Vera Gonzales

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO 
 
FACULTAD DE INGENIERÍA 
ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA MECÁNICA 
________________________________________________________ 
 
 
 
 
 
 
Tesis Para Obtener El Título De Ingeniero Mecánico 
________________________________________________________ 
 
AUTOR 
Br. Vera Gonzales Edwin Yordi 
 
ASESOR 
Ms. Peláez Chávez Víctor Hugo 
 
 
TRUJILLO – PERÚ 
2023
“Diseño y construcción de una máquina para obtener 
filamento 3D de bajo costo reciclando botellas PET” 
 
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Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No 
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PRESENTACIÓN 
 
Señores miembros del jurado. 
Señor decano de la facultad de la Facultad de Ingeniería. 
Señores docentes de la Escuela Profesional de Ingeniería Mecánica. 
 
Según lo establecido en las normativas del reglamento de grados y títulos de la escuela 
profesional de Ingeniería Mecánica de la Universidad Nacional de Trujillo, presento el siguiente 
trabajo de investigación que lleva por título: 
“Diseño y construcción de una máquina para obtener filamento 3D de bajo costo 
reciclando botellas PET” 
Este proyecto se centra en la concepción y desarrollo de una máquina para obtener 
filamento 3D de bajo costo reciclando botellas PET. El proceso de diseño implica la 
identificación de requisitos de usuarios, la revisión de diseños similares, la evaluación de 
distintas propuestas y la elección de la configuración más adecuada. Se llevó a cabo un análisis 
económico que respalda la viabilidad del proyecto, y las pruebas prácticas confirmaron su 
funcionamiento óptimo en condiciones específicas. En resumen, este proyecto aborda un desafío 
concreto y ofrece una solución técnica y económicamente viable, con la aspiración de contribuir 
al conocimiento de estudiantes de Ingeniería Mecánica y a aquellos interesados en el campo del 
diseño. 
 
Trujillo, octubre del 2023 
Br. Vera Gonzales Edwin Yordi 
 
 
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DEDICATORIA 
 
El presente trabajo está dedicado a: 
 
Mis padres Oswaldo y Deysi, cuyo incansable esfuerzo y dedicación diaria 
han sido una fuente inagotable de amor y apoyo incondicional en cada una 
de las metas que nos hemos propuesto yo y mis hermanos. 
 
Mi hermana Liliana, quien es una de las razones de mi constante deseo de 
superación. 
 
Mi hermano Ronal, a quien debo respeto y gratitud por su incondicional 
apoyo. 
 
Mi profesora de secundaria, Marleni Rojas Gallegos, quien apoyo mi camino 
profesional desde el inicio. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
iv 
 
AGRADECIMIENTO 
 
Primero que todo, agradezco a Dios por su constante compañía a lo largo de mi vida. 
 
A mis queridos padres, hermanos y mi familia en general, les estoy eternamente agradecido 
por su apoyo inquebrantable y por su paciencia inmensa, especialmente cuando he tenido que 
renunciar a importantes reuniones para continuar con mis estudios. 
 
A la Universidad Nacional de Trujillo, y en particular a la distinguida escuela profesional de 
Ingeniería Mecánica, quiero expresar mi gratitud por los años de dedicación, las 
enriquecedoras actividades y la valiosa formación que he recibido. 
 
A mi asesor, el Ms. Víctor Hugo Peláez Chávez, quien ha brindado un apoyo invaluable 
durante el desarrollo de este trabajo. 
 
No puedo dejar de mencionar a mis amigos, tanto de mi carrera como de otras escuelas, 
quienes han enriquecido mi vida de muchas maneras y a quienes agradezco por su amistad y 
apoyo incondicional. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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ÍNDICE GENERAL 
 
RESUMEN ............................................................................................................................... xv 
ABSTRACT ............................................................................................................................ xvi 
I. INTRODUCCIÓN ....................................................................................................... 17 
1.1 REALIDAD PROBLEMÁTICA ................................................................................... 17 
1.2 JUSTIFICACIÓN Y RELEVANCIA ............................................................................ 19 
1.2.1 Justificación Teórica ............................................................................................ 19 
1.2.2 Justificación Económica ...................................................................................... 19 
1.2.3 Justificación Ambiental ....................................................................................... 19 
1.2.4 Justificación Tecnológica .................................................................................... 19 
1.3 MARCO TEÓRICO CONCEPTUAL ........................................................................... 20 
1.3.1 Antecedentes ........................................................................................................ 20 
1.3.2 Plásticos y Polímeros ........................................................................................... 22 
1.3.3 Polímeros termoplásticos ..................................................................................... 23 
1.3.4 Tereftalato De Polietileno (PET) ......................................................................... 28 
1.3.5 Manufactura aditiva ............................................................................................. 29 
1.4 PROBLEMA .................................................................................................................. 30 
1.5 HIPÓTESIS ................................................................................................................... 30 
1.6 OBJETIVOS .................................................................................................................. 30 
1.6.1 Objetivo General.................................................................................................. 30 
1.6.2 Objetivos Específicos .......................................................................................... 30 
II. MATERIAL Y MÉTODO .......................................................................................... 31 
2.1 TIPO DE INVESTIGACIÓN ........................................................................................ 31 
2.2 POBLACIÓN ................................................................................................................ 31 
vi 
 
2.3 MUESTRA .................................................................................................................... 31 
2.4 CRITERIOS DE INCLUSIÓN ...................................................................................... 31 
2.5 CRITERIOS DE EXCLUSIÓN ..................................................................................... 31 
2.6 UNIDAD DE ANÁLISIS .............................................................................................. 31 
2.7 TÉCNICAS E INSTRUMENTOS ................................................................................ 32 
2.6.1 Técnicas ............................................................................................................... 32 
2.6.2 Instrumentos ........................................................................................................ 32 
2.8 CONTROL DE CALIDAD DE LOS DATOS:PRUEBAS DE VALIDEZ Y 
CONFIABILIDAD ........................................................................................................ 32 
2.9 PROCEDIMIENTO ....................................................................................................... 32 
2.10 PROCESAMIENTO DE DATOS ................................................................................. 32 
2.11 DEFINICIÓN DE VARIABLES DE ESTUDIO .......................................................... 33 
2.10.1 Definición De Variables ...................................................................................... 33 
2.10.2 Dimensiones De Las Variables............................................................................ 34 
2.12 CONSIDERACIONES ÉTICAS Y DE RIGOR ........................................................... 34 
III. RESULTADOS ............................................................................................................ 35 
3.1 O.E.1: Elaborar las especificaciones de diseño de la máquina usando encuestas y/o 
entrevistas en la ciudad de Trujillo. .............................................................................. 35 
3.1.1 Necesidades de los usuarios de impresión 3D ..................................................... 35 
3.1.2 Recomendaciones de diseño y construcción ....................................................... 40 
3.1.3 Especificaciones de diseño .................................................................................. 42 
3.2 O.E.2: Generar conceptos de posibles modelos de la máquina y elegir el modelo optimo 
mediante una matriz de selección ponderada. .............................................................. 42 
3.2.1 Funciones del equipo ........................................................................................... 42 
3.2.2 Concepto 01 ......................................................................................................... 45 
3.2.3 Concepto 02 ......................................................................................................... 46 
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3.2.4 Concepto 03 ......................................................................................................... 47 
3.2.5 Concepto 04 ......................................................................................................... 48 
3.2.6 Selección del mejor concepto .............................................................................. 49 
3.3 O.E.3: Efectuar el diseño de configuración. .................................................................. 51 
3.3.1 Configuración 01 ................................................................................................. 51 
3.3.2 Configuración 02 ................................................................................................. 52 
3.3.3 Configuración 03 ................................................................................................. 53 
3.3.4 Selección de la mejor configuración ................................................................... 54 
3.4 O.E.4: Efectuar el dimensionamiento general de la máquina. ...................................... 56 
3.5 O.E.5: Efectuar el diseño paramétrico de ciertos componentes seleccionados. ........... 58 
3.6 O.E.6: Efectuar el diseño de selección de componentes estándar. ............................... 87 
3.7 O.E.7: Realizar la ingeniería de detalle. ....................................................................... 93 
3.8 O.E.8: Efectuar el análisis económico del proyecto. ..................................................... 95 
3.9 O.E.9: Llevar a cabo la fabricación de la máquina. ................................................... 101 
3.10 O.E.10: Realizar pruebas y determinar las condiciones de operación optimas de la 
máquina. ...................................................................................................................... 104 
IV. ANÁLISIS Y DISCUSIÓN ....................................................................................... 105 
4.1 O.E.1: Elaborar las especificaciones de diseño de la máquina usando encuestas y/o 
entrevistas en la ciudad de Trujillo. ............................................................................ 105 
4.2 O.E.2: Generar conceptos de posibles modelos de la máquina y elegir el modelo optimo 
mediante una matriz de selección ponderada. ............................................................ 105 
4.3 O.E.3: Efectuar el diseño de configuración ................................................................. 105 
4.4 O.E.4: Efectuar el dimensionamiento general de la máquina. .................................... 106 
4.5 O.E.5: Efectuar el diseño paramétrico de ciertos componentes seleccionados. ......... 106 
4.6 O.E.6: Efectuar el diseño de selección de componentes estándar. ............................. 106 
4.7 O.E.7: Realizar la ingeniería de detalle. ..................................................................... 107 
viii 
 
