Ingeniería y Ciencia de los Materiales
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Item Influencia de la temperatura del aire al interior del molde sobre las propiedades de los materiales compuestos de polietileno reciclado y madera capirona recuperada fabricados por moldeo rotacional(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2024-08-12) Vilcayauri Rios, Ademir Alejandro; Acosta Sullcahuamán, Julio ArnaldoEn el procesamiento de compuestos de madera-plástico (WPC) mediante moldeo rotacional, puede ocurrir la descomposición térmica de la madera debido a las altas temperaturas del proceso. Sin embargo, puede evitarse controlando el pico de temperatura interna del aire (PIAT, por sus siglas en inglés). En esta perspectiva, el principal propósito de este trabajo es determinar cómo están relacionados el PIAT y las propiedades del WPC rotomoldeado entre sí. Para lograr esto, se procesaron varios materiales utilizando diferentes temperaturas de horno y tiempos de calentamiento. Como consecuencia, el PIAT alcanzó un valor específico durante el proceso en cada caso. Luego, se realizaron ensayos de caracterización para determinar las propiedades mecánicas y físicas de los materiales obtenidos. Finalmente, utilizando los resultados de las pruebas, se definió una relación entre el PIAT y esas propiedades. Los WPC rotomoldeados estaban compuestos por un 85% de polietileno de alta densidad reciclado (HDPER) y un 15% de partículas de madera de capirona (CWP), pero también se procesaron materiales compuestos por un 100% de HDPER. Los resultados muestran que se requiere un PIAT de 208 °C para que un WPC rotomoldeado se densifique completamente. Bajo esta condición, tiene propiedades óptimas y no sufre degradación térmica. En cuanto al material compuesto por un 100% de HDPER, se necesita un PIAT de 233 °C para alcanzar dicho estado. Además, utilizando la segunda derivada de los perfiles de temperatura interna del aire, también se identificaron el comienzo y el final de las seis fases del proceso de moldeo rotacional.Item Estudio del sinterizado de materiales compuestos a partir de polietileno reciclado y madera capirona recuperada mediante moldeo por compresión(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2018-04-16) Gastelo Casal, César Samuel; Acosta Sullcahuamán, Julio ArnaldoA nivel mundial, la industria ha crecido enormemente en sus diferentes sectores, siendo la industria del plástico una de las que ha tenido un crecimiento considerable, entre otros, debido al desarrollo de diferentes tecnologías relacionadas con los diferentes procesos de fabricación, tales como: extrusión, inyección, soplado, moldeo por compresión, moldeo rotacional, los cuales permiten obtener diversos productos útiles para la sociedad. Sin embargo, la inadecuada gestión de residuos generados por estos productos ha incrementado la contaminación ambiental, principalmente en las grandes ciudades del mundo. Al mismo tiempo, como una alternativa de solución a este problema se viene investigando sobre la viabilidad de usar plásticos reciclados y madera recuperada para fabricar materiales compuestos con el propósito de aprovechar estos residuos, a la vez que se contribuye con el cuidado del ambiente. En este sentido, el objetivo del presente trabajo es el estudio del sinterizado de materiales compuestos obtenidos a partir de polietileno reciclado y madera capirona recuperada fabricados mediante moldeo por compresión. Este estudio cuenta con tres etapas. En primer lugar se realizó la caracterización de los constituyentes del material compuesto: madera capirona recuperada y polietileno de alta densidad reciclado, según las normas ASTM. En la segunda etapa, según el diseño experimental se fabricaron muestras para diferentes temperaturas de trabajo y tiempos de permanencia en el horno, manteniendo constante el tamaño de partícula (≤3.33 mm) y la proporción en volumen: 70% plástico y 30% madera; luego a partir de estas muestras se elaboraron probetas para someterlas a ensayos de flexión, con la finalidad de determinar los valores óptimos de dichos parámetros de sinterizado para la fabricación del material compuesto bajo las condiciones antes mencionadas. Como parte final de la segunda etapa se fabricaron muestras del material compuesto sinterizado utilizando la temperatura y el tiempo de permanencia obtenidos, para evaluar el proceso de sinterizado en función de la proporción en volumen y el tamaño de partícula. Finalmente en la tercera etapa se realizó la caracterización de las muestras ensayadas con los parámetros óptimos. Se ha realizado el estudio del proceso de sinterizado de materiales compuestos, a partir de polietileno reciclado y madera capirona recuperada mediante moldeo por compresión, habiéndose determinado que los parámetros de proceso más importantes son la temperatura de calentamiento del horno y el tiempo de permanencia en el mismo. A mayores temperaturas y tiempos en el horno el sinterizado se favorece y es limitado por la degradación de los materiales. Se