UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR FACULTAD DE … · 1.3. Tableros de partículas ... 2.4.2.3....
79
UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA CARRERA DE INGENIERÍA QUÍMICA Determinación del tamaño de partícula para elaboración de tableros sintéticos con espuma de poliuretano reciclado Trabajo de titulación, modalidad Proyecto de Investigación para la obtención del título de Ingeniera Química Autor: Andrea Estefanía Guacapiña Montenegro Tutor: M. Sc. Jorge Luis López Terán QUITO 2018
Transcript of UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR FACULTAD DE … · 1.3. Tableros de partículas ... 2.4.2.3....
UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR
FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA
CARRERA DE INGENIERÍA QUÍMICA
Determinación del tamaño de partícula para elaboración de tableros sintéticos con
espuma de poliuretano reciclado
Trabajo de titulación, modalidad Proyecto de Investigación para la obtención del título
de Ingeniera Química
Autor: Andrea Estefanía Guacapiña Montenegro
Tutor: M. Sc. Jorge Luis López Terán
QUITO
2018
iii
DERECHOS DE AUTOR
Yo, ANDREA ESTEFANÍA GUACAPIÑA MONTENEGRO en calidad de autor y titular de los
derechos morales y patrimoniales del trabajo de titulación realizado sobre
“DETERMINACIÓN DEL TAMAÑO DE PARTÍCULA PARA ELABORACIÓN DE
TABLEROS SINTÉTICOS CON ESPUMA DE POLIURETANO RECICLADO”
modalidad proyecto de investigación, de conformidad con el Art. 114 del CÓDIGO
ORGÁNICO DE LA ECONOMÍA SOCIAL DE LOS CONOCIMIENTOS,
CREATIVIDAD E INNOVACIÓN, concedo a favor de la Universidad Central del Ecuador
una licencia gratuita, intransferible y no exclusiva para el uso no comercial de la obra, con
fines estrictamente académicos. Conservo a mi favor todos los derechos de autor sobre la
obra, establecidos en la normativa citada.
Asimismo, autorizo a la Universidad Central del Ecuador para que realice la digitalización
y publicación de este trabajo de titulación en el repositorio virtual, de conformidad a lo
dispuesto en el Art. 144 de la Ley Orgánica de Educación Superior.
El autor declara que la obra objeto de la presente autorización es original en su forma de
expresión y no infringe el derecho de autor de terceros, asumiendo la responsabilidad por
cualquier reclamación que pudiera presentarse por esta causa y liberando a la Universidad
de toda responsabilidad.
En la ciudad de Quito, a los 03 días del mes de agosto del 2018.
Firma:
Andrea Estefanía Guacapiña Montenegro
1720134103
iv
APROBACIÓN DEL TUTOR
Yo, Jorge Luis López Terán en calidad de tutor del trabajo de titulación, modalidad
proyecto de investigación, cuyo título es DETERMINACIÓN DEL TAMAÑO DE
PARTÍCULA PARA ELABORACIÓN DE TABLEROS SINTÉTICOS CON ESPUMA
DE POLIURETANO RECICLADO elaborado por la estudiante Andrea Estefanía Guacapiña
Montenegro de la Carrera de Ingeniería Química, Facultad de Ingeniería Química de la
Universidad Central del Ecuador, considero que el mismo reúne los requisitos y méritos
necesarios en el campo metodológico y en el campo epistemológico, para ser sometido a la
evaluación por parte del jurado examinador que se designe, por lo que lo APRUEBO, a fin
de que el trabajo sea habilitado para continuar con el proceso de titulación determinado por
la Universidad Central del Ecuador.
En la ciudad de Quito, a los 03 días del mes de agosto de 2018
_____________________________
JORGE LUIS LÓPEZ TERÁN
1717398646
v
A mi hija Sisa Rafaela por ser el
mayor motivo para salir adelante es el
motor de mi vida, desde su llegada me
ha inspirado a ser mejor cada día.
- Una hija es un arcoíris, una curva
de luz a través de la niebla dispersa
que levanta el espíritu con su
presencia prismática. Una hija es una
promesa, mantenida.
Ellen Hopkins
vi
AGRADECIMIENTOS
A la Facultad de Ingeniería Química por los conocimientos impartidos durante mis años de
carrera universitaria. Ing. Jorge López, por su valiosa guía y orientación ofrecidas durante
todo el desarrollo de este trabajo.
Queridos Melvi y Diego. Gracias por la confianza y por siempre creer en mí, porque ese
voto que tienen conmigo me ha permitido explorar y aventurarme para cumplir mis metas.
Me ha impulsado a conseguir más de lo que jamás podría haber soñado. Les debo un eterno
agradecimiento y mi retribución total por su gran amor.
A mis abuelitos Aida, Efraín, Ana Lucia y Fernando que cuando estoy desesperado con mis
problemas basta solo con recibir un llamado suyo con sus sabios consejos, para entrar en
paz con mi conciencia y así dar solución a todas las dificultades que se presentan. Sobre
todo a mi Aidita, que ha sido mi ángel de la guarda.
A Carlos, mi amigo, compañero de vida, por estar conmigo en los buenos y en los malos
momentos, gracias por hacerme feliz, gracias por tus detalles, por tu apoyo, y sobre todo
por tu amor.
A mis tíos Efraín, Sebastián y Mayrita, gracias por tus palabras de aliento, por esas palabras
que me llegan justo a tiempo, por ayudarme cuando lo he necesitado, por secar mis
lágrimas y también por regañarme cuando ha hecho falta.
A mi familia por toda la educación, la confianza y todo el gran amor que me dieron, porque
me han hecho una persona grande, fuerte, llena de mucho amor para dar. Sé que sin ustedes
no habría crecido así.
A Wladimir, por su apoyo y su valiosa guía que me ayudaron a seguir adelante con ésta
investigación. A mis compañeras en el camino Mónica, Lucia y Evelyn me gustaría darles
las gracias por todo cuanto han hecho y hacen por mí, me gustaría hacerles saber que las
quiero mucho.
vii
CONTENIDO
pág.
LISTA DE TABLAS ............................................................................................................ III
LISTA DE FIGURAS .......................................................................................................... IV
LISTA DE ANEXOS ............................................................................................................ V
GLOSARIO .......................................................................................................................... VI
RESUMEN ........................................................................................................................ VIII
ABSTRACT ......................................................................................................................... IX
INTRODUCCIÓN .................................................................................................................. 1
1. MARCO TEÓRICO .......................................................................................................... 3
1.1. Materiales compuestos ................................................................................................... 3
1.1.1. Clasificación de los materiales compuestos……………...………………………….. 4
1.2. Tableros de madera…………………………………………………………………….. 5
1.2.1. Manufactura de tableros……………………………………………………………… 6
1.2.2. Características de los tableros………………………………………………………... 6
1.3. Tableros de partículas ...................................................................................................... 7
1.3.1. Proceso de fabricación de tableros de partículas de poliuretano .................................. 7
1.3.1.1. Materias primas…………………………………………………………………….. 7
1.3.1.2. Fabricación de tableros de partículas………………………………………………. 8
1.3.2. Clasificación de los tableros de partículas de poliuretano………………………….. 11
1.3.3. Propiedades físicas de los tableros de partículas…………………………………….12
1.3.3.1. Densidad .................................................................................................................. 12
1.3.3.2. Absorción de Humedad ........................................................................................... 12
1.3.4. Propiedades mecánicas de los tableros de partículas……………………………...... 12
1.3.4.1. Flexión estática ........................................................................................................ 13
1.3.4.2. Dureza ...................................................................................................................... 14
1.3.4.3. Compresión .............................................................................................................. 15
iii
1.4. Normas .......................................................................................................................... 15
1.4.1. Norma ISO 9044……………………………………………………………………. 15
1.4.2. Norma ASTM D1037-91…………………………………………………………… 16
1.4.3. Norma ASTM D143- 09……………………………………………………………. 16
1.5. Tableros de poliuretano ................................................................................................. 16
1.5.1. Tableros sintéticos con espuma de poliuretano reciclado( TSEPR)………………... 16
2. METODOLOGÍA EXPERIMENTAL ............................................................................. 18
2.1. Diseño experimental ...................................................................................................... 18
2.2. Materiales y equipos ..................................................................................................... 20
2.3. Reactivos ....................................................................................................................... 21
2.4. Procedimientos .............................................................................................................. 21
2.4.1. Determinación del tamaño de luz de malla…………………………………………. 21
2.4.2. Propiedades Físicas y Mecánicas…………………………………………………… 22
2.4.2.1. Determinación de la densidad normal del tablero (ASTM D1037-91) ................... 23
2.4.2.2. Determinación de absorción de humedad (ASTM D1037-91) ................................ 23
2.4.2.3. Determinación de flexión estática (ASTM D 143-09) ............................................ 23
2.4.2.4. Determinación de dureza ( ASTM D143-09) .......................................................... 24
2.4.2.5. Determinación de compresión (ASTM D143-09) ................................................... 24
3. DATOS EXPERIMENTALES........................................................................................ 25
3.1. Tamaño de partícula ...................................................................................................... 25
3.2. Datos para determinar la Densidad de los tableros de partículas .................................. 25
3.3. Datos de Absorción de Humedad .................................................................................. 26
3.4. Datos para determinación de Compresión ..................................................................... 28
4. CÁLCULOS .................................................................................................................... 32
4.1. Cálculo de la luz de malla.............................................................................................. 32
4.2. Cálculo de Densidad de los tableros de partículas ........................................................ 32
4.3. Cálculo de la Absorción de Humedad en 2 horas y 24 horas ........................................ 33
4.4. Cálculo de Compresión ................................................................................................. 34
iv
5. RESULTADOS ............................................................................................................... 35
5.1. Identificación de las partículas ...................................................................................... 35
5.1.1. Luz de malla………………………………………………………………………… 35
5.1.2. Tamaño de partícula………………………………………………………………… 35
5.2. Propiedades Físicas y Mecánicas de los tableros de partículas ..................................... 35
5.2.1. Densidad……………………………………………………………………………..35
5.2.2. Absorción de Humedad……………………………………………………………... 36
5.2.3. Compresión…………………………………………………………………………. 38
5.2.4. Flexión estática………………………………………………………………………38
5.2.5. Dureza………………………………………………………………………………. 39
5.3. Análisis estadístico ........................................................................................................ 40
5.3.1. Análisis estadístico para la comparación de propiedades…………………………... 41
5.3.2. Análisis de intervalos de confianza…………………………………………………. 41
5.3.3. Control estadístico de procesos……………………………………………………... 42
6. DISCUSIÓN .................................................................................................................... 45
7. CONCLUSIONES ........................................................................................................... 47
8. RECOMENDACIONES ................................................................................................. 49
CITAS BIBLIOGRAFICAS ................................................................................................ 50
ANEXOS .............................................................................................................................. 54
III
LISTA DE TABLAS
pág.