4.8 O.E.8: Efectuar el análisis económico del proyecto. .................................................. 107 
4.9 O.E.9: Llevar a cabo la fabricación de la máquina. ................................................... 108 
4.10 O.E.10: Realizar pruebas y determinar las condiciones de operación optimas de la 
máquina. ...................................................................................................................... 108 
V. CONCLUSIONES ..................................................................................................... 109 
VI. RECOMENDACIONES ........................................................................................... 111 
VII. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ..................................................................... 112 
VIII. ANEXOS ..................................................................................................................... 116 
8.1 ANEXO 1 
MODELO DE ENTREVISTA ............................................................................................ 116 
8.2 ANEXO 2 
ENTREVISTAS COMPLETADAS .................................................................................... 119 
8.3 ANEXO 3 
MATRIZ DE CONSISTENCIA .......................................................................................... 137 
8.4 ANEXO 4 
DETERMINACIÓN DE LAS PRINCIPALES CARGAS DEL SISTEMA ...................... 138 
8.5 ANEXO 5 
CALCULO DE REACCIONES Y GRAFICAS DE FUERZA CORTANTE Y MOMENTO 
FLECTOR DEL EJE ................................................................................................... 149 
8.6 ANEXO 6 
DISEÑO DEL EJE .............................................................................................................. 162 
8.7 ANEXO 7 
DISEÑO DE LOS ENGRANAJES ..................................................................................... 169 
8.8 ANEXO 8 
SELECCIÓN DE RODAMIENTOS ................................................................................... 174 
8.9 ANEXO 9 
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PROPIEDADES DEL PLA - MATWEB ............................................................................ 176 
8.10 ANEXO 10 
PROPIEDADES DEL ABS - MATWEB ........................................................................... 178 
8.11 ANEXO 11 
PROPIEDADES DEL PETG - MATWEB ......................................................................... 180 
8.12 ANEXO 12 
CATÁLOGO DE CARRETES PARA FILAMENTO 3D .................................................. 181 
8.13 ANEXO13 
FICHA TÉCNICA DEL MOTOR DC DE LA BOBINA ................................................... 182 
8.14 ANEXO 14 
FICHA TÉCNICA DEL MOTOR DC DE LA BOBINA ................................................... 183 
8.15 ANEXO 15 
FICHA TÉCNICA DEL CONTROLADOR DE TEMPERATURA .................................. 184 
8.16 ANEXO 16 
CATÁLOGO DE RODAMIENTOS PARA LA BOBINA ................................................ 185 
8.17 ANEXO 17 
CATÁLOGO DE RODAMIENTOS PARA LA LEVA ..................................................... 186 
8.18 ANEXO 18 
PROPIEDADES DEL PET – MATWEB ........................................................................... 187 
8.19 ANEXO 19 
ANÁLISIS MODAL DEL SISTEMA DE LA LEVA CILÍNDRICA ................................ 189 
8.20 ANEXO 20 
Planos .................................................................................................................................. 190 
 
 
x 
 
ÍNDICE DE FIGURAS 
 
Figura 1 Diagrama que ilustra el concepto de plástico. ........................................................ 24 
Figura 2 Aplicaciones del PET. .............................................................................................. 28 
Figura 3 Simbología del plástico PET. ................................................................................... 28 
Figura 4 Proceso general de la manufactura aditiva. ............................................................ 29 
Figura 5 Diagrama de flujo para la metodología de diseño. ................................................. 33 
Figura 6 Diagrama de la caja negra (black box). .................................................................. 43 
Figura 7 Matriz morfológica. ................................................................................................. 44 
Figura 8 Concepto solución 1. ................................................................................................ 45 
Figura 9 Concepto solución 2. ................................................................................................ 46 
Figura 10 Concepto solución 3. .............................................................................................. 47 
Figura 11 Concepto solución 4. .............................................................................................. 48 
Figura 12 Configuración 01. .................................................................................................. 51 
Figura 13 Configuración 02. .................................................................................................. 52 
Figura 14 Configuración 03. .................................................................................................. 53 
Figura 15 Dimensiones iniciales de la configuración 03. ...................................................... 56 
Figura 16 Dimensiones generales del carrete. ....................................................................... 57 
Figura 17 Interfaz de usuario principal.................................................................................. 59 
Figura 18 Diagrama de la Caja Negra para la leva cilíndrica. ............................................. 62 
Figura 19 Interfaz de usuario para el diseño paramétrico de la leva cilíndrica. .................. 63 
Figura 20 Curvas s-v-a-j. ........................................................................................................ 64 
Figura 21 Curvas paramétricas para el ángulo de presión. .................................................. 65 
Figura 22 Curvas paramétricas para el radio de curvatura. ................................................. 65 
Figura 23 Cálculo de ϕ y de ρ mediante la interfaz de usuario. ............................................. 66 
Figura 24 Leva cilíndrica diseñada. ....................................................................................... 66 
Figura 25 Graficas de fuerza y par dinámico del seguidor sobre la leva cilíndrica. ............ 67 
Figura 26 Cargas y condiciones de frontera aplicas a la estructura de la leva cilíndrica. ... 68 
Figura 27 Deformación total de la estructura de la leva cilíndrica. ...................................... 69 
Figura 28 Esfuerzos de Von Mises en la estructura de la leva. .............................................. 69 
Figura 29 Factor de seguridad para la estructura de la leva cilíndrica. ............................... 70 
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Figura 30 Diagrama de la Caja Negra para el eje de la bobina. .......................................... 72 
Figura 31 Interfaz de usuario para el diseño paramétrico de la leva cilíndrica. .................. 74 
Figura 32 Curvas paramétricas para el factor de seguridad en función del diámetro del eje.
 ................................................................................................................................................... 74 
Figura 33 Cargas, momentos y condiciones de frontera para el eje de la bobina. ................ 76 
Figura 34 Deformación total del eje de la bobina. ................................................................. 76 
Figura 35 Esfuerzos de Von Mises del eje de la bobina. ........................................................ 77 
Figura 36 Factor de seguridad del eje de la bobina. ............................................................. 77 
Figura 37 Diagrama de la Caja Negra para el piñón. ........................................................... 80 
Figura 38 Interfaz de usuario para el diseño paramétrico del piñón..................................... 81 
Figura 39 Curvas paramétricas para el factor de seguridad en función del ancho de cara del 
piñón. ......................................................................................................................................... 82 
Figura 40 Cargas y condiciones de frontera para la simulación del piñón y el engrane. ..... 83 
Figura 41 Carga aplicada y condiciones de frontera para la simulación de la base del equipo.
 ................................................................................................................................................... 85 
Figura 42 Motorreductor DC para la bobina......................................................................... 87 
Figura 43 Motorreductor DC para la leva cilíndrica. ........................................................... 87 
Figura 44 Controlador digital de temperatura. ...................................................................... 88 
Figura 45 Controlador digital de velocidad para los motorreductores DC. ......................... 89 
Figura 46 Calentador cerámico, bloque calentador y boquilla. ............................................ 90 
Figura 47 Fuente de poder. .................................................................................................... 90 
Figura 48 Rodamientos para el eje de la bobina. ................................................................... 91 
Figura 49 Rodamientos para la leva cilíndrica. ..................................................................... 91 
Figura 50 Rodamiento lineal para guía lineal de la estructura de la leva cilíndrica. ........... 92 
Figura 51 Tornillo de potencia y tuerca para tornillos trapezoidales. .................................. 92 
Figura 52 Aspecto final de la máquina diseñada. .................................................................. 93 
Figura 53 Preparación del archivo de impresión para el piñón en el software Ultimaker Cura.
 .................................................................................................................................................102 
Figura 54 Conexión eléctrica de los componentes electrónicos del dispositivo. ................. 103 
Figura 55 Ensamble final del equipo. ................................................................................... 103 
Figura 56 DCL del corte de la botella PET en tiras. ........................................................... 141 
xii 
 
