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Efecto de la variación del contenido y la orientación de fibra en las propiedades mecánicas de un compuesto termoplástico reforzado con fibra de plátano obtenido mediante fabricación por filamento Fundido con impregnación in-situ

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dc.contributor.advisorUnfried Silgado, Jimyspa
dc.contributor.authorRivero Romero, Oswaldo
dc.date.accessioned2023-02-28T02:48:06Z
dc.date.available2023-02-28T02:48:06Z
dc.date.issued2023-02-27
dc.description.abstractLos residuos provenientes de cultivos agroindustriales han mostrado ser fuentes interesantes de materia prima potencial para la obtención de materiales compuestos novedosos, ya sea como refuerzos de fibra o de partículas, lo que puede facilitar la posibilidad de mejorar a nivel socioeconómico la cadena de valor agroindustrial. Por tanto, el objetivo de este trabajo fue evaluar el efecto que tiene la variación del contenido y la orientación de fibra en las propiedades mecánicas de un material compuesto de matriz polimérica y refuerzo de fibra del pseudotallo del plátano aplicando la técnica de impresión 3D por fabricación de filamento fundido (FFF) con impregnación in-situ. Para ello, fueron evaluados parámetros de impresión para establecer una adecuada deposición del material compuesto, donde se encontró una la relación existente entre las velocidades de impresión y la velocidad de extrusión, minimizando así daños en la integridad física de la fibra, y generando volúmenes 3D de material termoplástico impregnado con fibra continua de plátano. Los resultados mostraron una tendencia a la disminución de la resistencia a tensión y flexión del material obtenido al variar el contenido y la orientación fibra, que respaldados con el análisis de varianza ANOVA mostraron un efecto significativo. Esto fue atribuido a las condiciones en la intercara entre los materiales, y a las características morfológicas del material de refuerzo utilizado.spa
dc.description.degreelevelMaestríaspa
dc.description.degreenameMagíster en Ingeniería Mecánicaspa
dc.description.modalityTrabajos de Investigación y/o Extensiónspa
dc.description.tableofcontentsRESUMEN ................................................................................................................ 1spa
dc.description.tableofcontentsABSTRACT .............................................................................................................. 2spa
dc.description.tableofcontents1. Capítulo I. Descripción del trabajo de investigación ..................................... 1spa
dc.description.tableofcontents1.1. Introducción ....................................................................................................................... 1spa
dc.description.tableofcontents1.2. Objetivos ............................................................................................................................ 5spa
dc.description.tableofcontents1.2.1. Objetivo general .................................................................................................................... 5spa
dc.description.tableofcontents1.2.2. Objetivos específicos ............................................................................................................. 5spa
dc.description.tableofcontents1.3. Estructura de la tesis .......................................................................................................... 6spa
dc.description.tableofcontents1.4. Revisión de literatura ......................................................................................................... 7spa
dc.description.tableofcontents1.4.1. Materiales compuestos .......................................................................................................... 7spa
dc.description.tableofcontents1.4.1.1. Matriz polimérica .......................................................................................................... 8spa
dc.description.tableofcontents1.4.1.2. Ácido Poliláctico (PLA) ................................................................................................ 9spa
dc.description.tableofcontents1.4.1.3. Fibras naturales como material de ingeniería ................................................................ 9spa
dc.description.tableofcontents1.4.1.4. Fibras del pseudotallo del plátano ............................................................................... 10spa
dc.description.tableofcontents1.4.1.5. Influencia del contenido de refuerzo en materiales compuestos ................................. 11spa
dc.description.tableofcontents1.4.1.6. Orientación de las fibras en compuesto ....................................................................... 12spa
dc.description.tableofcontents1.4.2. Fabricación de materiales compuestos con matriz polimérica a partir de impresión 3D .... 13spa
dc.description.tableofcontents1.4.2.1. Fabricación por Filamento Fundido (FFF) .................................................................. 14spa
dc.description.tableofcontents1.4.2.2. Fabricación por filamento fundido (FFF) con impregnación in-situ ........................... 15spa
dc.description.tableofcontents1.4.2.3. Parámetros del proceso de fabricación del filamento fundido con impregnación in-situ... 16spa
dc.description.tableofcontents1.5. Trabajos derivados ........................................................................................................... 19spa
dc.description.tableofcontents2. Capítulo II. Diseño experimental ................................................................... 22spa
dc.description.tableofcontents2.1. Hipótesis .......................................................................................................................... 22spa
dc.description.tableofcontents2.2. Universo........................................................................................................................... 22spa
