En el 2012, el Ministerio del Ambiente presentó el cuarto informe sobre desechos solido municipales y no municipales. Según este documento, durante el 2010, en nuestro país se generaron 613 toneladas de residuos sólidos plásticos por día. La región de Lima produce un 51,4% de los residuos plásticos totales y, dado que, solo un 31,6% de sus distritos reportaron sobre la gestión de sus residuos, entonces, la cantidad de desechos plásticos generados podría resultar ser más alta al de la cifra citada. Entonces, dado que Lima es la región que genera la mayor cantidad de desechos plásticos a nivel nacional y es, al mismo tiempo, la región donde se concentra mucha de la actividad industrial, es posible pensar en un sector industrial local que trate de reusar estos desechos y los transforme en productos con valor agregado. Así, uno los procesos más usados a nivel industrial para la fabricación de productos huecos de gran volumen, libres de esfuerzos residuales y a bajo costo con respecto a otros procesos, es el proceso de moldeo rotacional. En este sentido, el objetivo principal de esta investigación es estudiar el sinterizado de materiales compuestos de polietileno reciclado y madera capirona recuperada fabricados mediante moldeo rotacional con el fin de incentivar el uso de materiales alternativos, conformados a partir materiales considerados como desechos, dentro del sector industrial. Para cumplir con el objetivo principal, se ha estudiado el estado del arte referente al proceso de moldeo rotacional y a los materiales compuestos constituidos de plástico y madera. Se han identificado los parámetros críticos del proceso de moldeo de estos materiales tales como la temperatura y el tiempo de calentamiento y el tamaño y la proporción en volumen de las partículas de madera, a partir de los cuales, fue posible idear una metodología experimental. En base a esta metodología, se llevaron a cabo ensayos de moldeo rotacional en cuatro etapas diferentes y, en cada una de ellas, se elaboraron varios materiales compuestos según diferentes condiciones de moldeo. Al final de cada etapa, estos materiales fueron sometidos a ensayos de tracción a fin de evaluar el efecto de los parámetros del proceso sobre las propiedades mecánicas del material determinados en base a dicho ensayo de control. En la primera etapa, se determinaron las temperaturas y tiempos de calentamiento. Durante la segunda, tercera y cuarta etapa, se evaluaron el efecto de la proporción en volumen de las partículas de madera, del tamaño de partícula de madera de la temperatura, respectivamente. Los constituyentes también han sido caracterizados. Se ha estudiado el sinterizado de materiales compuestos de polietileno reciclado y madera capirona recuperada fabricados mediante moldeo rotacional y se ha demostrado que el proceso de sinterización se realiza más eficazmente a mayor temperatura y mayor tiempo de calentamiento para una misma proporción de madera. El material de mejores propiedades mecánicas es aquel que está constituido por un 15 % en volumen de partículas de madera y ha sido moldeado a 300 °C durante 25 minutos. Asimismo, se probado que a medida el contenido de madera aumenta, se dificulta el proceso de sinterización y disminuyen las propiedades mecánicas del material compuesto; mientras que, a medida que disminuye el tamaño de partículas de madera, las propiedades mecánicas mejoran. / Tesis

