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Paneles en láminas de papel periódico reciclado y polimetilmetacrilato con núcleo de poliuretano: Un modelo en la implementación de la ingeniería estructura

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Se diseñaron y caracterizaron paneles termoaislados compuestos por dos láminas exteriores (barrera de vapor)
unidas a un núcleo de espuma rígida de poliuretano para formar un conjunto estructural con bajo coeficiente de transferencia de calor y altas prestaciones en sus características mecánicas. El campo de aplicación de este tipo de materiales es muy variado, desde instalaciones comerciales y de vivienda básica, hasta grandes naves industriales refrigeradas. En este estudio se construyeron paneles laminados de papel periódico reciclado y de acrílico. La caracterización mecánica se realizó mediante ensayos de carga soportada, módulo de elasticidad, esfuerzo y deformación. Se encontró que los paneles de poliuretano con láminas de periódico presentan menos deformación que los demás paneles, y a su vez su esfuerzo no difiere de otro material, por tanto muestran un buen módulo de elasticidad.
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Paneles en láminas de
papel periódico reciclado
y polimetilmetacrilato con
núcleo de poliuretano: Un
modelo en la implementación
de la ingeniería estructural
1W. APERADOR
2J. BAUTISTA
2G. PEÑA
Resumen
Se diseñaron y caracteri-
zaron paneles termoaislados
compuestos por dos láminas
exteriores (barrera de vapor)
unidas a un núcleo de espuma
rígida de poliuretano para for-
mar un conjunto estructural con
de calor y altas prestaciones en
sus características mecánicas. El
campo de aplicación de este tipo
de materiales es muy variado,
desde instalaciones comerciales y
de vivienda básica, hasta grandes
naves industriales refrigeradas.
En este estudio se construyeron
paneles laminados de papel pe-
riódico reciclado y de acrílico.
La caracterización mecánica
1 Ingeniería Mecatrónica, Universidad Militar Nueva Granada, Bogotá – Colombia.
2 Grupo de Investigación en Tecnología Cerámica,. Departamento de Física,. Universidad Francisco de Paula Santander., San José de Cúcuta.
Fecha de recepción: Junio 01 /11 Fecha de aceptación: Octubre 14 /11
8
LHD0iTXLIHGHL?DFOL-HLQWPEUQFHUDGH(OQD1R?EDXOMR'RFFHRH\LHUHEUQVRP+WPaneles en láminas de papel periódico reciclado y polimetilmetacrilato con núcleo de
poliuretano: Un modelo en la implementación de la ingeniería estructural
seco ha tenido un gran auge en los
se realizó mediante ensayos de
últimos años, debido al aumento de
carga soportada, módulo de elas-
la temperatura ocasionado por los
ticidad, esfuerzo y deformación.
cambios climáticos y por el con-
Se encontró que los paneles de
sumo de energía en climatización
poliuretano con láminas de pe-
para sostener las temperaturas de
riódico presentan menos defor-
espacios interiores requeridas. El
mación que los demás paneles, y
consumo eléctrico por climatización
es de un 80 % del total de energía
otro material, por tanto muestran
un buen módulo de elasticidad.
nuevos materiales aislantes, apor-
Palabras clave: Panel ter- tará una disminución importante
moaislado, láminas de papel en el consumo energético global
periódico, láminas de acrílico, en edificios y recintos cerrados.