Tabla 1. Comparación de costos de las resinas ...................................................................... 8
Tabla 2. Clasificación de tableros de partículas según su densidad. (Flamand, 1961) ........ 11
Tabla 3. Escala de dureza Janka. (Vignote & Martinez, 2006) ............................................ 14
Tabla 4. Ensayos físicos y mecánicos .................................................................................. 23
Tabla 5. Datos para la determinación de luz de malla .......................................................... 25
Tabla 6. Datos para determinación de Densidad .................................................................. 25
Tabla 7. Datos de Absorción de Humedad (2 horas de inmersión) ...................................... 26
Tabla 8. Datos de Absorción de Humedad (24 horas inmersión) ......................................... 27
Tabla 9. Datos para la determinación de Compresión. ........................................................ 28
Tabla 10. Datos de Flexión Estática ..................................................................................... 29
Tabla 11.Datos de Dureza .................................................................................................... 30
Tabla 12. Resultados de la luz de malla ............................................................................... 35
Tabla 13. Tamaño de partícula ............................................................................................. 35
Tabla 14. Densidad ............................................................................................................... 36
Tabla 15. Absorción de Humedad 24 horas de inmersión .................................................... 36
Tabla 16. Absorción de Humedad 2 horas de inmersión ...................................................... 37
Tabla 17. Compresión .......................................................................................................... 38
Tabla 18. Resultados de Flexión Estática ............................................................................. 39
Tabla 19. Resultados de Dureza ........................................................................................... 39
Tabla 20. Resumen de resultados de Propiedades Físicas y Mecánicas ............................... 40
Tabla 21. Resultados de la Prueba Chi cuadrado ................................................................. 41
Tabla 22. Intervalos de confianza ......................................................................................... 41
Tabla 23. Datos de primer ensayo de Absorción de Humedad ............................................ 64
IV
LISTA DE FIGURAS
pág.
Figura 1. Reacción de formación de la espuma de poliuretano (Jachura, 2013) ................... 8
Figura 2. Esquema general del proceso de fabricación de los tableros de partículas de
madera (REFORT, 1980) ..................................................................................................... 10
Figura 3. Ensamblaje para la prueba de Flexión Estática (Dávalos&Ordóñez, 2011) ........ 13
Figura 4.Dureza Janka (Calle, 2013) ................................................................................... 14
Figura 5. Equipo de resistencia mecánica. .......................................................................... 15
Figura 6. Relación de la variable con los ensayos. .............................................................. 19
Figura 7. Medición del diámetro del alambre ..................................................................... 22
Figura 8. Diagrama de Densidad ......................................................................................... 36
Figura 9. Diagrama de Absorción de Humedad 24 horas de inmersión .............................. 37
Figura 10. Diagrama de Absorción de Humedad 2 horas de inmersión .............................. 37
Figura 11. Diagrama de Compresión ................................................................................... 38
Figura 12. Diagrama de Flexión Estática ............................................................................ 39
Figura 13. Diagrama de Dureza ........................................................................................... 40
Figura 14. Gráfica del rango de los datos de Dureza .......................................................... 42
Figura 15. Gráfica del rango de los datos de Flexión Estática ............................................ 43
Figura 16. Gráfica de rangos de los datos de Absorción de Humedad ................................ 43
Figura 17. Gráfica de rangos de los datos de Compresión .................................................. 44
V
LISTA DE ANEXOS
pág.
Anexo A. Equipos usados para la elaboración de tableros ................................................... 55
Anexo B. Partículas .............................................................................................................. 56
Anexo C. Identificación de probetas .................................................................................... 57
Anexo D. Equipos para ensayos ........................................................................................... 59
Anexo E. Resultados de los ensayos .................................................................................... 61
Anexo F. Datos del ensayo de Absorción de Humedad. ...................................................... 64
VI
GLOSARIO
ARAMÍDICAS: También llamada poliamida Aromática, es una fibra sintética fabricada
mediante el corte de una solución del polímero a través de una hiladora, este procedimiento
produce una fibra de elevada estabilidad térmica, gran resistencia y mucha rigidez debido a
las uniones fuertemente organizadas del polímero semicristal.
CHAPAS: Se refiere a una fina hoja de madera, de un espesor uniforme que se obtiene por
desenrollo de trozos de madera, por corte a la plana o por sierra de las trozas que
previamente se han cortado o dividido para obtener unas características estéticas
determinadas.
DEFLEXIÓN: En análisis estructural, la deflexión hace referencia al grado en el que un
elemento estructural se deforma bajo la aplicación de una fuerza.
EXTRUSIÓN: Es un proceso utilizado para crear objetos con sección transversal definida
y fija. El material se empuja o se extrae a través de un troquel de una sección transversal
deseada.
HEBRA: Parte de la madera que tiene consistencia y flexibilidad para ser labrada o torcida
sin saltar ni quebrarse.
PANDEO: Es un fenómeno llamado inestabilidad elástica que puede darse en elementos
comprimidos esbeltos, y que se manifiesta por la aparición de desplazamientos importantes
transversales a la dirección principal de compresión.
PROBETA: Es una pieza, generalmente de dimensiones normalizadas: constituida por un
determinado material cuyas características se desea estudiar.
VII
RESINAS: Es la sustancia sólida o de consistencia pastosa, insoluble en el agua, soluble en
el alcohol y en los aceites esenciales, y capaz de solidificar en contacto con el aire, obtenida
naturalmente como producto que fluye de varias plantas.
TASA DE CARGA: Son las variaciones de frecuencia de carga por minuto que afectan a
la resistencia a la fatiga y resistencia estática.
VIRUTA: Es un fragmento de material residual con forma de lámina curvada o espiral que
se extrae mediante un cepillo u otras herramientas, tales como brocas, al realizar trabajos de
cepillado, desbastado o perforación, sobre madera o metales.
VIII
Determinación del tamaño de partículas para elaboración de tableros sintéticos con
espuma de poliuretano reciclado
RESUMEN
Se elaboraron tableros sintéticos utilizando espuma de poliuretano proveniente de
colchones usados, para lo cual se procedió a pulverizar la espuma, secar y tamizar las
partículas, mezclar las materias primas para moldear y prensar, se somete a calor y se
desmolda el tablero, se deja reposar. Mediante ensayos normalizados se determinó el
tamaño de partícula de esponja de poliuretano pulverizada que presenta las mejores
Propiedades Física y Mecánicas a los tableros.
En el estudio se elaboraron tres tableros con diferentes tamaños de partículas obtenidas
mediante separación mecánica. De estos tableros sintéticos se obtuvieron probetas
normalizadas para realizar ensayos de Densidad, Absorción de Humedad, Compresión,
Flexión Estática y Dureza, con la finalidad de comparar estas propiedades con las de los
tableros comerciales. El tablero que presento mejores propiedades es el de mayor tamaño
de partículas T1, con 0,77g/cm3 de Densidad, 14% de Absorción de Humedad, 2,09 N/mm2
de Compresión, 3,27 KPa de Flexión estática y Dureza de 4,12N.
Los datos obtenidos en la investigación permitieron determinar que los tableros elaborados
con las partículas de mayor tamaño (>4mm) tienen mejores Propiedades Físicas y
Mecánicas comparados con los tableros realizados con partículas más finas. Con la prueba
Chi cuadrado se pudo inferir que las propiedades de la madera comercial no se pueden
comparar con las propiedades de los tableros sintéticos, debido a la naturaleza, a las
propiedades y características que presentan las partículas.
PALABRAS CLAVE: /TABLERO SINTÉTICO/ POLIURETANO RECICLADO/
PROPIEDADES FÍSICAS/PROPIEDADES MECÁNICAS.
IX
Determination of particle size for production of synthetic boards with foam of
recycled polyurethane
ABSTRACT
Synthetic boards were elaborated using foam of polyurethane from used mattresses, for
which one proceeded to pulverize the foam, to dry and sift the particles, to mix the raw
materials to mold and press, the board exposes it to heat and demolding, is left to rest. By
means of normalized assays there decided the size of particle of sponge of polyurethane
pulverized that presents the best Properties Physics and Mechanics to the boards.
In the study three boards were elaborated by different sizes of particles obtained by means
of mechanical separation. Of these synthetic boards specimens were obtained normalized to
realize assays of Density, Moisture Absorption, Compression, Static Flexion and Hardness,
with the purpose of comparing these properties with those of the commercial boards. The
board with the better properties is that of major size of particles T1, with 0,77g/cm3 of
Density, 14 % of Moisture Absorption, 2,09 N/mm2 of Compression, 3,27 KPa of static
Flexion and Hardness of 4,12N.
The information obtained in the investigation allowed to determine that the boards
elaborated with the particles of major size (> 4mm) have better Physical and Mechanical
Properties compared with the boards realized with thinner particles. With the Chi- squared
test it was possible to infer that the properties of the commercial wood cannot be compared
with the properties of the synthetic boards, due to the nature, the properties and
characteristics that present the particles.
KEYWORDS: /SYNTHETIC BOARDS/ RECYCLED POLYURETHANE/ PHYSICAL
PROPERTIES/ MECHANICAL PROPERTIES.
1
INTRODUCCIÓN
En Ecuador la industria de fabricación de colchones está liderada por la marca Chaide, ésta
maneja el 60% del mercado en la venta de colchones; al día se calcula que se comercializan
1500 unidades a nivel nacional, dando un total anual de 547500 unidades. El peso
promedio de un colchón es de 33 kg, este colchón contiene un panel metálico cuyo peso
aproximado es 15 kg, tres capas de espuma de poliuretano con diferente densidad que pesa
aproximadamente 15 kg y una capa de tela cuyo peso aproximado es de 3 kg.
La cantidad de espuma de poliuretano que ingresa al mercado en el segmento de colchones
es de aproximadamente 37500 kg por día, esto genera aproximadamente 450000 kg de
esponja al año. Existen esfuerzos de la industria colchonera por realizar el reciclaje de sus
materiales sin mucho éxito por la complejidad en el procesamiento de dichos materiales,
uno de los procesos para el reciclaje de residuos es esponja aglutinada o prensada y consiste
en un reprocesamiento de residuo del proceso de fabricación de los colchones.
El promedio de vida de un colchón varia de 5 a 10 años para su remplazo dependiendo de la
calidad del colchón, generando gran cantidad de residuos que necesariamente deben ser
reciclados en favor del ambiente. El 7 % de los residuos totales son plásticos. Dentro de los
residuos plásticos un 5 % pertenece a la espuma poliuretano, en tal motivo, se han
desarrollado técnicas para reciclar dicha espuma. (Wordpress, 2012)
Las técnicas de reciclaje de poliuretano están relacionadas con las propiedades,
aplicaciones y factores económico y ecológico; la utilización de estas técnicas de reciclado
depende del tipo de espuma de poliuretano, del uso posterior que se le va a dar y el costo
del proceso. Entre las técnicas utilizadas está el reciclado mecánico, en el cual se tienen
algunos métodos: adhesión con presión, moldeo por compresión, espuma flexible enlazada
y pulverización. Este tipo de reciclado por si solo es insuficiente ya que si el material a
reutilizar está contaminado es necesario incinerar.
2
El reciclado químico en la actualidad no es muy utilizado, esta técnica tiene como principio
los procesos químicos y térmicos para romper enlaces de los materiales poliméricos en
fracciones de bajo peso molecular. Los métodos más utilizados son: hidrólisis, aminólisis,
glicólisis, pirolisis, hidrogenación y gasificación. (Castells, 2012).