Ingeniera Civil Mecánica / La constante búsqueda de la optimización de recursos en diversas áreas de la ingeniería a nivel mundial crea la necesidad del desarrollo de nuevos materiales y configuraciones estructurales. Es en este contexto, que nace la gama de estructuras compuestas, que corresponden a unidades constituidas por dos capas delgadas, envolviendo al centro de un material más liviano. Como resultado, se obtiene una estructura liviana pero con alta rigidez a la flexión, que tiene aplicaciones en diversas áreas de la ingeniería (aeroespacial, energética, transporte, entre otros). Por esto, resulta primordial contar con metodologías robustas para determinar y controlar la vida útil de los mismos. Este documento postula una herramienta para perfeccionar el trabajo realizado por un grupo de ingenieros del Departamento de Ingeniería Mecánica de la Universidad de Chile, en el desarrollo de un método de detección de delaminación en paneles compuestos tipo panal de abeja. En particular, se explora el uso análisis isogeométrico (IGA) con funciones de forma tipo NURBS (Non Uniform Rational B-Splines), las cuales poseen suavidad superior a las del método de elemento finito tradicional (FEM). Esta mayor suavidad debiera resultar en un mejor cálculo numérico de los modos de vibración del panel compuesto a estudiar. Dicho lo anterior, el objetivo general es calcular numéricamente los modos de vibración de una placa compuesta tipo panal de abeja, mediante IGA, con funciones de forma tipo NURBS. Para lograrlo, se plantean diversos objetivos específicos, entre los cuales se encuentra el entrenamiento en la utilización del método, cálculo de modos de vibración del panel compuesto y cálculo de correlación numérico experimental de modos obtenidos. Se considera una metodología iterativa, donde se seleccionan y varían los parámetros que definen el modelo (orden de las NURBS y tamaño de malla) en búsqueda del óptimo, que se define en base a precisión. Finalmente, se determina que el mejor modelo contiene NURBS de orden 12 en una malla de 50x30 elementos, con el cual se obtienen correlaciones casi perfectas en todos los modos a excepción del modo N°5, para el cual solo se alcanza un 93,9 % y no directamente sino que se requiere la aplicación de un procedimiento posterior de manipulación de datos. Además, se tiene un mayor requerimiento computacional, lo que pudiere mejorarse con algoritmos más eficientes de integración o la optimización del programa. Finalmente, pese a que no se constituye como un mejor método que FEM para análisis modal, IGA sí tiene un mejor desempeño en otro tipo de problemas (ej. pandeo de Euler).

Memoria para optar al título de Diseñador Industrial / En esta memoria se presenta el proceso y desarrollo de una nueva tecnología para la fabricación y conformado con materiales compuestos, como los polímeros reforzados con fibra. El proceso propuesto, permite realizar estructuras reticuladas, o pieles estructurales transparentes, que se logran adaptar a figuras de variados grados de curvatura, que pueden servir para reforzar, complementar, decorar o formar objetos y artefactos. Esta nueva tecnología es un proceso de bobinado por filamento pero, mediante unas guías, permite realizar un bobinado preciso de manera manual, asistido por computadora que permite manejar las variables de costos, materiales y hasta evaluar la estructura, sin necesidad de instalaciones, ni maquinarias industriales. Este nuevo proceso se emplaza entre los demás procesos de conformado existentes con la diferencia en que enfoca su uso en espacios comunes de fabricación para la comunidad, como son el Fab Lab y los Hackerspace.

Memoria para optar al título de Diseñadora Industrial / Este proyecto tiene como objetivo general desarrollar un material compuesto de bajo impacto ambiental basado en un residuo de la industria hortofrutícola chilena. Esta investigación se llevó a cabo en dos etapas, en la primera se identificó y caracterizó el carozo de durazno como residuo agroindustrial de la industria de procesamiento de conservas y en la segunda se seleccionó el polipropileno como aglomerante de bajo impacto ambiental. En la segunda fase se exploró la factibilidad de conformar un material compuesto con el residuo y aglomerante seleccionados. Posteriormente se caracterizó el material en cuanto a sus propiedades físico-mecánicas, de moldeabilidad y envejecimiento y se comparó con el compuesto de madera-plástico y con el polipropileno. El material resultante demostró tener buenas propiedades físicas, con un resultado de hinchamiento un 50% más bajo que la madera-plástico tradicional. En cuanto a las propiedades mecánicas, el módulo elástico en flexión del material diseñado es un 40% más bajo que el de la madera-plástico. Presenta buenas terminaciones mediante el mecanizado y con ciertas restricciones el moldeado con calor es una buena opción para trabajar el material.

Memoria para optar al título de Diseñador Industrial / Autor no autoriza el acceso a texto completo de su documento / La presente investigación se enmarca en la exploración y experimentación de materiales compuestos desarrollados en base a residuos orgánicos, con el fin de realizar un material en base a fibra de huira de mimbre, Salix Viminalis, y resina epoxi, utilizando tecnología de baja complejidad. Para ello, se evaluó el proceso de composición y conformación de un material compuesto en base a los componentes ya nombrados, que permitieron establecer un método procedimental para la conformación del material y una ficha técnica de sus características principales. En base a lo anterior, se investigan posibles aplicaciones del material compuesto, que permitan integrarlo a modo de componente constructivo en un producto de la artesanía del mimbre, con el fin de otorgar al residuo una vida útil dentro de la misma área de acción donde es generado. El resultado se materializa a través del diseño de luminaria, en conjunto con un artesano de la localidad de Chimbarongo, obteniendo un producto colaborativo entre artesanía y diseño, que integra ambos formatos de mimbre, el tejido y el conformado.

