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Prototipo de máquina para la creación de aglomerados apartir de la fibra de coco y palma africana
Tipo: Tesis
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Diseño y Construcción de un Prototipo de Máquina para la Creación de Aglomerados a Partir de la fibra de Coco de Palma Africana Brayan Armando Tobar Benavides Jesús Ernesto Pejendino Venegas Corporación Universitaria Autónoma de Nariño Facultad de Ingeniería Programa de Ingeniería Mecánica San Juan de Pasto 2023
Diseño y Construcción de un Prototipo de Máquina para la Creación de Aglomerados a Partir de la fibra de Coco de Palma Africana Brayan Armando Tobar Benavides Jesús Ernesto Pejendino Venegas Trabajo de grado para obtener el título ingeniero mecánico Asesor técnico Ingeniero. Juan España Asesor metodológico Ingeniera. Cristina Meneses Corporación Universitaria Autónoma de Nariño Facultad de Ingeniería Programa de Ingeniería Mecánica San Juan de Pasto 2023
Lista de Tablas
Lista de Figuras
1. Título del Proyecto Diseño y construcción de prototipo de máquina para la creación de aglomerados a partir de fibra de coco y palma africana.
2. Planteamiento del Problema 2.1 Descripción del Problema Los aglomerados a base de madera, se han incrementado constantemente y se obtienen por aglutinación y prensado de partículas de madera o algún otro material, según Moslemi (1994) estos aglomerados en la actualidad son utilizados en diversos campos, los más utilizados son los elaborados con la madera aserrada. Sin embargo, la sobre explotación de los recursos madereros por la creciente demanda de compuestos aglomerados a nivel mundial, ha generado que muchas investigaciones se centren en la búsqueda del aprovechamiento de otro tipo de fibras, buscando disminuir la gran problemática ambiental que se genera en este tipo de procesos, que se derivada de la actividad ingenieril. Por tal razón, la nueva normativa ambiental, así como líneas de investigación y del pensamiento, buscan la disminución de la contaminación y la reducción en la producción de residuos como un primer paso en mitigar el impacto generado. A nivel mundial, la mayoría de los aglomerados para la construcción utilizan resinas plásticas basadas en compuestos tóxicos además de ser considerados cancerígenos. Por otra parte, la creciente demanda de estos materiales tras la acelerada urbanización y la indiscriminada tala de árboles del que se obtienen, hacen que sea fundamental buscar otro tipo de alternativas más amigables con el medio ambiente. Bajo esta premisa, se tiene como objetivo elaborar un compuesto aglomerado mediante el aprovechamiento de desechos agroindustriales de la palma africana y fibra de coco. La conformación del aglomerado se realizará mediante un proceso de termo compresión que permitirá el ablandamiento de la lignina, lo que servirá de aglutinante para las fibras confiriéndoles rigidez sin la necesidad de utilizar adhesivos sintéticos, de esta manera buscaremos remplazar los
Ante este contexto, se toma en cuenta para esta investigación el diseño de prototipo de máquina que ayude a la creación de aglomerados a partir de fibra de coco y palma africana, tomando en cuenta todas las corrientes que han promovido la utilización (o reutilización) de materiales poco convencionales que en su mayoría son el resultado de otros procesos productivos y se consideran productos de desecho, pero que, con un adecuado tratamiento, pueden aportar a mejorar el desempeño del producto final en propiedades como su durabilidad o resistencia, como es el caso del desecho de las plantas procesadoras de aceite de la palma africana llamada “cuesco”, este material es usado de forma frecuente para la adecuación y mantenimiento de vías internas de las plantaciones, por sus propiedades, el objeto de este trabajo es caracterizar el material de fibra de coco o palma africana para probar la viabilidad de su uso como aglomerados, parcial o total, dando así más utilidad y conocimiento aun nuevo material transformado o combinado con distintos aditivos, que logre nuevas propuestas de uso. 2.2 Formulación del Problema ¿Cómo obtener nuevas alternativas de aglomerado tecnificando procesos y aprovechando propiedades mecánicas de diferentes elementos utilizados? 2.3 Justificación En la actividad de la construcción se utilizan muchos materiales que han perjudicado de forma significativa el medio ambiente, según Enshassi et al. (2014) en las construcciones se consumen materiales vírgenes y energía proveniente de recursos fósiles, que en su ciclo de vida emiten gases de efecto invernadero y otros contaminantes. Entre estos, se encuentra también las actividades antropogénicas, que han generado tanto un desarrollo desmedido de la economía como un incremento de residuos o materiales que son descartados con rapidez, cuando éstos tienen una gestión inadecuada se generan efectos
nocivos que hoy en día son más visibles. Tal es el caso de las actividades agrícolas, en donde no se realiza la disposición adecuada de residuos y se terminan incinerando. Si bien esto permite eliminar el material emite a escala mundial de su total 40% en CO2, 32% en CO, 20% en material particulado y 50% en hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAP). En la era preindustrial se tenía un umbral de concentración de CO2 de alrededor de 280 partes por millón (ppm), y apenas en 2018 esta cantidad casi se duplicó a las 408.6 ppm (Semarnat, 2018). De igual forma, el material particulado proveniente del humo de incineración está conformado en su mayoría por partículas menores a 10 micrómetros, denominadas PM10, las cuales se caracterizan por ingresar fácilmente a los pulmones y perjudicar su absorción de oxígeno (Quintero y Moncada, 2008). Según la Norma Oficial Mexicana NOM-025 (Diario Oficial de la Federación, 2021) el valor límite para una buena calidad del aire de las partículas PM10 es de 36 microgramos por metro cúbico (μg/m3), promedio anual, pero se estima que de la quema de residuos como algodón o sorgo genera una emisión anual de 13.37 g y 21.56 g de PM10 sobre kilogramo de residuo incinerado, respectivamente (Álvarez, 2016). (Villalobos y Ocampo, 2022, p. 137) En general, los aglomerados comerciales utilizan fibras lignocelulósicas mezcladas con adhesivos sintéticos, debido a su buena capacidad de unión y su corto periodo de curado (Anglès et al., 1999) por esta razón la lignina presente en los subproductos vegetales funciona como un adhesivo en su estructura celular (Börcsök y Pásztory, 2021), además se asemeja a un sellador que reduce permeación de agua a través de las paredes celulares y actúa como una defensa natural contra su deterioro (Ang et al., 2019) por esto, resulta ser un componente vital en la producción de aglomerados auto adheridos, es decir, sin la adición de resina sintética alguna. (Villalobos y Ocampo, 2022, p. 137)
Finalmente se considera útil para las investigadoras de este estudio, ya que ayudará a afianzar el desarrollo profesional e intelectual como estudiantes de Ingeniería. Mecánica; y de este modo ampliar el conocimiento adquirido a lo largo del programa, como el diseño, la mecánica, los sistemas avanzados de manufactura, materiales de ingeniería y procesos de manufactura, necesarios para optar al título de ingeniero mecánico, demostrando en el proceso las aptitudes y experiencia que se ha forjado a lo largo del aprendizaje recibido por parte de los docentes de la Corporación Universitaria Autónoma de Nariño.
