Optimización de propiedades mecánicas y térmicas de un aglomerado sintético por el Método de Taguchi
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Keywords
aglomerado, cáscara de arroz, fibras vegetales, estabilidad térmica, propiedades mecánicas
Resumen
En este trabajo se aplicó el modelo de Diseño Experimental de Taguchi para la optimización de las propiedades mecánicas y térmicas de un material compuesto aglomerado y obtener los parámetros más adecuados para su elaboración. La importancia del desarrollo de los aglomerados sintéticos está en el uso de desechos agrícolas para darle un empleo útil al suplir materiales de gran demanda. Se utilizaron la cáscara de arroz, arcilla, arena y gel de aloe como materias primas. Con la variación de los valores de los factores de control: porcentaje de cáscara de arroz (R), temperatura (T) y tiempo de tratamiento térmico (t), se realizaron las diferentes combinaciones experimentales. Para la optimización de las propiedades mecánicas y térmicas según la metodología de Taguchi, se seleccionaron de las pruebas mecánicas y térmicas: el módulo de elasticidad, la energía absorbida en el impacto, el módulo de rotura máximo y la temperatura inicial de descomposición para cada combinación experimental de aglomerado. Para el procesamiento de estos datos, se utilizó el software para el diseño automático y análisis de experimentos de Taguchi, Qualitek-4, bajo la característica de calidad mayor–mejor. Los parámetros óptimos obtenidos para cada nivel de control, fueron R = 15%, T = 120 C y t = 3 h. Estos resultados fueron validados con la realización de un experimento confirmatorio, donde se obtuvieron, para este aglomerado, propiedades similares a las de unas especies de madera. El desarrollo de este prototipo de material alternativo será útil como sustituyente de la madera y contribuirá a la reducción del impacto ambiental generado por los productos de desecho.
PACS: 88.30.mj, 81.70.Bt, 82.35.Pq
MSC: 91B82
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Referencias
[1] A. P. Kumar and R. P. Singh. Biocomposites of cellulose reinforced starch: Improvement of properties by photo-induced crosslinking. Bioresource Technology, ISSN 0960–8524, 99(18), 8803–8809 (2008).
[2] Y. Lei, Q. Wu, F. Yao and Y. Xu. Preparation and properties of recycled HDPE/ natural fiber composites. Composites. Part A, Applied science and manufacturing, ISSN 1359–835X, 38(7), 1664–1674 (2007).
[3] D. García, J. López, R. Balart, R. A. Ruseckaite and P. M. Stefani. Composites based on sintering rice husk-waste tire rubber mixtures. Materials and Design, ISSN 0261–3069, 28(7), 2234–2238 (2007).
[4] L. T. Vlaev, I. G. Markovska and L. A. Lyubchev. Non-isothermal kinetics of pyrolysis of rice husk. Thermochimica Acta, ISSN 0040–6031, 406(1-2), 1–7 (2003).
[5] K. G. Satyanarayana, G. G. C.Arizaga and F. Wypych. Biodegradable composites based on lignocellulosic fibers: An overview, Progress in Polymer Science, ISSN 0079–6700, 34(9), 982–1021 (2009).
[6] J. Werther, M. Saenger, E-U. Hartge, T. Ogada and Z. Siagi. Combustion of agricultural residues. Progress in Energy and Combustion Science, ISSN 0360– 1285, 26(1), 1–27 (2000).
[7] A. K. Bledzki and J. Gassan. Composites reinforced with cellulose based fibres. Progress in Polymer Science, ISSN 0079–6700, 24(2), 221–274 (1999).
[8] S. Kim. Incombustibility, physico-mechanical properties and TVOC emission behavior of the gypsum-rice husk boards for wall and ceiling materials for construction. Industrial crops and products, ISSN 0926–6690, 29(2-3), 381–387 (2009).
