Optimización de propiedades mecánicas y térmicas de un aglomerado sintético por el Método de Taguchi

Mechanical and thermal properties optimization of a synthetic agglomerate by using the Taguchi Method

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 grande manda. 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= 120oC 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 ala reducción del impacto ambiental generado por los productos de desecho.

1 INTRODUCCIÓN

Las fibras naturales orgánicas poseen el potencial de actuar como materiales reforzantes biodegradables en la obtención de materiales compuestos, hecho que ha generado gran impacto en la última década por sus efectos positivos sobre la agricultura, ambiente y economía [1, 2]. Las fibras como rellenos naturales implican un bajo costo, baja densidad, degradabilidad y reciclabilidad [3]. Uno de los residuos agrícolas que puede ser potencialmente usado como reforzante o relleno de materiales poliméricos es la cáscara de arroz [3]. Este es el residuo presente en mayor cantidad en la industria molinera [4] constituyendo más de un 10 % de la producción mundial de arroz [5]. Por su baja densidad (122 kg/m³), su procesamiento, transporte, almacenamiento e incineración, tienen un manejo complejo [6]. El desarrollo de materiales compuestos o aglomerados ha dado un valor agregado a este residuo en aplicaciones de construcción [7, 8]. Con este propósito en 2005, V. M. Castaño y colaboradores, desarrollaron con resina y cáscara de arroz un material denominado Aglomerado ignífugo, el cual no absorbe la humedad (hidrofóbico) y resiste altas temperaturas (ignífugo) [9].