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Estudio de biocompuestos con refuerzo de fibra de pseudotallo/platano para creaci�n de partes automotrices: Revisi�n

 

Estudio de biocompuestos con refuerzo de fibra de pseudotallo/platano para creaci�n de partes automotrices: Revisi�n

 

Estudo de Biocomp�sitos com Refor�o de Pseudocaule / Fibra de Banana para Cria��o de Pe�as Automotivas: Revis�o

 

 

�Dario Borja-Soto ^I

dxborja@uce.edu.ec

https://orcid.org/0000-0002-0044-8812

 

Abel Remache-Coyago ^II

apremache@uce.edu.ec��

https://orcid.org/0000-0001-6863-4104

 

Correspondencia: dxborja@uce.edu.ec

Ciencias t�cnicas y aplicadas.

Art�culo de investigaci�n

 

*Recibido: 10 de abril de 2021 *Aceptado: 03 de mayo de 2021 * Publicado: 01 de junio de 2021

 

                               I.            Ingeniero Automotriz, Universidad Central del Ecuador, Postgrado Facultad de Ingenier�a y Ciencias Aplicadas, Quito, Ecuador.

                            II.            Magister en Gerencia y Liderazgo Educacional, Master Universitario en Energ�as Renovables y Sostenibilidad Energ�tica, Ingeniero Automotriz, Universidad Central del Ecuador, Postgrado Facultad de Ingenier�a y Ciencias Aplicadas, Quito, Ecuador. �

Resumen

La b�squeda de nuevas alternativas en la elaboraci�n de autopartes es de gran tendencia para la conservaci�n de recursos naturales en el cambio de materia prima de un no renovable a un biodegradable. El pseudotallo de pl�tano es un material con gran potencial por sus propiedades y abundancia de materia prima en el Ecuador y el mundo, siendo esta una alternativa v�lida para el reemplazo del pl�stico ABS de alto impacto usado para la manufactura de elementos externos del autom�vil. El bocel automotriz es el elemento base para ser reemplazado por su facilidad de fabricaci�n y gran cantidad de faltantes en el stock de postventa considerado una autoparte de baja rotaci�n comercial. El material id�neo fue seleccionado mediante un an�lisis comparativo en m�s de 30 pol�meros tomado de varias investigaciones. Mediante simulaci�n computacional se realiz� una caracterizaci�n, donde fue relevante la combinaci�n de la fibra de banana/poli�ster de 30 mm longitud, se obtuvo el mejor resultado con 50% de compuesto, con caracter�sticas mec�nicas similares al ABS y una variaci�n del 4%, una resistencia a la tracci�n de 48 MPa, elongaci�n de 7% y M�dulo de Young de 1,53.

Palabras claves: Pseudotallo de pl�tano; bocel automotriz; propiedades mec�nicas; ABS alto impacto; simulaci�n computacional.

 

Abstract

The search for new alternatives in the production of automotive parts is a great contribution for the conservation of natural resources by interchanging raw material from a non-renewable to a biodegradable one. The banana pseudostem is a material with great potential due to its properties and abundance as a raw material in the whole world, particularly in Ecuador which make it becoming a valid alternative for the replacement for the high impact ABS plastic used for the manufacture of external elements of the car. The automotive bocel is the main element to be replaced since it is simple to manufacture and it is one of the most demanded parts in stock considered a low-turnover auto part. The suitable material was selected through a comparative analysis of more than 30 polymers taken from numerous research where a characterization was carried out through computational simulation. It demonstrated that the combination of the 30 mm length banana/polyester fiber was relevant concluding that the best result was obtained with 50 percent of the compound which had mechanical characteristics similar to ABS plastic with a 4 percent variation, a 48 MPa tensile strength, a 7 percent elongation and a 1.53 Young's modulus.

Keywords: Banana pseudostem; automotive bocel; mechanical properties; high impact ABS; computational simulation.

 

Resumo

A busca por novas alternativas na fabrica��o de autope�as � uma grande tend�ncia para a conserva��o dos recursos naturais na mudan�a da mat�ria-prima de uma n�o renov�vel para uma biodegrad�vel. O pseudocaule de banana � um material com grande potencial devido �s suas propriedades e abund�ncia de mat�ria-prima no Equador e no mundo, sendo esta uma alternativa v�lida para a substitui��o do pl�stico ABS de alto impacto utilizado na fabrica��o de elementos externos do carro. A pe�a automotiva � o elemento base a ser substitu�do devido � sua facilidade de fabrica��o e grande quantidade de pe�as em falta no estoque p�s-venda, considerada uma pe�a de autom�vel de baixo giro. O material ideal foi selecionado por meio de uma an�lise comparativa em mais de 30 pol�meros retirados de v�rias investiga��es. Por meio de simula��o computacional, foi realizada uma caracteriza��o, onde a combina��o da fibra de banana / poli�ster de 30 mm de comprimento foi relevante, o melhor resultado foi obtido com 50% do composto, com caracter�sticas mec�nicas semelhantes ao ABS e uma varia��o de 4% , uma resist�ncia � tra��o de 48 MPa, alongamento de 7% e m�dulo de Young de 1,53.

Palavras-chave: Banana pseudostem; bocel automotivo; propriedades mec�nicas; ABS de alto impacto; simula��o computacional.

 

Introducci�n

En la actualidad del mundo automotriz la b�squeda de nuevas alternativas para la elaboraci�n de autopartes es un punto primordial de estudio para las empresas automotrices, ya que la tendencia es la conservaci�n de los recursos naturales del planeta, por lo que el cambio de la materia prima a una natural alternativa renovable y biodegradable es una necesidad (Freier et al., 2005), el cambio de la materia prima dependiente de recursos no renovables a una biodegradable y renovable ayuda al cuidado del ecosistema (Murali Mohan Rao et al., 2010). La fabricaci�n de autopartes automotrices con su materia prima tradicional est� obsoleta, y a su vez genera da�os al medio ambiente, por lo cual se han realizado varios estudios buscando alternativas� en el proceso de manufactura, usando fibras de semilla como algod�n, fibra de coco, paja de trigo, bagazo y hasta bambu(Murali Mohan Rao et al., 2010).