[9] Victor Castaño. Sugestec: Sistema Universitario de Gestión Tecnológica, http://www.sugestec.unam.mx/sugestec/galeria_1.jsp?clave=39, abril de 2009.
[10] El nuevo empresario, http://www.elnuevoempresario.com/noticia_827_manabitacreo- el-acero-vegetal.php, febrero de 2009.
[11] René Salgado Delgado. La cascarilla de arroz: Un excelente sustituto de la madera. Hypatia: Revista de Divulgacion Científico–Tecnológica del Gobierno del Estado de Morelos, 11, 2004.
[12] F. Le Digabel and L. Avérous. Effects of lignin content on the properties of lignocellulose-based Biocomposites. Carbohydrate Polymers, ISSN 0144–8617, 66(4), 537–545 (2006).
[13] L. Dányádi, T. Janecska, Z. Szabó, G. Nagy, J. Móczó and B. Pukánszky. Wood flour filled PP composites: Compatibilization and adhesion. Composites Science and Technology, ISSN 0266–3538, 67(13), 2838–2846 (2007).
[14] B. S. Ndazi, S. Karlsson, J. V. Tesha and C.W. Nyahumwa Chemical and physical modifications of rice husks for use as composite panels. Composites. Part A, Applied science and manufacturing , ISSN 1359-835X, 38(3), 925–935 (2007).
[15] M. Joseph Davidson, K. Balasubramanian and G. R. N. Tagore. Experimental investigation on flow-forming of AA6061 alloy-A Taguchi approach. Journal of materials processing technology, ISSN 0924–0136, 200(1–3), 283–287 (2008).
[16] C. Hu, Y. Chang, L. Yin, C.Tsao and C.Chang. Optimal design of nickel-coated protein chips using Taguchi approach. Sensors and actuators B Chemical, ISSN 0925–4005, 108(1–2), 665–670 (2005).
[17] L. S. I Jorba. El secreto de la calidad japonesa: El diseño de experimentos clásicos, Taguchi y Shainin, ISBN 84–267–0913–3, Barcelona, Marcombo, 1993.
[18] ASTM International. Standard Test Methods for Evaluating Properties of Wood- Base Fiber and Particle Panel Material . D 1037–99, 141–171 (2006).
[19] F. Mejía Fernández. Propiedades físicas y mecánicas de especies maderables en Caldas para su uso en la construcción, incluyendo la guadua. Universidad Nacional de Colombia, Manizales (1985).
[20] B. Madsen, A. Thygesen and H. Lilholt. Plant fibre composites - porosity and stiffness. Composites Science and Technology, ISSN 0266–3538, 69(7–8), 1057– 1069 (2009).
[21] K. G. Mansaray and A. E. Ghaly. Thermal degradation of rice husks in nitrogen atmosphere. Bioresource Technology, ISSN 0960–8524, 65(1-2), 13–20 (1998).
[22] P. J. Ross. Taguchi Techniques for Quality Engineering: Loss Function, Orthogonal Experiments, Parameter and Tolerance Design, ISBN 0 07–053866–2. McGraw–Hill, United States (1988).
[2] Y. Lei, Q. Wu, F. Yao and Y. Xu. Preparation and properties of recycled HDPE/ natural fiber composites. Composites. Part A, Applied science and manufacturing, ISSN 1359–835X, 38(7), 1664–1674 (2007).
[3] D. García, J. López, R. Balart, R. A. Ruseckaite and P. M. Stefani. Composites based on sintering rice husk-waste tire rubber mixtures. Materials and Design, ISSN 0261–3069, 28(7), 2234–2238 (2007).
[4] L. T. Vlaev, I. G. Markovska and L. A. Lyubchev. Non-isothermal kinetics of pyrolysis of rice husk. Thermochimica Acta, ISSN 0040–6031, 406(1-2), 1–7 (2003).
[5] K. G. Satyanarayana, G. G. C.Arizaga and F. Wypych. Biodegradable composites based on lignocellulosic fibers: An overview, Progress in Polymer Science, ISSN 0079–6700, 34(9), 982–1021 (2009).
