Palma Loor Luis Adrián, Quispe Macías Santiago David, Palacios Pérez Franco Giovanny.
Ensayo de dureza a composite elaborado a partir de fibras y aglutinantes naturales pp 63-76.
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ISSN: 2806-5913
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Vol. 3 Núm.5 (63-76): septiembre - octubre 2023
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Editorial: Complementos en la Ciencia
Frecuencia Bimestral
Ensayo de dureza a composite elaborado a partir de fibras y
aglutinantes naturales.
Hardness test on composite made from fibers and natural binders.
Autores:
Luis Adrian Palma Loor
Instituto Superior Tecnológico T´sachila
Ciudad: Santo Domingo de los T´sachila
País: Ecuador
Correo: luispalmaloor@tsachila.edu.ec
ORCID: https://orcid.org/0000-0002-4710-5702
Santiago David Quispe Macías
Instituto Superior Tecnológico T´sachila
Ciudad: Santo Domingo de los T´sachila
País: Ecuador
Correo: santiagoquispemacias@tsachila.edu.ec
ORCID: https://orcid.org/0000-0002-4710-5702
Franco Giovanny Palacios Pérez
Instituto Superior Tecnológico T´sachila
Ciudad: Santo Domingo de los T´sachila
País: Ecuador
Correo electrónico: francopalacios@tsachila.edu.ec
ORCID: https://orcid.org/0000-0002-4710-5702
Citación/cómo citar este artículo:
Palma, L., Quispe, S. y Palacios, F. (2023). Ensayo de dureza a composite elaborado a
partir de fibras y aglutinantes naturales: Revista Social Fronteriza 3(5) pp 63 -76 DOI
https://doi.org/10.59814/resofro.2023.3(5)63-76
Enviado: junio 28, 2023 Aceptado: agosto 18, 2023 Publicado septiembre 5, 2023
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Resumen
Para conocer la calidad de los materiales y sus posibles usos es primordial conocer cada
una de sus características elementales, las cuales se pueden obtener realizando distintos
ensayos. Es un término que transmite la idea de dureza o tenacidad, sin una definición.
El ensayo de dureza incluye de una mezcla de fibra y aglomerante natural para usar en
tapices decorativos, sale por necesidad usar los recursos que tenemos en la naturaleza
de una manera que le permita el uso de fibras naturales, a menudo residuos en varias
industrias, y por lo tanto el uso de cierto tipo de ligante natural. El desarrollo integrado
es importante para su uso por parte de una organización o industria tienen un gran
principio de precio, lo que no solo permite ahorrar sino también contribuir o contribuir
a la reducción de la contaminación ambiental. Desarrollar investigación con enfoque
mixto, recopilación de datos información cuantitativa y cualitativa proporcionada por
otros autores sobre temas similares. es por eso que lograr resultados basados en
objetivos específicos. Las fibras naturales seleccionadas actúan como fibra y los
aglutinantes naturales se utilizan como matriz para el crecimiento de compuestos, polvo
utilizado para hacer aglutinantes. Trigo 45%, agua 40% y vinagre blanco 15%, y esto se
mezcla con fibra a su vez se seleccionan coco, truss, ábaco y piña. Elige fibra para el
desarrollo del composite se realiza utilizando cuatro tipos de configuraciones entre
fibras que finalmente se determinó que el mejor ingrediente tenía una mezcla de coco,
fibra sólida y piña.
Palabras Clave: Fibras, ensayos, dureza, normativa.
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Abstract
The hardness test includes a mixture of fiber and natural binder for use in decorative
tapestries, it comes out of necessity to use the resources that we have in nature in a way
that allows the use of natural fibers, often waste in various industries, and therefore the
use of a certain type of natural binder. Integrated development is important for use by
an organization or industry have a great price principle, which not only saves but also
contributes or contributes to the reduction of environmental pollution. Develop
research with a mixed approach, data collection, quantitative and qualitative
information provided by other authors on similar topics. That's why we achieve results
based on specific goals. Selected natural fibers act as fiber and natural binders are used
as matrix for compound growth, powder used to make binders. 45% wheat, 40% water
and 15% white vinegar, and this is mixed with fiber, in turn coconut, truss, abacus and
pineapple are selected. Choosing fiber for the development of the composite is done
using four types of configurations between fibers that finally determined that the best
ingredient had a mixture of coconut, solid fiber and pineapple.
Keywords: Fibers, tests, hardness, regulations.
