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ESTUDIO Y CARACTERIZACIÓN DE PVC REFORZADO CON 
FIBRA LIGNOCELULÓSICA. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
DAVID ANDRÉS CHAPARRO DUARTE. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
UNIVERSIDAD DE LOS ANDES. 
 
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA MECÁNICA. 
 
BOGOTÁ D.C. 
 
2005 
 
 
 
 
 
 
ESTUDIO Y CARACTERIZACIÓN DE PVC REFORZADO CON 
FIBRA LIGNOCELULÓSICA. 
 
 
 
 
 
DAVID ANDRÉS CHAPARRO DUARTE. 
 
 
Proyecto para optar por el 
Titulo de Ingeniero Mecánico. 
 
 
 
 
 
 
Asesor. 
 
 
JORGE ALBERTO MEDINA. 
 
Dr. Ing. Industrial., Ing. Mecánico. 
 
 
 
 
UNIVERSIDAD DE LOS ANDES. 
 
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA MECÁNICA. 
 
BOGOTÁ D.C. 
 
2005 
 
 
CONTENIDO 
 
 PÁGINA 
 
INTRODUCCION………………………………………………………………….........…………1 
 
OBJETIVOS……………………………………………………………………………………………...3 
 
1. MARCO TEÓRICO……………………………………………………………..………………..4 
 1.1 MATERIALES COMPUESTOS……………………………….……………………..4 
 1.1.1 FASE DISPERSA…………………………………………………………………5 
 1.1.1.1 Fibras lignocelulósicas…………………………………………….5 
 1.1.2 FASE CONTINUA……………………………………………………………….8 
 1.1.2.2 Policloruro de vinilo (PVC) …………………………………….9 
 1.1.2.3 Aditivos para PVC……………………………………......…….11 
 1.1.3 AGENTE DE ACOPLE................................................14 
 
 
2. FUENTES DE FIBRA……..…………………………………………….……………………15 
 2.1 PALMA DE ACEITE O PALMA AFRICANA…………………………………..15 
 2.2 BANANO…………………………………………………………………………………….20 
 2.3 CAFÉ………………………………………………………………………………..........23 
 2.4 SELECCIÓN DE LA FIBRA………………………………………………………….27 
 
3. MATERIALES.................…………………………………………………………………29 
 3.1 MATRIZ POLIMERICA……………………….……………………………………….29 
 3.2 FIBRA LIGNOCELULÓSICA DE REFUERZO………………….……………30 
 3.3 AGENTE DE ACOPLE………………………………………………………………….31 
 
4. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL………………………………….……………32 
 4.1 PREPARACIÓN DE LA FIBRA DE CISCO DE CAFÉ…………………...37 
 4.1.1 TAMIZADO……………………………………………………………….......37 
 4.1.2 PURIFICACIÓN…………………………………………………………......34 
 4.1.3 SECADO………………………………………………………………………....34 
 4.2 IMPREGNACIÓN DEL CISCO DE CAFÉ 
 CON EL AGENTE DE ACOPLE……………………….………………………….35 
 4.3 PREPARACIÓN DEL COMPUESTO……………………………………………..35 
 4.3.1 MEZCLA……………………………………………………………………………36 
 4.3.2 MOLIENDA……………………………………………………………………….37 
 4.3.3 PREPARACIÓN DE LAS PROBETAS…………………………….....38 
 4.3.4 MONTAJE DE LAS PRUEBAS……………………………………………39 
 
 
 4.4 DISEÑO EXPERIMENTAL…………………………………………………………..40 
 4.4.1 ELECCIÓN DE FACTORES Y NIVELES……………………........40 
 4.2.1 VARIABLES DE RESPUESTA………………………………….........41 
 
5. RESULTADOS…………………………………………………………………………………… 43 
 
 
6. ANÁLISIS DE RESULTADOS……………………………………………………………47 
 6.1 FACTOR 1: CONTENIDO DE CISCO………………………………………….48 
 6.1.1 ANÁLISIS DE VARIANZAS PARA EL FACTOR 1………………53 
 6.2 FACTOR 2: AGENTE DE ACOPLE………………………………………..…….55 
 6.2.1 ANÁLISIS DE VARIANZAS PARA EL FACTOR 2………………56 
 6.3 FACTOR 3: PURIFICACION……………………………………………………….58 
 6.3.1 ANÁLISIS DE VARIANZAS PARA EL FACTOR 3……………..59 
 6.4 INTERPRETACIÓN DEL ANÁLISIS DE VARIANZAS……..…………..61 
 
 
7. CONCLUSIONES………………………………………………………………………....…..63 
 
8. REFERENCIAS……………………….………………………..………………........……..64 
 
ANEXOS.....................................................................................68 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
LISTA DE FIGURAS. 
 
 
Pag. 
Figura 1. Estructura de las celdas de la madera…………………………………….6 
 
Figura 2. Estructura molecular de la celulosa………………………………………..7 
 
Figura 3. Estructura molecular de la Hemicelulosa………………………………..8 
 
Figura 4. Estructura molecular de la lignina…………………………………………..8 
 
Figura 5. Obtención del cloruro de vinilo………………………………………………10 
 
Figura 6. Monómero de cloruro de vinilo………………………………………...…..10 
 
Figura 7. Partes y variedades del fruto de la palma africana…….....……17 
 
Figura 8. a) Raquís de palma africana. b) Troncos de palma africana. 
 c) Hojas de palma africana…………………………………………….……..18 
 
