La gran acumulación de desperdicios sólidos es un problema de carácter mundial y nacional. El número de botaderos y rellenos sanitarios es cada vez mayor y el volumen de los mismos aumenta considerablemente debido a la falta de proyectos para reciclar, reutilizar y recuperar estos residuos. Gran parte de estos son residuos plásticos que no han sido reutilizados y residuos de maderas provenientes de las mermas de diferentes procesos industriales. En respuesta a esta problemática, en la Pontificia Universidad Católica del Perú se viene desarrollando un proyecto de investigación que propone la reutilización de estos desperdicios en la fabricación de materiales compuestos de plástico y madera empleando procesos de sinterizado mediante moldeo con y sin presión. En esta perspectiva, se propone utilizar el moldeo por compresión y el moldeo rotacional como métodos de fabricación para la producción de piezas de geometría compleja. El objetivo de la presente tesis es estudiar las propiedades mecánicas de materiales compuestos sinterizados sin presión, fabricados mediante moldeo rotacional a partir de polietileno reciclado y madera capirona recuperada. La metodología experimental de la presente tesis consistió en lo siguiente: En primer lugar, se determinaron las propiedades de los constituyentes del material compuesto. En segundo lugar, se fabricaron muestras cilíndricas del material compuesto, a partir de diferentes proporciones de contenido en volumen de polietileno de alta densidad y madera capirona. En tercer lugar, se fabricaron las probetas que se utilizaron para los ensayos de tracción, flexión e impacto. Finalmente, se realizaron los ensayos de tracción, flexión e impacto, así como ensayos de caracterización del material compuesto tales como ensayo de densidad y absorción de agua. Todos estos procedimientos se realizaron según las normas ASTM correspondientes. Las mejores propiedades obtenidas se presentaron para 10% en volumen de partículas de madera capirona y 25 minutos de tiempo de permanencia en el horno: 19 MPa de resistencia a la tracción; 1147 MPa de módulo elástico en tracción; 21 MPa de resistencia a la flexión; 742 MPa de módulo elástico en flexión; 0,53 J/cm2 de resistencia al impacto; 0,4% de absorción de agua y 0,95 g/cm3 de densidad, en promedio. / Tesis

En la actualidad, debido al constante crecimiento que está experimentando la economía nacional y en consecuencia el aumento de la producción industrial, se generan elevados volúmenes de residuos sólidos que son desechados sin ser reciclados, recuperados o reutilizados. Existen altos porcentajes de residuos de plástico y de madera, los cuales se producen en las casas, industrias, comercios y áreas públicas. Por lo general, la eliminación de estos residuos aún no se realiza de manera adecuada generándose una problemática ambiental complicada de solucionar. En esta perspectiva, se viene desarrollando un proyecto de investigación en la PUCP, denominado QAUCHU KULLU, y entre sus objetivos se pretende diseñar y fabricar un sistema de moldeo para la fabricación de piezas de material compuesto utilizando residuos de plástico y madera. En el mismo sentido, se ha determinado que el rubro de la industria mobiliaria es un campo apropiado para la aplicación de este nuevo material. El objetivo del presente trabajo fue realizar el diseño mecánico de un molde para la fabricación de superficies de carpetas ergonómicas (tablero, asiento y respaldo) utilizando termoplásticos reciclados y madera recuperada; así como el diseño térmico de sus sistemas de calentamiento y enfriamiento. Para conseguir los objetivos planteados, se propuso el siguiente procedimiento metodológico: en primer lugar, la definición de los parámetros de diseño relacionados con las propiedades de los componentes del material compuesto y las variables de moldeo, asimismo, la evaluación de las alternativas de solución para cada función parcial del proceso; posteriormente, el diseño mecánico del molde y térmico de los sistemas complementarios (calentamiento y enfriamiento), realizando los cálculos mecánicos y térmicos correspondientes y, finalmente, la realización de los planos de fabricación y la determinación de los costos involucrados. El trabajo concluye que el molde diseñado es capaz de producir superficies de carpetas ergonómicas que cumplen con los requisitos de dimensiones y tolerancias establecidos y que, a su vez, brindan la resistencia adecuada para garantizar la seguridad del usuario durante su empleo. / Tesis