Se debe tener en cuenta que cualquier material natural o artificial puede ser capaz de ser definido como fibra, las fibras naturales son las que proceden de animales o plantas, los investigadores se enfocan en la b�squeda de los NFC (compuestos de fibras naturales) (Kenned et al., 2020), los beneficios que poseen mencionados NFC es buena a comparaci�n de los compuestos comerciales, siendo una mejora en la resistencia el�ctrica, aislamiento ac�stico, entre otra (Ilyas et al., 2019), las caracter�sticas mejoran en el procesamiento de los NFC en comparaci�n con compuestos sint�ticos (Kargarzadeh et al., 2018), siendo as� que varias fibras nuevas ya son exploradas por investigadores, convirti�ndose en prioridad de estudio (Pothan et al., 1997) y son un refuerzo potencial las fibras de palma, coco, pl�tano, sisal y pi�a (Pe�as et al., 2018) , una fibra que tiene gran crecimiento es la de banano o pl�tano (Joseph et al., 2002)(Sapuan et al., 2006).

El optar por la fabricaci�n autopartes a partir de fibras naturales no ha sido algo descabellado ya que m�ltiples empresas tales como Audi, Opel, Chrysler, Fiat, Ford, Mercedes Benz Peugeot, Renault, Volvo, Volkswagen y BMW ,(Bismarck et al., 2006) lo han venido realizando, en el campo automotriz, al realizarlas con materiales biodegradables, los cuales tienden a mejorar en su costo y densidad a comparaci�n de los tradicionales (Witayakran et al., 2017), los mismos son usados en tapicer�as de puertas, respaldo de asientos, techos, corredoras de techos corredizos (Ellison et al., 2000). Adicional que las empresas automotrices se preocupan en la actualidad por la reciclabilidad de los veh�culos, para as� proteger al medio ambiente (Stark & Rowlands, 2003),

El psuedotallo del pl�tano es una fibra muy �til como materia prima, su producci�n es favorable en los pa�ses de China, Indonesia, Brasil y Ecuador (Syriac et al., 2017), seg�n la Organizaci�n de Agricultura y Alimentaci�n de Naciones Unidad m�s de 140 pa�ses en el mundo produjeron alrededor de 150 millones de toneladas de pl�tano, de esta forma se convierte en el cuarto cultivo m�s importante en los pa�ses en desarrollo (Gebregergs et al., 2016), pero un punto importante para la industria ecuatoriana en el a�o 2012 represent� un 45.34% del valor FOB (Valor mercanc�a puesta a bordo transporte mar�timo) exportado y el 87.14% de las toneladas de exportaci�n, (Las et al., n.d.)

El presente estudio propone realizar el an�lisis acerca del NFC con su base en la fibra del pseudotallo de pl�tano para ser empleado en autopartes automotrices, con el objetivo de obtener un reemplazo adecuado del pl�stico tradicional en molduras de puertas de modelos de veh�culos comercializados en el Ecuador, de esta manera tener el mejor compuesto, y el cual aportar� al cuidado del medio ambiente, as� tambi�n fortalecer la matriz productiva, enfocado en la revoluci�n del conocimiento para el cambio de la misma (SENPLADES, 2009), adicional cumpliendo tres objetivos planteado en el Plan Nacional del Buen Vivir en el estado de Ecuador, siendo Objetivos 7, 8 y 10, los cuales manifiestan garantizar los derechos de la naturaleza promoviendo la sostenibilidad ambiental territorial y global; garantizar el sistema econ�mico social y solidario de forma sostenible.

 

Desarrollo

El desarrollo de la investigaci�n se bas� en el estudio bibliogr�fico de las investigaciones de biocompuestos ya explorados, que son enfocados como refuerzos en elementos de uso com�n usando una metodolog�a deductiva para la descripci�n de su proceso y caracterizaci�n, mediante una metodolog�a comparativa se selecciona el material que por sus caracter�sticas se adapte de mejor manera en la autoparte y de esta manera sea una alternativa distinta a la materia prima com�n, con el material seleccionado se usa una metodolog�a experimental simulando computacionalmente los dos materiales a m�ltiples acciones y obtener el comportamiento de cada uno, para finalmente con la informaci�n adquirida se llega a la conclusi�n del material id�neo a ser considerado como materia prima para los boceles automotrices.

El uso de las fibras naturales tienen gran trascendencia en la historia, es as� que el estudio y aplicabilidad de cada una de ellas ha sido un tema de suma importancia para grandes investigadores con el fin de aportar al cuidado del ecosistema usando materia que en ciertos casos se desperdicia o simplemente no se usa, la areca, bonote, yute, lino, c��amo, coco, pl�tano sisal y pi�a (Binoj et al., 2017; Pothan et al., 1997), son alternativas v�lidas para la fabricaci�n de compuestos, he aqu� el punto de partida del an�lisis de la fibra de pl�tano o banano que se destaca ampliamente (Joseph et al., 2002; Sapuan et al., 2006) en esta fibra de gran abundancia se concentra la investigaci�n, el estudio de sus distintas caracter�sticas, procedimientos de obtenci�n y tratamiento, tomando en cuenta que las aplicaciones son m�ltiples y el material debe comportarse de manera distinta para cada caso, ya que es muy distinto un tablero aglomerado a una autoparte automotriz, por lo que se enfoc� en las caracter�sticas mec�nicas de los biocompuestos que se obtiene de cada investigaci�n.

