UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERÚ
FACULTAD DE CIENCIAS FORESTALES Y DEL AMBIENTE
TESIS
PRESENTADA POR LOS BACHILLERES:
BEATRIZ ANGELICA FLORES SORIANO SAÚL DE LA CRUZ SALDAÑA
PARA OPTAR EL TÍTULO PROFESIONAL DE:
INGENIERO FORESTAL Y AMBIENTAL
HUANCAYO – PERÚ 2021
“PROPIEDADES FÍSICO-MECÁNICAS DE TABLEROS AGLOMERADOS DE POLIETILENO RECICLADO Y FIBRAS SECUNDARIAS DE Saccharum officinarum L. Y Cocos nucifera L.”
I __________________________________________________________________
ASESOR:
M. Sc. JUANA MARÍA PAUCAR CARRIÓN CIP: 57495
___________________________________________________________________
II DEDICATORIA
A Nuestro señor por brindarnos vida, el cual supo encaminarnos por el buen sendero, por darnos las fuerzas para seguir luchando y no desmayar ante todas las adversidades, enseñándonos a encarar los problemas sin perder nunca la integridad ni desfallecer en el intento y darnos la oportunidad de haber llegado hasta esta faceta trascendental de nuestra formación profesional.
A nuestros amados padres que son los pilares más importantes en nuestras vidas y por abrigarnos siempre con su amor y apoyo sin fronteras en cada momento y lugar.
A nuestros hermanos por compartir momentos significativos con nosotros y siempre estar dispuestos a escucharnos y ayudarnos en cualquier momento.
Beatriz Angélica Flores Soriano.
Saúl De La Cruz Saldaña.
III AGRADECIMIENTOS
A nuestra querida alma mater y a nuestra Facultad de FCFA por nuestra formación académica durante los cinco años preparándonos para un futuro competitivo y formándonos como personas de bien.
A nuestra maestra la M. Sc. Juana María Paucar Carrión a quien le debemos gran parte de nuestros conocimientos, gracias a su paciencia, enseñanza y apoyo constante en el desarrollo de nuestro trabajo de Tesis.
A nuestros Familiares por siempre habernos dado su fuerza, cariño y apoyo incondicional que nos llevaron hasta donde estamos ahora, y en especial a Avril Lucero y Gustavo Leonardo.
A nuestro gran amigo Genix por sus consejos para realizar este trabajo.
Beatriz Angélica Flores Soriano Saul De La Cruz Saldaña
4 ÍNDICE
RESUMEN ... 9
ABSTRACT ... 10
I. INTRODUCCIÓN ... 11
II. REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA ... 12
2.1. Antecedentes de Investigación ... 12
2.1.1. Internacionales ... 12
2.1.2. Nacionales. ... 17
2.2. Fundamentos y Bases Teóricas ... 18
2.2.1. Fibras... 18
2.2.2. Fibras de estopa de coco. ... 25
2.2.3. Plásticos. ... 27
2.2.4. Compuesto fibras – plástico. ... 33
III. MATERIALES Y MÉTODOS ... 36
3.1. Lugar de Ejecución: ... 36
3.2. Procedencia de los materiales: ... 36
3.3. Materiales y Equipos... 37
3.3.1. Materiales de estudio. ... 37
3.3.2. Materiales, Herramientas, Instrumentos y máquina de campo. ... 37
3.3.3. Materiales, Herramientas, instrumentos y maquinarias de laboratorio... 38
3.3.4. Materiales, Instrumentos y máquinas de gabinete: ... 40
3.4. Metodología. ... 41
3.4.1. Tipo de Investigación ... 41
3.4.1. Nivel de Investigación ... 41
3.4.2. Diseño de investigación ... 41
3.4.3. Población – muestra ... 43
3.5. Procedimiento ... 44
3.5.1. Fase de pre-campo ... 44
5
3.5.2. Fase de campo ... 44
3.5.3. Fase de Laboratorio... 47
3.5.4. Fase de Gabinete ... 63
IV. RESULTADOS ... 64
4.1. Propiedades Físicas de los Tableros compuestos... 64
4.1.1. Contenido de humedad ... 64
4.1.2. Densidad ... 65
4.1.3. Hinchamiento de espesor ... 67
4.1.4. Absorción de agua... 68
4.2. Propiedades Mecánicas de los Tableros Aglomerados ... 70
4.2.1. Flexión estática ... 70
4.2.2. Compresión paralela a la superficie ... 73
4.3. Análisis Estadístico ... 74
4.3.1. Estadístico Descriptivo ... 74
4.3.2. Estadístico Inferencial. ... 83
V. DISCUSIONES ... 98
5.1. Propiedades Físicas. ... 98
5.1.1. Contenido de humedad. ... 98
5.1.2. Densidad. ... 98
5.1.3. Hinchamiento de espesor y Absorción de agua a 2 y 24 horas de inmersión. ... 99
5.2. Propiedades Mecánicas ... 100
5.2.1. Módulo de elasticidad (MOE). ... 100
5.2.2. Módulo de ruptura (MOR). ... 101
5.2.3. Resistencia máxima. ... 102
VI. CONCLUSIONES ... 103
VII. RECOMENDACIONES ... 104
VIII. REFERENCIA BIBLIOGRÁFICA ... 106
IX. ANEXOS ... 109
Relación de Tablas: Tabla Nº 1. Formulación de mezclas de compuestos para la elaboración de los tableros en el estudio exploratorio. ... 14
Tabla Nº 2. Principales componentes del tallo de caña de azúcar. ... 22
Tabla Nº 3. Características del bagazo de caña de azúcar ... 23
Tabla Nº 4. Composición de las fibras. (* De los cuales 26,6% es alfa celulosa (α)) ... 25
Tabla Nº 5. Propiedades Físicas del PET. ... 30
Tabla Nº 6. Propiedades Mecánicas del PET. ... 30
Tabla Nº 7. Tipo de plásticos comúnmente usados por las empresas en el País. ... 33
Tabla Nº 8. Usos comunes de los plásticos por las empresas. ... 33
6 Tabla Nº 9. Cantidad de material necesario para la elaboración de los tableros del
Tratamiento Nº1 (Saccharum officinarum L.) ... 49
Tabla Nº 10. Cantidad de material necesario para la elaboración de los tableros del Tratamiento Nº2 (Cocos nucifera L.) ... 49
Tabla Nº 11. Cantidad de material necesario para la elaboración de los tableros del Tratamiento Nº3 (Saccharum officinarum L. + Cocos nucifera L.) ... 50
Tabla Nº 12. Cantidad de material necesario para la elaboración de los tableros del Testigo 50 Tabla Nº 13. Cantidad Total de Tableros. ... 53
Tabla Nº 14. Contenido de Humedad de los tres tratamientos en las distintas proporciones. . 64
Tabla Nº 15. Densidad de los tres tratamientos en las distintas proporciones. ... 65
Tabla Nº 16. Hinchamiento de espesor a 2 horas y 24 horas de inmersión. ... 67
Tabla Nº 17. Absorción de agua a 2 horas y 24 horas de inmersión en agua de los tres tratamientos en las distintas proporciones. ... 68
Tabla Nº 18. Módulo de elasticidad de los tres tratamientos. ... 70
Tabla Nº 19. Módulo de ruptura de los tres tratamientos. ... 71
Tabla Nº 20. Resistencia Máxima de los tres tratamientos en las distintas proporciones. ... 73
Tabla Nº 21. Prueba de normalidad de variables independientes. ... 83
Tabla Nº 22. Prueba de normalidad de variables dependientes. ... 83
Tabla Nº 23. Prueba de correlación entre tratamientos y proporciones. ... 85
Tabla Nº 24. Prueba de correlación entre propiedades físicas. ... 85
Tabla Nº 25. Prueba de correlación entre propiedades mecánicas. ... 86
Tabla Nº 26. Prueba de correlación entre propiedades físicas y mecánicas. ... 87
Tabla Nº 27. Prueba de correlación entre tratamientos y propiedades físicas. ... 88
Tabla Nº 28. Prueba de correlación entre tratamientos y propiedades mecánicas. ... 89
Tabla Nº 29. Prueba de correlación entre las proporciones y las propiedades físicas. ... 90