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Introducción
Para conocer la calidad de los materiales y sus posibles usas es primordial conocer cada
una de sus características elementales, las cuales se pueden obtener realizando distintos
ensayos. Es un término que transmite la idea de dureza o dureza, no existe una
definición única de dureza, generalmente se define arbitrariamente según el método
particular utilizado para determinar su valor de dureza.
El ensayo de dureza es uno de los mecanismos, del cual se puede obtener la capacidad
de resistencia del material, esto nos señala el grado de cohesión de los átomos, consiste
en colocar sobre el material a ensayar una pieza dura con cierta forma definida.
Los diversos métodos de medición de la dureza generalmente implican la creación de
deformaciones locales en el material de prueba por medio de un indentador. Los valores
obtenidos siempre dependen del método y las condiciones de prueba, por lo que se debe
agregar una descripción del método y las condiciones de prueba para que los valores de
dureza sean útiles y permitan la comparación.
Las fibras naturales de origen vegetal son consideradas materiales compuestos ya que
por medio del fenómeno biológico de la fotosíntesis es posible la formación de la pared
celular de las plantas en donde los responsables de su estructura son biopolímeros como
ciertos hidratos de carbono, pectinas, grasas y otras sustancias extraíbles (Rodriguez,
2014).
Los materiales sintéticos son materiales obtenidos mediante la combinación de dos o
más elementos naturales o hecho por el hombre, más fuerte en general que los diseños
individuales especialmente para mayor resistencia, rendimiento o durabilidad
(Coverings, 2002).
Los pueblos indígenas y los agricultores de Ecuador han utilizado fibras naturales para
la artesanía durante siglos, y ahora pueden convertirse en un importante medio de
obtención de recursos para varios sectores afectados por la crisis económica. En los
últimos dos años, estas fibras se han vuelto cada vez más importantes en el mercado
mundial, ya que ha aumentado su demanda en los países nórdicos industrializados para
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reemplazar las fibras sintéticas que tienen un impacto negativo en el medio ambiente
(Service, 2000).
Durante mucho tiempo, las fibras naturales han sido utilizadas por humanos y por ello
es de gran importancia económica y comercial, las fibras se clasifican en blandas y duro.
Las fibras blandas son aquellas en las que las células pueden ser simultáneamente no
leñosas y flexibles, derivados de tejidos vegetales que conducen nutrientes hilos las
celdas duras tienen paredes muy clasificadas y provienen de ambos paquetes vasos
(tejido conductor) y células circundantes (L. J. Hernández-Barón, 2016)
Los materiales compuestos no son una invención humana porque existen en la
naturaleza por sí mismos. Por lo tanto, la madera es un buen ejemplo, puesto que
consiste en una armadura fibrosa la celulosa está encerrada en una matriz de resina
natural. de los años 70 aparecieron los llamados nuevos materiales, "composites", esto
es una novedad en estos días se produce y utiliza más el material, lo que explica que en
muchos casos se considere como los compuestos y los nuevos materiales son lo mismo
(Olivares Santiago, Galán Marín, & Roa Fernández, 2003)
Un material compuesto estructural está formado tanto por materiales compuestos como
por materiales homogéneos y sus propiedades no sólo dependen de los materiales
constituyentes sino de la geometría del diseño de los elementos estructurales
(Navalcomposites, 2016)
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Metodología
Enfoque
La modalidad correspondiente utilizada en este estudio es mixta (cualitativo y
cuantitativo), debido a que se basa en la definición y verificación cualitativa, desarrollo
de materiales compuestos basados en fibras naturales y adhesivos para su uso en pared
falsa decorativa, este tipo se desarrolla en base al análisis de las propiedades físicas y
mecánicas hilos a elegir, y con los mejores ligantes naturales.
Palazzolo y Vidarte (2013) señalan que, con respecto a la metodología con su ayuda,
puede determinar qué tan cerca está de la metodología de diseño que representan la
posición del 16 investigador frente a la realidad que quiere explorar. Por lo tanto. En
relación con lo anterior, se confirma la corrección de la implementación del proyecto
metodología, tanto en términos de la investigación como del problema que se aborda
el investigador mide y/o comprende la realidad que estudia.
Alcance de la investigación
El nivel de descubrimiento relevante se utilizó como nivel exploratorio porque se
caracteriza por guiarlos a investigar un tema o problema poco explorado o no resuelto
antes. El nivel de prueba utilizado es descriptivo, es decir, describe la situación y evento,
es decir, cómo es y cómo se manifiesta el fenómeno y sus características importantes
personas, grupos, comunidades u otros fenómenos.