puede reducir el tiempo de calentamiento incrementando la temperatura y viceversa. El material compuesto de polietileno de alta densidad reciclado y madera capirona recuperada con mejores propiedades mecánicas se obtiene con los siguientes parámetros: 70% de polietileno de alta densidad reciclado y 30% de madera capirona recuperada (% en volumen) de 1.9 mm a 3.3 mm de tamaño, a una temperatura de 175°C y 40 minutos de calentamiento en el horno, 10 minutos de tiempo de enfriamiento bajo una presión de 70 bar. Para estas condiciones, la resistencia a la flexión es 25 MPa y el modulo elástico en flexión es 1293 MPa, la densidad 0.91 g/cm3 y la absorción de agua es 2.2 %.Item Estudio del sinterizado de materiales compuestos de polietileno reciclado y madera pino recuperada fabricados mediante moldeo rotacional(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2017-10-17) Quispe Dominguez, Roger; Acosta Sullcahuamán, Julio ArnaldoEn la actualidad, la creciente producción de plásticos, su rápido consumo y eliminación luego del primer uso, genera la acumulación de grandes volúmenes de residuos de plásticos y, en consecuencia, ocasiona serios problemas en términos medioambientales, económicos y sociales. Por otro lado, la industria maderera genera grandes volúmenes de residuos sólidos y los empresarios usualmente invierten parte de su capital para deshacerse de estas mermas de la producción. Por lo que reciclar el plástico, recuperar la madera y transformarlos en objetos con valor agregado siempre será provechoso. Asimismo, un reto constante de la Ingeniería de Materiales es la búsqueda de nuevos materiales, que sean económicos, fiables y de buenas propiedades específicas; lo que, al mismo tiempo, implica el desarrollo de nuevos procesos de fabricación, como es el caso del sinterizado sin presión de materiales poliméricos, mediante el moldeo rotacional, como una técnica de procesamiento ideal para la fabricación de objetos huecos de gran volumen, de buen acabado superficial, económico, versátil en cuanto al diseño y libres de tensiones internas, debido a que no se obliga a fluir el material para tomar la forma final del producto, como usualmente ocurre en otras técnicas de procesamiento. En esta perspectiva, el objetivo principal de este trabajo es el estudio del sinterizado de materiales compuestos de polietileno de alta densidad reciclado y madera pino recuperada, fabricados mediante moldeo rotacional. Con este objetivo, según la metodología de la investigación, inicialmente se identifican los variables más importantes involucradas en el proceso de sinterizado mediante moldeo rotacional de materiales compuestos de plástico y madera. Luego, con el objetivo de evaluar la influencia de dichas variables, el procedimiento experimental se divide convenientemente en 3 etapas de moldeo, organizadas según la jerarquía de la influencia de dicha variables en función del tiempo del proceso. En la primera etapa, se estudia la influencia del contenido en volumen de las partículas de madera en el sinterizado del material compuesto. En la segunda etapa se analiza la influencia de la temperatura. Finalmente, en la tercera etapa se evalúa el efecto del tamaño de las partículas sobre el sinterizado del material compuesto. Cada una de las etapas de moldeo suministra valores de entrada para las etapas posteriores, por ello es indispensable realizar cada etapa de moldeo en el orden establecido. El ensayo de control en todas las etapas es la resistencia a la tracción de muestras fabricadas según el diseño experimental, a partir de las cuales se obtienen probetas según las normas ASTM. A partir del estudio del sinterizado de materiales compuestos de polietileno de alta densidad reciclado y madera pino recuperada, fabricados mediante moldeo rotacional, se ha identificado que las variables que gobiernan el proceso y, por tanto, las propiedades de dichos materiales son: i) el tiempo de sinterizado; ii) la temperatura de sinterizado; iii) el contenido en volumen de las partículas de madera y iv) el tamaño de las partículas de madera. Asimismo, se ha demostrado que el nivel de sinterizado de los materiales compuestos, puede ser cuantificado de manera indirecta a través del análisis de las superficies internas de los objetos moldeados y con la ayuda de los resultados de los ensayos de tracción, densidad y absorción de agua. Las mejores propiedades se obtienen para el material compuesto con un contenido en volumen del 15% de madera pino recuperada y 85% de polietileno de alta densidad reciclado, bajo las siguientes condiciones que permiten alcanzar un nivel de sinterizado óptimo: 320°C de temperatura nominal del horno, 28 minutos de tiempo de permanencia en el horno y un tamaño de partícula entre 297 y 500 μm. Estas condiciones de procesamiento dan como resultado, una material con una superficie interna libre de poros y con las siguientes propiedades: 18 MPa de resistencia a la tracción; 1000 MPa de módulo elástico; 0,938 g/cm3 de densidad y 0,7% de absorción de agua.