education EV3.

Justificación

Centro Escolar Zamá, ha participado en algunos programas de apoyo social con algunas fundaciones, algunas recolectan por ejemplo víveres o ropa de inverno, otras papel proveniente de libros y cuadernos y otras tapitas. En este último caso nos percatamos que una vez recolectadas la tapitas, es necesario separarlas por color; y que, aún con la ayuda de muchos niños, la separación de las tapitas toma mucho esfuerzo y tiempo, por ello pensamos que un sistema automatizado para hacerlo sería e mucha ayuda para las fundaciones, además sería un incentivo para que cada vez más personas, eliminen la tapa de los envases y estos lleguen mejor preparados para su reciclaje. Pensamos que podemos generar un prototipo de un sistema automatizado utilizando nuestros conocimientos de robótica y el equipamiento con el que contamos en el colegio. Nuestro deseo es que las fundaciones que recolectan las tapitas, lo tomen en cuenta y puedan aplicar la tecnología que proponemos de manera industrial.

Hipótesis

Si diseñamos y programamos un robot que clasifique taparroscas por colores entonces tendremos más oportunidades de tener las tapas organizadas por colores en cantidades mayores y mayor facilidad.

Si se separan las tapas se da valor a las mismas pero además incentiva a toda la cadena de reciclaje.

Método (materiales y procedimiento)

Material y método

En nuestra investigación documental , fuimos a la biblioteca por información acerca del proyecto.

Materiales:

Set Education de EV3 45544

Taparroscas de diferentes colores

Computadora con los siguientes programas:

Programación Lego Mindstorns EV3 45544
Lego Digital Designer

Contenedores de plástico

Procedimiento:

1.-Construcción del robot (Anexo 1)

2.-Diseño del mecanismo interno del robot

3.-Diseño de los aditamentos

4.-Elaboración de un diagrama de flujo de la programación

5.-Elaboración de la programación

6.-Elaboración de pruebas con el robot

Galería Método

Resultados

De acuerdo con la información obtenida en la investigación documental encontramos que las tapitas son una fuente importante de financiamiento para algunas fundaciones que a través de ellas obtiene fondos para realizar su obra social. Si las tapitas se separan por colores son más apreciadas por los recicladores, ya que pueden fundir el plástico y producir más tapitas del mismo color u otra variedad de objetos con colores definidos.

Por otro lado, logramos nuestra meta de ingeniería, ya que construimos un prototipo robótico que separa tapitas de colores manera automatizada, fue diseñado, construido y programado con los materiales detallados en la metodología.

Nuestro prototipo robótico separa 4 colores de tapitas: rojas, verdes, azules y blancas. Cuenta con un alimentador por gravedad y una compuerta de control, las tapitas caen a una banda transportadora donde un sensor de color detecta en que puerto debe salir la tapita para ser separada, un servomotor acciona un percutor que golpea las tapas rojas, azules o verdes en cada puerto y las envía a un recolector; las tapas blancas salen al final de la banda. Recordemos que es un prototipo por lo que una línea industrial construida a partir de esta idea, podría separar mucho más colores con sólo realizar algunos ajustes.

Galería Resultados

Discusión

Conclusiones

El reciclaje de tapitas es importante por lo siguiente:

Brindan un beneficio económico a los recicladores de las tapitas, especialmente si son separadas por colores.
Brindan un beneficio económico a los recicladores de los envases, ya que al quedar libres de tapas se facilita el proceso.
Concientizan a la sociedad de la importancia que tiene separar los residuos para poderlos aprovechar.
La sociedad contribuye con diversas fundaciones a la obtención de fondos para atender causas sociales a través de la solidaridad.
El proceso contribuye a que cada vez más plásticos se reciclen a favor del medio ambiente.
Las fundaciones pueden obtener fondos para realizar obras sociales a través delas tapitas, que son fáciles de manejar y transportar y no ocupan grandes espacios.

Nuestra propuesta permite que las fundaciones interesadas en separar tapitas con diferentes colores puedan utilizar procesos automatizados como el del prototipo que hemos diseñado, construido y programado.

Bibliografía

1.- http://www.tapitasoportunidades.com/cómo-colaborar/como-clasificarlas/.

2.- http://reciclario.com.ar/reciclable/tapitas-plasticas-de-botellas/.

3.- https://twenergy.com/ar/a/el-valor-real-de-las-tapitas-658.

4.- Aguilar, M., et. al. (2004) “La basura, manual para el reciclamiento urbano”. Trillas

5.- http://tecnologiadelosplasticos.blogspot.mx/2011/06/polipropileno.html

6.- http://sostenibilidad.semana.com/medio-ambiente/articulo/tapas-plasticas-por-que-se-reciclan/36528

7.- http://quieroreciclar.blogspot.mx/2007/10/tapas-de-botellas-plsticas.html

8.- Ayala, A.D., Serralde, M.A. (2009) “Centro móvil triturador de PET”. Tesis. ESIME, IPN, México

9.- Agilar, E. (2013). “Establecimiento de una tecnología sustentable en una refresquera a través de una recicladora de residuos sólidos”. Tesis. ESCA – IPN, México

10.- Vélez, V.E., Mosquera, B.A. (2012). “Reciclaje de plásticos”. Tesis. Universidad de Guayaquil, Ecuador.

Diseño y programación de un robot para separar taparroscas por color.