Por otra parte la industria automotriz se enfoca en el mejoramiento de la reciclabilidad de los veh�culos, seg�n la comisi�n Europea el 85% del peso de un veh�culo tiene que ser reciclable, el mismo que est� en acenso, en la d�cada actual los veh�culos deben ser construidos con el 95% de materiales reciclables, con un 85% de recuperaci�n con reciclaje y 10% mediante recuperaci�n con energ�a o t�rmico (Chen et al., 2005), el uso de fibras en paneles de puertas por parte de m�ltiples marcas como Mercedes Benz en sus veh�culos clase E; Chrysler, Volkswagen, Audi entre otros se unen a la causa, en beneficio del uso de los materiales en base de fibra tiene la p�rdida del 10 al 30% de peso, todo esto en componentes como tablero de instrumentos y adornos de interiores. Tambi�n la fibra tiene una aplicaci�n de producci�n en el campo textil, lo cuales son favorables y pueden ser aplicados en el campo automotriz (Han & goleman, daniel; boyatzis, Richard; Mckee, 2019).

La selecci�n del material base es importante ya que existen varios tipos de pl�tanos en el mundo en los que se detallan:� Gros Michel con su altura de 3.3 a 3.5 metros con sus extremos achatados, Cavendish Enana, Gros Michel, Lacat�n, Poyo, Currar�, Hawaian Style (MORALES LISSETTE, 2018) el famoso Maque�o, Baby Banana, Dom�nico, y otras h�bridas como Zelig, Brier, Gruesa, Balang�n.; se destaca de cada uno su morfolog�a la que es igual con rasgos caracter�stico en cada tipo, por lo cual la figura 1 detalla la ubicaci�n del pseudotallo que est� en la parte del tallo o tronco de la planta, esta es la parte principal de la obtenci�n de la materia prima (Delgado Loor, 2019).��

En la cosecha que se obtiene del pl�tano solo se aprovecha del 20 al 30% de su biomasa (Aranzazu Hern�ndez et al., 2005), y su 70 y 80 % no se utiliza, he aqu� la materia prima abundante que se puede usar, con gran aporte a la elaboraci�n art�culos de m�ltiples usos en distintos campos, para la revisi�n se enfoca en el automotriz (Aguirre Cruz et al., 2007; Mazzeo Meneses, 2010)

La fibra tiene una composici�n qu�mica de celulosa hemicelulosa y lignina, su extracci�n con su procedimiento adecuado es el corte de v�stagos, quitar las vainas del v�stago, secar en el sol separadas entre s�, secado en horno en el caso que lo permita (Vasquez, 2019). En un �rea de 4046.85 metros cuadrados se pueden generar de 1000 a 1500 pseudotallo y para la producci�n de 1 a 2 kg de fibra se necesitan de 10 a 13 tallos (Basak et al., 2015).

La parte de la planta de mayor estudio es el pseudotallo la que tiene una estructura de cacetas apretadas y en espiral, su estructura es carnosa y gran parte de agua como se observa en la figura 1, es una fuente de biomasa lignocelul�sica residuales (James, 2009), las fibras que se obtienen parte de la clasificaci�n vegetal(celulosa) de tallos; las propiedades de mencionada fibra se caracteriza en la parte t�rmica con su curvatura con el tratado al vapor, de color habano, resistente a la tracci�n torsi�n y tensi�n sin afectaciones al agua, con decoloraci�n por efectos del sol (Tinajero Andr�s, 2018).

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Figura 1: Morfolog�a del tallo del pl�tano

Fuente: (Delgado Loor, 2019)

 

La composici�n de la fibra es celulosa de un 60 a un 65%, lignina de 5 a 19% y hemicelulosa de 6 al 19% como se muestra en la figura 2 (Lady Joana, 2013), teniendo los valores mec�nicos de su fibra en tensi�n F/A 384 a 800N/mm^2, Modulo de Young 20-34 N/mm^2�� y deformaci�n convencional de 2 a 6% (Besednjak Dietrich, 2005).

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Figura 2: Composici�n fibra pseudotallo del pl�tano

Fuente: (Kabir et al., 2011)

 

En primer paso es la extracci�n de la fibra la cual es com�n en todas las investigaciones, y se realiza de manera manual, las fibras obtenidas se enfoca en 4 tipos b�sicos, fibra tipo pelo muy fina con mayor tiempo de extracci�n, fibra suave se extrae de la segunda capa de pseudotallo, fibra dura se extrae de la cuarta capa del pseudotallo la con mayor usabilidad (Arteaga Alcivar, 2015),�

La orientaci�n de las fibras cumplen un factor importante en t�rminos generales una mayor comprensi�n de 0� a comparaci�n de 90� y bidireccional, usando fibra de bamb� con sisal lleg� hasta 149.1Mpa como su resistencia m�xima las que fueron usadas en carrocer�as de autom�viles (Getu et al., 2020). El laminado de fibras tiene a perjuicio de disminuir su modulo el�stico, el cual disminuye de 85 MPa con una capa a descender a 12 MPa con 4 capas pero su resistencia aumenta (Baharin et al., 2016).