Figura 57 Diagrame de cuerpo libre de la bobina y su eje. ................................................. 144 
Figura 58 Transmisión de potencia entre el piñón y el engrane. ......................................... 146 
Figura 59 Diagrama de cuerpo libre del piñón y el engrane. .............................................. 147 
Figura 60 Diagrama de cuerpo libre del eje de la bobina o eje b........................................ 149 
Figura 61 Diagrama de cuerpo libre para el corte del eje entre A y B. ............................... 151 
Figura 62 Diagrama de cuerpo libre para el corte del eje entre D y lo que queda del eje. 152 
Figura 63 Diagrama de par torsor para el eje de la bobina. ............................................... 153 
Figura 64 Diagrama de cuerpo libre del eje de la bobina en el plano x-y........................... 153 
Figura 65 Diagrama de cuerpo libre para el análisis del tramo AB.................................... 154 
Figura 66 Diagrama de cuerpo libre para el análisis del tramo BC. .................................. 154 
Figura 67 Diagrama de cuerpo libre para el análisis del tramo CD. .................................. 155 
Figura 68 Graficas de V vs x y M vs x. ................................................................................. 156 
Figura 69 Diagrama de cuerpo libre del eje de la bobina en el plano x-z. .......................... 157 
Figura 70 Diagrama de cuerpo libre para el análisis del tramo AB.................................... 157 
Figura 71 Diagrama de cuerpo libre para el análisis del tramo BC. .................................. 158 
Figura 72 Diagrama de cuerpo libre para el análisis del tramo CD. .................................. 159 
Figura 73 Graficas de V vs x y M vs x. ................................................................................. 160 
Figura 74 Diagrama de momento flector total del eje de la bobina. ................................... 161 
Figura 75 Estimaciones de primera iteración de los factores de concentración del esfuerzo 𝐾𝑡 
y 𝐾𝑡𝑠. ....................................................................................................................................... 167 
Figura 76 Valores para el Factor de forma de diente de Lewis Y. ....................................... 170 
Figura 77 Factores de sobrecarga sugeridos. ...................................................................... 171 
Figura 78 Proporciones sugeridas para engranes de plástico. ............................................ 172 
Figura 79 Duración recomendada para rodamientos. ......................................................... 175 
 
 
 
 
 
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ÍNDICE DE TABLAS 
 
Tabla 1 Características de los polímeros termoplásticos. ...................................................... 25 
Tabla 2 Principales TP de acuerdo a su importancia comercial. ........................................... 26 
Tabla 3 Resumen de las entrevistas realizadas. ...................................................................... 37 
Tabla 4 Recomendaciones de diseño y construcción. .............................................................. 40 
Tabla 5 Especificaciones de diseño. ........................................................................................ 42 
Tabla 6 Principales funciones del equipo. ............................................................................... 43 
Tabla 7 Puntuación según valoración para la elección del concepto óptimo. ........................ 49 
Tabla 8 Matriz de selección ponderada para la elección del concepto óptimo. ..................... 50 
Tabla 9 Criterios de evaluación para evaluar a las tres configuraciones. ............................. 54 
Tabla 10 Matriz de selección ponderada para la elección de la configuración óptima. ........ 55 
Tabla 11 Propiedades mecánicas del PLA, ABS y PETG. ...................................................... 58 
Tabla 12 Variables para el diseño paramétrico de la leva cilíndrica. .................................... 62 
Tabla 13 Variables para el diseño paramétrico del deje de la bobina. .................................. 73 
Tabla 14 Resultados del análisis paramétrico usando la interfaz de usuario. ........................ 75 
Tabla 15 Vibraciones naturales del eje. .................................................................................. 78 
Tabla 16 Parámetros de diseño importantes para el piñón y el engrane. ............................... 79 
Tabla 17 Variables para el diseño paramétrico del piñón. ..................................................... 80 
Tabla 18 Resultados del análisis paramétrico usando la interfaz de usuario. ........................ 82 
Tabla 19 Resultados de la simulación del piñón y el engrane. ............................................... 84 
Tabla 20 Resultados de la simulación para la base del equipo. ............................................. 86 
Tabla 21 Especificaciones de los motorreductores DC usados. ............................................. 88 
Tabla 22 Especificaciones generales del controlador digital de temperatura. ....................... 88 
Tabla 23 Especificaciones generales del controlador digital de velocidad. ........................... 89 
Tabla 24 Especificaciones generales de los rodamientos para el eje de la bobina. ............... 91 
Tabla 25 Especificaciones generales de los rodamientos para la leva cilíndrica. ................. 91 
Tabla 26 Especificaciones generales de los rodamientos lineales. ......................................... 92 
Tabla 27 Especificaciones generales del tornillo de potencia y la tuerca. ............................. 93 
Tabla 28 Lista de planos elaborados. ...................................................................................... 94 
Tabla 29 Listado de los costos de impresión 3D de las piezas diseñadas. .............................. 96 
xiv 
 
Tabla 30 Listado de los componentes electrónicos. ................................................................ 98 
Tabla 31 Flujos efectivos netos. ............................................................................................ 100 
Tabla 32 Matriz de consistencia. ........................................................................................... 137 
Tabla 33 Datos importantes para cálculos posteriores. ........................................................ 138 
Tabla 34 Velocidades y par del engrane y del piñón............................................................. 143 
Tabla 35 Datos generales para el piñón y el engrane. .......................................................... 169 
Tabla 36 Dimensiones adicionales para el piñón y el engrane. ............................................ 173 
Tabla 37 Resultados del análisis modal del sistema de la leva cilíndrica. ........................... 189 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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RESUMEN 
 
La creciente preocupación por la contaminación ambiental, estrechamente vinculada al 
cambio climático, ha generado un amplio debate global. Granparte de esta problemática se 
deriva del uso inadecuado de productos plásticos desechables, como botellas, bolsas y utensilios 
de un solo uso. En el Perú, y específicamente en Trujillo, la situación no es ajena, con menos 
del 1% de los plásticos reciclados. Esto subraya la urgencia de implementar medidas para 
abordar este problema. 
Una solución propuesta para reutilizar residuos plásticos, particularmente botellas PET, 
es convertirlas en filamento funcional para impresión 3D. Este trabajo se enfoca en diseñar y 
construir una máquina que permita realizar esta tarea. El proceso de diseño comenzó con la 
obtención de los requerimientos de los usuarios de impresión 3D en Trujillo mediante 
entrevistas a docentes y alumnos universitarios. Luego se recopiló información sobre diseños 
similares y se establecieron las especificaciones de diseño. Se propusieron 4 conceptos de 
solución y se evaluaron mediante una matriz de selección ponderada. El concepto óptimo dio 
lugar a tres posibles configuraciones. Se seleccionó la mejor y se definieron dimensiones 
iniciales para la maquina y para algunos de sus componentes. Como siguiente paso en el diseño, 
se llevó a cabo el análisis paramétrico de la leva cilíndrica, el eje de la bobina, los engranajes y 
la base general del equipo. Se seleccionaron componentes estándar y se completó el diseño de 
detalle. 
El análisis económico arrojó un costo total del equipo igual a S/ 1091.38, y métricas 
financieras como el ROI, el VAN y la TIR demostraron la viabilidad económica del proyecto, 
con una recuperación de la inversión estimada en 3.8 meses. Las pruebas con el equipo 
confirmaron su óptimo funcionamiento con tiras de botellas PET de 6-8 mm, temperaturas entre 
220-230°C y velocidades de 6-8 RPM para la bobina y 3-4 RPM para la leva cilíndrica. En 
resumen, este proyecto aborda una problemática apremiante y demuestra una solución viable 
desde el punto de vista técnico y económico. 
Palabras clave: Reciclaje, botellas PET, impresión 3D, filamento PET. 
xvi 
 
ABSTRACT 
 
The growing concern about environmental pollution, closely linked to climate change, 
has sparked a broad global debate. Much of this issue stems from the inappropriate use of 
disposable plastic products, such as bottles, bags, and single-use utensils. In Peru, specifically 
in Trujillo, the situation is no different, with less than 1% of plastics being recycled. This 
underscores the urgency of implementing measures to address this problem. 
One proposed solution for reusing plastic waste, particularly PET bottles, is to convert 
them into functional filament for 3D printing. This work focuses on designing and building a 
machine to perform this task. The design process began with obtaining requirements from 3D 
printing users in Trujillo through interviews with teachers and university students. 
Subsequently, information on similar designs was gathered, and design specifications were 
established. Four solution concepts were proposed and evaluated using a weighted selection 
matrix. The optimal concept led to three possible configurations. The best one was selected, and 
initial dimensions were defined for the machine and some of its components. As the next step 
in the design process, a parametric analysis was conducted for the cylindrical cam, coil spindle, 
gears, and the general equipment base. Standard components were selected, and detailed design 
was completed. 
The economic analysis yielded a total equipment cost of S/ 1091.38, and financial 
metrics such as ROI, NPV, and IRR demonstrated the economic viability of the project, with an 
estimated investment payback period of 3.8 months. Tests with the equipment confirmed its 
optimal operation with PET bottle strips ranging from 6-8 mm, temperatures between 220-
230°C, and speeds of 6-8 RPM for the coil and 3-4 RPM for the cylindrical cam. In summary, 
this project addresses an urgent issue and demonstrates a technically and economically viable 
solution. 
Keywords: Recycling, PET bottles, 3D printing, PET filament. 
 