Summary

The applications of plastics have contributed significantly to the comfort of the human being, so that their consumption has grown significantly year after year. One of the most widely used plastics is what is known as PET (Polyethylene Terephthalate), which has multiple uses, including disposable bottles for beverages that are discarded as garbage and only a small part are recycled. On the other hand, the covers of these containers are made with another plastic, polypropylene (PP5), which has different properties than PET and contaminates the recycling process, so it is important to remove them and recycle them separately. This situation has been exploited by various foundations worldwide to obtain funds, so they collect the covers that are easy to handle and store, and deliver them to the recycling companies, who pay a better price when the covers are classified by color. In this context, the recycling of the covers has great benefits since it allows the foundations to obtain funds, generates a culture of care for the environment and encourages the bottle recyclers, since they receive them without the caps, avoiding an additional process. A foundation in Argentina reports having collected in one campaign, almost one billion of caps, which adds 2,500 tons of PP. Given this scenario, we decided to design and build a robotic prototype based on Lego EV3, to automate the separation of the caps by color and thereby strengthen the economic, ecological and social initiatives that are involved within the recycling programs of caps.

Research Question

1.- Is it possible to create a device that has the ability to separate closure taps by colors using pieces of the Lego EV3® 45544 set? 2.-Is it in our interest to separate closure taps by colors?

Problem approach

The separation of the caps may be for our benefit, but some of us do not have the time to do it. Making a machine that separates them can help us without having to do it ourselves. These cpss CAN NOT be combined with the bottles, “since they are made of Polypropylene (plastic PP), a different type of plastic from the one of the bottles (PET), for that reason it is ideal to remove the caps from the bottles “.

Background

Not all plastics are the same, although at first glance it may look like it. Actually and according to the composition of their resins, there are at least seven different kinds of plastics, something very to take into account when recycling it, because it melts the plastic and these types of resin are thermodynamically incompatible with each other . Bottle caps, for example, have a real value that we do not know.

This is what happens, for example, with plastic bottles, made of PET (Polyethylene Terephthalate), while their caps are made of PP (Polypropylene), much more resistant to heat. When we think about recycling bottles, we only think about PET, but what about the cap? How much is a bottle cap worth of soda?

the material is completely recovered, transforming into CD boxes, buckets, garbage pads, brooches, hangers, water pipes, dog eaters and a host of plastic objects.

The caps, which can not be sprays, shampoos, bleach or other cleaning products

HOW ARE YOU COMPOSED?
They are made of Polypropylene (plastic 5, PP), a type of plastic different from that of bottles (PET), so the ideal thing is to remove the bottle caps and put them together separately. Even if the bottle caps are not separated, everything is considered a recyclable resource.

WHERE DO I THROW IT?
The caps go along with the recyclables in the green container or in the hand of the Cooperativa de Recuperadores in your area. In turn, there are organizations that recover them for different causes.

How to classify them by color?

For recyclers to pay us a better price per kilo of tapas, these must be classified by color.

The classification is done in 6 groups:

SILVER AND GRAY
GREEN:
In this group all shades of green are included
BLUE AND CELESTIAL:
This group includes all the shades of blue, light blue, turquoise, etc.
BLACK
YELLOW AND GOLD:
This group includes all shades of yellow and gold.
RED, ORANGE AND FUCHSIA, WHITE AND TRANSPARENT:
All shades of red, orange, fuchsia, violet, pink, etc. next to the white and transparent covers.

The waste has to reach the industry without any inorganic material such as staples, paper, adhesive tape etc .; However, at present there are some centers that receive dirty and clean plastics.

If we all get used to separating these wastes, it will be possible to reuse and achieve a great energy saving as well as reducing pollution.

Objective

To make a device that classifies the closure caps by colors with pieces of the Lego EV3® 45544 set.

Justification

The separation of closure caps may be necessary in some areas of the manufacture of the caps, we decided to research on this subject since it is for our benefit as for some external companies as well.

Hypothesis

If we design and program a robot that classifies the closure taps by colors, then we will have more opportunities to have them better organized in larger quantities.

Method (materials and procedure)

Materials:

Set Education EV3
Closure caps of different colors
Computer with the following programs:

- Lego Mindstorms EV3® 45544 Programming
- Lego Digital Designer

Process:
1. Construction of the robot (Appendix 1)
2. Design of the attachments
3. Elaboration of a flow diagram programming
4. Development of the programming
5. Development of tests with the robot

Method Gallery

Results

According to the information obtained in the documentary research we found that the caps are an important source of financing for some foundations which through them obtain funds to carry out their social work. If the caps are separated by colors they will be more appreciated by recyclers, as they can melt the plastic and produce more caps of the same color or another variety of objects with defined colors.
On the other hand, we achieved our engineering goal, since we built a robotic prototype that separates colored caps in an automated way It was designed, built and programmed with the materials detailed in the methodology.

Our robotic prototype separates 4 colors of caps: red, green, blue and white. It has a gravity feeder and a control gate, the caps fall to a conveyor belt where a color sensor detects in which port the cap should go to be separated, a servo motor drives a hammer that hits the red, blue or green caps in each port and sends them to a collector; the white covers come out at the end of the band. Remember that this is a prototype so an industrial line built from this idea could separate much more colors just by making some adjustments.

Results Gallery

Discussion

Conclusions

The recycling of caps is important because of the following:
• They provide an economic benefit to the recyclers of the caps, especially if they are separated by colors.
• They provide an economic benefit to the recyclers of the containers, since being free of the caps, it facilitates the process.
• Raise society’s awareness on the importance of separating waste, so it can be reused.
• The society contributes with diverse foundations to obtain funds to attend social causes through solidarity.
• The process contributes to more and more plastics being recycled in favor of the environment.
• Foundations can obtain funds to carry out social works through the collecting of caps, which are easy to handle and transport and do not occupy large spaces.

Our proposal allows foundations interested in separating caps with different colors to use automated processes such as the prototype that we have designed, built and programmed.

Bibliography