Hoy en día la manufactura aditiva está teniendo una gran acogida tanto en el campo académico como industrial, ya que con ella se pueden fabricar piezas con geometrías complicadas sin la necesidad de usar moldes o los clásicos procesos de manufactura por remoción de material, donde un gran porcentaje del material es desperdiciado sin la opción en muchos casos a poder reciclarlos. En cambio con la manufactura aditiva se pueden obtener piezas de manera directa partiendo de un modelo tridimensional hecho por un programa de diseño asistido por computador (CAD). Sin embargo el limitado uso de materiales y la anisotropía de las propiedades mecánicas de piezas obtenidas por manufactura aditiva, no la hacen muy llamativa en ciertas aplicaciones donde se requiera una alta exigencia mecánica. En ese sentido el objetivo del presente trabajo es desarrollar materiales compuestos de matriz termoplástica: Acrilonitrilo Butadieno Estireno (ABS) Y Poliácido Láctico (PLA), reforzadas con nanoarcillas, utilizando la técnica de modelado por deposición fundida (FDM: Fused deposition modeling) empleada en manufactura aditiva. La investigación se desarrolló principalmente en dos etapas. Primero, se estudió el efecto de los principales parámetros de impresión sobre las propiedades mecánicas de piezas obtenidas por FDM con el objetivo de seleccionar valores de dichos parámetros que permitan una fácil impresión para generar piezas de ABS y PLA con buenas propiedades mecánicas. Segundo, se evaluaron las propiedades mecánicas de probetas impresas mediante FDM a partir de filamentos de material compuesto de matriz termoplástica (ABS y PLA) reforzado con nanoarcillas. Se demostró que las propiedades mecánicas de las probetas impresas mediante FDM varían considerablemente con la temperatura de impresión, altura de capa y ángulo de impresión, encontrando resistencias a la tracción desde 28.3 MPa hasta 43.4 MPa para el ABS y desde 52.9 MPa hasta 61.2 MPa para el PLA. Así mismo se logró una adecuada impresión 3D de materiales compuestos, aumentando la resistencia a la tracción del ABS con contenido de nanoarcillas, pero una caída en la resistencia al impacto. Mientras que para el PLA la resistencia a la tracción disminuyo sensiblemente al introducir las nanoarcillas, pero su resistencia al impacto se incrementó con un contenido de 3% de nanoarcillas. / Tesis

El presente trabajo de tesis tiene por objetivo la preparación de un nuevo material compuesto (composite) a base de armazones metales orgánicos (MOF-235) soportados en carbones activados (CA), estos últimos provenientes de la semilla de aguaje. El composite fue elaborado para mejorar la capacidad de adsorción de DMA obtenida inicialmente con los materiales precursores del composite. El CA fue preparado a partir de las semillas de aguaje (Mauritia Flexuosa) por activación química con ácido fosfórico a las razones de impregnación de 0,5; 0,75; 1,0; 1,5 gH3PO4/gprecursor y a la temperatura de activación de 600°C. La caracterización de los materiales adsorbentes se realizó mediante las técnicas instrumentales: FTIR, TGA, SEM, EDX, DRX y sorción de N2. Para conocer la química superficial de los carbones activados se obtuvo el valor del punto de carga cero y se realizó la titulación Boehm para la determinación de la acidez superficial. Los carbones activados son estructuras amorfas que por DRX presentan dos planos grafíticos (d100 y d002). Estos materiales presentaron áreas superficiales mayores a 600 m2.g-1, con alta microporosidad en su conformación. La porosidad del material fue también observada en las micrografías SEM. Se identificaron grupos oxigenados y fosforados en su composición por espectroscopía infrarroja (FTIR), siendo confirmados por