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17 
 
I. INTRODUCCIÓN 
 
1.1 REALIDAD PROBLEMÁTICA 
Hoy en día, la contaminación ambiental es una de las principales preocupaciones de las 
autoridades en el mundo, puesto que ella es la causa de la alteración abrupta del fenómeno del 
cambio climático, trayendo consigo grandes repercusiones sociales y económicas (Greenpeace, 
2023). 
Uno de los componentes de la contaminación ambiental, es la contaminación por 
residuos plásticos. Las actividades del ser humano, en un minuto, implican la venta de un millón 
de botellas de plástico, las cuales tardan alrededor de 450 años en descomponerse (Miranda, 
2023). Frente a este problema, una de las actividades que se proponen para ayudar a mitigarlo, 
es el reciclaje. 
Aun con la propuesta del reciclaje de estos residuos plásticos, en Latinoamérica existe 
una relación inversamente proporcional entre el consumo de plástico y el reciclaje o la 
reutilización de este. La región produce alrededor de 17.000 toneladas de estos residuos y 
aunque se están implementando leyes a favor de la reducción de estos, los resultados aún son 
minúsculos (Ascencio, 2023). 
En el Perú, la contaminación por residuos plásticos es tal que, por año, se estima que se 
consumen 950 mil toneladas de plásticos y que ni el 1% de esta cantidad se llega a reciclar 
(OCEANA, 2023). Como apoyo en la reducción de estos residuos, el 19 de diciembre de 2018 
se promulgó la Ley N° 30884, la cual se encarga de regular el plástico de un solo uso y los 
recipientes o envases descartables (Ministerio del Ambiente - MINAM, 2019) 
En el departamento de La Libertad y sobre todo en el distrito de Trujillo, el gobierno 
regional en los últimos años ha impulsado diversas campañas sobre el reciclaje y la reutilización 
de los residuos plásticos (Gobierno Regional La Libertad, 2018). 
Por otro lado, el uso de la manufactura aditiva o impresión 3D, aunque sus orígenes se 
remontan en el siglo pasado, en los últimos años, ha tomado gran relevancia en ámbitos que van 
18 
 
desde la salud hasta las distintas industrias manufactureras a nivel mundial, presentando 
características sobresalientes frente otros procesos de producción, siendo algunas de ellas: la 
rapidez y precio, reducción de costes, practicidad y versatilidad (BBVA, 2021). Así mismo, se 
ha considerado a la impresión 3D, como la protagonista de la cuarta revolución educativa 
(Interempresas, 2022) El uso de la impresión 3D brinda nuevas áreas de investigación y 
reutilización de materiales muy usados en el mundo como lo es el plástico. 
La impresión 3D en Latinoamérica va en aumento. Su aplicación en el sector de la salud 
promete grandes avances en la fabricación de dispositivos médicos e incluso de órganos para el 
apoyo en el aprendizaje de estudiantes, sin embargo, presenta algunos obstáculos económicos y 
la necesidad de contar con ciertas habilidades técnicas para su uso (Ramirez, 2020). 
En el Perú ya se cuenta con centros de enseñanza sobre impresión 3D, como es el caso 
de la Pontificia Universidad Católica del Perú (PUCP), la cual ofrece talleres a profesionales y 
al público en general, sobre la construcción y operación de impresoras 3D (García, 2018). Así 
mismo, existen proyectos de Startup que apuestan por la impresión 3D, tal es el caso de MED 
3D, la cual busca integrar al sistema de salud tecnologías avanzadas relacionadas a la impresión 
3D (Juan de Dios, 2022). 
En el caso del departamento de la Libertad y sobre todo en la provincia de Trujillo, se 
cuenta con centros de venta de impresoras 3D. Además, la escuela profesional de Ingeniería 
Mecánica de la Universidad Nacional de Trujillo cuenta con una impresora3D funcional para 
el uso de los docentes y estudiantes. 
En función a lo expuesto sobre la contaminación ambiental y la impresión 3D, la 
reutilización de botellas plásticas (como por ejemplo las botellas PET) contribuye al cuidado 
del medio ambiente y puede brindar una vía alternativa y de bajo costo para la obtención de 
filamento para el funcionamiento de una impresora 3D, es por ello, que surge la necesidad de 
contar con un dispositivo o máquina que ayude en este proceso. 
Es así que en este trabajo se propone el diseño y la fabricación de una máquina que 
permita obtener filamento para impresión 3D a partir de la reutilización de botellas de plástico 
PET, de tal forma que se contribuya con el cuidado del medio ambiente y se genere una forma 
alternativa y barata para la obtención de filamento. 
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19 
 
1.2 JUSTIFICACIÓN Y RELEVANCIA 
1.2.1 Justificación Teórica 
El diseño y construcción de esta máquina permitirá realizar distintas pruebas 
experimentales con la finalidad de determinar parámetros de operación óptimos de la 
misma, siendo así un medio para obtener nuevos conocimientos sobre la construcción de 
este tipo de máquinas y de la impresión 3D en general usando filamento de botellas PET. 
1.2.2 Justificación Económica 
La realización de la máquina para la obtención de filamento para impresión 3D a 
partir de botellas PET, representa un medio alternativo y de bajo costo para la obtención 
de este filamento, puesto que la materia prima tendría un costo nulo, ya que estaría 
constituida por botellas PET usadas, las cuales son fáciles de conseguir y preparar para 
ser usadas en esta máquina, en la ciudad de Trujillo. 
1.2.3 Justificación Ambiental 
El uso de esta máquina permitirá contribuir con el cuidado del medio ambiente, ya 
que usará como materia prima botellas PET usadas para la obtención de filamento para 
impresión 3D, convirtiéndose así un instrumento para el reciclaje de este tipo de residuos, 
contribuyendo con la disminución de posibles agentes contaminantes para medio 
ambiente. 
1.2.4 Justificación Tecnológica 
El diseño, la fabricación y el uso de esta máquina representara un medio para 
manipular y operar nuevos dispositivos relacionados con las tecnologías de la impresión 
3D. Además, esta máquina propiciara una posible ayuda económica para el acercamiento 
de más personas al manejo de estas tecnologías, puesto que brindara una forma alternativa 
y de bajo costo para la obtención de filamento para impresión 3D. 
 
20 
 
1.3 MARCO TEÓRICO CONCEPTUAL 
1.3.1 Antecedentes 
A continuación, se resumen algunos trabajos que preceden a la presente investigación. 
Tylman y Dzierżek (2020), diseñaron y construyeron una máquina simple para la 
obtención de filamento para impresión 3D a partir de botellas PET. Este trabajo está 
dividido en 4 partes. En las tres primeras partes muestra la preparación de las botellas y la 
construcción de la máquina, la cual está compuesta en su mayoría por partes impresas en 
3D. En la cuarta y última parte, realiza algunas impresiones de piezas usando el filamento 
obtenido de las botellas PET, al cual denomina como BPET y lleva a cabo algunas pruebas 
en donde busca compararlo con los otros filamentos comerciales como PLA, ABS y PET-
G. Se realizaron pruebas de resistencia a la temperatura y resistencia a la tracción. En la 
primera prueba el BPET supero al PLA y al PET-G ya que soporto temperaturas de hasta 
115 °C, sin embargo, fue superado por el ABS, puesto que este resistió temperaturas de 
hasta 155 °C. En la segunda prueba el BPET fue el más débil, en comparación del PLA, 
quien soporto mayor carga. 
E. Exconde et al. (2019), realizaron un estudio para la selección de materiales de 
resinas poliméricas vírgenes y plásticos reciclados post consumo para su uso en filamentos 
de impresoras 3D. Utilizaron un método de decisión multicriterio de Eliminación y 
Elección Expresando la Realidad (ELECTRE) para determinar los mejores materiales para 
Filamentos para impresoras 3D. Los resultados mostraron que el polietileno de baja 
densidad virgen (LDPE) y el tereftalato de polietileno reciclado (PET) son materiales 
óptimos como filamento alternativo entre otras opciones como el polietileno de alta 
densidad virgen (HDPE), el PET virgen, el polipropileno virgen (PP) y HDPE reciclado. 
Mosaddek et al. (2018), analizaron la viabilidad de utilizar plásticos reciclados de 
botellas como el tereftalato de polietileno (PET) como filamento de impresión 3D, con la 
finalidad de poder imprimir con mayor rapidez y bajo costo fuselajes de Vehículos Aéreos 
no Tripulados (o UAV por sus siglas en inglés) para su uso de detección remota. Se 
realizaron pruebas de tracción para tres materiales de filamento: ABS PLA PET virgen y 
PET reciclado, en donde se mostró que el PET reciclado cedía frente a menores cargas 
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21 
 
que el resto de materiales. Las simulaciones de elementos finitos y las pruebas físicas en 
el fuselaje impreso a partir de PET reciclado, demostraron que el sistema era seguro y 
funcional para el vuelo. 
Vaucher et al. (2022), investigaron sobre la utilización de PET reciclado como 
material base para generar filamento para impresión 3D. Además, analizaron el 
comportamiento del PET reciclado al adicionar pequeñas cantidades de HDPE (polietileno 
de alta densidad). Los filamentos de PET reciclado se produjeron por extrusión a partir de 
botellas de PET recolectadas, con la posible adición de HDPE, que proviene de tapas y 
anillos. Se investigó la microestructura, el rendimiento mecánico y la calidad de impresión 
de las piezas producidas con estos filamentos en comparación con los filamentos 
reciclados y vírgenes de PET comerciales. Como resultados se observó que, en algunas 
condiciones, la adición de un 5 % en peso de HDPE al PET reciclado tuvo un efecto 
endurecedor en muestras que de otro modo serían frágiles. 
Cheng y Owais (2022), desarrollaron una máquina que convierte el plástico de las 
botellas PET en filamento para impresión 3D. Dicha máquina lleva el nombre de 
Polyformer. Todo el proyecto es de código abierto, es decir, puede ser fabricado o 
modificado por cualquier persona en el mundo. Está hecha en su mayoría por piezas 
impresas en 3D y componentes típicos de una impresora 3D. La finalidad de este proyecto 
es brindar una herramienta, a los países en desarrollo, que pueda ser construida fácilmente, 
facilite el acercamiento de las personas a la tecnología y permita contribuir al cuidado del 
medio ambiente. 
Navarro Najera y Torres Paez (2022), en su trabajo de grado, presentaron el diseño 
y construcción de un prototipo de una máquina extrusora que recicla polímeros (botellas 
de plástico) y los convierte en filamento para impresora 3D. El proceso de obtención del 
filamento está constituido por tres etapas: la primera, es el triturado de las botellas 
plásticas; la segunda consiste en la fundición y extrusión y la tercera etapa se trata del 
bobinado del filamento. Como resultados generales, se obtuvo que la máquina requiere de 
al menos 45 minutos de precalentamiento para poder llegar a la temperatura de extrusión, 
así mismo, se determinó que se requiere un tiempo de 120 minutos para poder producir 
un carrete de 250g de filamento con un diámetro de 1.75 milímetros. 
22 
 