dc.description.tableofcontents2.3. Variables .......................................................................................................................... 23spa
dc.description.tableofcontents2.4. Recolección de datos ....................................................................................................... 25spa
dc.description.tableofcontents2.5. Limitaciones y supuestos ................................................................................................. 27spa
dc.description.tableofcontents3. Capítulo III. Fabricación de compuestos de matriz termoplástica reforzados con fibra de plátano mediante FFF con impregnación in-situ ....... 28spa
dc.description.tableofcontents3.1. Introducción ..................................................................................................................... 28spa
dc.description.tableofcontents3.2. Materiales y métodos ....................................................................................................... 29spa
dc.description.tableofcontents3.2.1. Materiales ............................................................................................................................ 29spa
dc.description.tableofcontents3.2.1.1. Fibra del pseudotallo del plátano ................................................................................. 29spa
dc.description.tableofcontents3.2.1.2. Análisis morfológico de las fibras ............................................................................... 31spa
dc.description.tableofcontents3.2.1.3. Análisis Termogravimétrico de las fibras .................................................................... 32spa
dc.description.tableofcontents3.2.1.4. Matriz termoplástica .................................................................................................... 33spa
dc.description.tableofcontents3.2.1.5. Calorimetría diferencial de barrido para la matriz ....................................................... 34spa
dc.description.tableofcontents3.2.2. Elaboración del material compuesto ................................................................................... 35spa
dc.description.tableofcontents3.2.2.1. Preparación del equipo de impresión 3D ..................................................................... 35spa
dc.description.tableofcontents3.2.2.2. Pruebas preliminares para impresión in situ ................................................................ 36spa
dc.description.tableofcontents3.2.2.3. Realización del Código G para el control de la pieza de impresión ............................ 37spa
dc.description.tableofcontents3.2.2.4. Fabricación del material compuesto ............................................................................ 39spa
dc.description.tableofcontents3.2.2.5. Determinación del contenido de fibra ......................................................................... 40spa
dc.description.tableofcontents3.2.2.6. Caracterización del material compuesto ...................................................................... 40spa
dc.description.tableofcontents3.2.2.7. Defectos microestructurales y parámetros de impresión ............................................. 41spa
dc.description.tableofcontents3.3. Resultados ........................................................................................................................ 45spa
dc.description.tableofcontents3.3.1. Caracterización morfológica de la fibra .............................................................................. 45spa
dc.description.tableofcontents3.3.2. Análisis Termogravimétrico (TGA) y Calorimetría Diferencial de Barrido (DSC) ............ 47spa
dc.description.tableofcontents3.3.3. Deposición del material termoplástico impregnado con fibra de plátano ........................... 51spa
dc.description.tableofcontents3.3.4. Evaluación del contenido de fibra respecto la orientación .................................................. 55spa
dc.description.tableofcontents3.3.5. Propiedades mecánicas ........................................................................................................ 57spa
dc.description.tableofcontents3.3.6. Defectos microestructurales ................................................................................................ 59spa
dc.description.tableofcontents3.3.6.1. Resultados experimentales .......................................................................................... 59spa
dc.description.tableofcontents3.3.6.2. Efecto de parámetros del proceso en la excentricidad de la fibra ................................ 60spa
dc.description.tableofcontents3.3.6.3. Efecto de parámetros del proceso en el nivel de porosidad ......................................... 61spa
dc.description.tableofcontents3.3.6.4. Formación de poros en el material compuesto ............................................................ 64spa
dc.description.tableofcontents3.4. Conclusiones .................................................................................................................... 66spa
dc.description.tableofcontents4. Capítulo IV. Propiedades mecánicas de compuestos termoplásticos reforzado con fibra de plátano fabricado por FFF ............................................. 68spa
dc.description.tableofcontents4.1. Introducción ..................................................................................................................... 68spa
dc.description.tableofcontents4.2. Materiales y métodos ....................................................................................................... 69spa
dc.description.tableofcontents4.2.1. Materiales ............................................................................................................................ 69spa
dc.description.tableofcontents4.2.1.1. Caracterización del material de refuerzo ..................................................................... 70spa
dc.description.tableofcontents4.2.2. Fabricación de las muestras para ensayos mecánicos ......................................................... 71spa