El cuidado del ambiente se ha convertido en una prioridad en la sociedad actual debido al
cambio climático y otras consecuencias ambientales producidas por la contaminación. El
poliuretano es un material que se utiliza en la fabricación de colchones, piezas de
automóviles y otros artículos. La presente investigación consiste en dar una utilidad al
material reciclado de espuma de poliuretano proveniente de colchones usados, empleando
resina de Urea-Formaldehído para la elaboración de tableros sintéticos con un tamaño de
partícula óptimo para garantizar la dureza del producto.
3
1. MARCO TEÓRICO
1.1. Materiales compuestos
Son combinaciones macroscópicas de dos o más materiales diferentes que poseen una
interfase discreta y reconocible que los separa. Los componentes del material compuesto no
deben disolverse ni fusionarse completamente entre ellos, es decir, los materiales deben
poderse identificar por medios físicos, ya que son heterogéneos. El hecho que los
materiales compuestos sean heterogéneos hace que las propiedades dependan de la
orientación del material de refuerzo, por lo que sus propiedades no son las mismas en todo
su volumen. Estos materiales poseen mejores propiedades que las que presentan los
componentes independientemente. [1]
Una característica de los materiales compuestos es que, en cada uno de ellos, se pueden
distinguir dos componentes bien diferenciados: la matriz y el refuerzo.
Matriz
Es la fase continua en la que el refuerzo queda “embebido”. Tanto materiales metálicos,
cerámicos o resinas orgánicas pueden cumplir con este papel. A excepción de los
cerámicos, el material que se elige como matriz no es, en general, tan rígido ni tan
resistente como el material de refuerzo.
La matriz de un material compuesto:
Soporta las fibras manteniéndolas en su posición correcta
Transfiere la carga a las fibras fuertes
Las protege de sufrir daños durante su manufactura y uso
Evita la propagación de grietas en las fibras del compuesto.
La matriz, por lo general, es responsable del control principal de las propiedades
eléctricas, el comportamiento químico y el uso a temperaturas elevadas del compuesto.
[2]
4
Refuerzo
Es la fase discontinua (o dispersa) que se agrega a la matriz para conferir al compuesto
alguna propiedad que la matriz no posee. En general, el refuerzo se utiliza para incrementar
la resistencia y rigidez mecánicas. Pero también se emplean refuerzos para mejorar el
comportamiento a altas temperaturas o para la resistencia a la abrasión.
El refuerzo puede ser en forma de partículas o de fibras. Como regla general, es más
efectivo cuanto menor tamaño tienen las partículas y más homogéneamente distribuidas
están en la matriz o cuando se incrementa la relación longitud/diámetro de la fibra. [3]
1.1.1. Clasificación de los materiales compuestos
Existe una clasificación de materiales compuestos en función de la naturaleza de la matriz:
a. Base de matriz polimérica
Se los conoce como polímeros (o plásticos) reforzados con fibras. Consiste en una fase
primaria de polímero en la cual es embebida una fase secundaria a base de fibras, partículas
u hojuelas.
b. Base de matriz metálica
Estos materiales están formados por metales “livianos” como el aluminio como matriz y
fibras de refuerzo como las de carburo de silicio.
c. Base de matriz cerámica
Se utilizan en aplicaciones de alta temperatura. Estos materiales están formados por una
matriz cerámica y un refuerzo de fibras cortas, o hilos de carburo de silicio o nitruro de
boro.
De acuerdo a la forma que posea el refuerzo, es posible clasificar los materiales compuestos
de la siguiente manera:
a. Reforzados con partículas
Son materiales compuestos reforzados con partículas. A su vez estos materiales se
clasifican en materiales reforzados con partículas grandes y otros consolidados por
dispersión.
5
Los compuestos consolidados por dispersión son aquellos en los cuales las partículas
poseen de 10 a 250 nm de diámetro. Las partículas dispersas, se introducen en la matriz con
métodos distintos a las transformaciones de fases empleadas en el desarrollo de aleaciones.
A temperatura ambiente, los compuestos endurecidos por dispersión pueden ser menos
resistentes que las aleaciones tradicionales. [4]
En los compuestos particulados, existen interacciones entre la matriz y las partículas a nivel
macroscópico. Estos materiales están diseñados para producir combinación de propiedades
poco usuales como el hormigón y los neumáticos, y para mejorar la resistencia mecánica.
[5]
b. Materiales compuestos reforzados con fibras
La mayoría de los compuestos reforzados con fibra consiguen una mejor resistencia a la
fatiga, mejor rigidez y una mejor relación resistencia-peso, al incorporar fibras resistentes y
rígidas, aunque frágiles, en una matriz más blanda y dúctil. El material de la matriz
transmite la fuerza a las fibras, las cuales soportan la mayor parte de la fuerza aplicada. La
resistencia del compuesto puede resultar alta a temperatura ambiente y a temperaturas
elevadas. [6]
Las matrices poliméricas son las más comúnmente utilizadas para la formación de
materiales compuestos. La mayoría de los polímeros, tanto termoplásticos como
termoestables están disponibles en el mercado con el agregado de fibras de vidrio cortas
como refuerzo [7]. El reforzamiento es más efectivo cuanto menor tamaño tienen las
partículas y más homogéneamente distribuidas están en la matriz. Las propiedades
mecánicas mejoran con el contenido de partículas o, lo que es lo mismo, con el incremento
de la relación partículas/matriz.
1.2. Tableros de madera
Un tablero o panel es la unión de una matriz polimérica con un producto forestal, es decir,
un elemento que se obtiene de la madera mediante algún proceso industrial y se presenta en
forma de láminas, las cuales están constituidas por chapas, partículas o fibras. [8]
6
1.2.1. Manufactura de tableros
Las industrias dedicadas a manufacturar tableros o paneles tienen como objetivo,
aprovechar maderas de baja calidad, de pequeñas dimensiones o residuos resultantes de
ellas, considerando la sostenibilidad.
En el proceso de elaboración, los tableros se fabrican en dos fases:
La primera fase es la producción de chapas, partículas o fibras a partir de los troncos
enteros o a base de los subproductos residuales de la industria maderera, como las serrerías.
[9]
La segunda fase es su combinación en forma de planchas o paneles utilizando adhesivos
químicos (resinas sintéticas a base de formaldehido, cómo urea - formaldehído o fenol-
formaldehído). La mezcla de resina se coloca de manera uniforme en moldes. Luego se
aplica presión y calor al molde para ayudar a fundir la resina y comprimir las chapas,
partículas o fibras. [10]
1.2.2. Características de los tableros
Cada tipo de tablero se distingue por sus características particulares pero, en general,
presentan grandes ventajas con respecto al uso de la madera aserrada. Algunas de estas
ventajas son:
Se eliminan o reducen los efectos de debilitamiento que se tienen en la madera aserrada,
causados por nudos, desviación de la fibra u otros defectos.
Debido a que se fabrican en dimensiones mayores que las obtenidas en piezas de madera
aserrada, con ellos es posible cubrir con facilidad grandes superficies.
Reducen el desperdicio en su procesamientos, ya que se producen con material que
algunos aserraderos consideran que es material de desecho o desperdicio.
Pueden diseñarse para satisfacer necesidades específicas, incorporando diversas
sustancias o modificando convenientemente los tratamientos térmicos o mecánicos a los
que pueden ser sometidos, con el fin de lograr tableros con determinadas características de
resistencia al agua, al fuego, a la pudrición o a acciones mecánicas requeridas para
aplicaciones estructurales.
7
Actualmente se fabrican los siguientes tipos de tableros: los contrachapados que están
constituidos por láminas encoladas de madera; los tableros aglomerados que están hechos a
base de partículas de madera o fibras de bagazo y resinas sintéticas; los tableros de fibra de
madera y los tableros aglomerados con astillas o lana de madera y cemento. Es conveniente
mencionar que cada tablero deberá usarse en sus condiciones favorables para garantizar su
desempeño. [11]
De estos tipos de tableros fabricados, los tableros de madera contrachapada y los de
partículas pueden tener una aplicación estructural debido a su resistencia a la intemperie,
resistencia al agua, y microorganismos. [12]
1.3. Tableros de partículas
También llamados tableros aglomerados, son tableros fabricados con material particulado
proveniente de madera (chapas, astillas y viruta) o partículas de espuma, estas partículas se
combinan con resinas sintéticas u otros tipos de adhesivos (melamina - formol, isocianato,
poliuretano, epoxi, resorcina - formaldehído, resorcina –fenol- formaldehído); la mezcla
formada se coloca entre planchas (moldes) a temperaturas altas para prensarla y aumentar
la densidad del producto. Las temperaturas altas en el prensado sirven para acelerar el
endurecimiento (curado) de los adhesivos. [13]
1.3.1. Proceso de fabricación de tableros de partículas de poliuretano
1.3.1.1. Materias primas
a. Espuma de poliuretano
Es un material plástico poroso formado por una agregación de burbujas. Se forma
básicamente por la reacción química de dos compuestos, un poliol y un Isocianato. En los
tableros sintéticos de espuma de poliuretano reciclado, la espuma en forma de pulverizado
es el material de refuerzo en el material compuesto. En la figura 1 se puede observar la
reacción de formación del poliuretano.
8
Figura 1. Reacción de formación de la espuma de poliuretano (Jachura, 2013)
b. Resinas
Son la matriz polimérica del material compuesto. Las resinas se utilizan para unir
elementos de espuma de poliuretano entre sí y poder darles consistencia y forma. Estos
deben asegurar dos aspectos importantes: la eficacia de la resina y el cumplimiento de los
requisitos técnicos y ambientales.
La elección de las resinas tiene gran importancia debido a su elevado precio, lo que influye
en los costos de fabricación de los tableros, los costos se representan en la tabla 1.
Tabla 1. Comparación de costos de las resinas
Resina Costo, USD/Kg
Urea- Formaldehído 0,50
Melamina- Formaldehído 0,50
Isocianato 2,70
Epóxica 20,00
Poliuretano 45,00
1.3.1.2. Fabricación de tableros de partículas
a. Preparación de partículas
Se procede a fragmentar la materia prima en cubos de 3cm para luego llevarlo a un proceso
de trituración mecánica que se encarga de pulverizar la materia prima.