Tabla Nº 30. Prueba de correlación entre las proporciones y las propiedades mecánicas. ... 91
Tabla Nº 31. Prueba ANOVA para tratamientos. ... 92
Tabla Nº 32. Prueba ANOVA para proporciones. ... 93
Tabla Nº 33. Análisis Post-Hoc Tukey para los tratamientos. ... 94
Tabla Nº 34. Análisis Post-Hoc Tukey para las proporciones. ... 96
Relación de Cuadros Cuadro Nº 1. Clasificación Botánica de la Caña de Azúcar. ... 21
Cuadro Nº 2. Clasificación botánica del Cocos nucifera L... 25
Cuadro Nº 3. Comparación de los tipos de reciclaje. ... 32
Cuadro Nº 4. Tratamientos (Factor A) ... 41
Cuadro Nº 5. Proporciones (Factor B) ... 42
Relación de Figuras: Figura N° 1. Propiedades Mecánicas Típicas de las fibras naturales. ... 19
Figura N° 2. Clasificación De Fibras Naturales y sus materias. ... 20
Figura N° 3. Clasificación de las fibras naturales vegetales. ... 20
Figura N° 4. Composición Básica General de la Caña de Azúcar. ... 22
Figura N° 5. Producción de caña de azúcar por departamento (%) 2008. ... 23
Figura N° 6. Producción de Caña de Azúcar -Variación porcentual Marzo 2014/2013. ... 24
Figura N° 7. Composición porcentual del bagazo de azúcar. ... 24
Figura N° 8. Partes del fruto de Cocos nucifera. L. ... 26
Figura N° 9. Nomenclatura del Tereftalato de Polietileno. ... 29
7
Figura N° 10. Paso del Proceso de Reciclado Mecánico. ... 31
Figura N° 11. Pasos del Proceso del Reciclado Químico. ... 31
Figura N° 12. Combinación de Tratamientos ... 42
Figura N° 13. Distribución de Tratamientos. (Completamente al azar) ... 43
Figura N° 14. Contenido de Humedad en relación a las Proporciones. ... 64
Figura N° 15. Contenido de Humedad en relación a los Tratamientos ... 65
Figura N° 16. Densidad en relación a las proporciones. ... 66
Figura N° 17. Densidad en relación a los tratamientos. ... 66
Figura N° 18. Hinchamiento de espesor a 2 horas y 24 horas de inmersión en relación a las proporciones. ... 67
Figura N° 19. Hinchamiento de espesor a 2 horas y 24 horas de inmersión en relación a los tratamientos. ... 68
Figura N° 20. Absorción de agua a 2 horas y 24 horas en relación a las proporciones. ... 69
Figura N° 21. Absorción de agua a 2 horas y 24 horas en relación a los tratamientos. ... 69
Figura N° 22. Módulo de elasticidad en relación a las proporciones. ... 70
Figura N° 23. Módulo de elasticidad en relación a los tratamientos ... 71
Figura N° 24. Módulo de Ruptura en relación a las proporciones... 72
Figura N° 25. Módulo de Ruptura en relación a los tratamientos. ... 72
Figura N° 26. Resistencia Máxima en relación a las proporciones. ... 73
Figura N° 27. Resistencia Máxima en relación a los tratamientos. ... 74
Relación de Gráficos: Gráfico Nº 1 Análisis estadístico descriptivo del Contenido de Humedad... 74
Gráfico Nº 2 Distribución Normal del Contenido de Humedad ... 75
Gráfico Nº 3 Análisis estadístico descriptivo de la Densidad ... 75
Gráfico Nº 4 Distribución Normal de la Densidad ... 76
Gráfico Nº 5 Análisis estadístico descriptivo del Hinchamiento de Espesor a 2h de inmersión ... 76
Gráfico Nº 6 Distribución Normal del Hinchamiento de Espesor a 2h de inmersión ... 77
Gráfico Nº 7 Análisis estadístico descriptivo del Hinchamiento de Espesor a 24h de inmersión... 77
Gráfico Nº 8 Distribución Normal del Hinchamiento de Espesor a 24h de inmersión ... 78
Gráfico Nº 9 Análisis estadístico descriptivo de la Absorción de agua a 2 horas de inmersión ... 78
Gráfico Nº 10 Distribución Normal de la Absorción de agua a 2h de inmersión ... 79
Gráfico Nº 11 Análisis estadístico de la Absorción de agua a 24 horas de inmersión ... 79
Gráfico Nº 12 Distribución Normal de la Absorción de agua a 24h de inmersión ... 80
Gráfico Nº 13 Análisis estadístico descriptivo del Módulo de Elasticidad. ... 80
Gráfico Nº 14 Distribución Normal del Módulo de Elasticidad. ... 81
Gráfico Nº 15 Análisis estadístico descriptivo del Módulo de Ruptura. ... 81
Gráfico Nº 16 Distribución Normal del Módulo de Ruptura. ... 81
Gráfico Nº 17 Análisis estadístico descriptivo de la Resistencia Máxima. ... 82
Gráfico Nº 18 Distribución Normal de la Resistencia Máxima. ... 82
Relación de Fotografías: Fotografía Nº 1. Preparación del molde. ... 51
Fotografía Nº 2. Preparación de la mezcla ... 52
Fotografía Nº 3. Armado de la mezcla pre-prensada. ... 52
8
Fotografía Nº 4. Prensado de la mezcla para la obtención del tablero aglomerado. ... 53
Fotografía Nº 5. Rebeteo del tablero aglomerado. ... 54
Fotografía Nº 6. Obtención de probetas de ensayo. ... 55
Fotografía Nº 7. Recolección de Material Reciclado Orgánico ... 109
Fotografía Nº 8. Procesos de Pre-Tratamiento... 109
Fotografía Nº 9. Proceso de molienda de Material Reciclado Orgánico ... 110
Fotografía Nº 10. Proceso de cribado y obtención final de fibras ... 110
Fotografía Nº 11. Proceso de elaboración del Tablero Aglomerado ... 111
Fotografía Nº 12. Proceso de obtención de probetas de ensayo ... 111
Fotografía Nº 13. Ensayos Físicos de probetas ... 112
Fotografía Nº 14. Ensayos Mecánicos de las probetas ... 112
9 RESUMEN
El presente trabajo tuvo por objetivo principal la determinación de los efectos de los tratamientos en las propiedades físico mecánicas de los tableros aglomerados en base a material reciclado sintético como el Polietileno de baja densidad, y material reciclado orgánico como las fibras de tallo de caña de azúcar (Saccharum Officinarum L.) y estopa de Coco (Cocos nucifera L.). La metodología usada fue el cualicuantitativo; a su vez alcanzo un nivel de investigación descriptivo-relacional y cuyo diseño fue de corte experimental. Se elaboraron tableros aglomerados a tres distintas proporciones de fibra y PEBD respectivamente B1(30%- 70%), B2(40%-60%) y B3(50%-50%), con factores experimentales de 145º C de temperatura, 15 minutos de prensado a una presión de 4 MPa (40,79 Kg/cm2), con dimensiones del tablero de 40 x 40 x 0,635 (largo, ancho y espesor en cm) mientras que los datos resultantes del experimento se analizaron bajo las normas internacionales ASTM – D7031, ASTM – 1037;
ASTM - D4442 – 92 y ASTM – D2395-02. Los resultados finales arrojan que el tratamiento T2 (Coco + PEBD) en su proporción B1 posee las mejores características físico mecánicas de todos los tableros aglomerados con resultados en cuanto a propiedades físicas de 2,053 %; 1,10 g/cm3; 2,51 %; 4,44% y 8,11%; 14,39% en contenido de humedad, densidad, hinchamiento de espesor a 2h -24h y absorción de agua a 2h – 24h respectivamente y 2713,81 N/mm2; 30,57 N/mm2; 3,83 N/mm2 para MOE, MOR y Rmax respectivamente para propiedades mecánicas, siendo este tratamiento y esta proporción el presenta las mejores características.
Palabras clave: Tablero aglomerado, Tratamiento, Porcentaje, Propiedades, características.
