Evaluación del uso de cascarilla de arroz, polietileno y polipropileno en la producción de postes para uso agropecuario

Abstract

Ensayo de tracción y compresión Se realizaron según las normas ASTM D-638 y D-695 Resultados y discusiones Clasificacion de Plásticos En la tabla 2 se evidencia el resultado con los análisis realizados para la clasificación de los plásticos, según los resultados obtenidos se corroboró que la muestras M2 es polietileno de alta densidad (PDAD) y la muestra M3 es polipropileno (PP). Los resultados de humedad y ceniza corresponden a los encontrados por Echeverría Cruz, M. A., Mena, L., & Antonio, O. (2010). donde se evidencia un bajo porcentaje de humedad que hace al residuo llamativo para su uso en la elaboración de aglomerados. Los resultados obtenidos para el ensayo de compresión del poste fue de 6,24 N/mm2 , para el módulo de elasticidad el valor fue de 176,55 Mpa y para la resistencia a la tracción fue de 48 Mpa, estos resultados tuvieron valores de esfuerzo a la compresión en un rango de 943,40- 1326,53 KN/m2, , valores de resistencia a la tracción en un rango de 2,6-3,8 N/mm2 y módulo de elasticidad en un rango entre 34,08 y 63,34 Mpa, cabe resaltar que Por medio de las pruebas de compresión y tracción, se muestra que la fibra aumenta la ductilidad del material. Elementary practical organic chemistry:

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Resumen

El objetivo de este proyecto fue desarrollar un biomaterial compuesto a partir de plásticos reciclados como polietileno y polipropileno, también haciendo uso de una fibra vegetal (cascarilla de arroz), para la elaboración de un poste de uso agropecuario. Para determinar las propiedades del material se caracterizaron las materias primas utilizadas, para el caso del polipropileno y polietileno se realizaron pruebas de combustión, presencia de halógeno, solubilidad, densidad y espectrofotometría infrarroja. Con respecto a la cascarilla de arroz se realizaron pruebas de humedad, cenizas, densidad y análisis bromatológico. Las propiedades mecánicas fueron evaluadas a través de ensayos de tracción y compresión por medio de las normas ASTM D-638 y D-695 respectivamente, determinando cuál de las proporciones entre los plásticos y la fibra vegetal (10%,30%,40%) presentó las mejores propiedades mecánicas para la elaboración del producto. Se obtuvo un material con buena propiedad mecánica y viable para la fabricación de postes de uso agropecuario utilizando materiales reciclados y desechos orgánicos.

Palabras claves: extrusión, fibra vegetal, polímeros, termoplásticos.

Introducción

Colombia se destaca por la producción de cultivo de arroz, según el DANE el área sembrada de arroz mecanizado para el segundo semestre de 2015 fue de 295.971 hectáreas, con una producción de 1.558.000 toneladas de arroz, dicha producción genera grandes cantidades de cascarilla de arroz (DANE, 2015).

La cascarilla de arroz presenta diferentes propiedades y características que lo hacen un material llamativo para reutilizar. Es un material ignifugo, con alta estabilidad bioquímica, debido a su gran contenido de minerales, así como su alta concentración de silicio el cual está entre el 90 al 97%. La transformación de las propiedades fisicoquímica de la cascarilla de arroz comienza por encima de los 750°C, lo cual le garantiza un amplio rango de estabilidad térmica (Sierra, J. 2009).

Córdoba, Mera, Martínez y Rodríguez en 2010, exponen como la mezcla en proporciones adecuadas entre los plásticos reciclados de polietileno y polipropileno, con cantidades optimas de fibra natural tetera, permiten obtener materiales a bajos costos y que pueden reemplazar a los usados actualmente, como los productos de la madera.

Debido a las propiedades que presenta la cascarilla de arroz y a las problemáticas ambientales que genera la producción de polímeros, la empresa ECOMADERAS PLÁSTICAS busca aprovechar la cascarilla de arroz como fuente de materia prima para realizar un aglomerado con los plásticos Polietileno y Polipropileno reciclados, generando así un nuevo producto que tenga buenas propiedades para el uso de cercado en el sector agropecuario con el uso de materiales más amigable con el medio ambiente y de menor costo de producción.

Parte Experimental

Clasificacion de Plásticos

Prueba de combustión

Se realizó colocando cada muestra de plástico a la llama de un mechero de 5 a 20 segundos. Se observó y se determinó el color de llama, combustibilidad , color del humo generado, olor y el tipo de fusión.

Prueba de Beilstein

Con un alambre de cobre delgado de 5 cm de largo llevado a la llama hasta rojo vivo se tomó un trozo de cada muestra de plástico, para colocarlo nuevamente a la llama entre 5 a 10 segundos determinando la presencia de halógenos al observar si la llama tomó un color verde (Sharpless, T. W. 1980; Shriner, R. L., et. al. 1956; Vogel, A. I. 1966).

Prueba de densidad

La densidad de las muestras de los plásticos y las cascarilla de arroz se determinó por medio del método de inmersión que consiste en sumergir la muestra en una probeta con un volumen de 6 mL de agua y se tomó la lectura del volumen desplazado.

Solubilidad

La solubilidad se determinó sumergiendo en su totalidad cada muestra de plástico en un tubo de ensayo con diferentes solventes como: acetona, xileno, diclorometano y ciclohexanona, Las muestra se dejaron en contacto con el solvente durante 2 horas agitando el tubo en periodos de 10-15 min (Mercedes, R. P. 2008).