[6] J. Werther, M. Saenger, E-U. Hartge, T. Ogada and Z. Siagi. Combustion of agricultural residues. Progress in Energy and Combustion Science, ISSN 0360– 1285, 26(1), 1–27 (2000).
[7] A. K. Bledzki and J. Gassan. Composites reinforced with cellulose based fibres. Progress in Polymer Science, ISSN 0079–6700, 24(2), 221–274 (1999).
[8] S. Kim. Incombustibility, physico-mechanical properties and TVOC emission behavior of the gypsum-rice husk boards for wall and ceiling materials for construction. Industrial crops and products, ISSN 0926–6690, 29(2-3), 381–387 (2009).
[9] Victor Castaño. Sugestec: Sistema Universitario de Gestión Tecnológica, http://www.sugestec.unam.mx/sugestec/galeria_1.jsp?clave=39, abril de 2009.
[10] El nuevo empresario, http://www.elnuevoempresario.com/noticia_827_manabitacreo- el-acero-vegetal.php, febrero de 2009.
[11] René Salgado Delgado. La cascarilla de arroz: Un excelente sustituto de la madera. Hypatia: Revista de Divulgacion Científico–Tecnológica del Gobierno del Estado de Morelos, 11, 2004.
[12] F. Le Digabel and L. Avérous. Effects of lignin content on the properties of lignocellulose-based Biocomposites. Carbohydrate Polymers, ISSN 0144–8617, 66(4), 537–545 (2006).
[13] L. Dányádi, T. Janecska, Z. Szabó, G. Nagy, J. Móczó and B. Pukánszky. Wood flour filled PP composites: Compatibilization and adhesion. Composites Science and Technology, ISSN 0266–3538, 67(13), 2838–2846 (2007).
[14] B. S. Ndazi, S. Karlsson, J. V. Tesha and C.W. Nyahumwa Chemical and physical modifications of rice husks for use as composite panels. Composites. Part A, Applied science and manufacturing , ISSN 1359-835X, 38(3), 925–935 (2007).
[15] M. Joseph Davidson, K. Balasubramanian and G. R. N. Tagore. Experimental investigation on flow-forming of AA6061 alloy-A Taguchi approach. Journal of materials processing technology, ISSN 0924–0136, 200(1–3), 283–287 (2008).
[16] C. Hu, Y. Chang, L. Yin, C.Tsao and C.Chang. Optimal design of nickel-coated protein chips using Taguchi approach. Sensors and actuators B Chemical, ISSN 0925–4005, 108(1–2), 665–670 (2005).
[17] L. S. I Jorba. El secreto de la calidad japonesa: El diseño de experimentos clásicos, Taguchi y Shainin, ISBN 84–267–0913–3, Barcelona, Marcombo, 1993.
[18] ASTM International. Standard Test Methods for Evaluating Properties of Wood- Base Fiber and Particle Panel Material . D 1037–99, 141–171 (2006).
[19] F. Mejía Fernández. Propiedades físicas y mecánicas de especies maderables en Caldas para su uso en la construcción, incluyendo la guadua. Universidad Nacional de Colombia, Manizales (1985).
[20] B. Madsen, A. Thygesen and H. Lilholt. Plant fibre composites - porosity and stiffness. Composites Science and Technology, ISSN 0266–3538, 69(7–8), 1057– 1069 (2009).
[21] K. G. Mansaray and A. E. Ghaly. Thermal degradation of rice husks in nitrogen atmosphere. Bioresource Technology, ISSN 0960–8524, 65(1-2), 13–20 (1998).
[22] P. J. Ross. Taguchi Techniques for Quality Engineering: Loss Function, Orthogonal Experiments, Parameter and Tolerance Design, ISBN 0 07–053866–2. McGraw–Hill, United States (1988).