10 ABSTRACT
The main objective of this work was to determine the effects of the treatments on the physical- mechanical properties of chipboards based on synthetic recycled material such as low-density polyethylene, and organic recycled material such as sugar cane stem fibers. (Saccharum Officinarum L.) and coconut tow (Cocos nucifera L.). The methodology used was qualitative- quantitative; at the same time, it reached a descriptive-relational research level and whose design was experimental. Chipboards were made at three different proportions of fiber and LDPE respectively B1 (30% -70%), B2 (40% -60%) and B3 (50% -50%), with experimental factors of 145º C of temperature, 15 minutes of pressing at a pressure of 4 MPa (40.79 Kg / cm2), with board dimensions of 40 x 40 x 0.635 (length, width and thickness in cm) while the data resulting from the experiment were analyzed under international standards ASTM-D7031, ASTM-1037; ASTM - D4442 - 92 and ASTM - D2395-02. The final results show that the T2 treatment (Coco + LDPE) in its B1 proportion has the best physical-mechanical characteristics of all the chipboards with results in terms of physical properties of 2,053%; 1.10 g / cm3;
2.51%; 4.44% and 8.11%; 14.39% in moisture content, density, thickness swelling at 2h-24h and water absorption at 2h-24h respectively and 2713.81 N / mm2; 30.57 N / mm2; 3.83 N / mm2 for MOE, MOR and Rmax respectively for mechanical properties, this treatment and this proportion being the one that presents the best characteristics.
Keywords: Chipboard, Treatment, Percentage, Properties, characteristics.
11 I. INTRODUCCIÓN
Durante muchos años el problema de los residuos sólidos inorgánicos como orgánicos han sido y son motivo de investigación con el objetivo de reducirlos dándoles usos alternativos.
Navarro, J. F. (2005) afirma: “En la industria de la construcción la utilización de materiales alternativos empieza a tener importancia…Pues a medida que evolucionan los materiales prefabricados se abre una línea para la elaboración de productos que tienen como base materias primas de desechos como papel, plásticos, aluminio, vidrios, restos agrícolas, entre otros”.
En el Perú como en otros países estos productos están siendo cada vez más demandados por las industrias que buscan materiales ecológicos, de menos costos y con propiedades similares e incluso mejores a los que cuentan en la actualidad; esto obliga a realizar estudios e investigaciones científicas y/o tecnológicas con productos residuales que puedan satisfacer esta demanda.
Motivo por el cual fue base de esta investigación, el uso de materiales obtenidos por el reciclaje, materia residual inorgánica como lo son los plásticos (Polietileno de baja densidad - PEBD), estructurados con material residual orgánico (MRO) como restos de tallos de las especies Cocos nucifera L. y estopas de la especie Saccharum officinarum L. en la fabricación de tableros con características aceptables para los posibles usos en el ámbito de la construcción, para lo cual trazamos el objetivo principal de determinar cuáles son los efectos de los porcentajes y tratamientos en las propiedades físico mecánicas de los tableros y cuáles de estas ofrecieron las mejores características para su uso en la industria como elemento estructural.
12 II. REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA
2.1. Antecedentes de Investigación 2.1.1. Internacionales
Estrada, M. (2010). Realizó la investigación “Extracción y caracterización mecánica de las fibras de bambú (Guadua angustifolia) para su uso potencial como refuerzo de materiales compuestos”, determinando el procedimiento de separación de fibras de guadua más eficiente en términos de grado de deslignificación y de propiedades mecánicas de las fibras;
sometiéndolas a ensayos de tensión para determinar su resistencia y rigidez. Las fibras se extrajeron del culmo de bambú mediante la metodología de digestión química alcalina y un proceso kraft con diferentes concentraciones de licor blanco. Posteriormente se sometieron a ensayos de tensión para determinar su resistencia y rigidez, específicamente la resistencia a la tensión y el módulo de elasticidad en tensión. Las pruebas fueron elaboradas con base a la metodología de las normas ASTM D1557-03 y ASTM D3822-07. El contenido de humedad del culmo de guadua y de las fibras extraídas fue de 4,12% y 9,71 %, respectivamente. El módulo de elasticidad promedio de las fibras de guadua (44GPa) es mayor que el de la mayoría de fibras, excepto por el lino y el cáñamo. El módulo de elasticidad varía entre 8GPa y 150GPa y la resistencia entre 187MPa y 1152MPa, con coeficientes de variación de 74,8% y 44,4 %, respectivamente.
Pérez, M. A. (2008). En la investigación realizada acerca de la “Elaboración de Matrices de Polímeros Reciclados Reforzados con fibras de estopa de coco y determinación de sus
13 propiedades físicas y mecánicas”, optó por el uso de fibras con longitudes entre 2 y 6 milímetros, con un porcentaje de fibras a usar de 0%, 15% y 20% del peso total de la matriz a una temperatura máxima de 170°C. En el caso de los plásticos se asumió una densidad de 0,92 g/cm3 para los Polietilenos de baja densidad y 0,95 g/cm3 para los polietilenos de alta densidad.
Se realizaron los ensayos de absorción (físicos) y de tracción (mecánicos) en las probetas con los siguientes resultados: el mayor porcentaje de absorción de agua fue de 2,80% en el polímero HDPE con 20% de fibra; indicando que la mezcla de polímeros y fibras presentan buena compatibilidad. En los polietilenos de alta densidad se observó un decremento en la resistencia a la tracción conforme se aumentó el porcentaje de fibra en la matriz, esto se debe posiblemente a las temperaturas de mezcla de polímero-fibras. En los polietilenos de baja densidad al 0% de fibra se presentó un leve comportamiento plástico. En conclusión de los ensayos realizados se dedujo que; los polietilenos reciclados reforzados pueden llegar a ser usados exitosamente en la construcción.
Cevallos, J.M. (2008). En el “Estudio Comparativo de las Propiedades Mecánicas y Reológicas de Compuestos de Polietileno de Alta Densidad con Cascarilla de arroz y bagazo de Caña”, se colocó la mezcla plástico/fibra en una estufa en un tiempo de 24 horas a 105ºC para eliminar la humedad adquirida por el medio ambiente. Una vez listas las probetas se evaluaron las propiedades de Módulo de Tracción, Resistencia al Impacto, Absorción de Agua, Índice de Fluidez y Ensayo de Temperatura de Ablandamiento. Los resultados respecto al estudio muestran que las mejores propiedades de impacto se obtienen en el compuesto de 30% bagazo de caña, 4% de acoplante MAPE y a 26 RPM. Se evidenció el efecto reforzante de la fibra por lo que basándose en las propiedades de impacto es recomendable su uso en la producción de compuestos. La fabricación de compuestos con cargas naturales como la cascarilla de arroz y el bagazo de caña no afecta relevantemente la temperatura de ablandamiento de los compuestos.
14 Rodríguez, R., Fuentes, F. J., Lomelí, M. G., Ramos J., & Silva, J. A. (2007). Llevaron a cabo la investigación “Combinación de Polietileno de Alta Densidad Reciclado, Bagazo de Caña y Llanta Triturada en la Elaboración de Tableros Compuestos”, realizaron el secado del bagazo de caña, el molido, hasta obtener un tamaño de 1 a 3 milímetros. La llanta triturada se obtuvo de una empresa abastecedora y el PEAD se recolecto y trituró hasta obtener un tamaño de 1mm a 3 mm para la elaboración de los tableros se tuvo una temperatura (160°C), tiempo de (11 min.) constantes, la mezcla de los componentes fue la siguiente:
Tabla Nº 1. Formulación de mezclas de compuestos para la elaboración de los tableros en el estudio exploratorio.
Formulación de mezclas de compuestos para la elaboración de los tableros en el estudio exploratorio.
Formulación Polietileno (%)
Bagazo de Caña (%)
Llantas trituradas (%)
1 50 30 20
2 50 40 10
3 45 35 10
4 40 50 10
5 40 40 20
6 35 45 20
7 30 50 20
8 50 35 25
9 50 20 30
Nota. Fuente: (Rodríguez, Fuentes, Lomelí, Ramos, & Silva, 2007)
Los resultados indicaron que técnicamente es viable la elaboración de tableros aglomerados en base a bagazo de caña, polietileno reciclado de alta densidad y triturado de llanta. La mezcla de 50% de PEAD, 30% de bagazo de caña y 20% de llanta triturada, y utilizando la temperatura a 170°C; tiempo de 8 minutos; presión 4 MPa.; azufre 3%, fue la que generó los mejores
15 resultados. El factor temperatura fue el de mayor significancia y los factores tiempo y presión no fueron tan relevantes. La adición de azufre contribuyó al mejoramiento del MOR y MOE así como la resistencia al cizallamiento. Sin embargo la aplicación de agente acoplante MaPE no mejoraron las propiedades del tablero compuesto. Los resultados de MOR e hinchamiento del tablero compuesto, cumplieron los requerimientos de la Norma DIN 68 761 parte 1. En conclusión en términos y trabajabilidad este tablero compuesto puede considerarse como
“bueno”.