Se debe tener cuenta caracter�sticas que tiene la resina con la que se debe trabajar su resistencia a la resina ep�xica con su resistencia de tensi�n de 35 a 100 MPa, resistencia a la comprensi�n 100 a 200 MPa con una densidad de 1.1 a 1.4� gr/cm^3� (Mohanty et al., 2005), a comparaci�n de la resina ep�xica tiene altas propiedades mec�nicas y t�rmicas. Con los pasos iniciales de procesos adecuados, los cuales fueron seleccionados de la investigaci�n recolectada, se continua con la descripci�n de los materiales con sus distintos valores mec�nicos, uno de ellos es la fabricaci�n de material tipo aglomerado con resina al 15 y 35% una presi�n de comprensi�n de 50 a 100 kg/cm^2 en su prensado, con un proceso de secado al horno trozar y deshidratar a 60�C, material molido, tamizada de 2 mm (Linda Maldonado et al., 2013). El producto final obtuvo del 16.28% de fibra, 9.53% de densidad aparente, y un PH de 5,24 y 30.1% de concentraci�n de celulosa (Lina Maldonado et al., 2013), un resultado MOE 4800 N/mm^2 y MOR 36.3911 N/mm^2, acopl�ndose a la Norma Venezolana COVENIO No. 847-91 para aglomerado patentado en Instituto de la Propiedad Intelectual (Linda & Astudillo Richard, n.d.).

Un material atractivo es el cuero a partir de la fibra de pseudotallo, el cual se obtiene de fibras secas procesadas, la materia prima pasa por un proceso de decorticada donde se tiene el hilo fibra suave, malla y fibra dura, secado al horno y deshidratada pasa por un encerado y desgomado a 100�C, descrude qu�mico con lissapo 2 gr/lt, sosa caustica 8 a 10 gr/lt ebullici�n de 92�C durante 3-4 horas, blanqueo con direnol 257 leucofor agua oxigenada sosa cautica por 40min, Suavizado en glicerina,� manufacturadas a la m�quina YP-S1600 de malla no tejida, malladas como pliegues de apariencia de tipo algod�n, con una t�cnica de punzonado usando agujas,� su resistencia en la maquina especializada GT-C11 cual cumple con su protocolo (Alejandra et al., 2020).�

La adaptaci�n y complemento de la fibra es una alternativa por lo cual tiene celulosa 73.5%, lignina 12.99% entre otras,� descrude de la fibra con agua caliente con soluci�n salina y hervir a 45 min, secado al aire libre, teniendo caracter�sticas flexible, adeherente, maleable, f�cil manejo, con resina y catalizador al 5%, adicional con fibra de vidrio el que sirve para el reemplazo de pl�stico, resultados de maleabilidad, adicional otra prueba con la adici�n de 20% de vidrio l�quido, tambi�n con silicona l�quida al 12%, el que concluye que el resultado para usar en automotriz la alternativa de fibra de pl�tano y vidrio es lo mejor (Torres, 2013).

En otra investigaci�n la preparaci�n va de cepillado y secado con una humedad no superior de 12+-2%, almacenada a 20�C, con reactivos de epiclorhidrina (EP), anhidrido ac�tico(AA) disueltos en acetona, 1:10 de AA y EP entre si 1:1, secado en horno a 105�C por 24h (Lady Joana, 2013). La fibra de pl�tano en 14.9 % tiene una resistencia a la tracci�n de 30.17 MPa su elongaci�n de 3.82%, Modulo de Young de 1.23.

La fibra de banana/polipropileno con NaOH (10%) obtuvo una resistencia a la tracci�n de 40 MPa, elongaci�n de 3.4% y 1.66 M�dulo de Young (Paul et al., 2010), el compuesto posee una densidad de 1.350 gr/cm^3(Raharjo et al., 2018). Un estudio adicional la fibra del pseudotallo de banano con la fibra de vidrio en composici�n de 23.2% de fibra posee generando una resistencia a la tracci�n de 95.41 Mpa, elongaci�n 5.50%, 1.94 M�dulo Young.

La producci�n de un compuesto con la configuraci�n de tejido diagonal, un curado de 24 a 48 horas en temperatura ambiente, uso de resina poliester insaturada SINTAPOL 437, estireno, octoato de cobalto, per�xido de metil-etil MEKP, el proceso se detalla en (Vasquez, 2019) pg. 26, el mejor resultado lo obtuvo la probeta con 10% de fibra tratada orientada longitudinal con resultados en tracci�n de 35.73 MPa con un m�dulo de elasticidad 1304.84 MPa, mientras que a la flexi�n su esfuerzo m�ximo 50.56 MPa m�dulo de elasticidad 3675.47 MPa.

En el estudio de la universidad de Kassel se puede aplicar las fibras tratadas en aplicaciones en la industria del autom�vil y del embalaje, las caracter�sticas lo detalla (Mamun et al., 2015), mostrando caracter�sticas excelentes con una longitud de fibra de 20cm, di�metro de 250mm, resistencia a la tracci�n de 98 MPa, m�dulo de elasticidad de 20 GPa, tenacidad de 75 MPa, �ngulo microfibrilar 29�; la desventaja de absorci�n de humedad del 11% a 23�C, sus aplicaciones son destinadas a aplicaciones de ensamble automotriz. La combinaci�n de la fibra de banana/poliester de 30mm longitud, obtiene el mejor resultado en la investigaci�n con 50% de compuesto, con una resistencia a la tracci�n de 48Mpa, elongaci�n de 7% y 1.53 M�dulo de Young (Sreekumar et al., 2008).

En investigaciones de similar estructura procedimental se logra obtener los datos caracter�sticos de biocompuestos obtenidos con el detalle de los valores de sus propiedades, cuyos resultados son los demostrados en la tabla 1.

 

Tabla 1: Biocompuestos de pseudotallo de pl�tano, caracter�sticas

Fuente: Autor

 

El material a suplantar es el pl�stico en el ensamblaje de autom�viles, un material elemental para su constituci�n de esa manera, los pl�sticos han sido y son una de las fuentes indispensables de materia prima para elementos automotrices como los boceles de protecci�n de las puertas de autom�viles, pero el pl�stico es responsable del 10% del total de residuos degenerados y comprende del 60 al 90% de la basura marina, cada a�o se vierten 8Mt de pl�sticos en los oc�anos (Schyns & Shaver, 2021).