Chuquilin (2021), en su trabajo de tesis, presentó el diseño de una máquina 
trituradora extrusora de botellas de plástico PET para la obtención de filamento 3D a bajo 
costo. El objetivo principal del estudiofue diseñar una máquina que pudiera triturar y 
extruir plástico reciclado para obtener filamento PLA para las impresoras 3D, utilizando 
variables como la capacidad de trituración y extrusión, presión de extrusión y trituración, 
factor de seguridad, entre otros. Los resultados obtenidos muestran que se logró diseñar 
una máquina que cumple con los objetivos propuestos y que tiene un costo 
significativamente menor que las máquinas comerciales disponibles en el mercado. 
Además, se demostró que es posible obtener filamento PLA a partir del reciclaje de 
botellas PET mediante esta máquina. 
Moncada y Velasquez (2021), en su trabajo de tesis presentaron el diseño de un 
sistema completo que permite la producción de filamento de calidad comercial para 
impresoras 3D utilizando plástico reciclado. El objetivo principal fue lograr un filamento 
de impresión 3D aceptable utilizando plásticos comunes de desecho como el PET, HDPE 
y PP, mediante un sistema integrado de producción de filamento. Dicho sistema incluye 
un desfibrador y un extrusor en caliente. La investigación se centró en el modelado y 
simulación del sistema electromecánico, así como en la operación y medición de las 
variables relevantes del proceso. El resultado final fue un sistema eficiente y sostenible 
que tiene el potencial de generar impactos positivos tanto en el ámbito ambiental como en 
el económico de la industria de la impresión 3D. 
1.3.2 Plásticos y Polímeros 
El concepto del término plástico abarca a materiales comprendidos 
primordialmente por moléculas de gran tamaño, conocidas como polímeros, las cuales 
pueden ser artificiales (sintéticas) o naturales altamente modificadas (Strong, 2006). En la 
figura 1 se muestra un esquema que ejemplifica mejor lo expuesto anteriormente. 
Un polímero es un compuesto que consiste en cadenas de gran tamaño (moléculas) 
formadas por unidades repetitivas unidas mediante enlaces covalentes (P. Groover, 2007). 
Estas unidades repetitivas reciben el nombre de monómeros, los cuales se consideran 
como los elementos básicos de un polímero (S. Kalpakjian & S. R. Schmid, 2008). 
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23 
 
Según sus propiedades, los polímeros se pueden clasificar en 3 categorías: 
a. Polímeros termoplásticos (TP): A temperatura ambiente se encuentran como 
sólidos, sin embargo, al aumentar su temperatura hasta ciertos valores se pueden 
comportar como líquidos viscosos. Esta característica hace de que se puedan 
moldear fácilmente teniendo en cuenta un ciclo de calentamiento y enfriamiento 
sin que se lleguen a degradar (P. Groover, 2007). 
b. Polímeros termoestables (TS): O también conocidos como termofijos. Son 
materiales que solo soportan un solo calentamiento y enfriamiento, incluso 
temperaturas muy elevadas provocan que se solidifiquen y ya no se puedan 
moldear. Si se los vuelve a calentar, estos polímeros se degradan y carbonizan 
(P. Groover, 2007). 
c. Elastómeros (E): En esta categoría se encuentran los cauchos. La característica 
principal de estos materiales está en su capacidad para alargarse 
considerablemente frente a la acción de un esfuerzo de poca intensidad (P. 
Groover, 2007). 
1.3.3 Polímeros termoplásticos 
Son plásticos con macromoléculas dispuestas en forma de cadenas lineales o 
ramificadas que se mantienen unidas mediante fuerzas intermoleculares las cuales fluyen 
al aumentar la temperatura. En la tabla 1 se presentan algunas de sus propiedades más 
sobresalientes. 
Según Groover (2007) de las tres categorías de polímeros dadas anteriormente, los 
TP presentan mayor importancia comercial, ya que de todos los polímeros sintéticos que 
se producen estos abarcan un aproximado del 70% del peso total, mientras que el 30% 
restante está representado por los TS y E. 
En la tabla 2 se muestran los principales polímeros termoplásticos de acuerdo a su 
importancia comercial, junto con algunas de sus características. 
 
 
24 
 
Figura 1 
Diagrama que ilustra el concepto de plástico. 
 
Nota. Adaptado de Materials and Processing (p. 02) por A. Strong, 2006 Pearson Prentice Hall. 
 
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25 
 
Tabla 1 
Características de los polímeros termoplásticos. 
PROPIEDAD 
PRINCIPAL 
Puede moldearse fácilmente calentándolo desde su estado 
sólido hasta llevarlo a un estado líquido viscoso. Este proceso 
puede llevarse a cabo muchas veces (P. Groover, 2007). 
PROPIEDADES 
MECÁNICAS 
• Rigidez muy baja, con módulo de elasticidad de dos. 
• Poca resistencia a la tensión (aproximadamente 10% de la 
de los metales). 
• Menor dureza que los metales. 
• Mayor ductilidad (desde el 1% de elongación para el 
poliestireno a 500% o más para el polipropileno). 
PROPIEDADES 
FÍSICAS 
• Densidades menores que las de los metales o cerámicos. 
• Mayor coeficiente de expansión térmica, 
aproximadamente cinco veces el valor de los metales y 10 
veces el de los cerámicos. 
• Menores temperaturas de fusión que los metales. 
• Mayores calores específicos que los metales y cerámicos. 
• Conductividades térmicas de alrededor de tres órdenes de 
magnitud menos que las de los metales. 
• Propiedades de aislamiento eléctrico (P. Groover, 2007). 
Nota: Elaboración propia. 
26 
 
Tabla 2 
Principales TP de acuerdo a su importancia comercial. 
 TP 
A
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A
L
 
A
C
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A
C
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C
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 D
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P
O
L
IV
IN
IL
O
 
P
o
lí
m
er
o
 
Polioxi- 
metileno, 
también 
conocido 
como 
poliacetal 
(𝑂𝐶𝐻2)𝑛 
Polime- 
tilmetacri-
lato
(𝐶5𝐻2𝑂2)𝑛 
Terpolímer
o de 
acriloni-
trilo 
(𝐶3𝐻3𝑁), 
butadieno 
(𝐶4𝐻6), 
y estireno 
(𝐶8𝐻8) 
Acetato de 
celulosa 
(𝐶6𝐻9𝑂5
− 𝐶𝑂𝐶𝐻3)𝑛 
Politetra_ 
Fluoreti-
leno 
(𝐶2𝐹4)𝑛 
Nylon-6,6 
((𝐶𝐻2)6
(𝐶𝑂𝑁𝐻)
(𝐶𝐻2)4)𝑛
 
Poli- 
carbonato 
(𝐶3𝐻6
(𝐶6𝐻4)2
𝐶𝑂3) 𝑛
 
Tereftalato 
de 
polietileno 
(𝐶2𝐻4
− 𝐶8𝐻4𝑂4)𝑛 
 (𝐶2𝐻4)𝑛 
(densidad 
baja) 
Poli- 
propileno 
 
(𝐶3𝐻6)𝑛 
Poliestiren
o 
 
(𝐶8𝐻8)𝑛 
 Cloruro 
de 
polivinilo 
(𝐶2𝐻3𝐶𝐿)𝑛 
S
ím
b
o
lo
 
POM PMMA ABS CA PTFE PA-6,6 PC PET LDPE PP PS PVC 
M
et
. 
D
e 
P
o
li
m
er
iz
ac
ió
n
 
 Etapas 
(conden-
sació) 
 Adición Adición 
 Etapas 
(conden- 
sación) 
 Adición 
 Etapas 
(conden-
sación) 
 Etapas 
(conden-
sación) 
 Etapas 
(conden-
sación) 
 Adición Adición Adición Adición 
G
ra
d
o
 d
e 
cr
is
ta
li
n
id
ad
 
