Desarrollo de un proceso para la obtención de un material compuesto biodegradable reforzado con fibras cortas de carrizo (Phragmites Australis).

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Título : Desarrollo de un proceso para la obtención de un material compuesto biodegradable reforzado con fibras cortas de carrizo (Phragmites Australis).
Autor : Fernández Guevara, Nelson Wladimir
Director de Tesis: Fajardo Seminario, Jorge Isaac
Resumen traducido: In the present investigation, a laboratory-scale experimental process is established to obtain a biodegradable composite with short reed fibres as reinforcement. The reed fibre was obtained by steam explosion process with a severity factor of 3.3. The average moisture content of the reed (11.8 %) and the average extraction yield of short fibre (149 - 250 µm) (44.01 %) were determined, which were considered as the basis for the calculation of the process flow diagram (PFD). Using a central composite rotational design with three central points, 11 experimental runs were prepared by varying the weight content of the short reed fibre (FC) and coupling agent (BP-1). The specimens were obtained by injection moulding and their mechanical properties were evaluated under tensile (ASTM D638) and flexural (ASTM D790) stresses. The composite of run 8 (30 %FC, 11.46 %BP-1 and 58.54 %PLA) exhibited the highest tensile strength value of 50.3 MPa, presenting an increase of 11.78 % over the pure PLA value (45 MPa). While, in the flexural test, the composite of run 2 (20 %FC, 10 %BP-1 and 70 %PLA) improved by 11.86 % from 70 MPa (pure PLA) to 78.3 MPa. The experimental investigation shows that the higher the weight content of BP-1 the mechanical properties of the composites show a significant increase, since it allows an efficient transfer of stresses from the matrix to the reinforcement. In order to obtain the biodegradable composite, a PFD was elaborated in AutoCAD and a production of 2.5 kg/h with a composition (30 %FC, 11.46 %BP-1 and 58.54 %PLA) was established. This requires a fresh reed feed of 1.94 kg/h, 0.29 kg/h BP-1, 1.46 kg/h PLA and 0.75 kg/h short reed fibre. And, it is proposed to use a co-rotating twin-screw extruder, which should not exceed a maximum temperature of 170 °C to preserve the structural integrity of the reed fibre.
Resumen : En la presente investigación, se establece un proceso experimental a escala de laboratorio para obtener un composite biodegradable con fibras cortas de carrizo como refuerzo. La fibra de carrizo fue obtenida mediante el proceso de explosión de vapor con un factor de severidad de 3.3. Se determinó el contenido de humedad promedio del carrizo (11.8 %) y el rendimiento promedio de extracción de fibra corta (149 – 250 µm) (44.01 %), datos que fueron considerados como base de cálculo para el diagrama de flujo de procesos (PFD). Mediante un diseño central compuesto rotacional con tres puntos centrales se prepararon 11 corridas experimentales variando el contenido en peso de la fibra corta de carrizo (FC) y agente de acople (BP-1). Las probetas fueron obtenidas mediante inyección y se evaluaron sus propiedades mecánicas bajo esfuerzo de tracción (ASTM D638) y flexión (ASTM D790). El composite de la corrida 8 (30 %FC, 11.46 %BP-1 y 58.54 %PLA) exhibió el valor más alto de resistencia a la tracción 50.3 MPa, presentando un incremento del 11.78 % respecto al valor del PLA puro (45 MPa). Mientras que, en el ensayo a flexión el composite de la corrida 2 (20 %FC, 10 %BP-1 y 70 %PLA) mejoró en un 11.86 % de 70 MPa (PLA puro) a 78.3 MPa. La investigación experimental denota que a mayor contenido en peso de BP-1 las propiedades mecánicas de los composites presentan un incremento significativo, puesto que, permite una trasferencia eficiente de esfuerzos desde la matriz al refuerzo. Para la obtención del composite biodegradable se elaboró un PFD en AutoCAD y se establece una producción de 2.5 kg/h con una composición (30 %FC, 11.46 %BP-1 y 58.54 %PLA). Para lo cual, se requiere una alimentación fresca de carrizo de 1.94 kg/h, 0.29 kg/h de BP-1, 1.46 kg/h de PLA y 0.75 kg/h de fibra de carrizo corta. Y, se propone emplear una extrusora de doble husillo corrotante, la misma que, no debe superar la temperatura máxima de 170 °C para conservar la integridad estructural de la fibra de carrizo.
Palabras clave : PRODUCCIÓN Y OPERACIONES INDUSTRIALES
MATERIALES BIODEGRADABLES
FIBRA VEGETAL
ANÁLISIS DE MATERIALES
Fecha de publicación : 2026
URI : http://dspace.ups.edu.ec/handle/123456789/32845
Idioma: spa
Pertenece a las colecciones: Posgrado

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