titulación Boehm. Por otra parte, el armazón metal orgánico MOF-235 fue sintetizado por el método solvotérmico empleando como metal de aporte al hierro y como ligando orgánico al ácido tereftálico. En la caracterización del MOF por difracción de rayos X se identificó que presenta una estructura cristalina con fórmula estructural [Fe3O(C8H6O4)3(DMF)3][FeCl4]·(H2O). Además por esta técnica, se pudo identificar la celda unitaria del MOF, siendo de estructura hexagonal. Los MOF también fueron observados en las micrografías SEM donde los cristales mostraron una estructura hexagonal vista como romboides en las imágenes. Los grupos funcionales obtenidos del FTIR, así como el análisis TGA y el difractograma de rayos X evidenciaron la pureza del MOF-235 obtenido. Para la preparación de los composites se consideraron dos métodos de preparación, el primero por rotaevaporación y el segundo por síntesis directa del MOF sobre la superficie del CA. Las pruebas de caracterización permitieron determinar la relación de CA:MOF óptima para la preparación del composite, identificando al método de síntesis directa como el que produjo un composite con una distribución más homogénea de MOF sobre el carbón, sin obstrucción de poros. El composite preparado por este último método presenta las características fisicoquímicas y propiedades de ambos materiales, juntos permiten potenciar la capacidad de adsorción del material resultante. Considerando como variable el grado de impregnación, se obtuvieron los siguientes composites: CA-0,5-MOF; CA-0,75-MOF; CA-1,0-MOF y CA-1,5-MOF. La capacidad de adsorción de los composites fue mayor que la de los carbones activados y MOF. Para una concentración de 2000 ppm de DMA, el orden considerando la capacidad de adsorción de los composites fue el siguiente: CA-1,5-MOF > CA-1,0-MOF > CA-0,75-MOF > CA-0,5-MOF. Los modelos cinéticos que presentaron una mejor correlación con los resultados experimentales de CA, MOF y CA-MOF fueron los de pseudo segundo orden y Elovich indicando que la adsorción de DMA se realiza en sitios heterogéneos principalmente quimisorbidos en la superficie del adsorbente. Los resultados experimentales de las isotermas de adsorción para los carbones activados se correlacionaron mejor con los modelos de Langmuir y Temkin indicando una adsorción sobre una superficie energéticamente homogénea. Por su parte, los resultados de la isoterma del MOF-235 se correlacionaron mejor con el modelo de Langmuir y fue confirmada por el modelo de Redlich-Peterson, indicado que la adsorción ocurre en los sitios activos con energía equivalente. / Tesis

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El objetivo principal del presente trabajo fue elaborar y caracterizar un jarabe polimérico de polimetilmetacrilato (PMMA), el cual se elaboró mediante una polimerización parcial en masa del metilmetacrilato (MMA) vía radicales libres. El jarabe obtenido fue usado para la elaboración de materiales compuestos poliméricos. La primera etapa consistió en la caracterización de un producto comercial, el cual fue un material compuesto de PMMA y ATH, conocido como Krion®, de la empresa Porcelanosa™. La segunda etapa fue el estudio de la polimerización parcial vía radicales libres del MMA para obtener el denominado “jarabe”. Para polimerizar parcialmente el metilmetacrilato, se estudió el control de la temperatura de polimerización de 75 a 85°C usando peróxido de benzoilo (PBO) al 0.1%. Posteriormente se estudió la influencia del etilenglicol dimercaptoacetato (EGDM), en cantidades 0,1, 0,2 y 0,3% en peso, en la reacción. Los resultados obtenidos muestran que la adición de una pequeña cantidad de iniciador y un adecuado control de la temperatura son necesarios para polimerizar y evitar el efecto Trommsdorff. A su vez, la autoaceleración es postergada también por efecto del agente de transferencia de cadena, el cual reduce significativamente la viscosidad del medio. Como resultado de este trabajo de investigación se determinó que los parámetros adecuados para la elaboración del jarabe, constituido por polimetilmetacrilato disuelto en metilmetacrilato, son: 0,1% en peso de PBO, 0,2% en peso de EGDM, 85°C de temperatura y aproximadamente 130 minutos de tiempo de polimerización, con una conversión de monómero entre 20 a 30% y 55000 g/mol de peso molecular del PMMA. La última etapa correspondió a un ejemplo de aplicación del jarabe para la elaboración de un material constituido por 40% de jarabe y 60% de ATH en peso, el cual fue caracterizado mediante ensayos de control tales: ensayo de flexión, dureza, resistencia al fuego y análisis termogravimétrico. / Tesis