9
b. Secado de partículas
Con una secadora de tambor, las partículas recorren la longitud de la secadora antes de ser
descargadas. El contenido de humedad final del tablero es de 10%, por lo que las partículas
se deben secar a contenidos de humedad de entre 3 y 4%. Un exceso de humedad en las
partículas puede causar la formación de ampollas en el tablero, mientras que si la humedad
es insuficiente, puede ocurrir un fraguado prematuro de la resina, lo que produce un pegado
deficiente, dando como resultado un tablero con baja resistencia mecánica y superficies de
poca calidad. [14]
c. Tamizado de partículas
Cuando las partículas están secas, se tamizan para remover el polvo y separarlas por
tamaños. [15]
d. Encolado
En ésta etapa del proceso se añade la resina a base de Urea- Formaldehido, catalizador
(acelera la velocidad de fraguado de la resina), activador, reductor (disminuye las emisiones
de formaldehído) y agua. [16]
e. Formación del tablero
Las partículas mezcladas con la resina, se colocan una sobre otra en el molde para formar
un colchón en el molde, con un grosor lo más uniforme posible.
f. Prensado
En este punto el colchón es prensada en frío, a continuación va pasando por unos rodillos
calientes que reducen su grosor paulatinamente mientras por efecto del calor se va
fraguando el adhesivo.
g. Curado
Concluido el proceso de prensado, los tableros son retirados de la prensa, son almacenados
durante varios días para que se enfríen y se adapten a las condiciones ambientales que los
rodean. Esta etapa es importante, ya que al enfriarse gradualmente, su contenido de
10
humedad se distribuye uniformemente en todo su interior, lo cual permite la máxima
eficiencia de las resinas, al mismo tiempo que se evita que éstos se degraden por exposición
prolongada a altas temperaturas. [17]
h. Producto final
La última etapa del proceso consiste en cortar los bordes del tablero, luego los tableros de
partículas pasan a una bodega de reposo, aquí los tableros adquieren su forma final gracias
al reposo, es por esto que se debe cuidar la forma en que los tableros son almacenados para
evitar posibles arqueos y deformaciones. Luego pasan a una etapa de lijado y dimensionado
para lograr mejor acabado superficial. También en este punto es eliminado el sobre espesor
dado a los tableros durante el proceso [18]. En la figura 2 podemos observar el diagrama de
elaboración de los tableros de partículas.
Figura 2. Esquema general del proceso de fabricación de los tableros de partículas de
madera (REFORT, 1980)
11
1.3.2. Clasificación de los tableros de partículas de poliuretano
En lo que se refiere a la clasificación de los tableros de partículas, es compleja debido a la
diversidad del tipo de industria y al rápido desarrollo de la misma. Entre las principales
formas de clasificación de los tableros de partículas pueden considerarse las siguientes:
Geometría y tamaño de las partículas.
Densidad del tablero.
Tipo de adhesivo.
Método de fabricación.
En el presente estudio se toma en cuenta la clasificación según la densidad de los tableros,
considerando los valores de la tabla 2.
Tabla 2. Clasificación de tableros de partículas según su densidad. (Flamand, 1961)
Tableros de partículas Densidad (g/cm3)
Densidad baja o aislantes 0,25 -0,40
Densidad media 0,40-0,80
Densidad alta o duros 0,80-1,20
● Tableros de partículas de baja densidad o aislantes
Los tableros de partículas fabricados por extrusión o estiramiento a presión tienen
densidades menores a 0,40 g/cm3 y son usados como paneles para amortiguar ruidos o
aislar el calor por su baja densidad, también como alma en aquellas piezas o construcciones
en las que es necesario reducir el peso. [19]
● Tableros de partículas de densidad media
La mayoría de los tableros de partículas se producen en la actualidad, tanto prensados en
platos planos o prensados por extrusión, presentan una densidad superior a un 10 ó 20 % al
de las maderas u otros materiales utilizados. Esta escala de densidades es óptima en cuanto
a necesidades de resina sintética, permitiendo obtener las mejores propiedades por unidad
de peso y siendo la que menos dificultades presenta en la fabricación. [20]
12
● Tableros de partículas de alta densidad o duros
Este tipo de tablero se fabrica en prensas de platos planos. El espesor de los tableros es de
0,2 a 0,8 cm para su producción se emplean partículas pequeñas cuyo tamaño se aproxima
al de la harina. Se caracterizan por su baja flexibilidad por lo que son usados como pisos
flotantes, cajones, tabiques.
1.3.3. Propiedades físicas de los tableros de partículas
Las propiedades físicas determinan el comportamiento de los tableros de partículas ante
factores ambientales. El conocimiento de dichas propiedades es muy importante para poder
utilizar el material adecuado. Este trabajo analiza éstas propiedades con la finalidad de
comparar las propiedades de tableros sintéticos de espuma de poliuretano reciclado y
tableros comerciales.
1.3.3.1. Densidad
La densidad del tablero aglomerado determina el grado de compactación de las partículas y
es dependiente de la densidad de la madera y del proceso de prensado aplicado.
La densidad es un índice de calidad de los tableros de partículas que influye de forma
directa en casi la totalidad de características físicas y mecánicas, por tanto, es muy
importante su conocimiento. [21]
1.3.3.2. Absorción de Humedad
La resistencia a la humedad de los tableros derivados de la madera evalúa la calidad y
durabilidad del aglutinado y va ligada a sus aplicaciones en exterior o en ambientes
húmedos. [22]
1.3.4. Propiedades mecánicas de los tableros de partículas
Las propiedades mecánicas de los tableros de partículas son el resultado de su
comportamiento bajo la aplicación de fuerzas o cargas. Este comportamiento puede sufrir
varias modificaciones, dependiendo del tipo de fuerza aplicada [23]. El conocimiento de las
propiedades mecánicas de los tableros de partículas proporciona los datos básicos
requeridos por la ingeniería en el cálculo y diseño para la construcción y otros usos. [24]
13
Para los fines de este trabajo se analizan las propiedades mencionadas a continuación para
poder comparar las propiedades de tableros sintéticos de espuma de poliuretano reciclada
versus tableros comerciales.
1.3.4.1. Flexión estática
Esta propiedad también conocida como módulo de ruptura, es la propiedad mecánica más
requerida en los tableros de partículas, debido a que evalúa la calidad de unión del encolado
de partículas con adhesivo; lo que la transforma en una característica importante para la
selección del tablero.
Las pruebas de flexión estática son utilizadas para determinar los módulos de elasticidad y
de ruptura que sirve para medir la rigidez de los tableros que depende de la fuerza de la
composición y los enlaces a nivel microscópico. [25]
El ensayo de flexión estática bajo la norma ASTM D14-093 esquema que se indica en la
figura 3, consiste en aplicar una carga sujeta por 3 o 4 puntos y determinar la deformación
del eje de la probeta que se produce en el centro. Con el ensayo se puede determinar
propiedades como la medida de la máxima capacidad que tiene una probeta para soportar
una carga gradual aplicada en un periodo corto de tiempo (módulo de rotura), y por lo tanto
cuantificar la resistencia a la deflexión de la misma (módulo de elasticidad).
Figura 3. Ensamblaje para la prueba de Flexión Estática (Dávalos&Ordóñez, 2011)
14
1.3.4.2. Dureza
La dureza es la resistencia que un material presenta a la penetración de otro. Ésta es una
medición de la capacidad de los tableros de partículas para resistir desgaste o abolladuras.
También es un buen indicador de lo difícil que es una especie para serruchar o clavar. [26]
La dureza Janka es el método utilizado para maderas, consiste en determinar la fuerza
necesaria para penetrar en el tablero de partículas una esfera de acero hasta su plano
diametral como se observa en la figura 4. En este ensayo la dureza se expresa en unidades
de fuerza (lbf, N). [27]
Figura 4.Dureza Janka (Calle, 2013)
La escala de valores para la dureza Janka se puede observar en la Tabla 3:
Tabla 3. Escala de dureza Janka. (Vignote & Martinez, 2006)
Clasificación Dureza Janka (N)
Muy blanda <1,9
Blanda 2,0-2,9
Semidura 3,0-4,9
Dura 5,0-6,9
Muy dura >7,0
15
1.3.4.3. Compresión
El ensayo de compresión de tableros de partículas consiste en someter a una probeta
normalizada a cargas de compresión hasta que falle como se explica en la figura 5. La
capacidad está limitada por el pandeo de las fibras más que su propia resistencia de
aplastamiento. [28]
Figura 5. Equipo de resistencia mecánica.
1.4. Normas
Las normas a continuación detalladas, son las que se realizan para los ensayos con el fin de
evaluar las Propiedades Físicas y Mecánicas.
1.4.1. Norma ISO 9044
Requisitos técnicos y pruebas de telas metálicas industriales tejidas. La norma, recoge
todos aquellos requisitos técnicos de las telas metálicas industriales, con independencia del
material. Algunos de los requisitos son: tolerancias en la luz de malla, tolerancias de
diámetro de alambre, número máximo de defectos permitidos, entre otros.
Esta norma se sigue para determinar la luz de malla del juego de tamices para poder obtener
los diferentes tamaños de partículas.
16
1.4.2. Norma ASTM D1037-91
Métodos de prueba estándar para la evaluación de propiedades de materiales para tableros a
base de madera de fibra y de partículas. Son los métodos estándar para evaluar las
propiedades de los materiales de fibras con base de madera, y paneles de partículas.
1.4.3. Norma ASTM D143- 09
Métodos de prueba estándar para pequeños especímenes de madera. Estos métodos de
prueba representan procedimientos para evaluar las diferentes propiedades mecánicas y
físicas, controlando factores tales como el tamaño de la muestra, el contenido de humedad,
la temperatura, y tasa de carga.
1.5. Tableros de poliuretano
Los tableros de poliuretano están compuestos de varios productos derivados del petróleo
con diferentes densidades. La espuma de poliuretano se distingue por su baja absorción de
humedad y por su resistencia a la putrefacción. Se utilizan como aislamientos térmicos de
cubiertas planas, como aislamientos en cubiertas muy inclinadas y como aislamientos en
cerramientos exteriores de fachadas. [29]
Para la elaboración de los tableros se mezcla el polvo con la resina aglomerante en un
molino y se vierte en una prensa que, utiliza calor y presión, permite desarrollar una línea
de tableros rígidos de distintos espesores y densidades. Estos tableros se caracterizaron por:
● Tener una superficie lisa y muy poco porosa.
● Presentar una muy baja absorción de agua.
● Ofrecer una trabajabilidad similar a la madera.
1.5.1. Tableros sintéticos con espuma de poliuretano reciclado( TSEPR)
En la actualidad la espuma de poliuretano forma parte de nuestro modo de vida, debido a su
versatilidad, se pueden conseguir materiales con distintas características de acuerdo con los
sistemas de fabricación y los aditivos.
17
Gran parte de los desechos de espuma de poliuretano, se tritura y pueden ser usados en la
producción de nuevas espumas. Estas espumas de alta densidad se destinan a la industria de
automóviles y cojines para muebles o camas, estas espumas no presentan aceptación en la
industria automovilística debido a su peso. Otro proceso de reciclaje consiste en la
trituración de espumas y a través de la adición de poliol, se lo moldea y se crean piezas con
densidades superiores para utilizarlos en el sector de la construcción como marcos de
puertas y de ventanas.
Un factor que ha detenido el avance del proceso de reciclado es que debe ser adaptado al
material en particular que se está procesando. No existe un único método de reciclado que
sea adecuado para todas las químicas del poliuretano.
Una vez que los polímeros han cumplido su función, se desechan y deben ser tratados como
residuos. Cada vez el volumen de residuos generados en las ciudades es mayor y los
plásticos forman gran parte de dicho volumen. Las espumas de poliuretano representan un
5% de los residuos plásticos y hasta hace poco solía acabar en vertederos o esparcido en la
naturaleza, pero ahora se puede reciclar. Debido a la diversidad de uso y composición. Se
reciclan sobre todo los residuos del sector automotriz (recolección organizada). [30] El
cuidado del ambiente se ha convertido en una prioridad en la sociedad actual debido al
cambio climático y otras consecuencias ambientales como la contaminación de océanos que
afecta a especies marinas en peligro de extinción, producto de la contaminación.