 75%, 
común 
Ninguno 
amorfo 
 Ninguno 
(amorfo) 
 Amorfo 
Cristalino 
en 
alrededor 
de 95 % 
 Altamente 
cristalino 
 Amorfo 
 Amorfo a 
30% 
cristalino 
 Común 
55% 
 Alto, varía 
con el 
procesa-
miento 
 Ninguno 
(amorfo) 
 Ninguno 
(estructur
a amorfa) 
M
ó
d
u
lo
 d
e 
el
as
ti
ci
d
ad
 
3500 MPa 
(500 000 
lb/in2) 
2800 MPa 
(400 000 
lb/in2) 
2100 MPa 
(300 000 
lb/in2) 
2800 MPa 
(400 000 
lb/in2) 
425 MPa 
(60 000 
lb/in2) 
700 MPa 
(100 000 
lb/in2) 
2500 MPa 
(350 000 
lb/in2) 
2300 MPa 
(325 000 
lb/in2) 
140 MPa 
(20 000 
lb/in2) 
1400 MPa 
(200 000 
lb/in2) 
3200 MPa 
(450 000 
lb/in2) 
2800 MPa 
(400000 
lb/in2) 
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27 
 
R
es
is
te
n
ci
a 
a 
la
 t
en
si
ó
n
 
70 MPa 
(10 000 lb-
in2) 
 55 MPa (8 
000 lb/in2) 
 50 MPa 
(7 000 
lb/in2) 
 30 MPa (4 
000 lb/in2) 
 20 MPa 
 (2 500 
lb/in2 
 70 MPa (2 
10 000 
lb/in2 
 65 MPa (9 
000 lb/in2 
 55 MPa 
(8 000 
lb/in2) 
 15 MPa (2 
000 lb/in2) 
 35 MPa (5 
000 lb/in2 
 50 MPa 
(7000 
lb/in2) 
 40 MPa 
(6000 
lb/in2) 
E
lo
n
g
ac
ió
n
 
25% – 
75% 
5% 10% a 30% 10% a 50% 
100% a 
300% 
300% 110% 200% 100-500% 10%-500% 1% 
2% sin 
plastifi-
cador 
G
ra
v
ed
ad
 
es
p
ec
íf
ic
a
 
1.42 1.2 1.06 1.3 2.2 1.14 1.2 1.3 0.92 0.90 1.05 1.40 
T
em
p
. 
D
e 
tr
an
si
ci
ó
n
 a
l 
v
id
ri
o
 
–80 °C 
(–112 °F) 
105 °C 
(221 °F) 
- 
105 °C 
(221 °F) 
127 °C 
(260 °F) 
50 °C 
(122 °F) 
150 °C 
(302 °F) 
70 °C 
(158 °F) 
–100 °C 
(–148 °F) 
–20 °C 
 (–4 °F) 
100 °C 
 (212 °F) 
81 °C 
(178 °F) 
T
em
p
. 
D
e 
fu
si
ó
n
 
180 °C 
(356 °F) 
200 °C 
(392 °F) 
- 
306 °C 
(583 °F) 
327 °C 
(620 °F) 
260 °C 
(500 °F) 
230 °C 
(446 °F) 
265 °C 
(509 °F) 
115 °C 
(240 °F) 
176 °C 
(249 °F) 
240 °C 
 (464 °F) 
212 °C 
(414 °F) 
P
ar
ti
ci
p
ac
ió
n
 
ap
ro
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im
ad
a 
en
 
el
 m
er
ca
d
o
 
 
Mucho 
menos de 
1% 
Alrededor 
de 1% 
Alrededor 
de 3% 
Menos de 
1% 
Menos de 
1% 
1% para 
todas las 
poliamidas 
Menos de 
1% 
Alrededor 
de 2% 
Alrededor 
de 20% 
Alrededor 
de 13% 
Alrededor 
de 10% 
Alrededor 
de 16% 
Nota: Tomado de P. Groover, M. (2007). Fundamentos de manufactura moderna. México: McGraw-Hill.
28 
 
1.3.4 Tereftalato De Polietileno (PET) 
Es un polímero termoplástico semicristalino lineal de uso general. Como 
propiedades generales, presenta resistencia mecánica, térmica y química, así como 
también, estabilidad dimensional. Las aplicaciones de este polímero abarcan desde 
envases de alimentos hasta telas de ropa tal como se puede observar en la figura 2. 
Figura 2 
Aplicaciones del PET. 
 
Nota: Adaptado de POLYETHYLENE TEREPHTHALATE, PET, PETE, (POLYESTER), por 
V. Ryan, 2011 (https://technologystudent.com/joints/pet1.html). 
De forma general los plásticos se clasifican con un número del 1 al 7 ubicado 
dentro de un triángulo de flechas en seguimiento. En el caso del PET, la simbología 
que le corresponde puede observarse en la figura 3. 
Figura 3 
Simbología del plástico PET. 
 
Nota: Adaptado de ELBLOGVERDE.COM, por E. Pascual, 2023 
(https://elblogverde.com/clasificacion-plasticos/). 
https://technologystudent.com/joints/pet1.html
https://elblogverde.com/clasificacion-plasticos/
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1.3.5 Manufactura aditiva 
La manufactura aditiva o también conocida como impresión 3D, es un proceso 
para fabricar un objeto físico a partir de un modelo digital tridimensional, el cual es 
generado haciendo uso del diseño asistido por computadora CAD. Generalmente este 
proceso consiste en la colocación de muchas capas delgadas sucesivas de un material 
(B. Badiru, V. Valencia, & Liu, 2017). 
En la figura 4 se puede a preciar de forma general el proceso de la manufactura 
aditiva, desde el objeto tridimensional en un software CAD hasta su aplicación. 
Figura 4 
Proceso general de la manufactura aditiva. 
 
Nota. Adaptado de Additive Manufacturiing Technologies Rapi Prototyping to Direct 
Digital Manufacturing (p. 05) por I. Gibson, W. Rosen y B. Stucker, 2010, Springer. 
 
30 
 
1.4 PROBLEMA 
¿Cómo obtener filamento para impresión 3D de forma más económica y que 
contribuya con la disminución de la contaminación por residuos plásticos en la ciudad de 
Trujillo? 
1.5 HIPÓTESIS 
Diseñando y construyendo una máquina que use como materia prima botellas PET, 
se obtendrá filamento para impresión 3D de bajo costo en la ciudad de Trujillo. 
1.6 OBJETIVOS 
1.6.1 Objetivo General 
Diseñar y construir una máquina para la obtención de filamento 3D usando 
como materia prima botellas PET usadas. 
1.6.2 Objetivos Específicos 
O.E.1 Elaborar las especificaciones de diseño de la máquina usando encuestas y/o 
entrevistas en la ciudad de Trujillo. 
O.E.2 Generar conceptos de posibles modelos de la máquina y elegir el modelo 
optimo mediante una matriz de selección ponderada. 
O.E.3 Efectuar el diseño de configuración. 
O.E.4 Efectuar el dimensionamiento general de la máquina. 
O.E.5 Efectuar el diseño paramétrico de ciertos componentes seleccionados. 
O.E.6 Efectuar el diseño de selección de componentes estándar. 
O.E.7 Realizar la ingeniería de detalle. 
O.E.8 Efectuar el análisis económico del proyecto. 
O.E.9 Llevar a cabo la fabricación de la máquina. 
O.E.10 Realizar pruebas y determinar las condiciones de operación optimas de la 
máquina. 
 
 
 
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31 
 
II. MATERIAL Y MÉTODO 
 
2.1 TIPO DE INVESTIGACIÓN 
El presente proyecto está orientado hacia el lado de la investigación cuantitativa ya 
que se utilizará la recolección y el análisis numérico de datos conjuntamente con la 
manipulación y el análisis de ciertas variables relacionadas con el proceso de diseño. 
Por otro lado, esta investigación tendrá carácter experimental puesto que luego de la 
fabricación de la máquina se precederá a calibrar y a determinar las condiciones óptimas de 
funcionamiento de la misma. 
2.2 POBLACIÓN 
Filamentos para impresión 3D obtenidos de botellas de plástico reciclado. 
2.3 MUESTRA 
Filamento para impresión 3D obtenido de botellas de plástico PET reciclado. 
2.4 CRITERIOS DE INCLUSIÓN 
Las botellas PET con las que trabajara la máquina serán aquellas con una capacidad 
volumétrica de 1 a 3 litros. 
2.5 CRITERIOS DE EXCLUSIÓN 
Las botellas PET con las que no trabajara la máquina serán aquellas con una 
capacidad volumétrica menor o mayor al rango establecido anteriormente. 
2.6 UNIDAD DE ANÁLISIS 
La máquina que se encarga de obtener filamento para impresión 3D a partir de 
botellas PET recicladas es la unidad de análisis. Este dispositivo, que consta de pocos 
componentes, es capaz de convertir tiras de botellas PET en filamento 3D completamente 
operativo. 
32 
 
2.7 TÉCNICAS E INSTRUMENTOS 
2.6.1 Técnicas 
Entrevistas o cuestionarios. Mediante esta técnica se obtendrá información sobre las 
características tanto físicas como económicas de los diversos tipos de filamentos que 
se utilizan en la ciudad de Trujillo, así como también, información de aspectos 
relevantes para el diseño de la máquina. 
2.6.2 Instrumentos 
Documentos y registros. Mediante este instrumento se obtendrá información de tesis, 
papers, libros, blogs y foros de internet. Permitirá recopilar información relacionada 
con el diseño y sobre todo será de gran utilidad en la fabricación. 
2.8 CONTROL DE CALIDAD DE LOS DATOS: PRUEBAS DE VALIDEZ Y 
CONFIABILIDAD 
La validación de los datos recopilados mediante las técnicas a emplear, se realizará 
mediante fichas de validación (ANEXO 01) completadas por las personas involucradas 
directa o indirectamente con la presente investigación. 
2.9 PROCEDIMIENTO 
El enfoque de diseño utilizado se fundamentará en el trabajo del autor J. Eggert, 
titulado "Engineering Design". En la figura 5 se presenta el esquema de flujo que incluye los 
pasos principales que se deben seguir para desarrollar el diseño de la máquina. 
2.10 PROCESAMIENTO DE DATOS 
Para facilitar la comprensión y el análisis de los datos recolectados a través de las 
entrevistas, se realizará un proceso de clasificación que consistirá en organizarlos en grupos 
utilizandotablas o gráficos para mejorar su visualización e interpretación. 
 
