Fase de Laboratorio

47 El producto resultante fue sometido a un proceso de cribado utilizando una malla tamiz de 2mm de diámetro con el objetivo de seleccionar las fibras de cada especie, además de uniformizar el tamaño de las fibras para la realización de los tableros (solo fibras mayores a 2 mm).

Una vez alcanzado las cantidades necesarias de fibras de cada especie se almacenó en bolsas grandes de plástico para su posterior uso.

3.5.3. Fase de Laboratorio

48 A su vez los Pre-Ensayos nos ayudaron a identificar y determinar las etapas del proceso de manufactura o elaboración de los Tableros aglomerados. Por otra parte también nos sirvió para realizar las pruebas de los materiales y equipos de campo como de laboratorio, en el cual observamos que al colocar el papel metálico entre la lámina de metal y el tablero aglomerado, al someterlo al proceso de manufactura esta se unía al tablero, siendo dificultoso su separación, porque lo que optamos por cambiarlo por la cera, cuyo resultado fue optimo al evitar que ambas partes se unieran.

De igual manera se determinó la presión específica la cual se aplicó en la prensa hidráulica de platos calientes. Por otro lado las unidades se encontraban en MPa teniendo que ser transformadas a Kg/cm² de acorde a los requerimientos de la prensa, obteniendo un total de 40,79 Kg/cm².

b. Preparación del material.

El MRO (Material Residual Orgánico) de ambas especies una vez pasado por los procedimientos de Pre-Tratamiento hasta su almacenamiento, fueron llevados a laboratorio de Productos Forestales –UNALM, en el cual se determinó que el contenido de humedad del MRO era de 3% para las muestras de Cocos nucifera L. y el 5% para las muestras de Saccharum officinarum L., por lo que utilizando la estufa eléctrica se redujo hasta obtener un 2% de CH - seco al horno; para posteriormente ser guardadas en bolsas Ziploc y así evitar entren en contacto con la humedad del medio ambiente hasta que ingresen al proceso de elaboración de los tableros.

c. Cálculo de la masa del MRO (Material Reciclado Orgánico) y PEBD:

Se determinó el tamaño de los tableros para nuestro trabajo de investigación con dimensiones de:

 400 mm, (40 cm.) de largo,

 400 mm, (40 cm.) de ancho y

49

 6,35 mm (0,635 cm.) de espesor. (ASTM 1037-99, 1999)

Para determinar la masa de los materiales (fibras y PEBD) proporcionales a cada porcentaje se tomó en cuenta la fórmula de DENSIDAD TEÓRICA para estimar la masa teórica:

𝑴 = 𝟏𝟎𝟑𝟔, 𝟑𝟐 𝒈𝒓 ≡ 𝟏𝟎𝟎%

Tabla Nº 9. Cantidad de material necesario para la elaboración de los tableros del Tratamiento Nº1 (Saccharum officinarum L.)

Cantidad de material necesario para la elaboración de los tableros del Tratamiento Nº1 (Saccharum officinarum L.)

Masa (gr.) necesaria para el Tratamiento Nº1 Proporción

MRO (%)

Proporción de PEBD

(%)

MRO (gr.)

PEBD

(gr.) Rep.

Total MRO (gr.)

Total de material PEBD (gr.)

30 70 310,9 725,4 3 932,7 2176,3

40 60 414,5 621,8 3 1243,6 1865,4

50 50 518,2 518,2 3 1554,5 1554,5

3730,8 5596,1

Tabla Nº 10. Cantidad de material necesario para la elaboración de los tableros del Tratamiento Nº2 (Cocos nucifera L.)

Cantidad de material necesario para la elaboración de los tableros del Tratamiento Nº2 (Cocos nucifera L.)

Masa (gr.) necesaria para el Tratamiento Nº2 Proporción

MRO (%)

Proporción de PEBD

(%)

MRO (gr.)

PEBD

(gr.) Rep.

Total MRO (gr.)

Total de material PEBD (gr.)