El bocel automotriz que se aprecia en la figura 3 secci�n b, se toma como referencia, ya que en el mercado ecuatoriano se tiene muchos faltantes, esto se obtuvo a partir de entrevistas de jefes de �reas de colisiones de la ciudad de Quito-Ecuador, en general manifestaron que es un gran inconveniente la reposici�n del mismo por falta de stock en las distintas distribuidoras, en general toca esperar a importaci�n mencionados elementos, adicional este elemento de reposici�n automotriz posee una estructura f�cil para generar una matriz de fabricaci�n, por lo que la generaci�n con la alternativa de biocompuesto con fibra de pseudotallo de pl�tano es la alternativa adecuada por todo lo anterior mencionado.

Los valores a los� cuales se somete el bocel es la prueba FMVSS 214, la cual mide la reacci�n de la puerta lateral de un veh�culo con el golpe de un cilindro de 12 pulgadas de di�metro; las cargas resistivas, tienen un valor promedio de al menos 10kN, la carga m�xima debe ser 31.14kN, estos valores son para las pruebas de simulaci�n, tomando en cuenta la resistencia a la puerta total en fallas dr�sticas seg�n (Brooks et al., 2017).

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Figura 3: (a)Descripci�n de prueba FMVSS 214 en puerta automotriz (b) Bocel automotriz

Fuente: (Stark & Rowlands, 2003)

 

Todos estas pruebas deben ser comparadas con los valores de los elementos usados en el campo automotriz para que, a partir de este punto seleccionar la alternativa adecuada, siendo ABS de alto impacto utilizado en el �mbito de parachoques de manera general, que es el mismo compuesto que el bocel, el cual cuenta con una densidad de 1.02 a 1.04 (gr/cm^3), una tracci�n m�xima de 24 a 45 MPa m�dulo el�stico 1.38 a 2.42 GPa, resistencia al impacto 164 a 436 (J/m) (Borreguero et al., 2011).

Con los dos materiales a ser analizados se procede con la parte experimental de simular al bocel automotriz con el pl�stico ABS y el pseudotallo seleccionado, se parte con el pol�mero ABS (acrilonitrilo butadieno estireno) de alto impacto con el bocel lateral de una parte se obtuvo los siguientes an�lisis como son la deformaci�n total y el factor de seguridad de cada uno, tomando en cuenta las propiedades f�sicas de cada una y creando el material en el software de an�lisis de elementos finitos, con el fin de obtener un criterio especifico a la hora de seleccionar o reemplazar un material con otro. Las cargas de 5, 51 y 10000 N, en el bocel con su respectivo material.

Al simular esta autoparte se obtuvo el an�lisis del peso de cada uno mostrado en la tabla 2, donde el pol�mero tiene menos masa a comparaci�n de la fibra natural.

 

Tabla 2: Masa de simulaci�n de bocel automotriz con material ABS y pseudotallo de pl�tano

Masa Bocel (kg)

Fuente: Autor

 

El an�lisis para el dise�o se tom� como referencia los puntos fijo laterales del bocel representados de color azul, aplicando la carga sobre el cuerpo de color rojo como se aprecia en la figura 4.

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Figura 4: Punto de apoyo en Bocel, simulaci�n computacional

Fuente: (Stark & Rowlands, 2003)

 

El an�lisis para el pol�mero ABS y fibra de pl�tano, con una carga de 5 N que representa un peque�o impacto por descuido se describe en la tabla 3, donde la deformaci�n es m�s evidente en la fibra de pl�tano con 0.64 mm, mientras que el pol�mero tiene 0.41 mm al sufrir un impacto o aplicaci�n de la carga antes mencionada, en el factor de seguridad los dos materiales tienen un factor de seguridad de 15 donde no existe mayor variaci�n.

 

Tabla 3: Simulaci�n ABS, Fibra de pl�tano con carga de 5N

Fuente: Autor

 

El an�lisis para el pol�mero ABS y fibra de pl�tano, con una carga de 51 N que representa un impacto fuerte de un golpe dado por otra puerta al abrirla se aprecia en la tabla 4, donde la deformaci�n es m�s evidente en la fibra de pl�tano con 6.53 mm, mientras que el pol�mero tiene 4,13 mm al sufrir un impacto o aplicaci�n de la carga antes mencionada, en el factor de seguridad del pol�mero es de 11.04 y la de la fibra natural es de 11.78, lo que indica una mayor fiabilidad en el impacto aplicado al utilizar la fibra natural.

 

Tabla 4: Simulaci�n ABS, Fibra de pl�tano con carga de 51 N

Fuente: Autor

 

El an�lisis para el pol�mero ABS y fibra de pl�tano, con una carga de 10000 N que representa un impacto por un choque a unos 64 Km/h se coloca en la tabla 5, donde la deformaci�n es m�s evidente en la fibra de pl�tano con 1281mm, mientras que el pol�mero tiene 809.9 mm al sufrir un impacto o aplicaci�n de la carga antes mencionada, en el factor de seguridad m�nimo del pol�mero es de 0.056� y la de la fibra natural es de 0.06, lo que indica una mayor fiabilidad en el impacto aplicado al utilizar la fibra natural.

 

Tabla 5: Simulaci�n ABS, Fibra de pl�tano con carga de 10000 N

Fuente: Autor

 

El pol�mero ABS de alto impacto tiene menor masa y deformaci�n, pero al analizar el factor de seguridad para el mismo dise�o de la autoparte la fibra natural tiene mayor fiabilidad al tener impactos fuertes.