Iñiguez, G. y otros (2007). En su investigación “Materiales Compuestos con Fibras de Bagazo de Agave tequilana Weber y Polietileno” elaboraron tableros utilizando fibras de bagazo de Agave tequilana Weber molidos, agente acoplante PP-I-AM y polipropileno virgen, mezclándolo a una temperatura de 180°C en la proporciones siguientes: Bagazo de Agave:
20%, 30%,40% y 50 %; PP-I-AM: 2%; PP: 78%, 68%,58%, y 48%, realizándose las pruebas físicas, mecánicas y el análisis de superficie de fractura de compósitos mediante microscopía.
Los resultados obtenidos fueron: El agente acoplante tuvo el papel de mejorar la resistencia a la tensión, flexión y a la iniciación de la fractura debido al impacto (propiedades mecánicas y físicas de los compuestos). Las propiedades mecánicas de los compuestos sin agente acoplador disminuyeron con la adición de bagazo de agave, excepto el MOE y la resistencia a la flexión que se incrementaron debido a la incorporación de un material más rígido que el polipropileno.
También la capacidad de absorción de agua, tanto en forma líquida como en vapor, fue mayor en los compuestos sin agente acoplador. Este estudio demostró que es factible utilizar bagazo de agave en compuestos con polipropileno en aplicaciones en las que el compuesto no esté en contacto con agua o sea sometido a esfuerzo de tensión. La adición del 2% en peso de PP-I- AM mejoró las propiedades mecánicas del compuesto y redujo su absorción de agua de manera apreciable, de tal forma que las aplicaciones de estos compuestos pueden ampliarse de manera ventajosa.
16 Navarro, J. F. (2005). Realizó la investigación “Elaboración y Evaluación de Tableros Aglomerados a base de Plástico de Alta densidad y Fibras de Estopa de Coco”, utilizando presión de 60 Bares, tiempo de 10 minutos y temperatura variables (140ºC, 155ºC, 170ºC).
Además trabajó las probetas en tres proporciones distintas de fibra –Plástico (60%/40%, 40%/60%, 50%/50%), en las cuales evaluó las propiedades físico-mecánicas: “Resistencia a la flexión (RF), Comportamiento Higroscópico y el hinchamiento del espesor a 2 y 24 horas a inmersión. Tuvieron como resultados que las fibras de estopa de coco mezclada con plástico de alta densidad son aptos para la realización de tableros, además que el proceso de elaboración no utiliza resinas y esto lo hace menos contaminante. Los resultados obtenidos con respecto a la resistencia a la flexión, indicaron que utilizando el grado alto de plástico (60%), con material envolvente, con el grado bajo de fibra (40%), a una temperatura máxima de (170°C), con un tiempo de procesamiento medio de (7,5 min.), se obtuvo la máxima resistencia”. En general se obtuvo una probeta (1-4-2) con una resistencia máxima de 36,24 N/mm2).
Paucar, J. M. (2005). En la investigación "Determinación de la Compatibilidad de Mezclas de Aserrín de Pinus spp y Cemento Portland para la Potencial Manufactura de Tableros Cemento- Madera" usaron: “el cemento Portland ordinario de la marca Tolteca el cual se trata de un cemento gris de uso común para construcciones, se considera ideal para la elaboración de productos prefabricados. Se seleccionó este tipo de cemento por ser de uso general y además que es el tipo de cemento utilizado en la producción de tableros cemento-madera. Para cada determinación del índice de inhibición se mezclaron en vasos térmicos 200 g de cemento con 15 g de aserrín de madera saturada de humedad (para cada fracción de partículas) y adición de agua equivalente a una relación cemento/agua = 0,4. Una vez hecha la mezcla cemento-aserrín- agua y uniformemente homogeneizada, se colocó en un sistema térmico, se cerró perfectamente y se procedió a monitorear la temperatura y tiempo de hidratación de cada mezcla durante todo el experimento. Las temperaturas de hidratación de las mezclas cemento-aserrín de madera de
17 Pinus spp resultaron bajas, principalmente debido también a una baja temperatura de hidratación del cemento. Los índices de inhibición del fraguado de las mezclas cemento-aserrín resultaron ser muy bajos, lo que permite dictaminar una muy buena compatibilidad de las partículas del aserrín de Pinus spp con el cemento y su buen potencial para la manufactura de tableros cemento-madera”.
2.1.2. Nacionales.
Pallarco, G. A. (2015). Desarrollo la investigación “Propiedades Físicas-Mecánicas de Tableros compuestos a base de Aserrín de Eucalytus globulus labill y Polietileno Reciclado - Huancayo” sometido a tres distintas proporciones en relación al porcentaje entre FIBRAS y POLIETILENO DE BAJA DENSIDAD de 50%-50%, 40%-60% y 30/70%. Los tableros fueron producidos en dimensiones de 40 cm de largo x 40 cm de ancho x 0,60 cm de espesor y a una densidad nominal de 1 g/cm3. La elaboración de los tableros se realizó por el método de prensado en caliente utilizando una prensa hidráulica, controlando la temperatura u la presión; la temperatura de prensado fue de 140ºC, mientras que la presión específica fue de 4 MPa con un tiempo de compactación de 20 minutos. Los resultados de las propiedades mecánicas fueron que a mayor proporción de fibras de madera, estas ofrecen mejores propiedades de flexión y compresión, con valores de 7389,79 kg/cm2, 80,99 Kg/cm2 y 55,062 Kg/cm2 en MOE, MOR y Resistencia máxima respectivamente, además la proporción de 50%/50%, en relación de madera / plástico fue quien obtuvo valores altos de absorción de agua e hinchamiento de espesor con 4,89% y 6,77% respectivamente. Con estos resultados el investigador concluye que los valores resultantes son suficientemente competitivos para la fabricación de tableros compuestos.
Camac, R. A. (2012). En la investigación “Influencia de la Mezcla de Aserrín - Cemento en las Propiedades de Absorción, Hinchamiento y a la Flexión Estática de los Tableros de Virola spp.” Estudia: “la influencia de las proporciones de la mezcla de aserrín de Virola spp. Y
18 Cemento Portland tipo I en las propiedades de absorción, hinchamiento y a la flexión estática, por lo cual se realizaron 4 proporciones (cemento/aserrín): A (60/40), B (70/30), C (80/20) y T (100/00), adicionando CaCl2 como agente mineralizante y utilizando una relación agua/cemento de 0,4. La metodología empleada para la determinación de las propiedades se basó en las Normas alemanas DIN 52.364 y 52.362; obteniendo los siguientes resultados:
Absorción de humedad, para la proporción 60/40 a 2 horas de inmersión de 13,49% y 24 horas de inmersión de 16,64%; para la proporción 70/30 a 2 hrs. de 9,31% y 24 hrs 13,26 y para la proporción 80/20 a 2 hrs. de 3,07% y 24 hrs 4,57%. En Hinchamiento en espesor, para la proporción 60/40 a 2 horas de inmersión de 0,91% y 24 horas de inmersión de 1,20%; para la proporción 70/30 a 2 hrs. De 0,45% y 24 hrs 0,78% y para la proporción 80/20 a 2 hrs. de 0,22% y 24 hrs 0,44 %. Encontrándose una relación directa en el incremento de los valores de absorción e hinchamiento en la distintas proporciones de cemento y aserrín con el incremento de la cantidad de partículas de aserrín en la mezcla. Respecto a la Flexión Estática, para la proporción 60/40 se obtuvo un valor para el módulo de elasticidad de 18,38 kg/cm2 y en el módulo de ruptura de 32,32 kg/cm2; para la proporción 70/30 el módulo de elasticidad fue de 28,10 kg/cm2 y en el módulo de ruptura de 40,68 kg/cm2 y para la proporción 80/20 el módulo de elasticidad fue 41,61 kg/cm2 y en el módulo de ruptura de 59,63 kg/cm2. Encontrándose una relación indirecta en el disminución de los valores a la flexión estática en la distintas proporciones de cemento y aserrín con el incremento de la cantidad de partículas de aserrín en la mezcla”.