18
2. METODOLOGÍA EXPERIMENTAL
En este capítulo se describe el procedimiento realizado para la obtención de probetas de los
tableros de partículas de espuma de poliuretano reciclado, así como los ensayos de
laboratorio para la evaluación de Propiedades Físicas y Mecánicas.
La parte experimental fue realizada en el Laboratorio de Catálisis de la Facultad de
Ingeniería Química y el Laboratorio de Análisis de esfuerzos y Vibraciones de la Escuela
Politécnica Nacional.
2.1. Diseño experimental
Para el diseño experimental en la elaboración de tableros sintéticos de espuma de
poliuretano reciclado, se escogió una variable, el tamaño de partícula de espuma de
poliuretano reciclado y para evaluar la variable se realiza los ensayos físicos y mecánicos
de los tableros para determinar sus características.
Variable (Tamaño de partícula)
T1: Tamaño 1 (Partículas más grandes)
T2: Tamaño 2 (Partículas medianas)
T3: Tamaño 3 (Partículas pequeñas)
Características de los tableros de espuma de poliuretano reciclado (Propiedades
Físicas y Mecánicas)
D: Densidad del tablero
A: Absorción de humedad
F: Flexión estática
C: Compresión
U: Dureza
19
Como dato referencial se han tomado en cuenta las Propiedades Físicas y Mecánicas de un
tablero comercial de fibra de densidad media (MDF) que se identificara como MDF, de
marca Plywood Ecuatoriana S.A., de 15mm de espesor. Para explicar de mejor manera a
continuación se presenta el diagrama explicativo del proceso experimental.
TABLEROS DE
PARTÍCULAS
ESPUMA DE
POLIURETANO
AGLOMERADO
COMERCIAL
T2
T3
MDF
D
A
F
U
C
D
A
U
C
F
A
C
U
F
D
F
C
A
D
U
T1
T1-D
T1-A
T1-U
T1-C
T1-F
T2-D
T2-C
T2-U
T2-F
T2-A
T3-D
T3-A
T3-F
T3-C
T3-U
MDF-D
MDF-U
MDF-A
MDF-F
MDF-C
Figura 6. Relación de la variable con los ensayos.
20
2.2. Diagrama de flujo de la elaboración de tableros sintéticos con espuma de
poliuretano reciclado
Recolección de
colchones usados
(Acopio)
Separación de
materialesTrituración
Eliminación de
humedad
(Secado)
Clasificación de
partículas
(Tamizado)
Formación del
encolado
Formación del
tablero( Moldeo)Curado
Acondicionamiento
Tela
Alambre
Espuma de
Poliuretano
Agua
Pulverizado
Agua
T=60°C
Pulverizado
CH=5%
Urea- Formaldehído
T= 70°C
T= 40 min
T= 24 horas
Tablero sintético de espuma
de poliuretano reciclado
* Después de tamizar se obtienen los tres tamaños de partículas y se siguen los procesos
con cada uno.
2.3. Materiales y equipos
Molino refinador( Metvisa Corempro)
Tamices de alambre
Secadora de tambor (LG) R= 21 Kg
Molde de hierro
Horno
Calibrador pie de rey R= (0-20)cm Ap.= ±0,05mm
Balanza analítica 1 R= (0-300)g Ap.= ±0,0001 g
Balanza analítica 2 R= (0-1000) g Ap.= ±0,01g
Vasos de precipitación R= (0-1000)mL Ap. = ± 20mL
Equipo de resistencia mecánica(Grain crushing strength test) R= 1000N Ap. = ±1N
*
21
2.4. Reactivos
Agua H2O(L)
Urea- Formaldehído
Cloruro de amonio NH4Cl(s)
2.5. Procedimientos
2.5.1. Proceso de elaboración de los tableros sintéticos
Para la elaboración de tableros sintéticos a partir de espuma poliuretano reciclado, se
acopian colchones que han terminado su vida útil.
2.5.1.1. Separación, pulverizado y secado de espuma de poliuretano reciclado
Separar los diferentes materiales que conforman el colchón.
Trocear las planchas de espuma de poliuretano para obtener cubos de aproximadamente
3cm.
Pulverizar los trozos de espuma de poliuretano mediante trituración mecánica.
Secar las partículas de poliuretano usando una secadora de tambor a una temperatura de
60°C, hasta que el contenido de humedad sea del 5%.
2.5.1.2. Clasificación de partículas
Elaborar un juego de tamices o zarandas con diferentes tamaños de malla.
Tamizar el pulverizado seco, utilizando los tamices de alambre para conseguir los tres
tamaños de partículas.
2.5.1.3. Encolado y formación del tablero
Mezclar el material pulverizado con la resina Urea-Formaldehído, con ayuda de la
encoladora para conseguir una masa homogénea.
22
Colocar la masa en el molde con un grosor lo más uniforme posible.
2.5.1.4. Curado
Tapar el molde aplicando presión para conseguir el espesor deseado del tablero.
Llevar al horno el tablero por 40 minutos a una temperatura de 70°C.
Dejar que el molde se enfríe a condiciones ambientales.
Desmoldar el tablero para dejarlo en reposo a condiciones ambientales.
2.5.2. Determinación del tamaño de luz de malla
Para obtener los tres tamaños de partícula, se elabora un juego de tamices o zarandas. A
continuación se detalla el procedimiento para la medición de mallas metálicas según la
norma ISO 9044.
Determinar el diámetro del alambre, con un calibrador pie de rey
Establecer la longitud fija como se observa en la figura 7, para determinar el promedio
aritmético de luz de malla.
Figura 7. Medición del diámetro del alambre
2.5.3. Propiedades Físicas y Mecánicas
Se obtienen tres tableros con los diferentes tamaños de partículas, cuyas dimensiones son
300x600x15mm y de acuerdo con las dimensiones de las probetas que requieren las normas
para cada ensayo, se decide tomar 5 probetas para cada ensayo.
Se realizaron los ensayos físicos y mecánicos de los tableros que se indican en la Tabla 4.
23
Tabla 4. Ensayos físicos y mecánicos
Propiedad Dimensiones de las probetas Número de probetas
Densidad 70x25x15mm 20
Absorción de humedad 70x25x15mm 20
Flexión estática 300x50x15mm 20
Dureza 150x50x15mm 20
Compresión 30x10x5mm 20
2.5.3.1. Determinación de la densidad normal del tablero (ASTM D1037-91)
De cada tablero se inspeccionan 5 probetas, escogidas al azar de diferentes posiciones del
tablero, con dimensiones 70x25x15mm cada probeta.
Determinar la masa de cada probeta con la balanza analítica.
El volumen se determina, mediante la medición de cada lado de la probeta con el
calibrador pie de rey.
2.5.3.2. Determinación de absorción de humedad (ASTM D1037-91)
De cada tablero se inspeccionan 10 probetas (5 para el ensayo y 5 como probetas testigo
que son las mismas que se usaron para la determinación de la densidad), escogidas al azar
de diferentes posiciones del tablero, con dimensiones 70x25x15mm cada probeta.
Tomar 5 probetas y sumergirlas en un vaso de precipitación con agua, dejar reposar por
24 horas.
Tomar otras 5 probetas y sumergir en un vaso de precipitación con agua, dejar reposar
por 2 horas.
Transcurridos los tiempos de 24 y 2 horas, sacar las probetas del agua y secarlas
superficialmente.
Pesar las probetas y registrar los datos.
2.5.3.3. Determinación de flexión estática (ASTM D 143-09)
Se tomaron 5 probetas de cada tablero con diferentes tamaños de partículas, teniendo 20
probetas en total (dimensiones: 300x50x15mm) para realizar este ensayo. Las probetas se
24
envían al Laboratorio de Análisis de Esfuerzos y Vibraciones de la Escuela Politécnica
Nacional.
2.5.3.4. Determinación de dureza ( ASTM D143-09)
Para realizar éste ensayo se tomaron 5 probetas de cada tablero dando un total de 20
probetas de dimensiones 150x50x15mm. Las probetas se envían al Laboratorio de Análisis
de Esfuerzos y Vibraciones de la Escuela Politécnica Nacional.
2.5.3.5. Determinación de compresión (ASTM D143-09)
En este ensayo se utilizan probetas de 30x10x5mm.
Tomar las dimensiones exactas de la probeta con el calibrador.
Encender el equipo de resistencia mecánica y seleccionar los accesorios adecuados para
la medición.
Colocar la probeta en la prensa, ajustar la altura adecuada.
Presionar el botón Start, y registrar los valores de fuerza ejercida.
25
3. DATOS EXPERIMENTALES
3.1. Tamaño de partícula
En la tabla 5 se indican los datos obtenidos para determinar la luz de malla de los tamices.
Tabla 5. Datos para la determinación de luz de malla
Tamiz Diámetro, mm Longitud, mm Número de mallas
1 0,5 60 13
2 0,2 40 18
3.2. Datos para determinar la Densidad de los tableros de partículas
En la tabla 6 se muestran los datos obtenidos mediante la medición y pesaje de las probetas
para la determinación de la densidad de los tableros de partículas.
Tabla 6. Datos para determinación de Densidad
Tamaño de
partícula
Réplica Código Largo, cm Ancho, cm Espesor, cm Peso, g
1 1 T1-D1 7,060 2,520 1,520 21,1391
2 T1-D2 7,030 2,525 1,560 21,5597
3 T1-D3 7,060 2,525 1,550 21,1532
4 T1-D4 7,055 2,500 1,545 20,9790
5 T1-D5 7,050 2,505 1,550 21,0650
2 1 T2-D1 7,025 2,520 1,560 19,8946
2 T2-D2 7,050 2,520 1,560 20,4288
3 T2-D3 7,080 2,535 1,570 20,4603
4 T2-D4 7,050 2,530 1,530 20,2165
5 T2-D5 7,050 2,530 1,560 21,0006
26
Tabla 6. Datos para determinación de Densidad (Continuación)
Tamaño de
partícula
Réplica Código Largo,
cm
Ancho,
cm
Espesor,
cm
Peso, g
3
1 T3-D1 7,040 2,525 1,530 20,0717
2 T3-D2 7,030 2,530 1,570 21,9707
3 T3-D3 7,030 2,520 1,550 21,0293
4 T3-D4 7,050 2,525 1,580 19,6346
5 T3-D5 7,030 2,530 1,530 20,7419
MDF
1 MDF-D1 7,070 2,530 1,575 17,1561
2 MDF-D2 7,050 2,530 1,575 16,7616
3 MDF-D3 7,050 2,525 1,585 17,2568
4 MDF-D4 7,070 2,535 1,580 17,3140
5 MDF-D5 7,050 2,540 1,580 17,1281
3.3. Datos de Absorción de Humedad
En las tablas 7 y 8 se observan los datos obtenidos para la determinación de la absorción de
agua a las 2 horas y 24 horas respectivamente.
