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dc.contributor.advisorCárdenas Arias, Carlos Gerardo
dc.contributor.authorRoa Fuentes, Heber Duban
dc.contributor.authorHernandez Gonzalez, Walter Smith
dc.contributor.otherCárdenas Arias, Carlos Gerardo
dc.date.accessioned2022-08-24T14:40:54Z
dc.date.available2022-08-24T14:40:54Z
dc.identifier.citationN/Aes_ES
dc.identifier.urihttp://repositorio.uts.edu.co:8080/xmlui/handle/123456789/10026
dc.descriptionMaterialeses_ES
dc.description.abstract"Este proyecto constó de la caracterización de un material compuesto por matriz poli láctica reforzada de manera transversal con fibra de piña. Para la caracterización se planteó la evaluación de las propiedades mecánicas y térmicas de dicho material. Para este desarrollo se planteó inicialmente la investigación documental de materiales compuestos desarrollados con fibras naturales. Gracias a dicha investigación se diseñó una metodología cuantitativa adaptada a este proyecto, con el fin de cumplir los objetivos propuestos. El material de ensayo se elaboró aplicando la norma ASTM D3039/3039M, en la cual se encuentra estandarizada las dimensiones de la probeta y otras consideraciones. Durante el proceso de elaboración se usaron métodos de laboratorio para la obtención de PLA, sin embargo, los resultados del material no fueron los deseados, por consiguiente, para dar solución a dicha problemática se usó el PLA comercial. Las probetas elaboradas fueron rectificadas, ya que, durante el proceso de conformado, sus medidas presentaron variaciones. Se desarrollaron pruebas de tracción a las probetas elaboradas, de las cuales se obtuvieron los datos numéricos del comportamiento de cada prueba. Con estos datos se realizó un análisis estadístico, el cual permitió la obtención de las propiedades mecánicas de cada probeta. Se desarrollaron pruebas térmicas, de las cuales se obtuvo la información necesaria para el cálculo del coeficiente de conductividad térmica. Para dicho cálculo se usó la primera ley de la termodinámica de balance de energías y la ley de Fourier, que detalla la trasferencia de calor por conducción. En conclusión, el material compuesto con fibra de piña aumento su módulo elástico en un 38% y su coeficiente de conductividad térmica en un 68%, sin embargo, en comparación con otros materiales no se puede considerar como un material idóneo para la conducción de calor. "es_ES
dc.description.sponsorshipN/Aes_ES
dc.description.tableofcontents"TABLA DE CONTENIDO RESUMEN EJECUTIVO 13 INTRODUCCIÓN 14 1. DESCRIPCIÓN DEL TRABAJO DE INVESTIGACIÓN 15 1.1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 15 1.2. JUSTIFICACIÓN 16 1.3. OBJETIVOS 17 1.3.1. OBJETIVO GENERAL 17 1.3.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS 17 1.4. ESTADO DEL ARTE 18 1.4.1. ESTUDIO DE LA CONFIGURACIÓN DE LAS FIBRAS DEL MATERIAL COMPUESTO DE MATRIZ EPOXI REFORZADA CON FIBRAS DE PIÑA Y SU INCIDENCIA EN LAS PROPIEDADES MECÁNICAS EN LA FABRICACIÓN DE BUTACAS DEPORTIVAS 18 1.4.2. UTILIZACIÓN DE LAS FIBRAS DEL RASTROJO DE PIÑA (ANANÁS COMUSUS, VARIEDAD CHAMPAKA) COMO MATERIAL DE REFUERZO EN RESINAS DE POLIÉSTER 18 1.4.3. UTILIZACIÓN DE FIBRA DE PIÑA COMO REFUERZOS DE BIOCOMPUESTOS FABRICADOS POR MOLDEO DE COMPRESIÓN 18 1.4.4. OBTENCIÓN Y CARACTERIZACIÓN MECÁNICA DE MATERIAL COMPUESTO RESINA POLIÉSTER - FIBRA DE PIÑA 19 1.4.5. PREPARACIÓN Y CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES COMPUESTOS A PARTIR DE FIBRAS NATURALES 20 2. MARCO REFERENCIAL 20 2.1. FUNDAMENTO TEÓRICO 20 2.1.1. ESFUERZOS EN PIEZAS 20 2.1.2. ESFUERZO AXIAL 21 2.1.3. ENSAYO DE TRACCIÓN 21 2.1.4. DATOS