2.2. Fundamentos y Bases Teóricas 2.2.1. Fibras.
Concepto.
“Una fibra es un filamento de origen natural, artificial o sintético, de sección transversal circular. Se clasifican según su origen en sintéticas y naturales, las primeras son elaboradas con
19 los materiales básicos y las otras son de origen vegetal, animal o mineral. O según su longitud, cortas o continúas”. (Lilho & Lawher, 2000).
Propiedades de las fibras naturales.
Las fibras naturales necesitan tener óptimas propiedades mecánicas para ser consideradas como posibles refuerzos. En los 30 años últimos los profesionales interesados en este tema han realizado un gran número de investigaciones para obtener estos datos. Seguidamente se presenta la tabla n° 1 en el cual hay un extracto de las propiedades físico mecánicas de fibras naturales con mayor uso en calidad de refuerzo.
Figura N° 1. Propiedades Mecánicas Típicas de las fibras naturales.
Propiedades Mecánicas Típicas de las fibras naturales.
Nota. Fuente: (Digital, 2015)
Clasificación de las fibras.
“Provienen de dos fuentes: naturales, como las de origen vegetal, animal y mineral, y las sintéticas, que son fruto de la investigación del ser humano, y provienen básicamente del petróleo y gas natural, como el polipropileno, dracon, rayón, nylon, entre otras”. (Simbaña) Citado en (Navarro, 2005)
20 Figura N° 2. Clasificación De Fibras Naturales y sus materias.
Clasificación De Fibras Naturales y sus materias.
Nota. Fuente: (Quintanilla, 2010, pág. 16)
Fibras Naturales de Origen Vegetal.
“Las fibras naturales de origen vegetal se dividen en dos grandes grupos: las blandas, que son básicamente de la corteza o fruto de plantas, como el lino, algodón, coco, gamagua, entre otras;
las duras, que tienen su origen en las hojas, como la cabuya, abacá, piña, palmas, entre otras”.
(Navarro, 2005, pág. 40)
Figura N° 3. Clasificación de las fibras naturales vegetales.
Clasificación de las fibras naturales vegetales.
Nota. Fuente: (Kabir, W, Aravinthan, C. & Lau, B. (2011) citado en (Orellana, 2018, pág. 19))
21 Caña de azúcar.
Nombre científico.
Saccharum officinarum L.
Nombre Común.
Caña de azúcar.
Caña de castilla
Caña dulce
Cañaduz
Cañamelar
Cañamiel y Sakar.
Clasificación botánica.
Cuadro Nº 1. Clasificación Botánica de la Caña de Azúcar.
Clasificación Botánica de la Caña de Azúcar.
Clasificación Botánica
Súper Reino Eucariota
Reino Plantae
Sub Reino Cormobionta
División Magnoliophyta
(Plantas con flores)
Clase Angiosperma
Sub-clase Monocotiledónea
Orden Commelinales
Familia Poaceae
Género Saccharum
Especie officinarum L.
Nota. Fuente: (Bastidas, 2011)
22 Generalidades.
Representa una actividad productiva y posee varios subproductos, entre ellos la producción de energía eléctrica derivada de la combustión del bagazo, alcohol de diferentes grados como carburante o farmacéutico. (Alexander , 1985)
Características.
“Se estima que la fracción sólida representada básicamente por la Fibra (celulosa + hemicelulosa) significa cerca del 15% del componente total. En su esencia la caña es una planta productora de fibra y azúcar”. (Chaves, 2008)
Figura N° 4. Composición Básica General de la Caña de Azúcar.
Composición Básica General de la Caña de Azúcar.
Nota. Fuente: (Chaves, 2008)
Tabla Nº 2. Principales componentes del tallo de caña de azúcar.
Principales componentes del tallo de caña de azúcar.
Componente % de Tallo
Agua 73-73
Sacarosa 8-15
Fibra 11-16
Nota. Fuente: (Perafán, 2009)
23 Usos.
a) Como sustrato.
b) forraje y
c) Usos energéticos
Tabla Nº 3. Características del bagazo de caña de azúcar Características del bagazo de caña de azúcar
Humedad Fibra
Solidos Solubles (Principalmente
azúcar)
Composición 49 48 2,3
Nota. Fuente: (Chaves, 2008)
Distribución y producción.
Distribución en el País: La caña de azúcar en el Perú se cultiva en:
Costa.
Selva y
Valles interandinos.
Producción: Producción al 2006:
Figura N° 5. Producción de caña de azúcar por departamento (%) 2008 Producción de caña de azúcar por departamento (%) 2008.
Nota. Fuente: MINAG-DGIA, citado en (Ocrospoma, 2008, pág. 40)
24 La Producción Nacional: La caña de azúcar en el Perú es cultivada en la costa, sierra y selva y se siembra y cosecha durante todo el año. El mayor uso industrial de la caña de azúcar es para la producción de azúcar. De las hectáreas sembradas con caña corresponde el 65 % a los 10 ingenios azucareros y el 35 % restante a los sembradores particulares. (MINAGRI, 2015) Figura N° 6. Producción de Caña de Azúcar -Variación porcentual Marzo 2014/2013 Producción de Caña de Azúcar -Variación porcentual Marzo 2014/2013.
Nota. Fuente: (Ministerio de Agricultura y riego, s, f., citado (Panorama Económico, 2014, pág. 01)
Fibras de caña de azúcar.
(Saccharum officinarum): El bagazo es el residuo fibroso que se obtiene de la caña de azúcar después de la extracción del jugo. Llega a crecer más de 6 m de alto dependiendo de la especie y del área de cultivo, tiene un diámetro de alrededor de 60 mm, (Chaves, 2008).
Figura N° 7. Composición porcentual del bagazo de azúcar Composición porcentual del bagazo de azúcar.
Nota. Fuente: (Vega, Delgado , Sibaja, & Alvarado , 2008)
25 Tabla Nº 4. Composición de las fibras. (* De los cuales 26,6% es alfa celulosa (α))
Composición de las fibras. (* De los cuales 26,6% es alfa celulosa (α)).
Celulosa 48%
Pentosana 28,7%
Lignina 14,3%
Ceniza 2,4%
PH. 6%
Nitrógeno total 1%
Carbono 29,36%
Fósforo disponible 2,399ppm
Potasio disponible 21,63ppm
Nota. Fuente: MushWold, 2005 citado en (Donado, 2014)
2.2.2. Fibras de estopa de coco.
Coco.
Nombre Científico.
Cocos nucifera L.
Nombre Común.
El cocotero, Coco, Palma de coco.
Clasificación Botánica.
Cuadro Nº 2. Clasificación botánica del Cocos nucifera L.
Clasificación botánica del Cocos nucifera L.
Nota. Fuente: (Botánical, 2016)
Clasificación Botánica
Reino Plantae
División Magnoliophyta
(Plantas con flores)
Clase Liliopsida
(Monocotiledónea)
Sub-clase Commelinidae
Orden Arecales
Familia Arecaceae o Palmae
Género Cocos
Especie nucifera L.
26 Generalidades: Tiene dos cáscaras: la primera que es externa es verde y fibrosa (estopa), y otra interna dura, vellosa y marrón la cual tiene pegada a la pulpa, es blanca y aromática, y la que almacena el total de agua (hueso).
Figura N° 8. Partes del fruto de Cocos nucifera. L.
Partes del fruto de Cocos nucifera. L.
Nota. Fuente: (Quintanilla, 2010)
Características.
Su forma es ligeramente redondeada, presenta una cáscara externa, correosa o fibrosa, de 4 o 5 centímetros de espesor, algunos con pelos o fibras fuertemente adheridas a la nuez. Le sigue una capa intermedia y fina y otra más dura que dispone de tres orificios próximos entre sí, con una disposición triangular y situados en el ápice.
Usos.
De los usos obtenidos de las partes del árbol se tiene: Madera de coco, El palmito, Las raíces, Las palmas, El agua de coco, Copra, Aceite, Harina de coco, El hueso o concha, La estopa o mesocarpio
Distribución y habitad.
Esta especie se cultiva en casi toda América en especial en las costas cercanas al mar, donde se ha naturalizado en las costas arenosas de neo-trópico. Ocasionalmente puede crecer a más de 1000 m.s.n.m. (Gutierrez & Peralta, 2001)
27 Distribución en el País: El Cocos nucifera en nuestro país está distribuido en su gran mayoría en el departamento de Iquitos, San Martín y Loreto. (Balslev, Grandez, Paniagua, Moller, &
Hansen, 2008).