Caracterización de la cascarilla de arroz

Prueba de porcentaje de humedad

Se pesó la muestra húmeda en una balanza analítica Nimbus ADAM y luego se llevó a una mufla marca Nabertherm a una temperatura constante de 110°C ± 5°C durante 24 hora, pasado este tiempo se pesó de nuevo la muestra y se determinó el porcentaje de humedad.

Prueba de ceniza

Para le realización de esta prueba se pesó 3 gramos de muestra de cascarilla de arroz que fue calcinado durante media hora en la mufla a 200°C hasta que no se desprendieron humos, luego se incineró durante dos horas a 500°C hasta obtener una ceniza de color grisáceo que fue pesada (Sawyer, K. I. R. K., et. al. 1999).

Análisis bromatológico

Por medio del método Van Soest se determinó la fracción de FDN (fibra detergente neutro), FDA (fibra detergente ácido), celulosa, hemicelulosa y lignina. Para la FDN y FDA se utilizó 1 gramo de la muestra molida de cascarilla de arroz y se realizó una digestión con cada respectivo detergente por una hora, terminado el tiempo se filtró la muestra y se llevó a una mufla a 100°C por 24 horas.

Para la determinación del porcentaje de lignina se pesaron 0.5 gramos de la muestra FDA llevándola a un beaker con 25 mL de ácido sulfúrico al 72% por 1 hora en reposo.

Para la determinación de estos métodos se utilizaron las ecuaciones planteadas por el método Van Soest (Santacoloma-Varón, L. E. 2014).

Elaboración de postes

El desarrollo del poste se llevó acabo en la empresa Ecomaderas plásticas, se realizaron postes con diferentes composiciones de las materias primas, estas se presentan en la tabla 1. Los postes se generaron mediante un proceso de extrusión y moldeo a través del husillo.

Ensayo de tracción y compresión

Se realizaron según las normas ASTM D-638 y D-695

Resultados y discusiones

Clasificacion de Plásticos

En la tabla 2 se evidencia el resultado con los análisis realizados para la clasificación de los plásticos, según los resultados obtenidos se corroboró que la muestras M2 es polietileno de alta densidad (PDAD) y la muestra M3 es polipropileno (PP).

Los resultados de humedad y ceniza corresponden a los encontrados por Echeverría Cruz, M. A., Mena, L., & Antonio, O. (2010). donde se evidencia un bajo porcentaje de humedad que hace al residuo llamativo para su uso en la elaboración de aglomerados. En la tabla 3 se presentan los valores obtenidos.

Elaboración del poste

La combinación de PP, PEAD y cascarilla de arroz redujo en el poste plástico la porosidad, presentando mayor adherencia de los materiales y haciéndolo más rígido.

Los resultados obtenidos para el ensayo de compresión del poste fue de 6,24 N/mm2 , para el módulo de elasticidad el valor fue de 176,55 Mpa y para la resistencia a la tracción fue de 48 Mpa, estos resultados tuvieron valores de esfuerzo a la compresión en un rango de 943,40- 1326,53 KN/m2, , valores de resistencia a la tracción en un rango de 2,6-3,8 N/mm2 y módulo de elasticidad en un rango entre 34,08 y 63,34 Mpa, cabe resaltar que Por medio de las pruebas de compresión y tracción, se muestra que la fibra aumenta la ductilidad del material.

Conclusiones

El material reforzado con la cascarilla de arroz fue más liviano con respecto al material que actualmente utiliza la empresa Ecomaderas plásticas, haciendo que este sea más fácil de manipular en la instalación, el poste plástico elaborado para el cercamiento en el sector agropecuario cumplió con los requerimientos para su puesta en el mercado.

Este biomaterial genera nuevas alternativas para la producción de materiales de alta resistencia en diversos sectores de la industria.

Agradecimientos

Los autores agradecen Tecnoparque SENA nodo Bogotá y a la universidad de América por el apoyo en asesorías e infraestructura para el desarrollo del proyecto.

References

Referencias

DANE, (2015). Encuesta Ambiental Industrial Resultados consolidados. BOGOTÁ D.C.

Echeverría Cruz, M. A., Mena, L., & Antonio, O. (2010). Caracterización energética de la cascarilla de arroz para su aplicación en la generación de energía termoeléctrica.

Mercedes, R. P. (2008). Los materiales plásticos en tecnologia industrial I: prácticas de identificación. Revista digital sociedad de la información, 9.

Santacoloma-Varón, L. E. (2014). ANÁLISIS DE FORRAJES DE VAN SOEST.

Sawyer, K. I. R. K., Egan, H., & Kirk, R. S. (1999). Composición y Análisis de Alimentos de Pearson. Primera Reimpresión, Editorial Continental SA, México.

Sharpless, T. W. (1980). Corrosion: The problem of storage. The numismatist, 93(10), 2450-2454.

Shriner, R. L., Fuson, R. C., & Curtin, D. Y. (1956). Thesystematic identification of organic compounds. John Wiley and Sons, New York, 202-207.

Sierra, J. (2009). Alternativas de aprovechamiento de la cascarilla de arroz en Colombia. Departamento de Ingeniería Agrícola, 94.

Vogel, A. I. (1966). Elementary practical organic chemistry: Small scale preparations. Pearson Education India.