Tabla 7. Datos de Absorción de Humedad (2 horas de inmersión)
Tamaño de partícula Réplica Código Peso inicial, g Peso final, g
1
1 T1-D1 21,1391 23,1280
2 T1-D2 21,5597 23,8463
3 T1-D3 21,1532 23,1740
4 T1-D4 20,9790 22,7368
5 T1-D5 21,0650 23,0398
2
1 T2-D1 19,8946 21,6358
2 T2-D2 20,4288 21,7694
3 T2-D3 20,4603 22,0685
4 T2-D4 20,2165 22,4682
27
Tabla 7. Datos de Absorción de Humedad 2 horas de inmersión (Continuación)
Tamaño de partícula Replica Código Peso inicial, g Peso final, g
2 5 T2-D5 21,0006 22,2590
3
1 T3-D1 20,0717 21,6151
2 T3-D2 21,9707 23,6054
3 T3-D3 21,0293 22,6957
4 T3-D4 19,6346 21,6376
5 T3-D5 20,7419 22,2205
MDF
1 M-D1 17,1561 18,0078
2 M-D2 16,7616 17,6271
3 M-D3 17,2568 18,1065
4 M-D4 17,3140 18,1504
5 M-D5 17,1281 18,0311
Tabla 8. Datos de Absorción de Humedad (24 horas inmersión)
Tamaño de partícula Réplica Código Peso inicial, g Peso final, g
1
1 T1-A1 20,8202 24,2796
2 T1-A2 21,1309 24,7348
3 T1-A3 20,9784 24,6063
4 T1-A4 21,2529 21,7286
5 T1-A5 21,0088 24,4076
2
1 T2-A1 19,9301 24,0515
2 T2-A2 20,5210 24,3581
3 T2-A3 20,2407 24,0577
4 T2-A4 19,6483 23,7336
5 T2-A5 20,5561 24,3246
3
1 T3-A1 18,9626 24,0396
2 T3-A2 19,2691 24,8154
3 T3-A3 21,3668 25,1126
28
Tabla 8. Datos de Absorción de Humedad 24 horas de inmersión (Continuación)
Tamaño de partícula Réplica Código Peso inicial, g Peso final, g
3 4 T3-A4 22,0076 25,7385
5 T3-A5 19,4385 23,7679
MDF
1 M-A1 17,3216 21,0027
2 M-A2 16,8726 23,5069
3 M-A3 17,2231 23,2277
4 M-A4 16,8077 21,0241
5 M-A5 16,9439 23,2888
3.4. Datos para determinación de Compresión
En la tabla 9 se determinan los datos para el cálculo de Compresión en los tableros de
partículas.
Tabla 9. Datos para la determinación de Compresión.
Tamaño de partícula Réplica Código Largo, mm Ancho, mm Fuerza, N
1 1 T1-C1 30,70 10,00 635
2 T1-C2 30,65 10,00 652
3 T1-C3 30,70 10,95 664
4 T1-C4 30,80 10,95 687
5 T1-C5 30,60 10,90 756
2 1 T2-C1 30,70 10,05 522
2 T2-C2 30,65 10,85 545
3 T2-C3 30,60 10,95 553
4 T2-C4 30,30 10,90 580
5 T2-C5 30,80 10,95 648
29
Tabla 9. Datos para la determinación de Compresión (Continuación)
Tamaño de partícula Réplica código Largo, mm Ancho, mm Fuerza, N
3
1 T3-C1 30,60 10,85 474
2 T3-C2 30,65 10,95 487
3 T3-C3 30,65 10,95 497
4 T3-C4 30,60 10,90 462
5 T3-C5 30,55 10,95 481
MDF
1 MDF-C1 30,70 10,50 709
2 MDF-C2 30,80 10,20 721
3 MDF-C3 30,70 10,20 725
4 MDF-C4 30,65 10,45 748
5 MDF-C5 30,70 10,40 761
3.5. Datos de Flexión Estática
En la tabla 10 se representan los datos del ensayo de Flexión Estática.
Tabla 10. Datos de Flexión Estática
Tamaño Réplica Código Resistencia a la flexión, KPa
1
1 T1-F1 3,829
2 T1-F2 2,691
3 T1-F3 3,149
4 T1-F4 2,877
5 T1-F5 3,800
2
1 T2-F1 4,372
2 T2-F2 3,399
3 T2-F3 3,239
4 T2-F4 2,978
5 T2-F5 3,423
30
Tabla 10. Datos de Flexión Estática (Continuación)
Tamaño Replica Código Resistencia a la flexión, KPa
3
1 T3-F1 2,563
2 T3-F2 2,564
3 T3-F3 3,564
4 T3-F4 3,222
5 T3-F5 3,736
MDF
1 MDF-F1 21,207
2 MDF-F2 20,144
3 MDF-F3 22,650
4 MDF-F4 19,003
5 MDF-F5 22,523
3.6. Datos de Dureza
En la tabla 11 se observan los datos de Dureza Janka.
Tabla 11.Datos de Dureza
Tamaño Réplica Código Carga máxima registrada, N
1
1 T1-U1 4,192
2 T1-U2 4,040
3 T1-U3 4,191
4 T1-U4 4,007
5 T1-U5 4,189
2
1 T2-U1 3,986
2 T2-U2 3,876
3 T2-U3 3,207
4 T2-U4 3,663
5 T2-U5 3,826
31
Tabla 11. Datos de Dureza (Continuación)
Tamaño Replica Código Carga máxima registrada, N
3
1 T3-U1 1,961
2 T3-U2 1,983
3 T3-U3 2,060
4 T3-U4 1,688
5 T3-U5 2,027
MDF
1 MDF-U1 3,423
2 MDF-U2 3,290
3 MDF-U3 3,183
4 MDF-U4 3,299
5 MDF-U5 3,286
32
4. CÁLCULOS
4.1. Cálculo de la luz de malla
𝒘 = (𝑳
𝒏) − ∅ 1
Donde:
w= Luz de malla, mm
L= Longitud concreta, mm
n= Número de mallas longitudinales
ø= Diámetro del alambre
Cálculo modelo de la determinación de luz de malla
𝒘𝟏 = (60 𝑚𝑚
13) − 0,5 𝑚𝑚
𝒘𝟏 = 4,115 𝑚𝑚 ≈ 4𝑚
4.2. Cálculo de Densidad de los tableros de partículas
𝑫 =𝒎
𝒗 [
𝒈
𝒄𝒎𝟑] 2
𝒗 = 𝒍 × 𝒂 × 𝒆 [𝒄𝒎𝟑] 3
Donde:
D= Densidad
m= masa (g)
v= volumen (cm3)
33
l= largo (cm)
a= ancho (cm)
e= espesor (cm)
Cálculo modelo de la determinación de Densidad del tablero de partículas
𝒗 = 7,06𝑐𝑚 × 2,52 𝑐𝑚 × 1,52𝑐𝑚
𝒗 = 27,04 𝑐𝑚3
𝑫 =21,1391 𝑔
27,04 𝑐𝑚3
𝑫 = 0,7817 𝑔
𝑐𝑚3
4.3. Cálculo de la Absorción de Humedad en 2 horas y 24 horas
𝑨 = [𝑷𝒇−𝑷𝒊
𝑷𝒊× 100] [%] 4
Donde:
A= Absorción de humedad (%)
Pi= Peso inicial (g)
Pf= Peso final (g)
Cálculo modelo de la determinación de Absorción de Humedad.
Tiempo de inmersión= 2 horas
𝑨 = [23,1280 − 21,1391
21,1391 × 100]
𝑨 = 9,4086
34
Tiempo de inmersión= 24 horas
𝑨 = [24,2796 − 20,8202
20,8202× 100]
𝑨 = 16,6156 %
4.4. Cálculo de Compresión
𝝈 =𝑭
𝑨 [
𝑵
𝒎𝒎𝟐] 5
𝑨 = 𝑙 × 𝑎 [𝑚𝑚2] 6
Donde:
σ= Esfuerzo de compresión (N/mm2)
F= Fuerza (N)
A= Área transversal (mm2)
l = Largo (mm)
a= Ancho (mm)
Cálculo modelo de determinación del esfuerzo de Compresión
𝑨 = 30,70𝑚𝑚 × 10,00𝑚𝑚
𝑨 = 307,00 [𝑚𝑚2]
𝝈 =622 𝑁
307,00 𝑚𝑚2
𝝈 = 𝟐, 𝟎𝟑 [𝑵
𝒎𝒎𝟐]
35
5. RESULTADOS
5.1. Identificación de las partículas
5.1.1. Luz de malla
En la tabla 12 se muestra la luz de malla para obtener los tamaños de partícula.
Tabla 12. Resultados de la luz de malla
Tamiz Luz de
malla
1 4,115
2 2,022
5.1.2. Tamaño de partícula
En la tabla 13 se detallan los tamaños de partículas.
Tabla 13. Tamaño de partícula
Tamaño de partícula Luz de malla, mm
T1 >4
T2 4-2
T3 < 2
5.2. Propiedades Físicas y Mecánicas de los tableros de partículas
5.2.1. Densidad
La tabla 14 muestra los valores promedio obtenidos de Densidad con los diferentes tamaños
de partículas y en la figura 8 se representan los resultados en un diagrama de barras que nos
permite comparar a los tableros.
36
Tabla 14. Densidad
Tamaño de partícula Densidad, g/cm3
T1 0,7730
T2 0,7358
T3 0,7501
MDF 0,6068
Figura 8. Diagrama de Densidad
En la figura 8 se observa que la densidad de los TSEPR y la de MDF, está dentro de los
rangos de tableros de densidad media, que están expresados en la tabla 2.
5.2.2. Absorción de Humedad
La tabla 15 muestra los valores promedio de Absorción de Humedad después de 24 horas
de inmersión de los tableros.
Tabla 15. Absorción de Humedad 24 horas de inmersión
Tamaño de partícula Absorción de Humedad, %
T1 13,8469
T2 19,4720
T3 22,1975
MDF 31,5623
0.00
0.20
0.40
0.60
0.80
1.00
Den
sid
ad
, g/c
m3
Tableros de partícula
Densidad
T1
T2
T3
MDF
37
Figura 9. Diagrama de Absorción de Humedad 24 horas de inmersión
En la figura 9 están representados los valores de Absorción de Humedad de los tableros de
partículas después de un tiempo de inmersión de 24 horas, y se observa que a menor
tamaño de partícula, mayor capacidad de Absorción de Humedad.
La tabla 16 muestra los valores promedio de Absorción de Humedad después de 2 horas de
inmersión de los tableros.
Tabla 16. Absorción de Humedad 2 horas de inmersión
Tamaño de partícula Absorción de Humedad, %
T1 9,4643
T2 8,0609
T3 8,0768
MDF 5,0309
Figura 10. Diagrama de Absorción de Humedad 2 horas de inmersión
0.00
10.00
20.00
30.00
40.00
Ab
sorc
ión
de
Hu
med
ad
,%Tableros de partículas
Absorción de Humedad
T1
T2
T3
MDF
0.00
5.00
10.00
Ab
sorc
ión
de
hu
med
ad
, %
Tableros de partículas
Absorción de Humedad
T1
T2
T3
MDF
38
En la figura 10 se observa la absorción de agua después de un tiempo de inmersión de 2
horas, se puede observar que los tableros sintéticos de espuma de poliuretano reciclado
absorben mayor cantidad de agua a diferencia de los tableros de MDF.