30 70 310,9 725,4 3 932,7 2176,3

Sp

(

^𝑔𝑟

𝑐𝑚³

) ⁼

^{𝑘𝑀(𝑔𝑟)}

⟦

¹⁺

(

^𝑀

100

)⟧

^{𝑙𝑤𝑡(𝑐𝑚3)}

1

(

^𝑔𝑟

𝑐𝑚³

) =

^{1𝑀(𝑔𝑟)}

⟦1+( ²

100)⟧40∗40∗0,635(𝑐𝑚³)

50

40 60 414,5 621,8 3 1243,6 1865,4

50 50 518,2 518,2 3 1554,5 1554,5

3730,8 5596,1

Tabla Nº 11. Cantidad de material necesario para la elaboración de los tableros del Tratamiento Nº3 (Saccharum officinarum L. + Cocos nucifera L.)

Cantidad de material necesario para la elaboración de los tableros del Tratamiento Nº3 (Saccharum officinarum L. + Cocos nucifera L.)

Masa (gr.) necesaria para el T3 Proporción

de MRO (%)

Proporción de PEBD

(%)

MRO

(gr.) PEBD (gr.) Rep.

Total de MRO (gr.)

Total de material PEBD (gr.)

Caña Coco Caña Coco Caña Coco

15 15 70 155,4 155,4 725,4 3 466,3 466,3 2176,3

20 20 60 207,3 207,3 621,8 3 621,8 621,8 1865,4

25 25 50 259,1 259,1 518,2 3 777,2 777,2 1554,5

1865,4 1865,4 5596,1

Tabla Nº 12. Cantidad de material necesario para la elaboración de los tableros del Testigo Cantidad de material necesario para la elaboración de los tableros del Testigo

MASA (gr) Necesaria para el T0-Testigo

Proporción PEBD PEBD

(gr) REP

TOTAL PEBD

(gr)

100% 1036,32 3 3109,0

En resumen para la preparación de los tableros aglomerados se necesitaron:

 5596,1 gr. (5,5961 kg.) de fibras de Saccharum officinarum L.,

 5596,1 gr. (5,5961 kg.) de fibras de Cocos nucifera L y

 19897,3 gr. (19,8973 kg.) de pellets de PEBD.

51 d. Fabricación de los tableros compuestos.

d.1. Preparación del molde:

Se preparó una lámina de metal (50 cm x 50 cm) sobre la cual se colocó la cera para evitar que la mezcla se adhiera entre lámina y tablero.

Sobre la lámina de metal encerado se colocó el marco de metal y posteriormente se colocó el molde de vidrio de 40 cm x 40 cm.

Fotografía Nº 1. Preparación del molde.

Una vez listo el molde se realizó el pesaje del MRO y del PEBD para colocar la cantidad exacta con la cual se formará los tableros.

Obtenido el peso necesario de ambos materiales se colocaron en un recipiente para la elaboración de la mezcla.

52 Fotografía Nº 2. Preparación de la mezcla

Posteriormente se colocó la mezcla de fibras y pellets de PEBD dentro del molde de vidrio.

Realizamos el Pre-prensado de forma manual con el pisón de madera y retiramos el molde.

Fotografía Nº 3. Armado de la mezcla pre-prensada.

53 d.2. Prensado:

Para el prensado de los tableros, previamente se calentó la prensa a una temperatura de 145ºC (determinada en el Pre-Ensayo), se colocó la mezcla utilizando guantes aislantes térmicos, realizamos el prensado durante un tiempo de 15 minutos a una presión de 40,79 Kg/cm².

Fotografía Nº 4. Prensado de la mezcla para la obtención del tablero aglomerado.

Se prepararon 30 tableros completamente al azar con las proporciones propuestas.

Tabla Nº 13. Cantidad Total de Tableros.

Cantidad Total de Tableros.

Tratamiento Proporción (%) N° de repeticiones Total T1

30/70 3

40/60 3 9

50/50 3

T2

30/70 3

40/60 3 9

50/50 3

T3

30/70 3

40/60 3 9

50/50 3

Testigo (PEBD)

100 1

100 1 3

100 1

30 Tableros

54 Una vez obtenidos el tablero se les realizo el rebeteo, quitándoles 23 mm de ancho y de largo;

teniendo como producto 30 tableros de 354 mm de largo x 354 mm de ancho x 6,35 mm de espesor.

Fotografía Nº 5. Rebeteo del tablero aglomerado.

e. Preparación de Probetas.

Previo al corte de los tableros se realizó un boceto con la distribución de las probetas en los tableros, teniendo en cuenta las propiedades físico-mecánicas a ser evaluadas.

55 Los 30 tableros obtenidos pasaron por una Cierra cortadora para la obtención de probetas.

Fotografía Nº 6. Obtención de probetas de ensayo.

f. Propiedades Físico-Mecánicos de los Tableros Aglomerados.

De acorde con las Normas ASTM – D7031 “Evaluación de Propiedades Físico-Mecánicas de productos compuestos de madera Plástico”, donde establece los métodos de prueba apropiados para la evaluación de una amplia gama de propiedades de rendimiento para productos compuestos de madera y plástico (Material Reciclado Orgánico-PEBDs), se enumeran una lista de 19 métodos de prueba (Ensayos) donde a su vez menciona que, el uso del material elaborado deberá establecer que propiedades dentro del estándar serán aplicados. Por último se menciona que no todas los materiales compuestos requerirán de la evaluación de todas las propiedades;

por lo que la presente investigación de acorde al uso del Tablero aglomerado (MRO-PEBDs) será estructural, se realizó los ensayos Físicos y Mecánicos siguientes:

 Contenido de Humedad. (ASTM-D 4442-92)

 Densidad (Gravedad Específica). (ASTM-D 2395-02)

 Hinchamiento de Espesor. (ASTM-D 1037-99)

 Absorción de agua. (ASTM-D 1037-99)

 Flexión Estática. (ASTM-D 7031-04)

o Módulo de Elasticidad (MOE).

56 o Módulo de Ruptura (MOR).

 Compresión Paralela a la superficie. (ASTM-D 7031-04) o Resistencia Máxima.

f.1. Ensayos Físicos del Tablero Aglomerado:

1. Contenido de Humedad:

Se evaluó de acorde con la Norma ASTM-D 4442-92 “Métodos de prueba estándar para:

Medición Directa del Contenido de Humedad (CH) de Madera y Materiales a base de Madera”

y Norma ASTM-D 1037-99 “Métodos de Prueba estándar para: Evaluación de las Propiedades de los materiales de fibra a base de madera y paneles de partículas”. Donde se utilizó el Método A: Método primario de secado en horno, el cual está estructurada para fines de investigación donde se necesita una mayor precisión o grado de precisión con aplicación en muestras de tamaño homogéneo. Los Factores experimentales fueron:

a. Tipo de Horno: Horno o estufa de secado b. Temperatura: 103+-2ºC

c. Tiempo: 24 Horas

d. Formato (Dimensión de la probeta): 7,6 cm x 15,2 cm e. Espesor: 0,635 cm

La determinación del Contenido de Humedad se dio de acorde al procedimiento del Estándar:

1. Se almaceno las muestras en recipientes individuales (Bolsas Ziploc) a prueba de vapor si pudiera producirse algún retraso entre el muestreo y el pesaje.

2. Se pesó las muestras utilizando una balanza consistente con la precisión deseada.

3. Se colocó las muestras en el horno dentro del volumen probado para la precisión del horno.

4. Se halló el Punto final: Se supuso que se ha alcanzado el punto final cuando la pérdida de masa en un intervalo de 3h.

57 5. Manipulación y procedimientos de pesaje: Las muestras secas deben almacenarse en

un desecador con desecante fresco hasta que alcancen la temperatura ambiente.

6. Cálculos: Calcule el contenido de humedad de la siguiente manera:

𝐶𝐻 % =(𝐴 − 𝐵)

𝐵 ∗ 100 Dónde: A = masa original (g), y B = masa seca al horno (g).

2. Densidad (Gravedad Específica):

Se evaluó de acorde con la Norma ASTM-D 2395-02 “Métodos de prueba estándar para:

Gravedad Específica de la Madera y Materiales a Base de Madera” y Norma ASTM-D 1037- 99 “Métodos de Prueba estándar para: Evaluación de las Propiedades de los materiales de fibra a base de madera y paneles de partículas”.

Estos métodos de prueba cubren la determinación de la gravedad específica de los materiales a base de madera y madera a los grados de precisión generalmente deseados y para muestras de diferentes tamaños, formas y condiciones de contenido de humedad. El título del método es indicativo de los procedimientos utilizados o del área específica de uso.