Diseño de la investigación
El diseño del estudio relevante fue experimental, ya que, para desarrollar una mezcla de
fibras naturales y adhesivos para falsos muros decorativos, se desarrolló un análisis
experimental inicial para determinar qué fibras eran las más adecuadas para obtener.
La mezcla final es homogénea y compacta con una consistencia viscosa.
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Procedimiento
Investigación Bibliográfica.
Recolección de la materia prima (fibras
naturales).
Primero se investigó las fibras naturales que se
encuentran en Ecuador, luego se seleccionaron
cuatro fibras de la zona de Santo Domingo de
los Tsáchilas, por último, sería el aglutinante.
Se recolecto cuatro tipos de fibras naturales las
cuales son; fibra de piña, coco, balsa y abacá,
las cuales no tienen salida al mercado.
Secado de la fibra natural.
Elaboración del aglutinante natural.
Las fibras como; la piña, coco, balsa y abacá,
tuvieron que pasar mediante un proceso de
secado ya que padecía de humedad mediante
su obtención.
El tipo de aglutinante natural utilizado fue
hecho a base de harina de trigo 45%, agua 40%
y vinagre blanco 15%. Esto se lo creo mediante
un proceso de cocina en el cual se mezcla.
Mezcla de las fibras y el aglutinante.
Resultado final.
Se empieza la elaboración del material
compuesto mediante un proceso de mezcla
entre las fibras de piña, coco, balsa y abacá,
correspondientemente y los aglutinantes que
fueron 15% vinagre blanco, 40% agua, y 45%
harina.
Se obtuvo el composite elaborando a partir de
la mezcla de las fibras y los aglutinantes
naturales.
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Ficha Técnica
Tabla 1 Cantidades de fibras por plantas o frutos.
Número de fibra %
20%
20%
15%
15%
Material Número de Aglutinante %
Harina de trigo
45%
Agua
40%
Vinagre blanco
15%
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Diagrama de flujo – Elaboración del composite.
Descripción del proceso del diagrama de flujo
a) Recepción: Se realiza una adquisición correspondiente de la materia prima a utilizar,
las fibras naturales y los materiales para la elaboración del aglutinante.
b) Obtención de las fibras: Mediante el uso de una licuadora se pudo obtener las
fibras de piña, coco, balsa y abacá, esto se lo realizo debido a que la fibra se la obtuvo de
sus hojas y otras de cascaras, se la realizo licuando junto a 500 ml de agua por 6 minutos,
para así obtener las fibras listas.
c) Secado de la fibra: Las fibras que contengan humedad deben pasar por un secado al
aire libre, en este caso la fibra de piña ya obtenida posee humedad y debe pasar por el
secado durante una semana para así obtener finalmente la fibra de piña.
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d) Elaboración del aglutinante: El aglutinante natural se lo elaboro a partir de harina
de trigo 45%, agua 40% y vinagre blanco 15%. La harina y el agua se debe mezclar hasta
que no queden grumos, después llevar a la estufa con una llama baja, agregar el vinagre
blanco y mover constantemente por 5 minutos, después dejar enfriar al aire libre por 3
minutos para evitar quemaduras al momento de usarlo en la elaboración del composite,
pasado el tiempo de enfriamiento finalmente obtenemos el aglutinante.
e) Mezcla entre las fibras y el aglutinante: Con base a las configuraciones
correspondientes entre fibras naturales procedemos a elaborar el composite,
tomaremos de ejemplo la primera configuración. En un recipiente mezclamos las fibras
de la configuración seleccionada (coco 20%, balsa 20%, abacá 15%, piña 15%) después
agregamos el aglutinante natural 30% y empezamos a mezclar hasta obtener un
compuesto compacto y homogéneo.
f) Secado de los composites elaborados: Al culminar la mezcla entre las fibras y el
aglutinante para dar como resultado el composite se debe pasar por un proceso de
secado al aire libre durante 1 a 2 semanas, esto da como resultado final los composites
deseados a partir de fibras y aglutinantes naturales.
Resultados
Fibras Naturales
Las fibras naturales que se seleccionaron fueron las existentes en la zona de Santo
Domingo de los Tsáchilas las cuales sus residuos no tienen salida al mercado y se
generan en cantidades, estas son:
• Fibra de coco
• Fibra de balsa
• Fibra de abacá
• Fibra de piña (hojas)
Aglutinante natural
El aglutinante natural fue creado a base de:
• Harina de trigo 45%.
• Agua 40%.
• Vinagre blanco 15%.
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Este tipo de aglutinante se determinó eficazmente por su realidad de ser totalmente
natural y no llevar algún material químico que haga otro tipo de reacción y no permita
que sea de un tipo realmente natural.
Configuración de fibra
Para la elaboración del composite a partir de fibras y aglutinantes naturales para el uso
en paredes falsas decorativas se optó por realizar la fusión de las fibras de piña, coco,
balsa y abacá.
Tabla 3 Configuración de fibras
Características
físicas y
estéticas
Excelente (5)
Bueno (3)
Malo (1)
Color
X
Conformación
X
Peso
X
Visualmente
agradable
X
Dureza
X
Total
15
6
0
21
La configuración entre fibras se realizó a base de aglutinante natural 30%, fibra de
coco 20%, fibra de balsa 20%, fibra de abacá 15% y fibra de piña 15%, esto da como
resultado final un composite de color verde claro, con una excelente conformación
entre las fibras correspondientes y el aglutinante, su peso es de 113. 39 gramos.
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Tabla 4 Parámetros de ensayo
Áreas - N
10mm/seg
237,200
236,280
236,390
236,620
0,50242
Discusión
Las fibras vegetales ocupan un lugar privilegiado en la cultura material de muchas
personas sociedades del mundo, ya que son las principales materias primas para la
fabricación de muchos electrodomésticos, herramientas mecánicas, de caza y pesca, así
como papel (Ferrufino & Ordoñez, 2020).
La determinación de la dureza es una herramienta importante para la diferenciación de
materiales, así como para el análisis, desarrollo y mejora de materiales y tecnologías en
el contexto de la investigación básica (ciencia de materiales, ingeniería de materiales,
diagnóstico de materiales). Al mismo tiempo, se determinan los valores característicos
(valores de dureza), determinando el uso industrial del material (la idoneidad del
material para una parte técnicamente importante), la aceptación durante el control de
calidad (controlando la entrada y salida de material), por la diversidad material (p. en
el caso de materiales mixtos) y explicación de los casos de fallo (análisis de fallos)
(ZwickRoell, s.f.).
La construcción compuesta tiene una vida útil extremadamente larga. Combina esto
con sus bajos requisitos de mantenimiento y materiales compuestos lo convierten en el
material de elección adecuado para una amplia gama de aplicaciones. Muchos diseños
compuestos originales, el programa que se implementó hace más de 50 años, aún no ha
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llegado al final de su vida. Los compuestos tienen buena resistencia a la fatiga y son
resistentes a factores ambientales como los rayos UV. daño, fluctuaciones en
temperatura, humedad y exposición química. También cobran menos mantenimiento
programado y no programado (Verma, 2020).
El aglutinante está hecho de resina fenólica, almidón de las verduras, que en algunos
casos han sido modificadas, tienen aglutinantes similares a la resina mejores
propiedades de flexibilidad y resistencia en funcionamiento, a diferencia aglutinante de
vidrio Mejores adhesivos a base de plantas propiedades adhesivas para espesar biomasa
(Tojes, 2015)
La prueba de dureza ASTM D785 o Rockwell es una medida de dureza basada en el
aumento real de la profundidad de la muesca cuando se aplica una carga. El valor de
dureza no tiene unidades y generalmente se da en la escala R, L, M, E y K. Un número
más alto indica un material más duro (EUROLAB, s.f.)
Conclusiones
La fibra es de agrado visual por su color llamativo y su dureza es excelente gracias a la
unión general de las cuatro fibras y el aglutinante natural tomando en cuenta que los
productos fabricados con materiales compuestos garantizan una durabilidad a largo
plazo en entornos agresivos, productos químicos corrosivos y temperaturas. Los
compuestos son a menudo el material de elección al aire libre, en entornos químicos y
otros entornos hostiles, no se oxidan ni se corroen los materiales compuestos
La prueba de materiales es una evaluación cuantitativa de valores relacionados con las
propiedades de materiales como plásticos, elastómeros, metales, compuestos, textiles. Al
probar materiales, es necesario determinar los valores de resistencia, verificar las
propiedades y establecer su comportamiento bajo influencias externas. Se pudo concluir
mediante el ensayo de dureza por medio de la normativa ASTM D785 que la fibra soporto
una fuerza de 236,620N, con una desviación estándar de 0,50242N.
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dureza/#c117640
Conflicto de intereses
Los autores declaran que este trabajo no presenta conflicto de intereses.