Fibras del fruto de Coco.
“Las fibras están constituidas por haces fibrovasculares de una longitud promedio de 0,74 mm, (Valor máximo= 164 mm, valor mínimo=0,25 mm). (Navarro, 2005). Se encuentra dentro de la categoría de fibras Fuertes”. (Quintanilla, 2010)
2.2.3. Plásticos.
Concepto.
Son compuestos constituidos por moléculas que forman estructuras muy resistentes, que permiten moldeo mediante Presión y Calor. La American Society for Testing Materials (ASTM) define como plástico a cualquier material de un extenso y variado grupo que contiene como elemento esencial una sustancia orgánica de gran peso molecular, siendo sólida en su estado final; ha tenido o puede haber tenido en alguna etapa de su manufactura (fundido, cilindrado, prensado, estirado, moldeado, etc.) diferentes formas de fluidificación, mediante la aplicación, junta o separada, de presión o calor. Normas ASTM citado en: (Garavito, 2007) Características.
“Los plásticos se caracterizan por su alta relación entre resistencia y densidad, siendo excelentes aisladores térmicos y eléctricos con resistencia a los ácidos álcalis y disolventes.
Las enormes moléculas de las que están compuestos son lineales, ramificadas o entrecruzadas, dependiendo del tipo de plástico. Las moléculas lineales y ramificadas son termoplásticas es decir estas se ablandan al calor, mientras que las entrecruzadas son termo endurecibles esto quiere decir que se endurecen con el calor”. (Hachi & Rodriguez , 2010)
Los materiales plásticos se pueden clasificar en: (a) Termo fijos, (b) Termo plásticos y (c) Elastómeros.
28 Codificación de plásticos.
Sistema de Codificación:
El Sistema de Codificación para artículos de plástico que detalla la Norma IRAM 13700 identifica el tipo de material plástico. Es de mencionar, que las Normas IRAM no son de aplicación obligatoria. (Ecoplas, 2013, pág. 4)
1. (PET) Polietileno Tereftalato: Sirve para identificar productos que poseen polietileno.
2. (PE_AD) Polietileno de alta densidad: Existencia de polímeros de alta densidad.
3. (PVC) Cloruro de polivinilo: Reconoce la presencia de polivinilo.
4. (PE_BD) Polietileno de baja densidad: Referencia la presencia de polímeros de baja densidad.
5. (PP) Polipropileno: materiales con compuestos básicos de polipropileno.
6. (PS) Poli estireno: Pertenece a los compuestos fabricados de poli estireno.
7. Otros: En este rubro se incluyen una enorme variedad de plásticos tales como:
policarbonato (PC); poliamida (PA); ABS; SAN; EVA; poliuretano (PU); PMMA, etc.
PET.
“Polietileno Tereftalato. Su empleo actual es muy diverso; como envase, quizás el uso más conocido, se emplea en bebidas carbónicas, aceite, aguas minerales, zumos, tés y bebidas isotónicas, vinos y bebidas alcohólicas, salsas y otros alimentos, detergentes y productos de limpieza, productos cosméticos, productos químicos, lubricantes y productos para tratamientos agrícolas. En forma de film, se emplea en contenedores alimentarios, láminas, audio / video y fotografía, blisters, films “High-Tech”, embalajes especiales, aplicaciones eléctricas y electrónicas. Además, existe un amplio sector donde este material se emplea en la construcción de diversos elementos; fibra textil, alfombras, tuberías, perfiles, piezas inyectadas, construcción, automoción, etc.”.
29
“El PET, en resumen, es un plástico de alta calidad que se identifica con el número uno, o las siglas PET, o “PETE” en inglés, rodeado por tres flechas en el fondo de los envases fabricados con este material, según sistema de identificación SPI”.
“La fabricación de estos envases se consigue en un proceso de inyección-estirado-soplado que parte de la resina de PET”.
“Esta resina se obtiene a partir de dos materias primas derivadas del petróleo; etileno y paraxileno, presentándose en forma de pequeños cilindros o chips, los cuales, una vez secos se funden e inyectan a presión en máquinas de cavidades múltiples de las que salen las preformas, recipientes similares a tubos de ensayo pero con rosca para un tapón. Estas son sometidas a un proceso de calentamiento controlado y gradual y a un moldeado donde son estirados por medio de una varilla hasta el tamaño definitivo del envase. Por último son “soplados” inflados con aire a presión limpio hasta que toman la forma del molde”. Ambientum, s.f. citado en (Estrucplan, 2019)
Figura N° 9. Nomenclatura del Tereftalato de Polietileno.
Nomenclatura del Tereftalato de Polietileno.
Nota. Fuente: (Reyes, 2009)
30 Propiedades físicas y mecánicas del PET.
Tabla Nº 5. Propiedades Físicas del PET.
Propiedades Físicas del PET.
Propiedades físicas Densidad (g.cm-1)
Amorfo: 1,33 - 1,34 Semicristalino: 1,45 – 1,51
Absorción de agua – equilibrio (%) < 0,7
Absorción de agua – en 24 horas (%) 0,1
Índice refractivo 1,58 – 1,64
Índice de oxigeno limite (%) 21
Resistencia a la radiación buena
Nota. Fuente: (Goodfelow, 2008)
Tabla Nº 6. Propiedades Mecánicas del PET.
Propiedades Mecánicas del PET.
Propiedades mecánicas
Resistencia a la tracción hasta la deformación(MPa) 59 Resistencia a la tracción hasta la rotura(MPa) No rompe
Alargamiento hasta la rotura No rompe
Módulo de elasticidad en tracción (MPa) 2420
Resistencia a la flexión (MPa) 86
Resistencia al impacto Charpy No rompe
Dureza Rockwell, escala M/R 111
Dureza a la presión de la bola 117
Relación de Poisson 0,37 – 0,44 (oriented)
Nota. Fuente: (Goodfelow, 2008)
31 Reciclado de PET.
El reúso de los envases PET se obtiene por 02 métodos; el mecánico y el químico, a los cuales debemos sumar la potencia de su recuperación energética.
Reciclado Mecánico: La táctica más usada hoy en día es el reciclado mecánico, la que abarca el molido, división y lavado del material.
Figura N° 10. Paso del Proceso de Reciclado Mecánico.
Paso del Proceso de Reciclado Mecánico.
Nota. Fuente: (Aprepet, 2006)
“Reciclado químico: Actualmente se está desarrollando tecnologías, a escala industrial, para el reciclado químico que consiste en la separación de los componentes básicos de la resina y la síntesis de nueva materia virgen, lo cual permite ampliar la gama de materiales a reciclar y el sustancial ahorro de gas y petróleo”. (Aprepet, 2006)
Figura N° 11. Pasos del Proceso del Reciclado Químico.
Pasos del Proceso del Reciclado Químico.
Nota. Fuente: (Aprepet, 2006)
32 Cuadro Nº 3. Comparación de los tipos de reciclaje.
Comparación de los tipos de reciclaje.
Criterio
Reciclado Mecánico
Reciclado Químico
Valorización Energética
Inversión Baja Alta No hay
Tecnología Accesible
Alta (Accesible solo Europa)
No hay
Costos Operativos Bajo Muy Alto Muy Bajo
Uso del Producto Materia Prima Resina Virgen No Aplica
Contaminación Ambiental del Proceso
Sin Contaminación
Sin Contaminación
Sin Contaminación Generador de Fuente de
Empleo
Alto Medio Bajo
El Producto
Exportable (100%)
Exportable (100%) No Aplica
Nota. Fuente: (Tapia, 2012)
El proceso de conversión de botellas PET a fibra: El scrap de botellas de PET se obtiene luego de proceder a la segregación de las botellas. Estas son clasificadas por color, luego se les retiran tapas y etiquetas para, finalmente, ser molidas y obtener las hojuelas (scrap) de PET transparente. (Mansilla & Ruíz, 2009)
Proceso de reciclado de PET en el país: Los últimos años se caracterizaron por una atractiva demanda interna, que benefició a la industria de bebidas gaseosas. (Maximice, 2009, citado en (Mansilla & Ruíz, 2009, pág. 127)).Actualmente no se cuenta con unas estadísticas sobre las ventas globales de plástico reciclado en el Perú. (Villar, 2013)
33 Tabla Nº 7. Tipo de plásticos comúnmente usados por las empresas en el País.
Tipo de plásticos comúnmente usados por las empresas en el País.