La precisión del valor de la gravedad específica obtenida en una muestra representativa dependerá de la precisión de las mediciones realizadas (Método A). Si el área de las muestras está cuidadosamente preparada y tiene una forma regular. Los Factores experimentales fueron:

a. Tipo de Horno: Horno o estufa de secado b. Temperatura: 103+-2ºC

c. Tiempo: 24 Horas

d. Contenido de Humedad: Determinado

e. Formato (Dimensión de la probeta): 7,6 cm x 15,2 cm f. Espesor: 0,635 cm

La determinación de la densidad se dará de acorde al procedimiento del Estándar:

58 1. Formación del Espécimen: el espécimen se moldeo de forma regular con esquinas en ángulo recto para la determinación del volumen mediante medición lineal. La superficie de la muestra es lisa y se tomaron las medidas suficientes, para determinar el volumen con bastante precisión.

2. Se realizaron mediciones de la longitud (L), el ancho (w) y el grosor (t) de la muestra;

tres mediciones de cada dimensión para determinar el Volumen.

3. Se determinó el peso de la muestra con una precisión de +-0,2 %.

4. Se determinó el contenido de humedad de la muestra para permitir la descripción de la base sobre la cual se calculó la gravedad específica.

5. Cálculos: Se calculó la gravedad específica de la siguiente manera:

𝑆𝑝 𝐺𝑟 = 𝐾𝑊 [1 + ( 𝑀

100)] 𝐿𝑤𝑡 Donde:

W: Peso de la muestra.

M: Contenido de humedad de la muestra, %

[1+ (M/100)]: Calcular el peso al secado del horno de las muestras.

L: Longitud de la muestra.

w: Ancho de la muestra.

t: Espesor de la muestra K: Una constante.

K: 27,68 cuando el peso está en libras y el volumen están en pulgadas³. K: 453,59 cuando el peso está en libras y el volumen están en cm³. K: 453 590 cuando el peso está en libras y el volumen está en mm³. K: 0,061 cuando el peso está en g y el volumen está en pulgadas³. K: 1 cuando el peso está en g y el volumen está en cm³.

59 K: 1000 cuando el peso está en g y el volumen está en mm³.

3. Hinchamiento de Espesor:

Se evaluó de acorde con la Norma ASTM-D 1037-99 “Métodos de Prueba estándar para:

Evaluación de las Propiedades de los materiales de fibra a base de madera y paneles de partículas” Secciones del 100-103. Donde se utilizó el Método A dentro del estándar, la absorción de agua y la hinchazón del espesor se expresan como un porcentaje para la muestra después de una inmersión de 2 horas más 22 horas. Los Factores experimentales fueron:

a. Humedad Relativa: 65 +- 1%

b. Temperatura ambiente: 20+-3ºC c. Tiempo: 2h de inmersión

d. Formato (Dimensión de la probeta): 15,2 cm x 15,2 cm e. Espesor: 0,635 cm

La determinación del Hinchamiento de espesor se dará de acorde al procedimiento del Estándar:

1. Se midió el espesor de la muestra antes de la inmersión en la parte céntrica de cada lado, tomando en su totalidad 4 datos de espesor al paralelo por probeta.

2. Se sumergió la muestra horizontalmente bajo 1 pulg. (25 mm) de agua de grifo.

3. Después de una inmersión de 2 h, se suspendió el espécimen para drenar durante 10 + - 2 min. Al cabo de ese tiempo, se retiró el exceso de agua de la superficie

4. Se midió los espesores de la probeta después de la inmersión.

5. Se presentó la muestra para un período adicional de 22 horas y se repitió el procedimiento de medición anterior.

6. Cálculos: Calcule el Hinchamiento de Espesor de la siguiente manera:

𝐻𝑒 =△ 𝐸

𝐸𝑖 ∗ 100

60 Dónde: △ 𝐸 = Diferencia entre el espesor después de inmersión y el espesor inicial de la muestra, y Ei = Espesor inicial antes de la inmersión de la muestra.