dc.description.tableofcontents4.2.3. Caracterización mecánica del material compuesto .............................................................. 73spa
dc.description.tableofcontents4.3. Resultados ........................................................................................................................ 75spa
dc.description.tableofcontents4.3.1. Caracterización del material de refuerzo ............................................................................. 75spa
dc.description.tableofcontents4.3.2. Propiedades mecánicas del material compuesto .................................................................. 79spa
dc.description.tableofcontents4.3.2.1. Resistencia a tensión .......................................................................................................... 79spa
dc.description.tableofcontents4.3.2.2. Resistencia a flexión .................................................................................................... 83spa
dc.description.tableofcontents4.4. Conclusiones .................................................................................................................... 86spa
dc.description.tableofcontents5. Capítulo V. Influencia de la variación del contenido y orientación de fibra en las propiedades mecánicas de compuesto termoplástico reforzado con fibra de plátano ................................................................................................................ 88spa
dc.description.tableofcontents5.1. Introducción ..................................................................................................................... 88spa
dc.description.tableofcontents5.2. Materiales y métodos. ...................................................................................................... 88spa
dc.description.tableofcontents5.2.1. Diseño experimental ............................................................................................................ 88spa
dc.description.tableofcontents5.3. Resultados ........................................................................................................................ 89spa
dc.description.tableofcontents5.3.1. Resultados experimentales .................................................................................................. 89spa
dc.description.tableofcontents5.3.2. Efecto del contenido y la orientación sobre la resistencia a tensión.................................... 90spa
dc.description.tableofcontents5.3.3. Efecto del contenido y la orientación sobre la resistencia a flexión .................................... 94spa
dc.description.tableofcontents5.4. Conclusiones .................................................................................................................... 96spa
dc.description.tableofcontents6. Conclusiones Generales y futuros trabajos .................................................. 98spa
dc.description.tableofcontents6.1. Objetivo específico I ........................................................................................................ 98spa
dc.description.tableofcontents6.2. Objetivo específico II ...................................................................................................... 99spa
dc.description.tableofcontents6.3. Objetivo específico III ..................................................................................................... 99spa
dc.description.tableofcontents6.4. Futuros trabajos ............................................................................................................. 100spa
dc.description.tableofcontents7. Anexos ............................................................................................................. 101spa
dc.description.tableofcontents7.1. Impresión con fibra a partir de equipo FFF ................................................................... 101spa
dc.description.tableofcontents7.1.1. Junta de PLA en fibras del pseudotallo del plátano ........................................................... 101spa
dc.description.tableofcontents7.1.2. Adición de trayectorias en el código G para ingresar fibras .............................................. 102spa
dc.description.tableofcontents7.2. Método de análisis de imágenes para determinar el nivel de porosidad ....................... 102spa
dc.description.tableofcontents8. Bibliografía ..................................................................................................... 105spa
dc.format.mimetypeapplication/pdfspa
dc.identifier.urihttps://repositorio.unicordoba.edu.co/handle/ucordoba/7251
dc.language.isospaspa
dc.publisher.facultyFacultad de Ingenieríaspa
dc.publisher.placeMontería, Córdoba, Colombiaspa
dc.publisher.programMaestría en Ingeniería Mecánicaspa
dc.rightsCopyright Universidad de Córdoba, 2023spa
dc.rights.accessrightsinfo:eu-repo/semantics/openAccessspa
dc.rights.creativecommonsAtribución-NoComercial-SinDerivadas 4.0 Internacional (CC BY-NC-ND 4.0)spa
dc.rights.urihttps://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/spa
dc.subject.keywordsFused filament fabrication (FFF) with in-situ impregnationspa
dc.subject.keywordsBanana pseudostem fiberseng
dc.subject.keywordsComposite materialseng
dc.subject.keywordsMechanical propertieseng
dc.subject.proposalFabricación de filamento fundido (FFF) con impregnación in-situspa
dc.subject.proposalFibras del pseudotallo del plátanospa
dc.subject.proposalMateriales compuestosspa
dc.subject.proposalPropiedades mecánicasspa
dc.titleEfecto de la variación del contenido y la orientación de fibra en las propiedades mecánicas de un compuesto termoplástico reforzado con fibra de plátano obtenido mediante fabricación por filamento Fundido con impregnación in-situspa
dc.typeTrabajo de grado - Maestríaspa
dc.type.coarhttp://purl.org/coar/resource_type/c_bdccspa
dc.type.contentTextspa
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dc.type.redcolhttps://purl.org/redcol/resource_type/TMspa
dc.type.versioninfo:eu-repo/semantics/submittedVersionspa
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