DEL ENSAYO DE TRACCIÓN 22 2.1.5. CURVA ESFUERZO DEFORMACIÓN 24 2.1.6. PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA 26 2.1.7. LEY DE FOURIER 26 2.1.8. CONDUCTIVIDAD TÉRMICA DE MATERIALES 27 2.1.9. FIBRAS NATURALES 29 2.1.10. FIBRA DE PIÑA 31 2.1.11. RASPADO MANUAL O MECÁNICO DE FIBRA DE PIÑA 32 2.1.12. PROPIEDADES DEL PLA 33 3. DISEÑO DE LA INVESTIGACION 36 4. DESARROLLO DEL TRABAJO DE GRADO 37 4.1. INVESTIGACIONES RELACIONADAS CON MATERIALES COMPUESTOS A BASE DE FIBRAS NATURALES 37 4.2. ELABORACIÓN DE LAS PROBETAS DE MATERIAL COMPUESTO CON ÁCIDO POLILÁCTICO Y REFORZADO DE FIBRAS DE HOJA DE PIÑA, BASADO EN LA NORMA ASTM D3039/D3039M 38 4.2.1. IDENTIFICACIÓN DE PARÁMETROS DE ELABORACIÓN SEGÚN LA NORMA D3039/D3039M 38 4.2.2. DEFINICIÓN DE LA GEOMETRÍA 40 4.2.3. PROCESO DE ELABORACIÓN 41 4.3. DESARROLLAR PRUEBAS DE TRACCIÓN A LAS PROBETAS, APLICANDO LA NORMA ASTM D3039/D3039M, PARA EVALUAR LA RESISTENCIA ÚLTIMA DEL MATERIAL ANTE UNA CARGA DETERMINADA. 47 4.3.1. IDENTIFICACIÓN DE PARÁMETROS PARA LAS PRUEBAS DE TRACCIÓN SEGÚN LA NORMA D3039/D3039M 47 4.3.2. RESULTADOS INICIALES 50 4.3.3. OBSERVACIONES 55 4.4. DESARROLLAR PRUEBAS TÉRMICAS A LAS PROBETAS, PARA OBTENER EL COEFICIENTE DE CONDUCTIVIDAD TÉRMICA DEL MATERIAL. 56 4.4.1. IDENTIFICACIÓN DE PARÁMETROS PARA LAS PRUEBAS TÉRMICAS 56 4.4.2. RESULTADOS CUANTITATIVOS DE LAS PRUEBAS 59 5. RESULTADOS 60 5.1. RESULTADOS DE METODOLOGÍAS INVESTIGADAS 60 5.2. RESULTADOS DE LAS PRUEBAS DE TRACCIÓN 60 5.2.1. COMPARATIVA DE LOS GRÁFICOS DE TODAS LAS PRUEBAS 72 5.3. RESULTADOS DE LAS PRUEBAS DE CONDUCTIVIDAD TÉRMICA 74 5.3.1. CALCULO CONDUCTIVIDAD TÉRMICA A PROBETA CON FIBRA DE PIÑA Y PROBETA SIN FIBRA DE PIÑA 74 6. CONCLUSIONES 76 7. RECOMENDACIONES 78 8. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS 79 9. ANEXOS 85 9.1. MANUAL DE LABORATORIO UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN ANDRÉS. 85 9.2. FRACCIÓN DE LA NORMA D3039/3039M 91 9.3. PLANO DE LA PROBETA 93 9.4. FICHA TÉCNICA EQUIPO BIONIX 370 94 LISTA DE FIGURAS Figura 1. Definición de esfuerzos en una sección. 20 Figura 2. Esfuerzo axial sobre una sección transversal. 20 Figura 3. Equipo para ensayo de tracción. 21 Figura 4. Representación del fenómeno de estricción. 23 Figura 5. Diagrama esfuerzo deformación. 24 Figura 6. Descripción del balance energía. 25 Figura 7. Flujo de calor en pared plana. 26 Figura 8. Tipos de fibras naturales según su origen. 28 Figura 9. Estructura de la fibra. 29 Figura 10.sección transversal de la hoja de piña 30 Figura 11.Máquina de raspado. 31 Figura 12. Extracción manual. 32 Figura 13. Estructura molecular PLA 33 Figura 14. Metodología procedimental. 35 Figura 15. Evidencia del modelado de la probeta en el software SolidWorks. 39 Figura 16. Materiales utilizados en el método1. 40 Figura 17. Mezcla de materiales. 40 Figura 18. Probeta primer metodologia PLA. 40 Figura 19. Evidencia de las probetas elaboradas con el método manual. 41 Figura 20. Mezcla viscosa de PLA 42 Figura 21. Polimerización mezcla láctica 42 Figura 22. Evidencia de la probeta elaborada con los equipos de laboratorio. 43 Figura 23. Peles de PLA. 44 Figura 24. PLA. 44 Figura 25. Fibras. 44 Figura 26. Moldeo. 44 Figura 27. Acabado inicial de la probeta. 44 Figura 28. Evidencia proceso de moldeo por método de inyección. 45 Figura 29. Probetas elaboradas. 45 Figura 30. MTS Bionix Servohydraulic Test System. 46 Figura 31. Fuerza vs Desplazamiento de la prueba 1. 49 Figura 32. Fuerza vs Desplazamiento de la prueba 2. 50 Figura 33. Fuerza vs Desplazamiento de la prueba 3. 50 Figura 34. Fuerza vs Desplazamiento de la prueba 4. 