El tema central de la tesis es el estudio del sinterizado (coalescencia, densificación y consolidación) del polietileno de alta densidad en polvo en presencia de refuerzos de fibras naturales. Los procesos de fabricación relacionados con el sinterizado son el moldeo rotacional y el moldeo por compresión. El objetivo de la tesis es mostrar los mecanismos que rigen el sinterizado de partículas de polietileno en estado puro y cuando es reforzado con fibras de sisal hasta obtener resultados que se constituyan en herramientas teóricas y experimentales para optimizar los procesos de fabricación mencionados. Para efectos del presente estudio se diseñó y fabricó un horno de sinterizado, con un controlador de temperatura, para simular las condiciones de los procesos de fabricación, obteniendo por medio de un microscopio estereoscópico y una cámara digital imágenes secuenciales del sinterizado, registrando datos cuantitativos para caracterizar el proceso. Inicialmente se estudió el comportamiento del polietileno de alta densidad sin refuerzo para después proceder al estudio de las partículas de polietileno en presencia de las fibras naturales. Como resultado se muestran y describen los mecanismos del sinterizado para ambos casos. Se hizo una comparación de los resultados experimentales con los modelos teóricos obteniéndose aproximaciones aceptables. Ante la presencia de fibras naturales se concluyó que los modelos teóricos no son aplicables, pues las fibras inducen la separación entre las partículas dificultando la coalescencia de las mismas. En este contexto se presentan resultados de los mecanismos de formación, desarrollo, eliminación y la determinación del ciclo de vida de las porosidades internas del material, que permiten registrar referencias sobre tiempos de fabricación que garanticen la mínima presencia de vacíos interiores en el producto y como consecuencia materiales con mejores propiedades mecánicas. Para cuantificar la adhesión entre la fibra y la matriz se usó la técnica del ensayo de fragmentación de una fibra que permitió estimar el valor del esfuerzo de corte entre los componentes del compuesto. Se determinó que en el caso de fibras tratadas previamente con ácido esteárico se obtuvo aproximadamente un 25% de incremento en la resistencia de corte interfacial en comparación con las fibras sin tratamiento. / Tesis

Ingeniera Civil Mecánica / Los materiales compuestos de matriz termoplástica reforzada con partículas de cobre son atractivos por la versatilidad dada por el polímero y el poder antimicrobiano dado por el cobre. Estos sistemas tienen potenciales aplicaciones en diferentes industrias, como la médica, de alimentos, tecnológica y aeronáutica, por nombras algunas. Al pensar en su utilización en un producto, es necesario el conocimiento de las propiedades mecánicas, campo de estudio en donde hay mucho que discutir y profundizar. El objetivo de este trabajo, es estudiar el comportamiento mecánico de materiales compuestos de matriz termoplástica reforzada con partículas de cobre. Se utilizaron tres tipos de matrices poliméricas de diferente morfología: HDPE y otras tipo LLDPE (identificadas como Engage 1 y 2); tres tipos de refuerzo de cobre de diferentes; y a cuatro porcentajes de carga volumétrica: 0,5, 1, 2 y 4% para cada matriz. Los materiales compuestos se fabricaron por medio de mezclado en fundido, y, a través de la realización de ensayos de tracción, se estudió el módulo de Young y la predictibilidad de modelos específicos para esta propiedad, el alargamiento a la rotura; y la resistencia a la tracción. De los resultados se obtuvo que el torque de mezclado disminuyó con el tiempo de ensayo para todos los materiales. Esto se atribuyó a la reducción de la fricción interna del material, debido al deslizamiento de las cadenas del polímero sobre la superficie de partículas de cobre, dado la nula interacción entre ambos. Respecto a las propiedades mecánicas, para todos los materiales, al aumentar la carga volumétrica se produjo un aumento del módulo de Young respecto a la matriz pura, resultado que no fue predicho por el modelo de Halpin Tsai, por ser insuficiente a la hora de integrar todos los fenómenos ocurridos durante la tracción. De los resultados SEM, se obtuvo diferencias en las macro morfologías de fractura según el tipo de matriz, atribuido a la diferencia de rigidez entre ellas. Además se observaron aglomerados de cobre distribuidos uniformemente en la matriz, lo que permitió la aplicación del modelo de agregación primaria (MAP) para el módulo de Young. Este modelo reprodujo los resultados experimentales mejor que el de Halpin Tsai, pero sin predecirlos completamente. Mientras que los materiales de HDPE y Engage 1 disminuyeron su alargamiento, al aumentar la carga volumétrica de cobre, para el Engage 2 esta propiedad se vio muy poco afectada. La tendencia general en todos los materiales fue al aumento de la resistencia a la tracción y a la baja en la tenacidad; sin embargo, para la matriz más elastomérica (Engage 2), se obtuvo un importante aumento de la tenacidad con la inclusión de cobre. Por medio de la realización de ensayos de termogravimetría, se determinó que la temperatura de degradación de los materiales supera los 300ºC, lo que confirma la no degradación de los materiales durante el mezclado a 190 ºC. Quedó en evidencia el efecto catalítico del cobre en las reacciones de degradación del material, disminuyendo la temperatura de degradación máxima de los mismos, al aumentar la carga volumétrica de cobre. La masa residual de estos ensayos aumenta con la carga de cobre, superando el porcentaje en peso de cobre agregado en la fabricación del material.