3. Objetivos 3.1 Objetivo General Diseñar y construir prototipo de máquina para la creación de aglomerados a partir de fibra de coco y palma africana 3.2 Objetivos Específicos ✓ Analizar e investigar los criterios necesarios para la creación de aglomerados sin resinas adhesivas con propiedades físico-mecánicas optimas ✓ Diseñar un prototipo de maquina teniendo en cuenta el análisis estructural ✓ Determinar las propiedades físicas y mecánicas según la norma ASTM ✓ Desarrollar un instructivo de usos para implementar en el prototipo de maquina
Hernández (2018) este trabajo de investigación pretende dar una utilización a los desechos de coco en la industria de la construcción, para reducir en gran manera la contaminación, la cáscara de coco, cuesco y la estopa podrían ser utilizados como materia prima, para múltiples propósitos industriales. En la industria de tableros aglomerado se utilizan materia prima convencional siendo la tala de árboles su principal fuente de aprovisionamiento utilizando muchas especial maderables, como consecuencia esto afecta directamente al medio ambiente y al ecosistema debido a la tala indiscriminada de árboles disminuyendo bosques y lugares. El modelo de investigación que se utilizó en la exploración realizada es experimental constituyendo una panorámica general que aproxima la investigación a una realidad exploratoria para la investigación de campo. Para la evaluación de los efectos entre los niveles y tratamientos se realizó la prueba de tukey en el programa Statgraphics e InfoStat. En los aportes se encuentra que, en los estudios estadísticos realizados para tableros aglomerados, lo más recomendable fue trabajar con coco seco para los estados de coco y resina urea formaldehído en cuanto a ligante, pues son los más óptimos, y el más beneficioso para no perjudicar el medio ambiente. Se relaciona la investigación sobre Prototipo de panel a partir de fibra de estopa de coco y cascarilla de arroz para el área de la construcción , realizada por Vizcaíno (2023) quien tuvo como finalidad diseñar un nuevo material, un panel con la utilización de materias orgánicas como la fibra de estopa de coco y cascarilla de arroz, siendo considerados estos como desechos que al ser reutilizados contribuiría al medio ambiente. Para su elaboración fue necesaria la experimentación con diferentes dosificaciones tanto de las materias orgánicas como de los aglutinantes, se usaron tres diferentes tipos de aglutinante, como lo son la cola blanca, almidón de yuca y resina de poliéster, también se experimentó con los diferentes tamaños de la fibra de estopa
de coco como también de la cascarilla de arroz, todo esto fue necesario para obtener una mezcla homogénea y un prototipo final cuyo propósito es ser usado en ambientes interiores. Como aporte se tiene en cuenta la elaboración de 14 prototipos distintos que tuvieron la finalidad de establecer el prototipo con mejores características. Los prototipos elaborados con fibra de estopa de coco presentaron propiedades físicas bajas, obteniendo mejores resultados los prototipos elaborados con resina. También el trabajo de grado sobre Elaboración de tableros aglomerados auto adheridos a partir de residuos agroindustriales , realizado por Villalobos y Ocampo (2022) quienes tuvieron como objetivo desarrollar un compuesto aglomerado auto adherido para su uso como tableros de muros divisorios interiores mediante el aprovechamiento del desecho agroindustrial de la industria del aceite de palma y fibras de coco. La conformación del aglomerado se realizó mediante un proceso de termo compresión que permitió el ablandamiento de la lignina, lo que sirvió de aglutinante para las fibras y les confirió de rigidez sin la necesidad de utilizar adhesivos sintéticos. Como aporte se destaca como por medio de este proyecto se obtiene un diseño óptimo de un prototipo de máquina de termo compresión para materiales aglomerados que permite reutilizar materiales desechados por otros procesos generando un nuevo ciclo de vida y un aporte para mejorar el medio ambiente. Finalmente, el trabajo sobre un diseño de construcción de un prototipo de termo conformado para materiales aglomerados , realizado por Conde (2018) con el objetivo de diseñar y construir una máquina que permita la obtención de un aglomerado, aplicando conceptos de diseño mecánico mediante la realización de cálculos para obtener los parámetros iniciales de forma, rigidez y selección de materiales, que fueron comprobados con ayuda de CAD y software de simulación, buscando construir una máquina eficiente sin generar elevados costos de