 

Conclusiones

La fibra de banana/poliester de 30mm longitud, obtiene el mejor resultado en la investigaci�n con 50% de compuesto, la cual posee similares caracter�sticas mec�nicas con una variaci�n del 4%, una resistencia a la tracci�n de 48 MPa, elongaci�n de 7% y 1.53 M�dulo de Young, tomando en cuenta que el material a ser suplantado es el ABS de alto impacto con una densidad de 1.02 a 1.04 (g/cm3), una tracci�n m�xima de 24 a 45 MPa m�dulo el�stico 1.38 a 2.42 GPa, resistencia al impacto 164 a 436 (J/m).

La simulaci�n computacional con cargas de 5 N, 51 N y 10000 N, arrojan resultados positivos en la prueba de 5 N una reducci�n del 32.79% en la deformaci�n y manteniendo un factor de seguridad de 15, la prueba de 51 N una reducci�n del 36.75% en la deformaci�n y aumento del 6.7% del factor de seguridad, la prueba de 10000 N una reducci�n del 36.77% en la deformaci�n y aumento del 7.14% en su factor de seguridad, deduciendo el reemplazo del ABS por el pol�mero de pseudotallo de pl�tano siendo m�s fiable al tener impactos fuertes.

 

Referencias

1.              Aguirre Cruz, A., Bello P�rez, A., Gonz�lez Soto, L. A., & �lvarez Castillo, R. A. (2007). Modificaci�n qu�mica del almid�n presente en la harina de pl�tano macho (Musa Paradisiaca L.) y su efecto en el contenido de fibra diet�tica. Memorias IX Congreso Deficiencia de Los Alimentos Yv Foro Deficiencia y Tecnolog�a de Alimentos, Instituto de Ciencias Agr�colas, Universidad de Guanajuato, M�xico, 63�70.

2.              Alejandra, D., Izquierdo, H., Florcita, A., & Le�n, P. (2020). Carrera de Ingenier�a Industrial y Comercial CUERO A PARTIR DE LA FIBRA DE Trabajo de investigaci�n para optar el Grado Acad�mico de DIEGO ROLANDO BOH�RQUEZ CARRASCO Lima � Per�. http://repositorio.usil.edu.pe/handle/USIL/10460

3.              Amir, N., Abidin, K. A. Z., & Shiri, F. B. M. (2017). Effects of fibre configuration on mechanical properties of banana fibre/PP/MAPP natural fibre reinforced polymer composite. Procedia Engineering, 184, 573�580. https://doi.org/10.1016/j.proeng.2017.04.140

4.              Aranzazu Hern�ndez, F., Valencia Montoya, J. A., PulgarinN, A., Isabel, M., & Castrill�n Arias, C. (2005). El cultivo de pl�tano: manual t�cnico. https://repositorio.sena.edu.co/bitstream/handle/11404/6983/cultivo_platano.pdf?sequence=1.

5.              Arteaga Alcivar, F. J. (2015). Origen y evoluci�n del banano. 11. https://www.academia.edu/24138727/2015_I_UNIVERSIDAD_NACIONAL_DE_COLOMBIA_ORIGEN_Y_EVOLUCI�N_DEL_BANANO

6.              Baharin, A., Fattah, N. A., Bakar, A. A., & Ariff, Z. M. (2016). Production of Laminated Natural Fibre Board from Banana Tree Wastes. Procedia Chemistry, 19, 999�1006. https://doi.org/10.1016/j.proche.2016.03.149

7.              Basak, S., Samanta, K. K., Chattopadhyay, S. K., & Narkar, R. (2015). Thermally stable cellulosic paper made using banana pseudostem sap, a wasted by-product. Cellulose, 22(4), 2767�2776. https://doi.org/10.1007/s10570-015-0662-7

8.              Besednjak Dietrich, A. (2005). Materiales compuestos de fabricaci�n de embarcaciones.(1a.). Espa�a.

9.              Binoj, J. S., Edwin Raj, R., & Daniel, B. S. S. (2017). Comprehensive characterization of industrially discarded fruit fiber, Tamarindus indica L. as a potential eco-friendly bio-reinforcement for polymer composite. Journal of Cleaner Production, 142, 1321�1331. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2016.09.179

10.          Bismarck, A., Baltazar-Y-Jimenez, A., & Sarikakis, K. (2006). Green Composites as Panacea? Socio-Economic Aspects of Green Materials. Environment, Development and Sustainability, 8(3), 445�463. https://doi.org/10.1007/s10668-005-8506-5

11.          Borreguero, A. M., Valverde, J. L., Rodr�guez, J. F., Barber, A. H., Cubillo, J. J., & Carmona, M. (2011). Synthesis and characterization of microcapsules containing Rubitherm� RT27 obtained by spray drying. Chemical Engineering Journal, 166(1), 384�390. https://doi.org/10.1016/j.cej.2010.10.055

12.          Brooks, R., Shanmuga Ramanan, S. M., & Arun, S. (2017). Composites in Automotive Applications: Design. In Reference Module in Materials Science and Materials Engineering (Issue February 2016). Elsevier Ltd. https://doi.org/10.1016/b978-0-12-803581-8.03961-8

13.          Chand, N., & Fahim, M. (2020). Tribology of natural fiber polymer composites. Woodhead publishing.

14.          Chen, Y., Chiparus, O., Sun, L., Negulescu, I., Parikh, D. V, & Calamari, T. A. (2005). Natural fibers for automotive nonwoven composites. Journal of Industrial Textiles, 35(1), 47�62. https://doi.org/10.1177/1528083705053392

15.          Cunalata S�nchez, E. F., & Jim�nez Abarca, C. A. (2019). Caracterizaci�n de un material compuesto de matriz poli�ster reforzada con fibra de yute precargada mediante moldeo por compresi�n. Quito, 2019. http://bibdigital.epn.edu.ec/handle/15000/20421.