5.2.3. Compresión
La tabla 17 muestra los valores promedio obtenidos de compresión.
Tabla 17. Compresión
Tamaño de partícula Compresión, N/mm2
T1 2,09
T2 1,73
T3 1,44
MDF 2,31
Figura 11. Diagrama de Compresión
En la figura 11 se observa que la resistencia a la compresión es mayor para los tableros de
MDF, además que se observa que las probetas de TSEPR se fragmentan y los tableros de
MDF pierden su forma.
5.2.4. Flexión estática
En la tabla 18 se muestran los valores promedio de Flexión Estática.
0.00
0.50
1.00
1.50
2.00
2.50
Com
pre
sión
, N
/mm
2
Tableros de partículas
Compresión
T1
T2
T3
MDF
39
Tabla 18. Resultados de Flexión Estática
Tamaño Resistencia a la flexión, KPa
T1 3,269
T2 3,222
T3 3,130
MDF 21,105
Figura 12. Diagrama de Flexión Estática
En la figura 12 se observa que los TSEPR tienen baja resistencia a la flexión, a diferencia
del MDF, esto se debe a la resina usada en cada tablero.
5.2.5. Dureza
En la tabla 19 se muestran los valores promedio de Dureza.
Tabla 19. Resultados de Dureza
Tamaño Carga máxima, N
T1 4,124
T2 3,712
T3 1,944
MDF 3,296
0.000
10.000
20.000
30.000
Fle
xió
n E
státi
ca, K
Pa
Tableros de partículas
Flexión Estática
T1
T2
T3
MDF
40
Figura 13. Diagrama de Dureza
En la figura 13 podemos observar que los TSEPR, tienen mayor dureza en función del
tamaño del partícula.
En la tabla 20 se resumen los resultados de los ensayos.
Tabla 20. Resumen de resultados de Propiedades Físicas y Mecánicas
Propiedades Tableros
T1 T2 T3 M
Densidad, g/cm3 0,77 0,74 0,75 0,61
Absorción de humedad(24h), % 13,85 19,47 22,56 31,56
Absorción de humedad(2h), % 9,46 8,06 8,08 5,03
Compresión, N/mm2 2,09 1,73 1,44 2,31
Flexión estática, KPa 3,27 3,22 3,13 21,11
Dureza, N 4,12 3,71 1,94 3,30
5.3. Análisis estadístico
Para el análisis estadístico se empleó Microsoft Excel, programa mediante el cual se
determinó la Prueba Chi cuadrado para saber si la hipótesis nula es aceptada, intervalos de
confianza con el fin de saber si los resultados obtenidos son aceptables y Control
Estadístico de Procesos para determinar si los valores de variabilidad están dentro de los
rangos aceptables.
0.000
1.000
2.000
3.000
4.000
5.000
Du
reza
, N
Tableros de partículas
Dureza
T1
T2
T3
MDF
41
5.3.1. Análisis estadístico para la comparación de propiedades
Hipótesis nula
Ho: Las propiedades de los tableros sintéticos con espuma de poliuretano reciclado no son
comparables con las propiedades del MDF.
Hipótesis alternativa
Hi: Las propiedades de los tableros sintéticos con espuma de poliuretano reciclado son
comparables con las propiedades del MDF.
Tabla 21. Resultados de la Prueba Chi cuadrado
Tableros χ2 Valor critico
T1 0,229 ≤ 9,488
T2 0,139 ≤ 9,488
T3 0,180 ≤ 9,488
Con los resultados de la tabla 21, se puede observar que Chi cuadrado calculado es menor
que el valor crítico, por lo tanto, la hipótesis nula es aceptada “Las propiedades de los
tableros sintéticos con espuma de poliuretano reciclado no son comparables con las
propiedades del MDF”.
5.3.2. Análisis de intervalos de confianza
En la tabla 22 se muestra el procedimiento para el cálculo de los intervalos de confianza,
para la densidad de los tableros de espuma de poliuretano y el MDF. Con nivel de
confianza del 95%.
Tabla 22. Intervalos de confianza
Tablero Varianza,
σ
Desviación
estándar, σ2
Margen de
error
Límite
superior
Límite
inferior
T1 0,000 0,007 0,008 0,781 0,765
T2 0,000 0,013 0,017 0,752 0,719
42
Tabla 22. Intervalos de confianza (Continuación)
Tablero Varianza,
σ
Desviación
estándar, σ2
Margen de
error
Límite
superior
Límite
inferior
T3 0,001 0,034 0,042 0,792 0,708
MDF 0,000 0,006 0,008 0,615 0,599
5.3.3. Control estadístico de procesos
Un proceso industrial está sometido a una serie de factores de carácter aleatorio que hacen
imposible fabricar dos productos exactamente iguales. Por lo que las características del
producto fabricado no son uniformes y presentan una variabilidad. Esta variabilidad es
indeseable y se desea reducirla o al menos mantenerla dentro de límites aceptables. El
Control Estadístico de Procesos es una herramienta útil para alcanzar este segundo objetivo.
Dado que su aplicación es en el momento de la fabricación, puede decirse que esta
herramienta contribuye a la mejora de la calidad de la fabricación. A continuación
analizaremos las propiedades de los TSEPR.
Dureza
Figura 14. Gráfica del rango de los datos de Dureza
Como se puede apreciar en la gráfica de rangos de Dureza, los datos están bajo control
debido a que los datos están dentro de los límites, el proceso está controlado
estadísticamente en términos del promedio del proceso y de la variabilidad del proceso.
0.000
1.000
2.000
3.000
4.000
5.000
6.000
1 2 3 4 5
Du
reza
, N
Número de réplicas
Tabla de rangos ( Dureza)
Rangos de
amplitud
Límite Central
Inferior
Límite Central
Límite Central
Inferior
43
Flexión Estática
Figura 15. Gráfica del rango de los datos de Flexión Estática
En la gráfica de rangos de Flexión Estática se aprecia los datos que están dentro de los
límites, el proceso está controlado estadísticamente en términos del promedio del proceso y
de la variabilidad del proceso.
Absorción de Humedad
Figura 16. Gráfica de rangos de los datos de Absorción de Humedad
Como se puede apreciar en la gráfica de rangos de Absorción de Humedad, los datos están
bajo control debido a que los datos están dentro de los límites, el proceso está controlado
estadísticamente en términos del promedio del proceso y de la variabilidad del proceso.
0.000
0.500
1.000
1.500
2.000
2.500
1 2 3 4 5
Fle
xió
n E
státi
ca, K
Pa
Número de réplicas
Tabla de rangos (Flexión
Estática)
Rangos de
amplitud
Límite Central
Inferior
Límite Central
Límite Central
Superior
0.0000
20.0000
40.0000
60.0000
80.0000
1 2 3 4 5
Ab
sorc
ión
de
Hu
med
ad
, %
Número de réplicas
Tabla de rangos (Absorción de
Humedad)
Rangos de
amplitud
Límite Central
Inferior
Límite Central
Límite Central
Superior
44
Compresión
Figura 17. Gráfica de rangos de los datos de Compresión
En la gráfica de rangos de Compresión se aprecia los datos que están dentro de los límites,
el proceso está controlado estadísticamente en términos del promedio del proceso y de la
variabilidad del proceso.
0.00
0.50
1.00
1.50
2.00
1 2 3 4 5Com
pre
sión
, N
/mm
2
Número de réplicas
Tabla de rangos (Compresión)
Rangos de
amplitud
Límite Central
Inferior
Límite Central
Límite Central
Superior
45
6. DISCUSIÓN
Las espumas de poliuretano son productos extremadamente duraderos e inertes, que
no se pudren y resisten la captación de la humedad, por lo que se convierten en
residuos difíciles de tratar. El cuidado del ambiente es actualmente una prioridad,
motivo por el cual se aprovecha éste recurso, proveniente de colchones usados que
son sometidos a procesos de desintegración mecánica para ser agregado a una
matriz polimérica para la elaboración de tableros sintéticos, dándole a la espuma de
poliuretano reciclado una aplicación económica y ambientalmente viable.
Uno de los retos para poder introducir un producto nuevo al mercado, es conocer
cuáles son las necesidades de los clientes, para poder garantizar su permanencia en
el mercado. La forma de evaluar el desempeño de los tableros sintéticos es a través
de sus características como dureza, absorción de humedad y densidad, las que deben
ser tomadas en cuenta de acuerdo con la utilidad que se va a dar al objeto elaborado
con el tablero. Por lo tanto estas características deben ser evaluadas tomando en
cuenta la utilidad de la pieza elaborada con el tablero sintético.
Las probetas de los tableros sintéticos en el ensayo de Compresión, se fraccionan al
recibir la carga debido a que la mayor parte de la composición de material es
termoplástico y las probetas de MDF pierden su forma debido a la fortaleza de los
enlaces macromoleculares entre el material de refuerzo y el material termoplástico.
En el análisis del Control Estadístico de Procesos, se analiza las Propiedades de las
probetas con graficas de rangos como se observa en las figuras 13,14, 15, 16, en las
que se determina que el proceso de fabricación está bajo control.
Para el tablero T2 de tamaño de partículas 4-2 mm, se repitió el ensayo de
Absorción de Humedad porque los datos (Anexo F) mostraban valores
cuestionables. En la repetición se obtuvieron datos dentro de la tendencia, esta
variación pudo ser debido a que en la elaboración de los tableros sintéticos, no
46
existe un protocolo que controle todas las variantes del proceso como la temperatura
de fraguado y las condiciones de curado. Además, la matriz polimérica puede
presentar diferentes características mecánicas debido al tiempo de canalización.
Los resultados de los ensayos de Compresión que se realizaron a las probetas, nos
indica que los tableros sintéticos de espuma de poliuretano reciclado con mayor
tamaño de partículas (>4mm), tienen valores similares a los valores del MDF.
El tamaño de muestra de esta investigación se determinó mediante muestreo en
mediciones de tiempos y procesos de trabajos industriales, dando un tamaño de
muestra de 35 probetas; debido a que, la elaboración de los tableros es artesanal, el
tamaño del tablero, las dimensiones normalizadas de las probetas para los ensayos
se decidió tomar 5 probetas con el fin de realizar comparaciones y proporcione la
información estadística necesaria para determinar el tamaño óptimo de la muestra.
47
7. CONCLUSIONES
En Ecuador no existe un mecanismo de reciclaje de espumas de poliuretano, que
ayude a solucionar esta problemática ambiental ya que no existen lugares de acopio
para este tipo de desechos. Por lo que esta investigación propone la utilización de
espuma de poliuretano pulverizada añadida a una matriz polimérica para producir
tableros con mejores características de resistencia a la humedad.
De acuerdo con el análisis de hipótesis Chi cuadrado que se observa en la tabla 21,
se aceptó la hipótesis que las propiedades de los tableros sintéticos con espuma de
poliuretano reciclado no son comparables con las propiedades del tablero MDF,
debido a sus procedencias que son sintéticas y naturales. Estas producen que las
propiedades como dureza, densidad, absorción de humedad de los materiales de
refuerzo sean diferentes.