Memoria para optar al título de Diseñador Industrial / El presente tiene como objetivo diseñar un innovador material biodegradable que presenta como elemento principal la cáscara de nuez de Nogal, un residuo de la agroindustria Chilena. La cáscara está constituida de celulosa, hemicelulosa y lignina, se extrae en el proceso de pelado de la nuez, representa entre un 40% y 65% del peso del fruto. Dado su bajo costo, su naturaleza biodegradable y su disponibilidad durante todo el año, la cáscara de nuez es una potente materia prima con múltiples oportunidades para el diseño. A través de los años, la cáscara de nuez como desecho ha incrementado de gran manera su volumen en Chile, esto dado que el país se ha posicionado como uno de los mayores productores de nuez a nivel mundial (Sofofa, 2015). Sin embargo no se le ha dado la importancia adecuada como materia prima, hoy en día se utiliza principalmente para rellenar caminos, granallado o como combustible. Este trabajo se centra en una investigación experimental que consta de cuatro fases. En la primera la cáscara se tritura para conseguir granulometrías y se mezcla con diversos aglutinantes biodegradables en distintas proporciones. Luego de combinar estas variables se elaboran probetas de estudio. La segunda consiste en someter las muestras a ensayos mecánicos, térmicos, de comportamiento al fuego y de mecanizado con distintas herramientas con el fin de identificar las características y comportamiento del compuesto. En la tercera fase se exploran diversas morfologías con el material compuesto, evaluando sus posibilidades constructivas. Finalmente se analiza el ciclo de vida del proceso del material (de la puerta a la puerta); con el fin identificar su huella de carbono y ambiental, detectando posibles ineficiencias. Los resultados muestran que es un material liviano, con destacadas características de resistencia térmica, no tóxico, que se puede conformar a partir de moldes y herramientas comunes en la industria. Además de lo anterior requiere bajo nivel de tecnología y energía para ser procesado, presenta bajo costo, genera una mínima cantidad de desperdicios, y posee un ciclo de vida circular al ser biodegradable, por lo que se considera que presenta una gran oportunidad para el desarrollo de nuevos productos. / 12-2019