16.          Delgado Loor, N. A. (2019). Comportamiento mec�nico de una teja tipo elaborada con mortero hidr�ulico y prototipo con adici�n de fibra de tallo de banano. Guayaquil: ULVR, 2019. http://repositorio.ulvr.edu.ec/handle/44000/2777

17.          Ellison, G. C., McNaught, R., & Eddleston, E. P. (2000). The use of natural fibres in nonwoven structures for applications as automotive component substrates. Research & Development Report NF0309. Ministry of Agriculture, Fisheries and Food, UK.

18.          Farinango Morales, J. C., & Moya Segovia, E. D. (2019). Caracterizaci�n de un material compuesto matriz poli�ster reforzado con fibra tejida de banano. Quito, 2019. http://bibdigital.epn.edu.ec/handle/15000/20594

19.          Freier, T., Koh, H. S., Kazazian, K., & Shoichet, M. S. (2005). Controlling cell adhesion and degradation of chitosan films by N-acetylation. Biomaterials, 26(29), 5872�5878. https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2005.02.033

20.          Gebregergs, A., Gebresemati, M., & Sahu, O. (2016). Industrial ethanol from banana peels for developing countries: Response surface methodology. Pacific Science Review A: Natural Science and Engineering, 18(1), 22�29. https://doi.org/10.1016/j.psra.2016.06.002

21.          Getu, D., Nallamothu, R. B., Masresha, M., Nallamothu, S. K., & Nallamothu, A. K. (2020). Production and characterization of bamboo and sisal fiber reinforced hybrid composite for interior automotive body application. Materials Today: Proceedings, xxxx. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2020.08.780

22.          Han, E. S., & goleman, daniel; boyatzis, Richard; Mckee, A. (2019). Experimentacion Y Posibles Aplicaciones De La Fibra De Banano En El Campo Textil. Journal of Chemical Information and Modeling, 53(9), 1689�1699.

23.          Ilyas, R. A., Sapuan, S. M., Ishak, M. R., & Zainudin, E. S. (2019). Sugar palm nanofibrillated cellulose (Arenga pinnata (Wurmb.) Merr): Effect of cycles on their yield, physic-chemical, morphological and thermal behavior. International Journal of Biological Macromolecules, 123, 379�388. https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2018.11.124

24.          James, C. (2009). Banano, origen y influencia en la econom�a ecuatoriana. Recuperado de Http://Carlosjamescarlosjames-1. Blogspot. Com.

25.          Joseph, S., Sreekala, M. S., Oommen, Z., Koshy, P., & Thomas, S. (2002). A comparison of the mechanical properties of phenol formaldehyde composites reinforced with banana fibres and glass fibres. Composites Science and Technology, 62(14), 1857�1868. https://doi.org/10.1016/S0266-3538(02)00098-2

26.          Kabir, M. M., Wang, H., Aravinthan, T., Cardona, F., & Lau, K.-T. (2011). Effects of natural fibre surface on composite properties: A review. Proceedings of the 1st International Postgraduate Conference on Engineering, Designing and Developing the Built Environment for Sustainable Wellbeing (EddBE2011), 94�99. https://eprints.usq.edu.au/18822

27.          Kargarzadeh, H., Mariano, M., Gopakumar, D., Ahmad, I., Thomas, S., Dufresne, A., Huang, J., & Lin, N. (2018). Advances in cellulose nanomaterials. Cellulose, 25(4), 2151�2189. https://doi.org/10.1007/s10570-018-1723-5

28.          Kenned, J. J., Sankaranarayanasamy, K., Binoj, J. S., & Chelliah, S. K. (2020). Thermo-mechanical and morphological characterization of needle punched non-woven banana fiber reinforced polymer composites. Composites Science and Technology, 185, 107890. https://doi.org/10.1016/j.compscitech.2019.107890

29.          Lady Joana, S. R. (2013). Elaboraci�n de un material biocompuesto a partir de la fibra de pl�tano. 93. https://repositorio.unal.edu.co/handle/unal/52647

30.          Las, P. D. E., Naturales, F., & Pseudotallo, D. E. L. (n.d.). Obtaining and Characterization Agglomerated Panels of. 1�10.

31.          Linda, M., & Astudillo Richard. (n.d.). OBTAINING AND CHARACTERIZATION AGGLOMERATED PANELS OF. 1�10. https://lirias.kuleuven.be/2379701?limo=0

32.          Maldonado, Lina, Manzano, P., Cuesta, F., Cede�o, Y., & Zevallos, N. (2013). Caracetrizaci�n f�sico-qu�mica de las fibras obtenidas de la planta de banano (Musa paradisiaca) procedente del cant�n el Guabo de la Provincia del Oro. In Yachana (Vol. 2, Issue 1, pp. 17�20). http://revistas.ulvr.edu.ec/index.php/yachana/article/view/190

33.          Maleque, M. A., Belal, F. Y., & Sapuan, S. M. (2007). Mechanical properties study of pseudo-stem banana fiber reinforced epoxy composite. The Arabian Journal for Science and Engineering, 32(2B), 359�364. https://www.researchgate.net/profile/S_Sapuan/publication/242783313_Mechanical_properties_study_of_pseudo-stem_banana_fiber_reinforced_epoxy_composite/links/00b49529e891e7ac23000000/Mechanical-properties-study-of-pseudo-stem-banana-fiber-reinforced-epoxy-composite.pdf

34.          Mamun, A. A., Heim, H. P., Faruk, O., & Bledzki, A. K. (2015). The use of banana and abaca fibres as reinforcements in composites. In Biofiber Reinforcements in Composite Materials. https://doi.org/10.1533/9781782421276.2.236

35.          Mazzeo Meneses, M. (2010). Aprovechamiento Industrial De Residuos. Educaci�n En Ingenier�a, 128�139. https://doi.org/http://dx.doi.org/10.26507/rei.v5n9.14

36.          Mohanty, A. K., Misra, M., & Drzal, L. T. (2005). Natural fibers, biopolymers, and biocomposites. CRC press. https://doi.org/10.1201/9780203508206

37.          MORALES LISSETTE. (2018). Universidad Laica Vicente Rocafuerte. https://repositorio.upse.edu.ec/handle/46000/5307.