Tipos de Plásticos Usado
Frecuencia Porcentaje
PP 9 100,00%
PEAD/HDPE 6 88,67%
PET 3 33,33%
PVC 1 11,11%
Nota. Fuente: (Villar, 2013)
Uso del plástico reciclado en el país:
Tabla Nº 8. Usos comunes de los plásticos por las empresas.
Usos comunes de los plásticos por las empresas.
Prestación utilizada de los plásticos
Frecuencia Porcentaje
Prensado 3 33,33%
Molido 6 88,89%
Aglomerado 3 33,33%
Peletizado 4 44,44%
Otros 1 11,11%
Nota. Fuente: (Villar, 2013)
2.2.4. Compuesto fibras – plástico.
“Sistema de materiales formado por una mezcla o combinación debidamente dispuesta de dos o más micro o macro-constituyentes con una interface que los separa, que difieren en forma y composición química y son esencialmente insolubles entre sí. Estos materiales comprenden una fase continua llamada matriz y una discontinua llamada refuerzo. La matriz es la que contribuye a distribuir y estabilizar los esfuerzos y de proteger. Por otro lado la fase de refuerzo
34 aporta las propiedades mecánicas al material”. (Besednjak, 2005). “Los bio-compuestos son los materiales compuestos a base de fibra natural/bio y derivados del petróleo: polímeros no biodegradables (PP, PE) o polímeros biodegradables (PLA, PHA)”. (Jhon & Thomas, 2008) Adhesión fibras –plástico.
La compatibilidad de la fibra con la matriz logra la adhesión de éstas. Como se trata de dos materiales distintos existen algunas características que nos serán de ayuda para la compatibilidad del material. (Aguilar, 2008, pág. 5)
Propiedades físicas de los compuestos fibra –plástico
a) Contenido de Humedad: “El contenido de humedad viene a ser la diferencia entre el peso húmedo y el peso absoluto seco, lo que obviamente es el peso del agua”.
(Aróstegui, 1982)
b) Absorción de Agua: La absorción resulta de la diferencia entre el peso de la probeta después de su inmersión (Gw) y después de su aclimatación (Gn).
c) Hinchamiento de espesor: El He (q) es el aumento (Δa) del espesor por medio de la captación de humedad de la probeta de ensayo, contrastado con el espesor inicial (a0), donde Δa es la desigualdad entre el espesor (a) del tablero sometido a ensayo después de la inmersión y el espesor inicial (a0).
d) Densidad: Se utiliza la norma DIN 52 361, donde se define a la densidad como el cociente de la masa (m) de una probeta climatizada y su volumen (V), y su valor se expresa en g/cm3.
Propiedades Mecánicas de los Compuestos Fibras – Plástico
a) Deformación Elástica: Es aquella en la que el cuerpo recupera su forma original al retirar la fuerza que le provoca la deformación. (Aguilar, 2008)
b) Deformación permanente o plástica. Cuando un esfuerzo es muy elevado, el material puede quedar permanentemente deformado, es decir no toda la deformación se recobra
35 cuando se quita el esfuerzo. Esta deformación permanente se llama deformación plástica.
c) Módulo de Ruptura: “Es el esfuerzo mayoritario máximo provocado en una probeta en el momento de su rotura”. (Aróstegui, 1982)
d) Módulo de Elasticidad El módulo de elasticidad (Eb) corresponde al ascenso de la parte recta de la curva fuerza-deformación.
e) Resistencia al cizallamiento paralelo a la del tablero: La resistencia al cizallado (t) es el resultado de la relación de la fuerza máxima (Fmáx) aplicada sobre la sección transversal (S) de la probeta, sometida a esfuerzos cortantes.
36 III. MATERIALES Y MÉTODOS
3.1. Lugar de Ejecución:
El estudio se ejecutó en la Universidad Nacional Agraria La Molina en la ciudad de Lima y en la Universidad Nacional del Centro del Perú. Para la desarrollo del proyecto fueron necesarios tres laboratorios con diferentes fines: (1) para la elaboración de los tableros aglomerados a distintas proporciones el Laboratorio de Productos Forestales (UNALM), (2) para los ensayos físicos de los tableros aglomerados el Laboratorio de Tecnología de la madera de Ciencias Forestales y del Ambiente (UNCP) y por último (3) para los ensayos mecánicos el laboratorio de Mecánica de Rocas de la Facultad de Minas (UNCP).
3.2. Procedencia de los materiales:
a) Recolección de tallos de caña de azúcar (Saccharum officinarum L.): La recolección de los tallos de Saccharum officinarum L. se realizó de los triciclos que expenden el jugo de este producto ubicados en el mercado Mayorista de la ciudad de Huancayo. Cabe señalar que la procedencia de la caña de azúcar según MINAGRI: “La caña de azúcar en el Perú es cultivada en la costa, sierra y selva y se siembra y cosecha durante todo el año. El mayor uso industrial de la caña de azúcar es para la producción de azúcar. De las hectáreas sembradas con caña corresponde el 65 % a las industrias azucareras y el 35 % restante a los sembradores particulares.” (MINAGRI, 2015)
b) Recolección de los frutos de coco (Cocos nucifera L.): La recolección de los frutos de Cocos nucifera L. se realizó de los triciclos que expenden el jugo y la copra de este producto
37 ubicados en el mercado Mayorista de la ciudad de Huancayo. Cabe señalar que el cultivo de los frutos es a nivel nacional en toda la selva peruana; (Abregú, Bocanegra, & Bustamante, 2018), menciona: “La región peruana con mayor producción de coco es San Martín, representando el 47% de la producción nacional que asciende a las 34 mil toneladas a diciembre 2015. La provincia de Picota, ubicada a 30 minutos de la capital Tarapoto produce 8,266 toneladas al año, que representa el 52% de la producción de San Martín; es decir el 24% de la producción nacional”.
c) Polietileno de baja densidad (PEBD): la obtención del Polietileno de baja Densidad PEBD para el desarrollo del proyecto fue adquirido del Consorcio YCEK S.A.C. ubicado en el Distrito de San Juan de Lurigancho, Archipiélago Mz C, Lote 9, Lima. Dicha empresa se encarga de la fabricación y venta por mayor de mangas de plástico reciclado de baja densidad, peletizado plástico reciclado de baja densidad. Compra de scrap y aglomerado reciclado de baja densidad. Servicios de peletizado, extrusión de mangas de plástico reciclado de baja densidad, mantenimiento de maquinarias para la industria, cepillado, rectificaciones, torno, etc.
3.3. Materiales y Equipos 3.3.1. Materiales de estudio.
El material biológicos utilizados en el estudio fueron fibras de las especies Saccharum officinarum L y Cocos nucifera L. y el material inerte usado fueron los pellets de Polietileno de baja Densidad (PEBD).
3.3.2. Materiales, Herramientas, Instrumentos y máquina de campo.
Materiales.
Costales de rafia
Guantes quirúrgico
Gorro quirúrgico
38
Guardapolvo
Cuaderno de apuntes
Lápiz
Plumones de tinta indeleble
Mascarilla anti-polvo
Cinta de embalaje
Bolsas pláticas grandes Herramientas.
Tijera de podar.
Cámara Fotográfica.
Criba de 2mm de diámetro Instrumentos.
Balanza.
Romana.
Regla métrica de 30 cm.
Maquina.
Molino Universal MMO-120
3.3.3. Materiales, Herramientas, instrumentos y maquinarias de laboratorio.
Materiales.
Marcadores indelebles
Cinta de embalaje
Cinta masking
Placa Petri
Recipiente de aluminio
Cera
39
Bolsas Ziploc
Guantes quirúrgico
Gorro quirúrgico
Guantes aislante de alta temperatura
Guardapolvo
Mascarillas anti-polvo
Desecante.
Papel Aluminio
Láminas de acero de ½ mm de espesor (4 U)
Marco de metal de 6 mm de espesor de 40 cm x 40 cm (Interior-2 U)
Molde de vidrio de 40 cm x 40 cm con una altura de 10 cm
Bolsas plásticas Ziploc de 70 cm x 45 cm.
Cuaderno de apuntes.
Lápiz, lápices, plumones.
Herramientas.