Memoria para optar al título de Diseñador Industrial / El proyecto de título presentado a continuación, de acuerdo al protocolo de titulación del consejo del Departamento de Diseño de la Facultad de Arquitectura y Urbanismo, se enmarca como proyecto de tipo profesional. El siguiente proyecto consiste en el proceso de experimentación de un material compuesto, constituido por fibra de mimbre (Salix Viminalis) en formato de huira entramada, y un adhesivo de fijación Acetato de Polivinilo (PVA). Esto con el objetivo de generar piezas auto soportantes, es decir, que carezcan de una estructura interna o externa que les proporcione la morfología final. A través de diversas etapas de experimentación fue posible identificar y determinar los parámetros de relación entre estos dos componentes. Es así, como el trabajo se divide en tres partes fundamentales que responden a los objetivos del proyecto. En una primera etapa se diseñan las morfologías que se someterán al moldeo a través de la técnica de machihembrado. Posteriormente la segunda parte consiste en la definición de los parámetros a estudiar y las variables que las probetas finales presentarán, para finalizar en la etapa de aplicación y creación de probetas de estudio, que logren levantar y generar información relevante con respecto al uso del material. Es así como por medio de una metodología experimental de diseño se busca explorar la plasticidad natural del mimbre, al ser fijado a través de un adhesivo, constituyéndolo como un material compuesto, con la finalidad de generar nuevos conocimientos que sirvan para mejorar las técnicas productivas del material, las cuales permitirán ampliar la tipología morfológica actual de manera de contribuir una vía hacia la microindustrialización sostenible de éste. El aporte en este sentido se dirige a los atributos de valor que se localizan en el proceso de diseño que genera elementos de innovación y sobre la premisa de la pertinencia y el compromiso que el diseñador adquiere con su entorno, y con nuestros saberes tradicionales. / abril 2017

A nivel mundial, la industria ha crecido enormemente en sus diferentes sectores, siendo la industria del plástico una de las que ha tenido un crecimiento considerable, entre otros, debido al desarrollo de diferentes tecnologías relacionadas con los diferentes procesos de fabricación, tales como: extrusión, inyección, soplado, moldeo por compresión, moldeo rotacional, los cuales permiten obtener diversos productos útiles para la sociedad. Sin embargo, la inadecuada gestión de residuos generados por estos productos ha incrementado la contaminación ambiental, principalmente en las grandes ciudades del mundo. Al mismo tiempo, como una alternativa de solución a este problema se viene investigando sobre la viabilidad de usar plásticos reciclados y madera recuperada para fabricar materiales compuestos con el propósito de aprovechar estos residuos, a la vez que se contribuye con el cuidado del ambiente. En este sentido, el objetivo del presente trabajo es el estudio del sinterizado de materiales compuestos obtenidos a partir de polietileno reciclado y madera capirona recuperada fabricados mediante moldeo por compresión. Este estudio cuenta con tres etapas. En primer lugar se realizó la caracterización de los constituyentes del material compuesto: madera capirona recuperada y polietileno de alta densidad reciclado, según las normas ASTM. En la segunda etapa, según el diseño experimental se fabricaron muestras para diferentes temperaturas de trabajo y tiempos de permanencia en el horno, manteniendo constante el tamaño de partícula (≤3.33 mm) y la proporción en volumen: 70% plástico y 30% madera; luego a partir de estas muestras se elaboraron probetas para someterlas a ensayos de flexión, con la finalidad de determinar los valores óptimos de dichos parámetros de sinterizado para la fabricación del material compuesto bajo las condiciones antes mencionadas. Como parte final de la segunda etapa se fabricaron muestras del material compuesto sinterizado utilizando la temperatura y el tiempo de permanencia obtenidos, para evaluar el proceso de sinterizado en función de la proporción en volumen y el tamaño de partícula. Finalmente en la tercera etapa se realizó la caracterización de las muestras ensayadas con los parámetros óptimos. Se ha realizado el estudio del proceso de sinterizado de materiales compuestos, a partir de polietileno reciclado y madera capirona recuperada mediante moldeo por compresión, habiéndose determinado que los parámetros de proceso más importantes son la temperatura de calentamiento del horno y el tiempo de permanencia en el mismo. A mayores temperaturas y tiempos en el horno el sinterizado se favorece y es limitado por la degradación de los materiales. Se puede reducir el tiempo de calentamiento incrementando la temperatura y viceversa. El material compuesto de polietileno de alta densidad reciclado y madera capirona recuperada con mejores propiedades mecánicas se obtiene con los siguientes parámetros: 70% de polietileno de alta densidad reciclado y 30% de madera capirona recuperada (% en volumen) de 1.9 mm a 3.3 mm de tamaño, a una temperatura de 175°C y 40 minutos de calentamiento en el horno, 10 minutos de tiempo de enfriamiento bajo una presión de 70 bar. Para estas condiciones, la resistencia a la flexión es 25 MPa y el modulo elástico en flexión es 1293 MPa, la densidad 0.91 g/cm3 y la absorción de agua es 2.2 %. / Tesis