propiedades mecánicas. En el mercado actual se consiguen
paneles fabricados con láminas de
Abstract acero al carbono, con protección
galvánica o recubierta con pintura It was designed and cha-
base poliéster. Este tipo de ma-racterized a panel composed of
terial presenta varias desventajas two thermo-insolated external
tanto en sus características físicas plates (vapor barrier) linked by a
como en su instalación. La utili-core of rigid polyurethane foam
zación de materiales aislantes en (thermal insulation) to form a
las construcciones ha aumentado structural assembly with low
considerablemente debido a sus
ventajas constructivas y se proyecta high performance in their me-
su crecimiento a medida que sus chanical properties. The scope
componentes o materias primas ten-of such materials is very varied,
gan un costo bajo y cumplan con las ranging from commercial faci-
legislaciones ambientales vigentes lities and basic housing to large
(Alter Fairbairn, 1966).refrigerated warehouses. In this
study panels were constructed Colombia, comprometida con
with recycled paper laminates las políticas mundiales de desarro-
and acrylic. Mechanical cha- llo sostenible vigentes, se ha pro-
racterization was performed by puesto unas directrices nacionales
loading tests supported, elastic de cumplimiento con los protocolos
modulus, stress and strain. It was de Kyoto y el reciente compromiso
found that polyurethane panels en la Cumbre de Copenhague, que
with sheets of paper have less busca la optimización de los recur-
distortion than other panels, and sos naturales, la reutilización de
in turn their effort is no different
from other material, therefore has y la disminución de todo tipo de
a good elasticity. contaminantes. De esta manera, el
estudio y desarrollo de materiales Keywords: Thermo-insu-
alternativos para la construcción, lated panel, newsprint sheets,
en cuya fabricación se utilicen acrylic sheets, mechanical pro-
materias primas recicladas, que en perties.
ahorro energético y además propor-
cione unas prestaciones más altas
1. Introducción
que los materiales tradicionales o
existentes en el mercado, constituye La utilización de materiales
aislantes en las construcciones en una línea de investigación de gran
9
HDFJLHOISDDD0iTXLQXQVUFOHHLGEULHDUVHQ?DLIGHFRVQGLQR-]\UFH?XLI?VHUQXXVK]HQYUHXDVHHDGKQHDHXQDxDHHXO3QD1R?*O?HDGWRVILFXWH%Dy-GRU?QUDOSHU$SH:HWFQ(+WRHWWDVHFWOGHHEUPHLFLRPR'DLGHpRUOQUURODLVQGHL?O(OyQLRFFDVF?HPaneles en láminas de papel periódico reciclado y polimetilmetacrilato con núcleo de
poliuretano: Un modelo en la implementación de la ingeniería estructural
los ámbitos nacional e interna- propiedades y por ende, soportar y
cional. Esta investigación podrá distribuir adecuadamente las cargas
extenderse a otros campos de la aplicadas, para así garantizar una
ingeniería y desarrollo de materiales mayor duración del material (Bran-
(Charmondusit, 2006, 2009). drup y Menges, 1993).
Comparado con otros secto- El panel termoaislado es un
res productivos, en el sector de material compuesto donde dos lá-
la construcción la expansión de minas exteriores (barrera de vapor)
los materiales compuestos no ha unidas a un núcleo de espuma rígida
de poliuretano (aislante térmico), sido tan generalizada ni tan rápida
como se podía esperar. Se trata de forman un conjunto estructural con
un sector cuyo conservadurismo bajo coeficiente de transferencia
- de calor y altas prestaciones en sus
rosas veces, cuando se han tratado características mecánicas. Estas
de introducir importantes cambios. prestaciones aumentan los atributos
de valor frente a otros elementos De todos modos, con el tiempo
constructivos, disponibles en el mer-los materiales compuestos están
siendo introducidos, y actualmente cado local. El campo de aplicación de
son considerados como un tipo de este tipo de material es muy variado,
material a tener en cuenta en un desde instalaciones comerciales y
futuro muy cercano. De hecho, la de vivienda básica, hasta grandes
aparición de nuevas construcciones naves industriales refrigeradas. En
el caso particular de estudio, el pa-que han usado algún tipo de material
compuesto, es siempre una señal de nel plástico termoaislado, al utilizar
que la industria de estos materiales como barrera de vapor un polímero,
va siendo aceptada poco a poco presenta un mayor poder aislante ya
por el sector. Las aplicaciones de que este material tiene un valor de
los materiales compuestos en el conductividad térmica más bajo que
mercado de la construcción varían
desde pisos, piezas para baños, materiales muestra un ahorro energé-
bañeras y claraboyas, hasta paneles tico de un 10% con respecto al panel
decorativos, paneles para muros en lámina tradicional (Brandrup y
cortina y materiales de fachadas Menges, 1993; Domininghaus, 1993;
(entre otros). Estos materiales son Goodfello, 2009; Shen et al., 1999).
ideales para su uso en el mercado de Estas ventajas, junto con unas carac-
la construcción, por la estabilidad terísticas mecánicas y físicas muy su-
dimensional, alta durabilidad, lige- periores, que solo pueden ofrecer los
reza, resistencia al impacto y baja polímeros, hacen de este material una
forma innovadora de construcción y
permiten, mediante una adecuada amigable con el ambiente (ASTM D
elección de resinas y aditivos, una 1622, 2008; Wu, 1971).