 
 
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33 
 
Figura 5 
Diagrama de flujo para la metodología de diseño. 
 
Nota: Elaboración propia. 
2.11 DEFINICIÓN DE VARIABLES DE ESTUDIO 
2.10.1 Definición De Variables 
Con respecto a la máquina en general, las variables independientes serán la 
geometría y el espesor de la botella PET reciclada. 
La geometría compleja de las botellas PET se debe a que estos envases deben 
reunir en su diseño forma y funcionalidad, es decir deben ser atractivas visualmente, 
agradables al tacto, livianas y a la vez resistentes (Schau, 2011). Para poder usar las 
botellas PET recicladas se necesita modificar la geometría de la botella, es decir, 
primero se deben eliminar partes sobresalientes propias de la forma de las distintas 
botellas que existen en el mercado. Así mismo, el espesor de la botella PET tiene una 
relación inversamente proporcional ancho de las tiras que se cortaran para luego 
convertirlas en filamento par impresión 3D (Taylor, 2021). 
34 
 
Por otro lado, la variable dependiente será la calidad del filamento producido. 
La calidad del filamento 3D está representada por la uniformidad del diámetro 
en toda su geometría, ya que esta influye en la calidad de los objetos que se van a 
imprimir, así como también, en el cuidado del correcto funcionamiento de la impresora 
3D (Taylor, 2021). 
2.10.2 Dimensiones De Las Variables 
Las dimensiones de las variables independientes abarcan distintos tipos de 
geometrías de las botellas PET y sus respectivos espesores, puesto que para cada forma 
de botella será necesario efectuar un cambio en la temperatura del dispositivo que 
trasformará las tiras de las botellas en filamento 3D. 
Por otro lado, las dimensiones de la variable dependiente comprenderán los 
distintos parámetros ajustables en la impresora 3D para el filamento, relacionado a un 
tipo de geometría de botella PET, al momento de llevar a cabo impresiones de ciertas 
piezas. 
2.12 CONSIDERACIONES ÉTICAS Y DE RIGOR 
Como autor de esta investigación me comprometo a trabajar en función de los 
códigos éticos establecidos por la dirección de ética en investigación de la Universidad 
Nacional de Trujillo. 
 
 
 
 
 
 
 
 
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35 
 
III. RESULTADOS 
 
Los resultados obtenidos se muestran a continuación para cada uno de los objetivos 
específicos planteados: 
3.1 O.E.1: Elaborar las especificaciones de diseño de la máquina usando encuestas y/o 
entrevistas en la ciudad de Trujillo. 
3.1.1 Necesidades de los usuarios de impresión 3D 
Se realizaron entrevistas a usuarios de impresión 3D en la ciudad de Trujillo, 
donde se seleccionaron tres profesores y dos estudiantes de la Universidad Nacional 
de Trujillo, junto con un estudiante de la Universidad Privada Antenor Orrego. La 
selección se basó en consideraciones de recursos personales y disponibilidad de 
tiempo. El modelo de entrevista utilizado se puede encontrar en el ANEXO 1, mientras 
que las entrevistas completas se encuentran en el ANEXO 2. Los resultados de las 
entrevistas se resumen en la Tabla 3, y a partir del análisis de esta tabla se pueden 
deducir algunas conclusiones importantes. 
Pregunta N° 01. ¿Qué tipos de filamento para impresión 3D conoce? 
De acuerdo a la información proporcionada, los tipos de filamentos 
mencionados son: PLA, ABS, PLA+, TPU, PETG, Sedoso, Fibra de carbono. 
Pregunta N° 02. ¿Podría mencionar los precios comerciales de filamentos 3D que 
usted conoce? 
Los intervalos de los precios de algunos filamentos 3D, según el tipo de 
filamento y marca comercial, son: PLA (S/60 – S/120 el kg), ABS (S/70 – S/180 el 
kg), PETG (S/60 – S/100 el kg). 
Pregunta N° 03. ¿Ha escuchado sobre filamentos 3D hechos a partir de botellas 
recicladas? 
Todas las personas entrevistadas manifestaron que, si conocen o han escuchado 
sobre el filamento 3D hecho a partir de botellas recicladas, sin embrago, también 
manifestaron que no han utilizado este tipo de filamento. 
36 
 
Pregunta N° 04. ¿Qué características cree usted que debería tener un buen 
filamento para impresión 3d? 
De acuerdo a los entrevistados, un buen filamento para impresión 3D debe 
presentar como principales características: buena resistencia, buena adherencia entre 
capas, buena durabilidad, uniformidad del diámetro a lo largo de toda la longitud del 
filamento, variedad de color, dureza, durabilidad, baja temperatura de impresión, 
resistencia a la humedad y no debe ser tóxico. 
Pregunta N° 05. ¿Qué criterios cree usted que se deberían tener en cuenta para el 
diseño y fabricación de una máquina que recicla botellas de plástico y las convierte 
en filamento 3D? 
Los entrevistados manifestaron que la maquina debe ser confiable, duradera, 
fácil de usar y que debe tener buena calidad en sus componentes. El tamaño 
representativo debe ser de 50x60x60 cm y el peso no debe superar los 5 kg. 
Pregunta N° 06. ¿Cuánto estaría dispuesto a pagar por una máquina que recicla 
botellas de plástico y las convierte en filamento 3D? 
El intervalo representativo para los valores proporcionados es: S/500 – S/1000. 
Pregunta N° 07. ¿Qué precio debería tener un nuevo filamento para que pueda ser 
competitivo frente a los demás tipos de filamentos existentes? 
El precio de este nuevo filamento puede estar entre S/50 a S/65. 
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37 
 
Tabla 3 
Resumen de las entrevistas realizadas. 
 
Pinedo Lujan 
Cesar Fernando 
Peláez Chávez 
Víctor Hugo 
Acosta Horna 
Juan Eli David 
Rodriguez 
Montalván 
Mario Cesar 
Javier 
Angeles Pérez 
Jhonny Luis 
Rodas Ramirez 
Cristian Lenin 
1. ¿Qué tipos de 
filamento para 
impresión 3D 
conoce? 
PLA, ABS, TPU 
y PLA+. 
PLA, ABS Y 
PETG. 
PLA, PETG y 
ABS. 
PETG, ABS y 
PLA. 
Actualmente uso 
el filamento PLA, 
pero sé que 
existen algunos 
más resistentes 
como el PETG, 
entre otros 
Conozco PLA, 
ABS, PETG, 
Sedoso y fibra de 
carbono. 
2. ¿Podría 
mencionar los 
precios 
comerciales de 
filamentos 3D 
que usted 
conoce? 
PLA: 60 – 120 S/ 
el kg. 
- PLA: 65-85 S/ 
el kg. 
- ABS: 70-180 
S/ el kg. 
- PETG: 80 -
100 S/ el kg. 
- PLA: 65 S/ el 
kg. 
- ABS: 85 S/ el 
kg 
- PLA (Creality): 
80-120 S/ el kg. 
- PLA y PETG 
(Polyterra): 60-
65 S/ el kg. 
- PLA + (eSun): 
75 S/ el kg. 
El filamento que 
uso suele rondar 
los 60 soles en 
promedio a veces 
más si el 
filamento es de 
algún color en 
específico. 
Depende mucho 
del tipo y marca, 
pero están 
alrededor de 60 -
160 soles el kg. 
3. ¿Ha escuchado 
sobre 
filamentos 3D 
hechos a partir 
de botellas 
recicladas? 
Si, me informe 
de ello mediante 
videos y me 
gustaría usarlo. 
Si, he tenido la 
oportunidad de 
leer e 
informarme 
sobre ese tipo 
de filamento. 
Si, he visto 
videos sobre 
maquinas 
trituradoras-
extrusoras que 
permiten obtener 
filamento 3d a 
Si, el Petamentor 
1 y2, son 
pequeñas 
máquinas para 
reciclar PET, que 
consisten en un 
En su momento 
llegue a ver 
varios videos del 
uso de este tipo 
de filamento, 
pero aún no lo he 
usado porque 
Si, dentro de la 
comunidad de 
Maker’s hay 
usuarios que han 
diseñado 
pequeños 
38 
 