Estilete/Cutter
Cámara Fotográfica
Tapizador de madera Instrumentos.
Calculadora
Desecador
Balanza eléctrica de precisión
Regla métrica de 60 cm.
Cabezal metálico para ensayos de flexión.
Soporte metálico para ensayos de flexión.
40 Maquinas.
Prensa de platos calientes o Hidráulica (ORMAMACCHINE).
Prensa Universal
Estufa eléctrica
3.3.4. Materiales, Instrumentos y máquinas de gabinete:
Materiales.
Tabla de recopilación de datos
Formulario Instrumentos.
Calculadora.
Normas técnicas ASTM o ASTM - D4442-92 o ASTM – D2395-02 o ASTM – 1037-99 o ASTM – D7031-04
Software SPSS 21
Software MINITAB 16
Software CorelDraw
Software Microsoft office o Microsoft Word o Microsoft Excel Maquinas.
Computadora portátil.
Impresora.
41 3.4. Metodología.
El método usado en el presente estudio fue el CUALI-CUANTITATIVO (Variable Independiente: Cualitativo y Variable Dependiente: Cuantitativo) de alcance descriptivo e inferencial (Correlacional, diferencial y regresión lineal), debido a que se describieron las propiedades físico-mecánicas del experimento y a su vez analizamos la correlación y diferencia estadísticas entre las variables independientes y dependientes.
3.4.1. Tipo de Investigación
Investigación de tipo Aplicada tecnológica, debido a que se generaron conocimientos de utilidad o aplicación práctica en el sector productivo.
3.4.2. Nivel de Investigación
La investigación alcanzó un nivel descriptivo y relacional, ya que se realizaron estudios de correlación entre dichas propiedades y se determinó la relación entre todas las variables.
3.4.3. Diseño de investigación
El diseño de Investigación fue de corte Experimental (Experimento Puro) debido a que se manipulo las variables independientes para determinar los efectos sobre las variables dependientes teniendo un grupo de control o comparación que fue el Testigo (Tt).
Diseño experimental de la investigación
Diseño Completamente al Azar (DCA) con arreglo factorial debido a que las unidades experimentales fueron homogéneas y la fuente de la variación fueron los tratamientos.
Denominado Factorial ya que se estudió dos factores simultáneamente, cada uno con diferentes modalidades. Diseño completamente al azar (DCA) con arreglo factorial de 3 x 3.
Cuadro Nº 4. Tratamientos (Factor A) Tratamientos (Factor A)
Tratamientos (Factor A)
T1= PEBD y Fibras de bagazo (Saccharum Officinarum L.)
42
T2= PEBD y Fibras de estopa (Cocos Nucifera L.)
T3= PEBD y (Fibras de Cocos Nucifera L. + Fibras de Saccharum Officinarum L.).
Tt= PEBD (Polietileno de baja Densidad) 100%
Cuadro Nº 5. Proporciones (Factor B) Proporciones (Factor B)
Proporciones % (Factor B)
B1= 30 / 70
B2= 40 / 60
B3= 50 / 50
Nota. Proporciones en relación a las cantidades de: Material reciclado orgánico / Plástico.
Combinación de tratamientos.
Figura N° 12. Combinación de Tratamientos Combinación de Tratamientos
Factor B
Factor A
B1 B2 B3
T1
T1B1 CT1
T1B2 CT2
T1B3 CT3
T2
T2B1 CT4
T2B2 CT5
T2B3 CT6
T3
T3B1 CT7
T3B2 CT8
T3B3 CT9
Nota. Nº de Combinación de Tratamientos = 3 x 3 = 9 + 1 Testigo.
43 Cualidades del experimento.
Cantidad de Combinación de Tratamientos: 10
Cantidad de Repeticiones: 03
Cantidad de Unidades Experimentales: 30 U.E.
Cantidad de Probetas por U.E: 07 u (uno por cada estudio, d, ch, etc.)
Cantidad Total de Probetas de Experimento: 210 U.E.
Distribución de tratamientos.
Figura N° 13. Distribución de Tratamientos. (Completamente al azar) Distribución de Tratamientos. (Completamente al azar)
TRATAMIENTOS
REPETICIONES (3)
CT3 CT6 CTo CT5 CT4 CT1 CT3 CT7 CT9 CT7
CT7 CT1 CT8 CT3 CT2 CT4 CT9 CT8 CT6 CT2
CTo CT4 CT8 CT2 CT6 CT5 CT3 CTo CT9 CT1
Nota. CT=Combinación de tratamiento, los cuales se distribuyeron de forma aleatoria, completamente al azar para su elaboración, observamos que las CT1 y CT8 están distribuidas en ordenes distintos de elaboración.
3.4.4. Población – muestra
Población:
Fibras de tallos de Saccharum officinarum L., estopa de Cocos nucifera L. y restos de Polietileno de baja Densidad (PEBD).
Muestra:
5,57 kilos de fibras de especie Saccharum officinarum L.
5,57 kilos de fibras de especie estopa de Cocos nucifera L.
19,90 Kilos de pellets de Polietileno de baja densidad (PEBD).
44 3.5. Procedimiento
3.5.1. Fase de pre-campo
El trabajo de pre-campo consistió en averiguar los posibles usos que se les da y los lugares de venta de tallos de Saccharum officinarum L., (Caña de azúcar) de los cuales solo se aprovecha el jugo dejando como residuo el tallo exprimido que pasa a ser desechado. La estopa de Cocos nucifera L. (Coco), cuyo principal uso, solo es el aprovechamiento del agua en su interior como bebida refrescante y el uso alternativo de la copra para venderla en forma de rayados y chicharrón de coco, desechando la estopa.
Se observó que podemos encontrar las muestras bilógicas en distintos lugares como son en los mercados, calles y parques de la ciudad, sin embargo se determinó que se tomaran las muestras del Mercado Mayorista de Huancayo, esto con motivo de encontrar la mayor cantidad de comerciantes que expenden estos productos.
De la misma manera se investigó las empresas que se encargan de la venta de Polietileno de baja Densidad (PEBD) para su compra.
3.5.2. Fase de campo
Obtención de Material Residual Orgánico (MRO).
Recolección.
Se recolectó los tallos de Saccharum officinarum L. y Coco nucifera L., de los triciclos que expenden el jugo y la copra de estos productos (Mercado Mayorista de la ciudad de Huancayo).
Por otro lado la obtención de Polietileno de baja Densidad (PEBD) para el desarrollo del proyecto fue del Consorcio YCEK S.A.C. ubicado en el Distrito de San Juan de Lurigancho, Lima. Dicha empresa se encarga de procesar todo tipo de plásticos reciclados la cual nos vendió este material en forma de pellets. Una vez homogenizado los pellets de Polietileno de baja Densidad (PEBD) separamos 20 kg de la misma para la elaboración de los tableros.
Previamente a la obtención de las fibras se realizaron los siguientes procesos:
45 Almacenaje.
El proceso de almacenaje se dio en un ambiente libre de otros factores como tierra, polvo, malezas, humedad, etc., factores que pudieran alterar su composición o mezclarse con otras sustancias ajenas a la del proyecto y pudieran causar alguna variedad en los resultados buscados.
Limpieza.
Se procedió a hacer la limpieza de todo el material ajeno, ya que al encontrarse en los contenedores de basura, estas se encontraban mezcladas con distintos materiales residuales, por lo que la limpieza era una etapa fundamental del proceso que contribuyo con el aislamiento de otros materiales ajenos a los que trabajaríamos.
Desmenuzado.
Se realizó el proceso de desmenuzado, esto con la finalidad de seccionar el material a dimensiones que pudieran ser procesadas por el Molino universal, el cual requiere dimensiones del material entre 7 cm a 10 cm para su ingreso a la máquina de tal manera obtener un molido adecuado al requerimiento necesitado.
Pre-Tratamiento.
Se aplicaron procesos de Pre-Tratamiento, ya que el presente trabajo al ser de un corte experimental se debe aislar todo factor experimental externo que pueda alterar el experimento, en el caso de trabajar con material residual orgánico, se sabe de qué dichos materiales presentan, azucares, extractivos y demás compuestos que pudieran influir en los resultados de la elaboración de los tableros aglomerados, por lo que sometimos a las fibras a tres procesos de Pre-Tratamiento simple, para eliminar dichos compuestos y a su vez homogenizar las muestras. Siendo los procesos siguientes:
