ELABORACIÓN DE UN BASURERO PARA BUSES URBANOS E INTERPROVINCIALES A PARTIR DE FIBRA DE VIDRIO EN UNA BASE DE RESINA PILIESTER Santiago Logroño, Daniel Saquinga
[email protected] Universidad Técnica de Ambato. (FICM) Av. Los chasquis y Rio Payamino. Ambato-Ecuador
RESUMEN: RESUMEN: En el presente artículo se pondrá en práctica los conocimientos adquiridos en la materia de “Ingeniería de materiales II” en la cual se obtuvo
conocimientos de diferentes tipos de materiales utilizados en la industria mecánica como los materiales metálicos, polímeros, o materiales compuestos. Este proyecto tratara la utilización de un material compuesto en una base de resina poliéster con un refuerzo de fibra de vidrio para la elaboración de un basurero de buses urbanos o interprovinciales. El cual presenta excelentes propiedades físicas, químicas y mecánicas, además ayuda a disminuir el peso, tiempo de producción, en el que va incluido la relación costo-beneficio y toda una gama de ventajas de la utilización de nuevos materiales en la industria mecánica en general. PALABRAS CLAVES: Materiales compuestos Resistencia específica, Fibra de vidrio, catalizadores, Temperatura, Tensión, Módulo de Young.
Imagen 1: Lámina de fibra de vidrio: Fuente (autores) B. Guantes.
I. INTRODUCCION: En el presente artículo se mencionara conceptos básicos de los materiales compuestos especialmente del material con refuerzo de fibra de vidrio. Además se incluirá el proceso de elaboración con los cálculos de las propiedades de un material compuesto a partir de una base de resina poliéster con fibra de vidrio. II.
OBJETIVOS
III.
A. OBJETIVO GENERAL Elaborar un basurero para buses urbanos o interprovinciales a partir de una base de resina poliéster con refuerzo de fibra de vidrio en un molde predeterminado, aplicando sus respectivos porcentajes para una buena consistencia del material compuesto. OBJETIVOS ESPECÍFICOS: Identificar las propiedades de la fibra de vidrio en un material compuesto con resina poliéster. Evaluar el desempeño del material compuesto creado en una matriz de resina poliéster con un refuerzo de fibra de vidrio. DESCRIPCION MATERIALES:
DE
EQUIPOS
Imagen 2: Guantes quirúrgicos: Recuperado de https://goo.gl/606kix C. Catalizadores
Y
A. Fibra de vidrio Imagen 3: Catalizadores como cobalto, etileno y resina: Fuente (autores)
D.
Molde.
Imagen 7: Mascarillas: Fuente Recuperado de http://goo.gl/nLdj1G H. Tijeras
Imagen 8: Tijera: Fuente recuperado de https://goo.gl/RdsBRm Imagen 4: Molde del basurero: Fuente (autores).
I.
Cera para piso
E. Brocha.
Imagen 9: Cera de piso: Fuente (autores) Imagen 5: Brocha: Fuente (autores). F.
Meck.
Imagen 6: Meck (acelerante): Fuente (autores).
G. Mascarilla
IV.
MARCO TEORICO
A. RESINA POLIÉSTER Generalmente se puede encontrar las resinas en estado líquido a temperatura ambiente que se les puede cambiar a estado sólido en el caso de las resinas pre-aceleradas mediante la adición de un catalizador, y en el caso de una resina no pre-acelerada con la adición de un acelerante y un catalizador. Las resinas consideradas como plásticos termoestables son las más utilizadas para la elaboración de materiales compuestos ya que una vez cambiada s u estructura no puede volver a su estado anterior. Las resinas poliéster más comunes son: las isoftalticas y las ortoftalticas. Para cambiar del estado líquido al solid o las resinas se utiliza como acelerante “octoato de cobalto” y como catalizador “Meck (metil-etil-cetona) peróxido”. Además hay otros factores que influyen el proceso de curado como la temperatura ambiente, humedad relativa (es necesario entre 40 y 54%), y los porcentajes añadidos a la mezcla (a mayor porcentaje menos tiempo de curado). [1]
B. FIBRA DE VIDRIO La fibra de vidrio es el principal material utilizado como refuerzo de materiales compuestos en matrices generalmente de plástico para elaborar objetos por medio de moldes. Los materiales compuestos elaborados a partir de esta fibra obtienen características favorables como alta relación entre resistencia y peso, excelente estabilidad dimensional, gran resistencia a la corrosión por ende al frio, la humedad y el calor, además posee propiedades de aislamiento térmico y su costo de fabricación es relativamente bajo. Existen dos tipos principales de fibra de vidrio que se utilizan en la elaboración de
materiales compuestos: Fibra de vidrio E (eléctricos) y Fibra de vidrio S (alta resistencia). [2] 1. Fibra de vidrio E Esta fibra se utiliza comúnmente debido a su bajo costo, sin embargo su calidad es buena ya que está compuesta de cal, aluminio y boro silicato con niveles extremadamente bajos de sodio y potasio su composición básica esta entre los niveles de 52 y 56% SiO2, de 12 a 16% de Al2O3, de 16 al 25% de CaO y de 8 a 13% B2O3. Esta fibra posee una resistencia a la tensión de 500 Ksi y un módulo de elasticidad de 10.5 Msi. [2] 2. Fibra de vidrio S Posee una relación entre resistencia y peso más alta que la anterior pero su costo es más elevado lo que disminuye el porcentaje de adquisición de esta fibra. Es usado generalmente para aplicaciones militares y en la industria aeronáutica. Su composición típica está cerca de 65% SiO2, de 25% de Al2O3 y 10% de MgO. Esta fibra posee una resistencia a la tensión superior a 650 Ksi y un módulo de elasticidad de 12.4 Msi. [2]
C. Propiedades Tabla 1. Propiedades comparativas de los hilos utilizados como fibras de refuerzo para plásticos.
Fuente: [2] Tabla 2: Propiedades de las fibras
Fuente: [3]
D. EL CATALIZADOR Un catalizador es una sustancia añadida a una mezcla química que induce al compuesto a efectuar una reacción, en esta caso el catalizador utilizado ayudara a que la mezcla se seque en un corto tiempo. Este catalizador es considerado un peróxido metil-etil utilizado para curado de resinas poliéster en estado frio, es plastificante con una solución de oxigeno activo al 9% de peróxido metil-etil cetona. El Meck es el iniciador del curado y se debe colocar directo a la mezcla de resina ya que no debe tener contacto directo con el acelerante (cobalto) ya que estos pueden reaccionar y causar una explosión. [4]
E. PROCESOS DE FABRICACIÓN: Fibra de vidrio 1) Fundición: Este proceso consiste en fundir directamente la arena para transformarla en vidrio o reutilizar materiales de vidrio reciclados como son las canicas, esto se vuelve a fundir para iniciar con un proceso de filamentación del vidrio. [5] 2)
Fuente: [3] Tabla 2. Propiedades elásticas de las fibras.
Fuente: [3] Tabla 3. Propiedades y costos de los materiales compuestos elaborados con fibras.
Formación:
Unas placas de metal colocadas a las salidas de las boquillas ira formando filamentos de fibra mediante insertos introducidos junto a las placas de metal, debido a la temperatura a la cual está expuesta la placa esta constituida de platino y rodio. El platino es utilizado debido a que el vidrio fundido tiene una afinidad para humectarlo. [5] 3)
Proceso de filamentos continuos
Para el proceso de elaboración de filamentos continuos, después de que las fibras son atenuadas se le aplica un apresto especial que ayuda a que la fibra pueda ser enrollada. La adición de este producto influye también al proceso al cual este destinado ya que es un reactivo que ayuda en la unión con algunos tipos de resinas en la formación de un material compuesto. [5] El apresto es añadido comúnmente entre 0.5 y 2% de peso.
4)
Proceso de fibra corriente
En la elaboración de fibra de vidrio corriente tenemos varios procesos de producción. Para esto el vidrio fundido puede rociarse con calor o vapor un aves salida del proceso de conformado, también el vidrio fundido puede ser soplado. Normalmente esta fibra es utilizada para elaborar ciertos tipos de telas similares a un filtro. [5] V.
PROCEDIMIENTO: 1.
Imagen 12: Proceso de la fibra de vidrio:
Limpiar las impurezas del molde para obtener
Fuente: Autores
un mejor acabado superficial. 4.
Preparar la resina con los catalizadores de acuerdo a las cantidades de preparación especificadas.
Imagen 10: Molde de basurero de buses Fuente: Autores 2.
Preparación del molde: colocar cera de piso en la superficie del molde para conseguir una superficie uniforme y facilitar la separación del Imagen 13: Acelerante Meck:
producto terminado del molde base.
Fuente: Autores
Imagen 11: colocación de cera en el molde: Fuente: Autores 3.
Imagen 14: Preparación de la resina poliéster c on los
Cortar la lámina de fibra de vidrio de acuerdo
catalizadores:
a un aproximado del tamaño del basurero a
Fuente: Autores
realizar. 5.
Aplicar resina con una brocha sobre la superficie del molde.
Imagen 15: Aplicación de la resina en el molde: Fuente: Autores
Imagen 18: Colocación de las capas de resina: Fuente: Autores
6.
Colocar la primera capa de fibra de vidrio
8.
Después de haber colocado todas la capas de
sobre la superficie del molde cubierta con
fibra de vidrio se debe esperar por al menos
anticipación de resina poliéster.
dos horas, tiempo en el cual la resina se secara y se podrá retirar el basurero del molde.
Imagen 16: colocación de una capa de fibra de vidrio: Fuente: Autores Imagen 19: Desmoldar el basurero: Fuente: Autores 9.
Darle los acabados finales al basurero.
Imagen 17: colocación de capas de fibra de vidrio: Fuente: Autores 7.
Colocar otra vez la resina poliéster y continuar con la colocación de las capas de fibra de vidrio una a una respectivamente, hasta alcanzar el espesor deseado.
Imagen 20: Producto terminado: Fuente: Autores
Donde: m=Es la masa v=Es el volumen δ= Es la densidad m=δ∗v g δ = 1.2 cm m = 1.2 ∗ 665.35 m = 798.42gramos
40% De Fibra de vidrio (el valor es aproximado) = 1188.125 cm ∗ 0.4 = 475.25cmde fibra de vidrio m → δ = v m=δ∗v g δ = 2.58 cm m = 2.58 ∗ 475.25 m = 1226.145
Imagen 21: Producto terminado: Fuente: Autores VI.
CÁLCULOS
VOLUMEN
Sección 1
Dado que al elabora el basurero hicimos de 2
Longitud= 59 cm
capas de fibra de vidrio tenemos que dividir la
Ancho= 32.5 cm
masa para las 2 capas.
Espesor= 0.25 cm
1226.145 2 m = 613.0725 gramos por cada capa de fibra de vidrio m=
Sección 2 Longitud=51 cm Ancho= 42 cm Espesor= 0.25 cm Sección 3 Longitud=33 cm
Ancho= 21 cm
2% de “MECK” PERÓXIDO (el valor es aproximado)
Espesor= 0.25 cm V = 1188.125 m ∗ 0.02 ATOTL = (59∗ 32.5 + 51∗ 42 + 33∗ 0.25 )cm
V = 23.7625cm
A = 4752.5cm
7.- COSTO DE PRODUCCIÓN DE BASURESO DE
VTOTL = ATOTL ∗ VTOTL = 4752.5 ∗ 0,25cm VTOTL = 1188.125 cm³
56% De Resina Poliéster (el valor es aproximado)
FIBRA DE VIDRIO PARA BUSES URBANOS E INTERPROVINCIALES m = 1226.145 = 1.226
Según datos tomas de mercado libre el costo de la fibra de vidrio es de 2 dólares por kilogramo Por lo tanto el costo de la fibra de vidrio utilizada en la elaboración es de:
= 1188.125 = 665.35
cm
∗ 0.56
cm de resina poliéster
= 2.46$
El valor en el mercado local de la resina poliéster utilizada es de 3.35$ por litro
m → δ = v
Por lo tanto el costo de la resina poliéster utilizado es utilizada en la elaboración es de:
= 665.35 cm = 0.665 = 0.2.23$
El gasto en la elaboración de basureros de fibra de vidrio para buses urbanos e interprovinciales es de 4.69$. Sin tomar en cuenta el costo de los acelerantes utilizados, tampoco de la mano de obra. VII.
CONCLUSIONES
Al
finalizar el
proyecto
se logró
identificar que la fibra de vidrio alcanza excelentes
propiedades
físicas
y
mecánicas al realizarle un material compuesto con resina poliéster.
El desempeño del material compuesto va de acuerdo a las necesidades del uso que se le dará.
Se calculó que el porcentaje de 2% de acelerante (Meck) aplicado a la mezcla coincide con los datos obtenidos.
Se identificó que al realizar un material compuesto, el nuevo material adquiere las propiedades de ambos materiales que lo componen, mejorando así sus propiedades mecánicas.
Es indispensable elaborar productos con nuevos materiales para mejorar su desempeño y calidad.
VIII.
RECOMENDACIONES
Es importante la utilización de todos los equipo de protección para realizar esta práctica ya que los materiales usados son altamente peligrosos y perjudiciales para la salud como el olor que emanan y las partículas que se desprenden de la fibra de vidrio.
Tomar en cuenta las cantidades de Meck a utilizar ya que es un químico que reacciona con el cobalto y puede explotar.
Considerar el tiempo de secado para evitar que el producto se deforme por falta de secado.
Evitar el contacto directo con la piel de los químicos utilizados.
IX.
REFERENCIA
[1] A. Gil, «EAFIT,» 30 3 2012. [En línea]. Available: http://www.eafit.edu.co/servicios/cent rodelaboratorios/infraestructura/labor atorios/Documents/Guia%20de%20ma nejo%20de%20resinas.pdf. [Último acceso: 8 2 2016]. [2] W. F. SMITH, Fundamentos de la Ciencia e Ingenieria de Materiales, Cuarta ed., MEXICO: McGRAW-HILL, 2006, pp. 749-770. [3] L. MARKS, Manual del Ingeniero Mecanico, MEXICO: Hispano America, 1951. [4] S. Colina, «PlastiQuimica,» 10 4 2015. [En línea]. Available: http://www.plastiquimica.cl/category/ productosnegocios/aditivos/catalizadores/. [Último acceso: 8 2 2016]. [5] D. Askeland, Ciencia e Ingenieria de materiales, Sexta ed., MEXICO: THOMSON, 2012.