En este trabajo se estudió la factibilidad de obtener un material cerámico sinterizado a partir de una mezcla de polvos de diboruro de titanio con alúmina y polvos de titanio elemental (TiB2/Al2O3-Ti) y se caracterizó el material resultante. Los polvos de TiB2/Al2O3 fueron obtenidos por síntesis por combustión (SC) a partir de dos mezclas de polvos reactivos. La primera con aluminio (Al), óxido de titanio (TiO2) y óxido de boro (B2O3) y la segunda con Al, TiO2 y ácido bórico (H3BO3). Los polvos reactivos fueron mezclados durante 2 h, compactados en frío y posteriormente calentados en un horno con atmósfera de argón. El compuesto obtenido de la SC pasó por una etapa de molienda y se mezcló con titanio elemental. La mezcla se compactó a 554[MPa] y se calentó a 1100[°C] en diferentes atmósferas: argón, nitrógeno o aire. La caracterización de los materiales sinterizados comprendió: microscopía óptica y electrónica de barrido (SEM), difracción de rayos X (XRD), ensayo de desgaste abrasivo y medición de microdureza. El material sinterizado resultante presentó baja porosidad, buena resistencia al desgaste y una microdureza máxima de 680 HV0,1. El material presentó dos regiones, una externa de color ocre y otra interna color negro. Se concluye que se logró obtener un material cerámico sinterizado a partir de una mezcla de polvos de TiB2/Al2O3-Ti, de buena resistencia al desgaste, alta microdureza y baja porosidad.

El tema de este trabajo de título fue fabricar un material compuesto cerámico ferroso rico en TiB2 a partir de ferro aleaciones, mediante síntesis por combustión (CS) asistida por metalotermia, bajo una atmósfera de argón. Las materias primas utilizadas fueron ferro aleaciones de boro y titanio, y como material termítico aluminio en polvo y óxido de hierro (magnetita). Las ferro aleaciones y la magnetita se molieron hasta un tamaño de polvo de 63 µm, para luego ser compactadas a una presión de 550 [MPa], aproximadamente. Posteriormente, el compacto de polvos fue calentado y colocado sobre un disco de una aleación de Cu-25%pNi, con la intención de usarlo como material de aporte o infiltrante, ubicado, a su vez, sobre un sustrato de acero; todo lo anterior estaba dentro de un horno con atmósfera de argón, en el cual se produjo la reacción exotérmica. El material se caracterizó mediante microscopía óptica y electrónica de barrido, difracción de rayos X (DRX), ensayo de desgaste, medición de micro y macrodureza. Las micrografías ópticas mostraron una gran porosidad. También se observó una zona de alta densificación, se estableció que ésta se debió al escurrimiento de fases líquidas de las ferro aleaciones, y no a la infiltración del metal de aporte como se esperaba en un principio. Los perfiles de microdureza mostraron un rápido endurecimiento desde el centro hacia la superficie de la probeta, teniendo una microdureza promedio de 1111 ± 164 HV0,1. Las mediciones de macrodureza Rockwell entregaron valores promedio de 29 y 40 HRA en el centro y en la superficie de las probetas respectivamente. El ensayo de desgaste entregó tasas de pérdida de material en el rango 0,20-1,21 [mg/m]. Los análisis de DRX del material producido detectaron la presencia de TiB2, Al2O3 y Fe puro, así como óxidos de titanio y aleaciones de aluminio. Se concluyó que es factible utilizar metalotermia para asistir térmicamente la CS de las mezclas de polvos utilizadas para producir el material compuesto considerado. Sin embargo, se recomienda utilizar un material termítico que reaccione después de iniciada la CS de las ferro aleaciones, para intentar la infiltración deseada.