51 Figura 35. Fuerza vs Desplazamiento de la prueba 5. 51 Figura 36. Fuerza vs Desplazamiento de la prueba 6. 52 Figura 37. Fuerza vs Desplazamiento de la prueba 7. 52 Figura 38. Fuerza vs Desplazamiento de la prueba 8. 53 Figura 39. Fuerza vs Desplazamiento de la prueba 9. 53 Figura 40. Fuerza vs Desplazamiento de la prueba 10. 54 Figura 42. Banco de prueba conductividad térmica. 56 Figura 43. Cámara de probetas. 57 Figura 44. Probeta de hielo. 57 Figura 45.Evaporador. 57 Figura 46. Toma de lecturas. 57 Figura 47. Obtención de datos para el cálculo de la pendiente 60 Figura 48. Grafica Esfuerzo – Deformación unitaria 1. 62 Figura 49. Grafica Esfuerzo – Deformación unitaria 2. 63 Figura 50. Grafica Esfuerzo – Deformación unitaria 3. 64 Figura 51. Grafica Esfuerzo – Deformación unitaria 4. 65 Figura 52. Grafica Esfuerzo – Deformación unitaria 5. 66 Figura 53. Grafica Esfuerzo – Deformación unitaria 6. 67 Figura 54. Grafica Esfuerzo – Deformación unitaria 7. 68 Figura 55. Grafica Esfuerzo – Deformación unitaria 8. 69 Figura 56. Grafica Esfuerzo – Deformación unitaria 9. 70 Figura 57. Graficas esfuerzo - deformación unitaria (Probetas con fibra) 71 Figura 58. Graficas esfuerzo - deformación unitaria (probetas sin fibra) 72 LISTA DE TABLAS Tabla 1. Conductividades térmicas de algunos materiales. 28 Tabla 2. Composición química de las fibras naturales. 31 Tabla 3. comparación entre fibras extraídas manualmente y con maquinaria. 33 Tabla 4. Propiedades del PLA. 34 Tabla 5. Investigaciones relacionadas con la elaboración de materiales compuestos. 37 Tabla 6. Descripción de métodos de obtención de PLA. 38 Tabla 7. Descripción de los equipos. 39 Tabla 8. Descripción de los materiales. 39 Tabla 9. medidas recomendadas de las probetas según norma ASTM D3039. 40 Tabla 10. Metodología procedimental de la elaboración de probetas de forma artesanal. 41 Tabla 11. Metodología procedimental de la elaboración de probetas con equipos de laboratorio. 43 Tabla 12. Metodología procedimental de la elaboración de probetas con PLA comercial 45 Tabla 13. Materiales usados para la prueba de tracción. 48 Tabla 14. Procedimiento de la prueba de tracción. 49 Tabla 15. Procedimiento para ensayo de conductividad térmica. 58 Tabla 16. Datos prueba conductividad térmica a probeta sin fibra. 59 Tabla 17. Datos prueba conductividad térmica a probeta con fibra. 59 Tabla 18. Tabla de resultados 1. 63 Tabla 19. Tabla de resultados 2. 64 Tabla 20. Tabla de resultados 3. 65 Tabla 21. Tabla de resultados 4. 66 Tabla 22. Tabla de resultados 5. 67 Tabla 23. Tabla de resultados 6. 68 Tabla 24. Tabla de resultados 7. 69 Tabla 25. Tabla de resultados 8. 70 Tabla 26. Tabla de resultados 9. 71 Tabla 27. Propiedades mecánicas promediadas. 72 Tabla 28. Propiedades mecánicas promediadas. 73 "es_ES
dc.subjectCaracterización, Acido poliláctico, Fibra de Piña, Ensayo Tracción, Conductividad Térmica, Probetaes_ES
dc.title" Caracterización de las propiedades mecánicas de un material compuesto a base de ácido poli láctico, reforzado transversalmente con fibra extraída de la hoja de piña por medio de ensayos de tracción "es_ES
dc.typedegree workes_ES
dc.date.emitido2022-08-17
dc.dependenciafcnies_ES
dc.proceso.procesoutsdocenciaes_ES
dc.type.modalidadproyecto_de_investigaciónes_ES
dc.format.formatopdfes_ES
dc.titulogIngeniero electromecánicoes_ES
dc.educationlevelProfesionales_ES
dc.contibutor.evaluatorevaluadores_ES
dc.date.aprobacion2022-08-17
dc.description.programaacademicoIngeniería electromecánicaes_ES
dc.dependencia.regionbucaramangaes_ES


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