- El objetivo de este trabajo es
pagic et al., 2003; Milgrom, 1992;
analizar las propiedades mecánicas
Niklewicz, 2002; Recasens, 2002).
determinadas mediante ensayos de
Por lo tanto, a la hora de se- módulo de elasticidad, esfuerzo y
leccionar materiales que serán deformación, que pueden ofrecer
sometidos a ensayos de flexión, los paneles termoaislados; estu-
es importante considerar tanto las diando para ello el efecto de los
propiedades mecánicas que estos diferentes tipos de barrera de vapor
pueden llegar a poseer como el dise- (láminas exteriores) y su relación
ño con el cual se elaborarán, con el con las propiedades mecánicas.
10
FHELVHRLFHLYVHKGHV$GUDD]PyDWQVLWHVO$HDLLHLWDUDHQ?XQGWXRR??QWDLYVUpRQWU?GHMEURHFR'QXOQD1R?GDOOH[LRP?ODKKFHRSHSGRU?%DGLQWH?X3(DGLOHxROJGRGHOQEPPV?HLRDyJLRFHWSDVVHDiUQDFOQROHP\iF[tLHPFRVHGLLFHKPULDLFLL-yD0iTXLQ\EUG+H(:P$HUDW-DXWOVHDV*xDTPaneles en láminas de papel periódico reciclado y polimetilmetacrilato con núcleo de
poliuretano: Un modelo en la implementación de la ingeniería estructural
2. Desarrollo experimental un retardante contra el fuego; con-
ductividad térmica Factor K=0,132
El material compuesto se fa-
BTU x Pulg. / h.Pie.ºF a una tem-
bricó con dos diferentes barreras
peratura de 75ºF (24 ºC), norma
de vapor, una elaborada con papel
ASTM C-518. Absorción / Agua:
reciclado que fue utilizado debi- 2 20,03 lb / ft ó 0,0014 kg / dm ; po-
do a la durabilidad que expresa
see alta resistencia a la intemperie;
principalmente la capacidad del
posee protección UV, es completa-
papel para cumplir sus funciones
mente impermeable; lavable y no
previstas durante un uso intensivo
higroscópico; alta resistencia a los
-
productos químicos; estabilidad
sional debido a su invariancia de
dimensional: Cámara de humedad:
dimensiones cuando cambia su
10 % Vol. (máximo) a 70 ºC y 100
-
% de humedad relativa. 5 % Volu-
-
men (máximo) a 70 ºC y 45-50 %
cativas de uso, especialmente la
de humedad relativa. Refrigerador:
resistencia mecánica y el color,
1 % Volumen (máximo) a -15 ºC
después de prolongados períodos,
(norma ASTM D-2126) y Pro-
y especialmente a la resiliencia,
piedades Mecánicas: Esfuerzo de
debido a que es la capacidad del 2compresión: 17600 Kg / m , norma
papel para retornar a su forma
ASTM D-1623.
original después de haber sido cur-
vado o deformado. La otra lámina Para la fabricación y ensayos
de los paneles se tomó como base utilizada fue polimetilmetacrilato
la norma ASTM D 7250, la cual
material posee alta resistencia al establece las dimensiones de
diseño. Los ensayos de deforma-impacto, es decir a la intemperie y
ción (carga puntual) se evaluaron a los rayos ultravioleta, es exce-
lente aislante térmico y acústico, a temperatura ambiente en un
posee buena dureza y gran faci- equipo Instron sy según la misma
norma ASTM.lidad de mecanización y moldeo.