Ingeniero Civil / Los CFTs (Concrete-filled steel tube), son elementos tubulares de acero rellenos de hormigón. Éstos suelen usarse como columnas en sistemas de marcos arriostrados y momento-resistentes. A través de investigaciones se ha logrado concluir que éstos presentan grandes ventajas constructivas y estructurales en términos de facilidad constructiva, economía y mejora en el comportamiento mecánico de estructuras. Dentro de este trabajo de título se aborda este tema a través del análisis del comportamiento mecánico de la zona crítica en elementos CFTs sometidos a compresión axial pura mediante modelamiento en software de elementos finitos ANSYS. Se detalla el modelamiento llevado a cabo junto con las simplificaciones y supuestos considerados y se realiza un análisis de los parámetros que constituyen los modelos de los materiales acero y hormigón tales como el módulo tangente del acero, la cohesión, ángulo de fricción interna y dilatancia en el hormigón, además de la fricción entre ambos materiales e imperfección inicial del tubo de acero. Intentando reproducir registros de especímenes ensayados por Schneider (1998) se calibran los parámetros de los distintos modelos geométricos realizados y con los resultados de modelos se encuentran relaciones de tensión y deformación entre el acero y el hormigón y entre el segmento plástico y el resto de la columna. El modelo calibrado entrega resultados similares a los obtenidos experimentalmente y permite analizar por separado la respuesta del acero y hormigón y la interacción entre éstos durante el proceso carga axial. Además se encuentran tendencias entre los parámetros del modelo del acero en función del confinamiento otorgado por el tubo de acero.

Ingeniero Civil Industrial / El presente trabajo muestra la evaluación de factibilidad técnico económica realizada para un proyecto de carácter ecológico que contempla la producción de perfiles plásticos a partir de desechos de polietileno de baja densidad provenientes de la industria salmonera de la región de Los Lagos. El estudio, que comprende la creación de una unidad estratégica de negocios, fue elaborado para la empresa Novapack Ltda., ubicada en la ciudad de Puerto Montt. El análisis técnico contempló el estudio de las propiedades del polietileno, las formas en la que es posible reciclarlo y la identificación de los tipos de madera plástica. También se analizó la materia prima y la maquinaria e infraestructura necesarias para la elaboración del producto final. Además de esto, se realizó un estudio del mercado nacional de la madera plástica, identificando las empresas participantes y sus respectivos precios. Por último, se hizo una evaluación económica por medio de un flujo de caja, determinando el VAN y TIR del proyecto, como también un análisis de escenarios y un análisis de sensibilidad. Los resultados de la evaluación técnica realizada permiten concluir que Novapack posee con las condiciones necesarias para llevar a cabo un plan de esta naturaleza, contando con infraestructura propia y parte importante de la maquinaria necesaria para la producción de los perfiles, debiendo únicamente realizar la adquisición de una máquina extrusora para la confección de las tablas de plastic lumber. La evaluación económica se realizó utilizando un horizonte de evaluación de 10 años y una tasa de descuento del 12%. Con una inversión inicial que alcanza los $45.000.000, se obtuvo como resultado para el proyecto puro un VAN de $85.047.425 (3.265,82 U.F.), una TIR de 20,85% y un período de recuperación de capital de 7 años. Posteriormente, al analizar el escenario con financiamiento bancario por un monto igual al 78% de la inversión, la rentabilidad del proyecto mejoró ostensiblemente, obteniéndose un VAN de $123.880.419 (4.757,01 U.F.) y una TIR de 29,66%. Producto de lo anterior, se recomienda a Novapack llevar a cabo este proyecto de inversión utilizando financiamiento bancario, puesto que es una alternativa rentable que potencia su imagen de empresa verde , utilizando maquinaria que actualmente se encuentra subutilizada y que le permitiría expandirse a un nuevo mercado, diferente a la industria salmonera. / 22/8/2021