38.          Murali Mohan Rao, K., Mohana Rao, K., & Ratna Prasad, A. V. (2010). Fabrication and testing of natural fibre composites: Vakka, sisal, bamboo and banana. Materials and Design, 31(1), 508�513. https://doi.org/10.1016/j.matdes.2009.06.023

39.          Paul, S. A., Joseph, K., Mathew, G. D. G., Pothen, L. A., & Thomas, S. (2010). Influence of polarity parameters on the mechanical properties of composites from polypropylene fiber and short banana fiber. Composites Part A: Applied Science and Manufacturing, 41(10), 1380�1387. https://doi.org/10.1016/j.compositesa.2010.04.015

40.          Pe�as, P., Carvalho, H., Salman, H., & Leite, M. (2018). Natural Fibre Composites and Their Applications: A Review. Journal of Composites Science, 2(4), 66. https://doi.org/10.3390/jcs2040066

41.          Pothan, L. A., Thomas, S., & Neelakantan, N. R. (1997). Short Banana Fiber Reinforced Polyester Composites: Mechanical, Failure and Aging Characteristics. Journal of Reinforced Plastics and Composites, 16(8), 744�765. https://doi.org/10.1177/073168449701600806

42.          Raharjo, W. P., Soenoko, R., Purnowidodo, A., & Choiron, M. A. (2018). Experimental and micromechanical modelling of randomly oriented zalacca fibre/low-density polyethylene composites fabricated by hot-pressing method. Cogent Engineering, 5(1), 1518966. https://doi.org/10.1080/23311916.2018.1518966

43.          Sapuan, S. M., Leenie, A., Harimi, M., & Beng, Y. K. (2006). Mechanical properties of woven banana fibre reinforced epoxy composites. Materials and Design, 27(8), 689�693. https://doi.org/10.1016/j.matdes.2004.12.016

44.          Sathish, S., Murugesan, C. K., & Ramkumar, R. (2015). Study of mechanical characteristics on hybrid composites using sisal fiber and banana fiber. International Journal for Research in Applied Science and Engineering Technology, 3(5), 21�26. https://www.cabdirect.org/cabdirect/abstract/20153387708

45.          Schyns, Z. O. G., & Shaver, M. P. (2021). Mechanical recycling of packaging plastics: A review. Macromolecular Rapid Communications, 42(3), 2000415. https://doi.org/10.1002/marc.202000415

46.          SENPLADES. (2009). Plan Nacional para el Buen Vivir 2009-2013. Senplades, 10,15,25. http://www.planificacion.gob.ec/wp-content/uploads/downloads/2012/07/Plan_Nacional_para_el_Buen_Vivir_%28version_resumida_en_espanol%29.pdf%0Ahttp://www.planificacion.gob.ec/wp-content/uploads/downloads/2012/07/Plan_Nacional_para_el_Buen_Vivir_(version_re

47.          Sreekumar, P. A., Albert, P., Unnikrishnan, G., Joseph, K., & Thomas, S. (2008). Mechanical and water sorption studies of ecofriendly banana fiber‐reinforced polyester composites fabricated by rtm. Journal of Applied Polymer Science, 109(3), 1547�1555. https://doi.org/10.1002/app.28155

48.          Stark, N. M., & Rowlands, R. E. (2003). Effects of wood fiber characteristics on mechanical properties of wood/polypropylene composites. Wood and Fiber Science, 35(2), 167�174. https://www.fs.usda.gov/treesearch/pubs/8558

49.          Syriac, G. M., Babychan, M., & Mishra, S. (2017). Response of Different Sources of Sugar on Production and Quality Analysis of Banana (Musa paradisiaca) Fruit Wine cv. Grand Naine. International Journal of Pure & Applied Bioscience, 5(4), 1883�1889. https://doi.org/10.18782/2320-7051.5180

50.          Tinajero Andr�s. (2018). Dise�o experimental de mobiliario para el sector de ecoturismo empleando los desechos del pseudotallo del banano de las plantaciones de Mindo. PONTIFICIA UNIVERSIDAD CAT�LICA DEL ECUADOR, 121. http://repositorio.puce.edu.ec/handle/22000/15363

51.          Torres, G. K. P. (2013). Experimentaci�n tecnol�gica de la fibra de banano aplicada en el dise�o de objetos. http://ezproxy.unal.edu.co/login?url=http://search.ebscohost.com/login.aspx?direct=true&db=edsbas&AN=edsbas.D3DCF140&lang=es&site=eds-live

52.          Vasquez, M. F. (2019). Escuela polit�cnica nacional. 157. https://bibdigital.epn.edu.ec/handle/15000/786%0Ahttps://bibdigital.epn.edu.ec/bitstream/15000/786/1/CD-1222.pdf

53.          Witayakran, S., Smitthipong, W., Wangpradid, R., Chollakup, R., & Clouston, P. L. (2017). Natural Fiber Composites: Review of Recent Automotive Trends. Reference Module in Materials Science and Materials Engineering, 1�9. https://doi.org/10.1016/b978-0-12-803581-8.04180-1

 

 

 

 

� 2020 por los autores. Este art�culo es de acceso abierto y distribuido seg�n los t�rminos y condiciones de la licencia Creative Commons Atribuci�n-NoComercial-CompartirIgual 4.0 Internacional (CC BY-NC-SA 4.0)

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