4. Absorción de agua:

Se evaluó de acorde con la Norma ASTM-D 1037-99 “Métodos de Prueba estándar para:

Evaluación de las Propiedades de los materiales de fibra a base de madera y paneles de partículas” Secciones del 105. Donde se utilizó el Método B dentro del estándar, la absorción de agua y la hinchazón del espesor se expresan como un porcentaje para la muestra después de una inmersión de 2 horas más 22 horas. Los Factores experimentales fueron:

a. Humedad Relativa: 65 +- 1%

b. Temperatura ambiente: 20+-3ºC c. Tiempo: 24 h de inmersión

d. Formato (Dimensión de la probeta): 15,2 cm x 15,2 cm e. Espesor: 0,635 cm

La determinación de la Absorción de Agua se dará de acorde al procedimiento del Estándar:

1. Se pesó la muestra antes del proceso de inmersión de agua

2. Se sumergió la muestra horizontalmente bajo 1 pulg. (25 mm) de agua de grifo doméstico.

3. Se calculó la cantidad de agua absorbida por el aumento de peso de la muestra después de la inmersión, y se expresó la absorción de agua en porcentaje.

4. Se presentó la muestra para un período adicional de 22 horas y se repitió el procedimiento de pesaje anterior.

5. Cálculos: Calcule la absorción de agua de la siguiente manera:

𝐴𝐴 =△ 𝑀

𝑀𝑖 ∗ 100

Dónde: △ 𝑀 = Diferencia entre la masa después de inmersión y la masa inicial de la muestra, y Mi = Masa inicial antes de la inmersión de la muestra.

61 f.2. Propiedades Mecánicas de los tableros aglomerados.

f.2.1. Flexión Estática: En el caso que los especímenes de prueba sean de madera se preparará con la dimensión larga paralela y la otra mitad con la dimensión larga perpendicular a la dimensión larga del tablero para evaluar las propiedades direccionales, de ser un material compactado no aplica la evaluación de propiedades direccionales.

1. Módulo de Elasticidad (MOE) y Módulo de Ruptura (MOR): Se evaluó de acorde con la Norma ASTM-D 1037-99 “Métodos de Prueba estándar para: Evaluación de las Propiedades de los materiales de fibra a base de madera y paneles de partículas”.

Donde se utilizó las secciones del 11-20. Los Factores experimentales fueron:

a. Tipo de Horno: Horno o estufa de secado b. Temperatura: 103+-2ºC

c. Tiempo: 24 Horas

d. Formato (Dimensión de la probeta): 50 mm x 194 mm para MOE y MOR e. Formato (Dimensión de la probeta): 25 mm x 101 mm para Rmax

f. Espesor: 6,35 mm

Se determinó el Modulo de Elasticidad mediante el procedimiento del Estándar con la siguiente formula:

Cálculos: Calcule el Modulo de Elasticidad (MOE) de la siguiente manera:

𝑀𝑂𝐸 = 𝑃₁𝐿³ 4𝑏𝑑³𝑦₁

Dónde:

P1 = Carga en el límite proporcional, lbf (N) L = Longitud del tramo, pulg. (mm)

b = Ancho del espécimen, pulg. (mm)

d = Espesor (profundidad) del espécimen, pulg. (mm)

y1 = Deflexión central en carga límite proporcional, Pulg. (mm)

62 Cálculos: Calcule el Modulo de Ruptura (MOR) de la siguiente manera:

𝑀𝑂𝑅 = 3𝑃𝐿 2𝑏𝑑² Dónde:

P = Carga máxima, lbf (N)

L = Longitud del tramo, pulg. (mm) b = Ancho del espécimen, pulg. (mm)

d = Espesor (profundidad) del espécimen, pulg. (mm) f.2.2. Compresión Paralela a la superficie.

1. Resistencia Máxima: Se evaluó de acorde con la Norma ASTM-D 1037-99

“Métodos de Prueba estándar para: Evaluación de las Propiedades de los materiales de fibra a base de madera y paneles de partículas”. Donde se utilizó las secciones del 34-40. Los Factores experimentales fueron:

a. Tipo de Horno: Horno o estufa de secado b. Temperatura: 103+-2ºC

c. Tiempo: 24 Horas

d. Formato (Dimensión de la probeta): 101 mm x 25 mm e. Espesor: 0,635 mm

Se determinó la Resistencia Máxima mediante el procedimiento del Estándar con la siguiente formula:

Cálculos: Calcule la Resistencia Máxima de la siguiente manera:

𝑅𝑚𝑥 =𝑃₂ 𝐴 Dónde:

P2 = Carga Máxima (Kg).

A = Área de la sección de impacto

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