partir de botellas 
recicladas. 
hotend y un DC 
motor. 
creo que aún no 
estoy preparado. 
dispositivos paraello. 
4. ¿Qué 
características 
cree usted que 
debería tener 
un buen 
filamento para 
impresión 3d? 
- Buena 
resistencia 
- Uniformidad 
del diámetro a 
lo largo de toda 
la longitud del 
filamento. 
Buena adhesión 
entre capas, 
buena 
resistencia y 
durabilidad. 
Debe tener buena 
resistencia y 
durabilidad. 
Adhesión entre 
capas, expansión 
horizontal, 
precisión y 
acabado (50 
mm/s, h = 0.2 
mm). 
Que tenga gran 
durabilidad, 
variedad de color 
y resistencia. 
Dureza y 
durabilidad alta, 
no muy alta 
temperatura de 
impresión, 
resistente a la 
humedad y no 
tóxico. 
5. ¿Qué criterios 
cree usted que 
se deberían 
tener en cuenta 
para el diseño y 
fabricación de 
una máquina 
que recicla 
botellas de 
plástico y las 
convierte en 
filamento 3D? 
La máquina debe 
ser confiable y 
duradera. Con 
respecto al 
tamaño, puede 
ser de 30x50x50 
cm. Con respecto 
al peso, debería 
ser menor a 5 kg. 
Debe tener 
buena calidad 
en la 
fabricación de 
sus 
componentes. 
Debe presentar 
características 
como 
durabilidad y 
confiabilidad. 
Tamaño: puede 
ser de 
30x50x40 cm. 
Peso: no debe 
superar los 5 
kg. 
Debe ser una 
maquina fácil de 
operar con buena 
durabilidad. 
Tamaño: 
40x60x50 cm. 
Peso: menos de 5 
kg. 
Fiable, no debe 
atascarse. 
Durabilidad. 
Espacio: 
30x50x50 cm. 
Peso: que no 
supere los 15 kg. 
Precisión: el 
filamento debe 
salir con un 
diámetro de 1.75 
mm ± 0.1 mm. 
Que tenga un 
sistema bastante 
agradable para el 
usuario a su vez 
también que no 
ocupe mucho 
espacio. 
Tamaño: 
40x50x60 cm. 
Peso: menos de 5 
kg. 
Velocidad de 
extrusión, 
dimensiones, 
precio del 
modelo o del 
equipo, diámetro 
adecuado del 
filamento 
extruido y 
consumo de 
energía del 
equipo. 
Tamaño: 
40x50x50 cm. 
Peso: 5 kg. 
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39 
 
6. ¿Cuánto estaría 
dispuesto a 
pagar por una 
máquina que 
recicla botellas 
de plástico y las 
convierte en 
filamento 3D? 
Pagaría entre 700 
a 1000 soles. 
Podría pagar 
entre 600-1000 
soles. 
500-800 soles. 
De 500 – 750 
soles. 
Dependiendo de 
la calidad, el 
precio que podría 
pagar seria entre 
600 a 800 soles. 
600 – 800 soles. 
7. ¿Qué precio 
debería tener 
un nuevo 
filamento para 
que pueda ser 
competitivo 
frente a los 
demás tipos de 
filamentos 
existentes? 
Creo que 50 S/ el 
kilogramo estaría 
bien. 
Entre 55- 60 
soles. 
50-60 soles. 
Entre 55 a 65 
soles. 
Al inicio podría 
tener un precio 
reducido, quizá 
55 soles y a partir 
de las 
implementaciones 
y agregados se 
podría ir subiendo 
el precio. 
S/ 55 el kg. 
Nota: Elaboración propia. 
 
 
40 
 
3.1.2 Recomendaciones de diseño y construcción 
Como no se tiene normativas especificas relacionadas con el diseño de esta 
máquina, se optó por recolectar información de modelos existentes hechos por 
personas relacionadas con la impresión 3D. El consolidado de la información 
recolectada se muestra en la tabla 4. 
Tabla 4 
Recomendaciones de diseño y construcción. 
Aspecto Recomendaciones Fuente 
Acondicionamiento 
de las botellas PET 
Se recomienda secar bien la botella y 
limpiarla retirando etiquetas y restos de 
pegamento o polvo. 
(Tylman & 
Kazimierz, 
2020) 
Se recomienda homogenizar el contorno 
de las botellas inflándolas con presión de 
aire y luego calentar la botella usando 
una hornilla o una pistola de aire caliente. 
(Canal XY.3D, 
2022) 
Corte de las 
botellas PET 
Se puede usar dos rodamientos 
modificando el perímetro redondeado de 
estos, usando una amoladora angular, de 
tal forma que sus bordes tengan 90 
grados para que puedan cortar las botellas 
al sobreponer sus esquinas redondeadas. 
(Canal XY.3D, 
2022) 
Se puede usar una cuchilla apoyada en 
soportes adecuados de acuerdo al ancho 
de la tira a cortar. Además, se puede usar 
una guía que sirva para el apoyo de la 
botella, así mismo, se debe asegurar que 
la botella no se levante de tal forma que 
se mantenga uniforme el ancho de la tira. 
(Canal XY.3D, 
2022) 
El ancho de la tira a cortar puede ser 
aproximadamente de 10 mm. Este valor 
se puede variar dependiendo del espesor 
de la botella. 
(Tylman & 
Kazimierz, 
2020) 
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41 
 
Bloque calentador 
y boquilla 
Se puede usar un bloque calentador 
comercial de una impresora 3D. Se 
recomienda avellanar la entrada del 
bloque calentador para que la tira cortada 
de la botella entre y se desplace con 
facilidad hasta la boquilla. 
(Canal XY.3D, 
2022) 
Con respecto a la boquilla, se recomienda 
aumentar su diámetro hasta 1.75 mm. La 
temperatura de la boquilla se puede 
determinar experimentalmente, 
empezando por un valor de 220 °C. 
(Tylman & 
Kazimierz, 
2020) 
El diámetro de la boquilla se puede 
modificar usando una broca de 1/16 de 
pulgada. El diámetro adecuado se puede 
comprobar haciendo pasar filamento 
comercial por la boquilla, pero teniendo 
en cuenta que no se debe superar el valor 
de 1.75 mm de diámetro. 
(Canal JRT3D, 
2022) 
Material de 
impresión de los 
componentes 
Se puede usar PLA como material de 
impresión, considerando que en piezas 
que requieran precisión dimensional, las 
dimensiones deberán aumentar en 0.1 
mm para compensar ciertas 
contracciones. 
(Tylman & 
Kazimierz, 
2020) 
Velocidad de la 
bobina recolectora 
del filamento 
Se recomienda una velocidad de 0.5 a 3 
RPM con un par de 18 N.mm con la 
finalidad de reducir la fricción y 
aumentar la eficiencia en la transmisión. 
(Tylman & 
Kazimierz, 
2020) 
La velocidad de la bobina es de 7 RPM, 
siendo esta la velocidad nominal del 
motorreductor usado. 
(Canal JRT3D, 
2022) 
Nota: Elaboración propia. 
42 
 
3.1.3 Especificaciones de diseño 
Una vez recopilados los requerimientos de los entrevistados, se procedió a la 
elaboración de la tabla 5, la cual incluye las especificaciones de diseño que contienen 
los requerimientos mencionados. Además, mediante esta tabla, se abordarán los deseos 
y exigencias de los usuarios con respecto al equipo a desarrollar. 
Tabla 5 
Especificaciones de diseño. 
Especificación 
Características 
Ingenieriles 
Unidades Rangos 
Deseo (D) o 
Exigencia 
(E) 
Tamaño de la 
máquina 
Dimensiones 
Centímetros 
(cm) 
Largo: < 65 
Ancho: < 40 
Alto: < 60 
E 
Peso de la 
máquina 
Peso en 
kilogramos 
kg ~ 5 D 
Materiales 
Confiabilidad y 
durabilidad 
- - E 
Maniobrabilidad 
Facilidad de 
manejo 
- - E 
Costo de la 
máquina 
Precio de la 
máquina 
S/. 500 - 1000 E 
Costo del 
filamento 
Costo por 
kilogramo 
S/. 50 - 65 E 
Nota: Elaboración propia. 
3.2 O.E.2: Generar conceptos de posibles modelos de la máquina y elegir el modelo 
optimo mediante una matriz de selección ponderada. 
3.2.1 Funciones del equipo 
Se elaboro el esquema de la caja negra (black box) para poder identificar las 
entradas y salidas de la máquina. En la figura 6 se muestra dicho esquema. 
 
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43 
 
Figura 6 
Diagrama de la caja negra (black box). 
 
Nota: Elaboración propia. 
Habiendo identificado las entradas y salidas del equipo, se procedió a elaborar 
la tabla 6, la cual contiene las principales funciones del equipo y una descripción de 
ellas. 
Tabla 6 
Principales funciones del equipo. 
Función