En la elaboración de tableros prensados con espuma de poliuretano reciclado, el
tamaño de partícula de espuma pulverizada que otorga mejores propiedades y
características a la madera sintética fue el tablero de tamaño >4mm, como se puede
observar en la tabla 20, donde está el resumen de los resultados de los ensayos
físicos y mecánicos que fueron realizados a las probetas.
Al comparar la absorción de humedad de los tableros de MDF y los tableros
sintéticos de espuma de poliuretano reciclado, se puede observar que al cabo de 24
horas el tablero MDF pierde su forma, y aumenta su tamaño mientras que los
tableros sintéticos conservan su forma, este comportamiento es favorecido por la
influencia de la matriz termoplástica, que provoca una mayor impermeabilidad en el
tablero, lo que otorga al tablero sintético mejor utilidad en ambientes húmedos.
Las variaciones del tamaño de las partículas obliga un ajuste en la compactación de
los tableros mediante la aplicación de presión en el molde. Las partículas de mayor
tamaño requieren mayor compactación en el molde, con diferencia de las partículas
48
de menor tamaño, lo que influye en la Absorción de Humedad de los tableros
sintéticos de espuma de poliuretano reciclado como se observa en la figura 9.
Los tableros sintéticos de espuma de poliuretano reciclado, son considerados como
tableros de densidad media ya que están dentro del rango de 0,4 – 0,8 g/cm3 como
se puede observar en la Tabla 20, por lo que los tableros sintéticos pueden ser
utilizados como estructuras en muebles con la finalidad de utilizar menor cantidad
de madera y además, mejorar la capacidad de resistencia a la humedad debido a su
matriz polimérica.
Observando en la figura 9, se concluye que la compresión en la etapa de moldeo es
inversamente proporcional a la capacidad de Absorción de Humedad que tendrán
los tableros sintéticos.
Tanto los tableros sintéticos y tableros MDF pueden ser utilizados bajo las mismas
condiciones de Compresión, debido a sus valores que son similares como se
presentan en la tabla 17.
La cantidad de resina que se utiliza en la elaboración de los tableros sintéticos es
inversamente proporcional con la propiedad mecánica de Flexión Estática y como
resultado muestra que los tableros no tienen buenas condiciones de resistencia a la
flexión a diferencia de la resistencia del MDF que tiene 21 KPa y los tableros
sintéticos aproximadamente 3 KPa como se observa en la tabla 18.
La dureza de los tableros sintéticos de espuma de poliuretano reciclado, tiene
relación directa con el tamaño de partículas, a mayor tamaño de partícula mayor es
la dureza del tablero como se observa en la tabla 19. Por tanto los tableros con
partículas grandes tienen mayor resistencia al desgaste y rayado.
49
8. RECOMENDACIONES
Se recomienda realizar estudios considerando el volumen de la espuma
pulverizada, para poder mantener la misma presión en la etapa de moldeo.
Experimentar la elaboración de tableros sintéticos con distintas proporciones de
resina- pulverizado de poliuretano, para conseguir mejores resistencias a la flexión
de los tableros, y lograr que estos tengan mayor elasticidad y así conseguir que
tengan mejores resistencias.
Para conseguir mejores Propiedades Físicas y Mecánicas en los tableros sintéticos,
se podría incrementar como materia prima fibras de refuerzo que le brinden mejores
propiedades mecánicas como flexión, compresión y tracción.
Debido a que los tableros sintéticos de espuma de poliuretano reciclado son un
producto del que no se tiene referencias en cuanto a las características del material,
se podría realizar estudios comparativos con otros tipos de tableros para tener una
visión más clara del campo de aplicación de los nuevos tableros.
Recomiendo implementar un protocolo de producción en el que se controlen el
tiempo de mezclado de la resina con espuma pulverizada, la compresión en el
moldeo, las temperaturas de fraguado y condiciones de curado de los tableros para
asegurar la homogeneidad en las características mecánicas de los tableros
producido.
50
CITAS BIBLIOGRAFICAS
[1] STUPENENGO, F., Materiales y materias primas. Buenos Aires: Instituto Nacional de
Educación Tecnológica, 2001. p.7
[2] Ibíd. pp. 7-8
[3] AIMPLAS . Instituto tecnológico del plastico. Tipos de materiales compuestos.[En
línea].[Fecha de consulta: 28 de mayo 2018]. Disponible en
https://www.aimplas.es/blog/tipos-de-materiales-compuestos
[4] QUIMINET. Materiales compuestos. [En línea]. [Fecha de consulta:28 de mayo del
2018]. Disponible en: https://www.quiminet.com/articulos/que-son-los-materiales-
compuestos-15015.htm
[5] STUPENENGO, F., Materiales y materias primas. Buenos Aires: Instituto Nacional de
Educación Tecnológica, 2001. pp. 14-15
[6] Ibíd. pp. 17-18
[7] Ibíd. p. 17
[8] CHAN, M. ARAUJO, O. AZUETA, M. & SOLÍS, L. Tableros de madera de
partículas. Red de Revistas Científicas de América Latina y el Caribe, España y
Portugal, 2004.p. 39
[9] BECKLAKE, J., & SUE. Temas verdes- pensando en el futuro- Contaminación.
Zaragoza- España: Edelvives, 2001. p. 31
[10] Centro de transferencias tecnologicas, La construccion de la vivienda en madera, 2007.
p. 54
[11] CALLE, J. Análisis comparativo de diferentes metodos para determinación de dureza
en maderas. Valencia: Universidad de Valladolit, 2013. p. 45
51
[12] CHAN, M. et al Tableros de madera de partículas. Red de Revistas Científicas de
América Latina y el Caribe, España y Portugal, 2004.p. 40
[13] COFAN. Consejo Nacional de la Madera en la Construccion . Manual de Construccion
de estructuras Ligeras de Madera. Mexico D.F.1994. p. 34
[14] CHAN, M. et al Tableros de madera de partículas. Red de Revistas Científicas de
América Latina y el Caribe, España y Portugal, 2004.p. 44
[15] Ibíd. p. 45
[16] MARCIA MATEU, A. Tableros de posidonia oceanica y particulas de madera de pino.
Alicante: Universidad de Alicante, 2015. P. 39
[17] CHAN, M. et al Tableros de madera de partículas. Red de Revistas Científicas de
América Latina y el Caribe, España y Portugal, 2004.p. 44
[18] MARCIA MATEU, A. Tableros de posidonia oceanica y particulas de madera de pino.
Alicante: Universidad de Alicante, 2015. P. 41
[19] TORRES, G., & PEREDO, L, Bosque Vol. 12 Fabricación de tableros de partículas
con desechos industriales,1991. p. 49
[20] Ibíd. p. 50
[21] CALLE, J. Análisis comparativo de diferentes metodos para determinación de dureza
en maderas. Valencia: Universidad de Valladolit, 2013. p. 102
[22] MARCIA MATEU, A. Tableros de posidonia oceanica y particulas de madera de pino.
Alicante: Universidad de Alicante, 2015. P. 57
[23] ENCALADA, O., & CASTILLO, F, Universidad Nacional de Loja .Propiedades
físicas y mecánicas de 10 especies forestales de la reserva forestal "La Zarza"en la
provincia de Zamora Chinchipe. Loja, Ecuador, 1998. P. 23
[24] JARAMILLO, F., & ONTANEDA, G. Universidad Nacional de Loja, Estudio de las
caracteristicas tecnologicas, trabajabilidad y usos de la especie forestal Pollalesta
karstenii,Pigue. Loja, Ecuador, 1989. P. 46
52
[25] ARNOLD, M., & STEIGER, R. The influence of wind-induced compression failures
on the machanical properties of spruce structural timber. Materials and Structures.
40, 2006. pp. 57-68
[26] CALLE, J. Análisis comparativo de diferentes metodos para determinación de dureza
en maderas. Valencia: Universidad de Valladolit, 2013. p. 110
[27] Ibíd. p. 111
[28] UNIVERSIDAD CENTROAMERICANA JOSÉ SIMÓN CANVAS, Ensayo en
tension, compresion y corte en madera. El Salvador. 2015. p. 72
[29] MARCIA MATEU, A. Tableros de posidonia oceanica y particulas de madera de pino.
Alicante: Universidad de Alicante, 2015. P. 34
[30] TORRES, G., & PEREDO, L, Bosque Vol. 12 Fabricación de tableros de partículas
con desechos industriales,1991. p. 57
53
BIBLIOGRAFÍA
CABILDO, M. d., CLARAMUNT, R., & CORNAGO, M., Universidad
Nacional de Educación a Distancia. Reciclado y tratamiento de residuos.
Madrid, 2008.
CASTELLS, X. E., Reciclaje y tratamiento de residuos diversos. Madrid, 2012
MARTÍNEZ, G., HERNÁNDEZ, J. B., LÓPEZ, T., & MENCHACA, C.,
Materiales sustentables y reciclados en la construcción. Omnia Science
Plublisher S.L., 2015
MORA, L., HERNÁNDEZ, J., MARTIRENA, J., & JIMÉNEZ, A. El tablero de
bambú prensado, una nueva propuesta. Revista Ingeniería de la Construcción,
179-186. Obtenido de SciELO:
http://www.scielo.cl/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0718-
50732008000300006
POBLETE, H., LONCOMILLA, E., & INZUNZA, L., Densidad del tablero de
partículas y estabilidad dimensional. Bosque, 70,2000.
VIRGINIE, M., & GIACOPELLI, N., Proyecto Natur. Nuevos emprendimientos
editoriales S.L. Barcelona, 2011.
54
ANEXOS
55
Anexo A. Equipos usados para la elaboración de tableros
Figura A.1. Secadora de tambor
Figura A.2. Prensa de platos planos
56
Anexo B. Partículas
Figura B.1. Diferentes tamaños de partículas
Figura B.2. Tamizado de partículas
57
Anexo C. Identificación de probetas
Figura C.1. Probetas para los ensayos de Densidad.
Figura C.2. Probetas para los ensayos de Absorción de Humedad.
Figura C.3. Probetas para el ensayo de Compresión.
58
Figura C.4. Probetas para ensayo de Dureza.
Figura C.5. Probetas para el ensayo de Flexión estática.
59
Anexo D. Equipos para ensayos
Figura D.1. Pesaje de probetas.
Figura D.2. Equipo de Resistencia Mecánica
60
Figura D.3. Absorción de Humedad
61
Anexo E. Resultados de los ensayos
Figura E.1. Resultados de ensayos de Propiedades Mecánicas
62
Figura E.2. Resultados de ensayos de Propiedades Mecánicas (Continuación)
63
Figura E.3. Resultados de ensayos de Propiedades Mecánicas (Continuación)
64
Anexo F. Datos del ensayo de Absorción de Humedad.
Tabla 23. Datos de primer ensayo de Absorción de Humedad
Tamaño de partícula Absorción de humedad, %
1 13,8469
2 40,8837
3 22,1975
MDF 31,5623
Figura F.1. Diagrama de Absorción de Humedad
0.00
10.00
20.00
30.00
40.00
50.00
1
Ab
sorc
ión
de
hu
me
da
d,%
Tableros de partículas
Absorción de humedad
T1
T2
T3
M