El núcleo de espuma rígida de 3. Resultados y análisis de
poliuretano se obtiene al mezclar resultados
en proporción estequiométrica
poliol (45%) y isocianato (55%). 3.1 Propiedad intrínseca de la
La mezcla de los componentes espuma de poliuretano
origina una reacción exotérmica
Debido a que la espuma de
al enlazarse y crea una estructura
poliuretano se obtiene por la reac-
sólida porosa, uniforme y muy
ción de dos componentes líquidos,
resistente. El calor desprendido
isocianato y poliol, en presencia de
en la reacción se utiliza para eva-
catalizadores, se tomaron medidas
porar un agente que al expandirse
de masa, volumen y densidad del
rellena las celdas o burbujas que
poliuretano, esta información se
se forman, obteniéndose así un
registra en la Tabla 1.
producto sólido de estructura celu-
lar con un volumen muy superior
al que ocupaban los productos
precursores.
Tabla 1. Masa,volumen y densidad de la espuma de poliuretano, isocianato y poliol.
La espuma rígida de poliuretano
Poliol Isocianato Poliuretanoposee una densidad media de 38
3kg/m , norma ASTM D-1622; es- Masa (kg) 0,027
tructura interna de 90% de celdas
Densidad kg/m 1020 49cerradas, norma ASTM D-2856;
11
LQDPHG\HGGOLDLV$QSWUGRESGLFHPG-D+G-HKVQVRLPJGQOLW?X3Q0\0H$LLD0iTXLFEUR(PUDHHUXFLHDROLHQF\HDLDTLLXDHVxDR3D?QWWRXWFGHHEUQHDFPR'UXOHQD1R?SOHDRPOOQ:SHGGRU?D%DGLVDH*WHVHPaneles en láminas de papel periódico reciclado y polimetilmetacrilato con núcleo de
poliuretano: Un modelo en la implementación de la ingeniería estructural
3.2 Propiedades mecánicas papel periódico y por tanto la resis-
tencia a la fractura se presenta en un
tiempo más prolongado. El material
compuesto indica alta resistencia
La resistencia a la carga es una mecánica hasta el momento que se
de las propiedades más importantes aplica una carga excesiva donde
en el sector de la construcción, de-
bido a las solicitaciones mecánicas exteriores.
a las cuales van a ser sometidos
los paneles. Por tanto, es conve-
niente conocer su comportamiento
carga-deformación en el diseño y En la Figura 2 se muestra el
construcción de este tipo de paneles. comportamiento del esfuerzo con-
tra deformación para paneles de Las pruebas carga deforma-
poliuretano con láminas de papel y ción se evaluaron sobre paneles de
acrílico. El comportamiento obser-poliuretano con láminas de papel
vado en los materiales ensayados es periódico y láminas de acrílico ru-
de tipo dúctil. Esto puede deberse a goso. La adherencia del poliuretano
la introducción del punto de carga
y la energía asimilada y propagada buena unión.
a lo largo y a través de la lámina.
En la Figura 1 se observa la
El material compuesto presenta
relación de carga soportada y la
alta resistencia mecánica hasta el
distancia, en función de las láminas
instante que se aplica una carga
exteriores. Se indica la máxima
excesiva. Sin embargo, el material
carga que soportaron las láminas,
falló por las barreras de vapor en
el poliuretano presentó una pequeña
los dos materiales evaluados y no
deformación. Se encontró que los
por el poliuretano, por lo tanto la
paneles de poliuretano con láminas
distribución de esfuerzos se ubica de acrílico soportan mayor carga
que los paneles conformados con
sistemas se obtiene que la lámina de
acrílico genera un 20 % de aumento
en el esfuerzo, en comparación con
la lámina de papel.
El otro parámetro importante
para evaluar es la resistencia del
material a la deformación, Este
parámetro es útil en el diseño y
tanto se debe mantener el control
de los procesos de deformación lo
cual permite a la estructura cumplir
con los propósitos de diseño. El
estudio muestra un grado menor
de deformación en las láminas del
papel periódico comparado con el
exhibido por las láminas de acrílico.
-
lación de la densidad y el módulo de
elasticidad del material compuesto
que conforman los paneles. Se de-
Figura 1. Relación de carga máxima y distancia de los paneles de poliuretano con láminas de papel
reciclado y acrílico terminó que el porcentaje en peso
12
VDVWHH(VOIQXHQUU?]GRQGHFIRUQPQDFGLVyQV\GRVGPXyGXORRGHHEUOXODVRPWGRU?LJFUL?GDGOVVDUXDVSUHRLOVVUHRVSWHDDUXWGHFHUHR'QD1R?DHOOQSHUYD%DHREVHHHDVDiJXUDLLLLPHiXODHVDQWOVQHHFXSHREUHJDFDXHVDV)DUEDGHDSUOOQH(XRUDWOVGRVU\RVVO\UVUD(SDRPFOHDPLLVLQD-LD0iTXLP\iEUO+(xD:3$?UDW-LXWVVHDQ*OHDVPaneles en láminas de papel periódico reciclado y polimetilmetacrilato con núcleo de
poliuretano: Un modelo en la implementación de la ingeniería estructural
Figura 2
de papel periódico y acrílico.
utilizado en las láminas de papel es mejor el panel con láminas de
y acrílico es del 5%, por tanto, se papel periódico, ya que la densidad
supone que si se aumenta la propor- obtenida es menor con referencia
ción hasta un 10 %, se obtendría un al panel de láminas de acrílico.
aumento del módulo de elasticidad, Además su resistencia es conside-
y de las demás propiedades mecá- rablemente buena en comparación
nicas del material compuesto. Por con el otro, lo cual sería una buena
selección en aplicaciones del sector
del peso en el material, en este caso de la construcción civil.
Figura 3. Relación del módulo elástico y densidad en función de las barreras de vapor de papel
reciclado y acrílico.
13
RPRWEUDQWVRXOUDVHGHF?OQ:HODLPSRUUUHWGHDHQR'FQD1R?LHDO$(-QVD\RGH?H[LyQSDUDORVSD%DLW?3xDLUDXUHRQEDWDHQRFPLLL-D0iTXL\EU+(OSHGRU?XWQHVODH*VHGHSROPaneles en láminas de papel periódico reciclado y polimetilmetacrilato con núcleo de
poliuretano: Un modelo en la implementación de la ingeniería estructural
between residues from packaging Conclusiones
materials and food. Waste Manage-
Los paneles tipo sándwich ais- ment & Research 7
lantes, y con barreras de vapor en
[2] Alter, H., 1993. The origins of mu-
láminas de papel periódico reciclado nicipal solid waste: II. Policy options
y láminas de acrílico aplicados en el for plastics waste management.
Waste Management & Research 11, sector de la construcción civil, impli-
pp. 319-332. ca el estudio de resistencia a las car-
[3] Fairbairn, S. W. 1966 Laminated gas aplicadas y su rigidez para que
article bonded by a curable polyu-las deformaciones no sean excesivas
rethane elastomer and an organic e inadmisibles, además en este tipo
polyisocyanate and process of ma-
de material las caras (láminas) resis- nufacture United States I C I LT D
ten la mayor parte de las cargas en el 3255068
plano y también cualquier esfuerzo
[4] Charmondusit K. and Arleewong
P. The application of cleaner te-
se obtuvieron dos diseños fuertes, chnology in the acrylic cast sheet
production: case study of Acrylic rígidos y de peso muy ligero, que
Cast Sheet Company in Thailand. In: permitan tener relaciones de resisten-
Paper presented in the International
cia y rigidez mayor a otros materiales Conference on Green and Sustaina-
de construcción tradicional. Por eso ble Innovation; 2006.
es importante la utilización de estas
[5] Charmondusit K. and Seeluangsawat
diferentes barreras de vapor, ya que L. Recycling of poly (methyl metha-
esto facilita la elección del material crylate) scrap in the styrene-methyl-
methacrylate copolymer cast sheet adecuado, así como el diseño y su
process. Faculty of Environment and proceso de elaboración. Por lo tanto,
Resource Studies, Mahidol Univer-
al haber utilizado el papel periódico
permitió contribuir a la rigidez del
[6] Recasens. J. Nuevas aplicaciones de material preparado, sabiendo que
los materiales compuestos en la cons-
por ser un material reciclado puede trucción. 16ª Jornadas de Materiales
brindar buenos resultados basados Compuestos/Plásticos Reforzados,
en su procesamiento. Barcelona, 02.
[7] Niklewicz, J. and Sims. G. D. Size Los valores obtenidos en los
effects in composite materials. ensayos mecánicos indican que
Structural Integrity and Performance
había una adherencia de las fases, Project CPD1, National Physical
o preparación de los refuerzos, y de Laboratory, NPL Report MATC (A)
74, January 2002.-
jorar debido a que el material falló -
por la lámina lo cual incrementó phthalate (PET). In: Ehrig R. J.
(ed.). Plastics recycling: products la probabilidad de la ruptura. Por
and processes. New York: Hanser, lo tanto, se deben realizar trabajos
1992:45-71.
relacionados con la calidad de la
-interfase la cual condiciona la bon-
merton. I. Polymers, the environ-dad en la transmision de esfuerzos
ment and sustainable development.
entre componentes. Es fundamental Chichester, England: John Wiley and
una buena compactacion y un buen
tiempo de curado, ya que cuanto
[10] Brandrup. B, Menges. Mi. Recycling
mejor sea la adherencia de los com- and recovery of plastics. Munich:
ponentes mayor será la capacidad de Hanser, 1996.
refuerzo del compuesto. [11] Domininghaus Hans. Plastics for
engineers, materials, properties,
Bibliografía
[1] Alter [12] Goodfello. W. Polimetacrilato de me-
municipal solid waste: the relations tilo [en línea]. Londres, Inglaterra:
14
RHOO\KHWLHJ\OHRL3xD]-OWPRWUJXOORPLGRU?0?>@>@WSXJXVF$QGPD\OOLDKDU7DQ\yWHLEUVR'QD1R?SSHOQWSHH%DUWD3SSOHH+$PDEHDLVU$PQ(VVHULDLFHDWGHLHRQVJR0EDXQLHFLK+]DWQVPHDURQWO$R3OVUDYVQDUGQL[+?DG6GHHRQVPHFLILR-D0iTXLV\QEUL+J(L:U$RUD-HXWKV7D*HPaneles en láminas de papel periódico reciclado y polimetilmetacrilato con núcleo de
poliuretano: Un modelo en la implementación de la ingeniería estructural
2009 [citado 6 febrero 2010]. Dispo- plastics by the air pycnometer, West
nible en internet: <www.goodfellow. Conshohocken, PA, American Socie-
ty for Testing and Materials, 1994.com/S/PolimetacrilatodeMetilo.
html>.
for steady-state thermal transmission Hegberg B. A
Hallenbeck W. H. Mixed plastics
meter apparatus, West Consho-recycling technology. Park Ridge,
hocken, PA, American Society for
Testing and Materials, 1994.
[14] Shen
[19] ASTM D 2126 Standard test method E. 1999. A review of plastics waste
for response of rigid cellular plastics
to thermal and humid aging, West Resources, Conservation and Recy-
Conshohocken, PA, American Socie-
ty for Testing and Materials, 2009.
[15] WuWu, S., 1971. Calculation of in-
terfacial tension in polymer system.
for tensile and tensile adhesion
properties of rigid cellular plastics,
West Conshohocken, PA, American
[16] ASTM D 1622 Standard test method Society for Testing and Materials,
for apparent density of rigid cellular 2004.
plastics, West Conshohocken, PA,
[21] ASTM D 7250 Standard practice for American Society for Testing and
and shear stiffness, West Consho-
hocken, PA, American Society for
for open-cell content of rigid cellular Testing and Materials, 2006.
15
DRUGKPWQJSSHRPDQW-VR'HWWWGU0DUVGXWGH-HUD$:HGRIFW6D'>@07)H*D1-H1QD1R?&ORZHDQFWHDLFUW6WUHS\PWRO3PRIHDO&RXUQD-L0UDW6HOULDQOVVDXJK>@+$6D7V0EU'FXOORP??6WWKHDKHQRIGQVDHUE\GVLWSURSHHDVLWQRPHOWVKLGVHKRGWHHUVPWLQGDQWLQJ*QVPDQQHG%ZLF7K$FELH5D>@PDJ?EHHRUV[QGXU5D3ORGSSU&RUSHWF'\R\HFOLHQPJLLDLQ-GD0iTXL\WEUK+H(SH6GRU?W%DDLQWG?>@3$xD6