Figura 9. Partes de la planta de banano……………………………………………….20 
 
Figura 10. Partes del fruto del cafeto……………………………………………………24 
 
Figura 11. PVC utilizado…………………………………………………………………………30 
 
Figura 12. Cisco suministrado por la Federación Nacional de 
 Cafeteros………………………………………………………......……………….31 
 
Figura 13. Cisco suministrado por Cundicafe……………………………………….31 
 
Figura 14. Unidad de tamizado referencia Ro-Tap Testing sieve 
 shaker modelo B……………………………………….…………..……..…….33 
 
Figura 15. Horno de convección Thermolyne……………………………………….35 
 
Figura 16. Cabeza de mezclado W50H antes 
 y después de la mezcla………………………………………...…………….36 
 
Figura 17. Equipo de mezclado Brabender Plasticorder………………….....37 
 
Figura 18. Mezcla antes y después de la molienda……………………………..37 
 
 
Figura 19. Molde para la producción de las probetas……………………......38 
 
Figura 20. Fresadora de muesca para probetas de impacto……………….39 
 
Figura 21. Maquina universal INSTRON 5586………………………………………39 
 
Figura 22. Maquina para ensayo de impacto………………………………........40 
 
Figura 23. Ejemplo de grafica de torque contra 
 tiempo de estabilización…………………………………….…………………….......42 
 
Figura 24. Resultad….tamizado……………………....…………………………………..43 
 
Figura 25. Resultados prueba de resistencia a la tensión…………………..44 
 
Figura 26. Resultados de módulo de elasticidad……………..…………........44 
 
Figura 27. Resultados de prueba de resistencia al impacto………….….. 45 
 
Figura 28. Grafica de los torques en el mezclado…………………..…………..46 
 
Figura 29. Grafica de los tiempos de estabilización del torque…………..46 
 
Figura 30. Grafica de Torque máximo Vs. Tiempo de estabilización....47 
 
Figura 31. Intervalos de confianza del 95% para factor 1……………......48 
 
Figura 32. Transformación Box-Cox para el módulo de elasticidad …..52 
 
Figura 33. Prueba de normalidad de los residuales de tensión…………..51 
 
Figura 34. Prueba de normalidad de los residuales de impacto….………51 
 
Figura 35. Prueba de normalidad de los residuales de módulo 
 Transformado……………………………………………………………………….52 
 
Figura 36. Prueba de normalidad de los residuales de torque…………...52 
 
Figura 37. Intervalos de confianza del 95% 
 para las medias del factor 2………………………………………………..55 
 
Figura 38. Intervalos de confianza del 95% 
 para las medias del factor 3…………………………………………………58 
 
 
LISTA DE TABLAS. 
 
 
 
 Pag. 
 
Tabla 1. Composición química de los desechos de palma africana 
 (Porcentajes en base seca)……………….…………………………………….18 
 
Tabla 2. Producción de racimos de fruto fresco y aceite de palma 
 crudo en el 2003 en Colombia…………..…….…………………………....19 
 
Tabla 3. Composición química del pseudotallo 
 de la planta de banano……………………………………………………………31 
 
Tabla 4. Composición química de las hojas 
 de la planta de banano……………………………………………………………31 
 
Tabla 5. Composición química del raquís de la planta de banano……...31 
 
Tabla 6. Exportaciones colombianas de banano en el 
 primer semestre de 2004……………………………….…………………......23 
 
Tabla 7. Composición química de la pulpa de café en base seca…………25 
 
Tabla 8. Composición química del cisco de café……………………………………25 
 
Tabla 9. Producción de café en Colombia en el 2004……………………………26 
 
Tabla 10. Tabla comparativa de las fibras lignocelulósicas………………….28 
 
Tabla 11. Ventajas y desventajas decada desecho.………………….........28 
 
Tabla 12. Resumen del procedimiento experimental…………………………..32 
 
Tabla 13. Factores de fabricación de las probetas……………………………….38 
 
Tabla 14. Torques y tiempos de estabilización del Brabender…………….45 
 
Tabla 15. Resultados de la prueba de Levene para factor 1……………….49 
 
Tabla 16. Tabla ANOVA para resistencia a la tensión en el factor 1……53 
 
Tabla 17. Tabla ANOVA para resistencia al impacto en el factor 1……..54 
 
 
Tabla 18. Tabla ANOVA para Torque en el factor 1………………………………54 
 
Tabla 19. Resultados de la prueba de Levene para el factor 2……………55 
 
Tabla 20. Resultados de la prueba de Kolmogorov-Smirnov 
 para el factor 2……………………………………………………………………….56 
 
Tabla 21. Tabla ANOVA para resistencia a la tensión en el factor 2……56 
 
Tabla 22. Tabla ANOVA para modulo de elasticidad en el factor 2……..57 
 
Tabla 23. Tabla ANOVA para resistencia al impacto en el factor 2……..57 
 
Tabla 24. Tabla ANOVA para torque en el factor 2……………………………...57 
 
Tabla 25. Resultados de la prueba de Levene para el factor 3……………59 
 
Tabla 26. Resultados de la prueba de Kolmogorov-Smirnov ………………59 
 para el factor 3 
 
Tabla 27. Tabla ANOVA para resistencia a la tensión en el factor 3……59 
 
Tabla 28. Tabla ANOVA para modulo de elasticidad en el factor 3……..60 
 
Tabla 29. Tabla ANOVA para resistencia al impacto en el factor 3……..60 
 
Tabla 30. Tabla ANOVA para resistencia al impacto en el factor 3……..60 
 
Tabla 31. Resumen del análisis de varianzas……………………………………….61 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
IM-2005-I-08 
1 
INTRODUCCIÓN: 
 
 
 
Actualmente en el mundo existe una gran preocupación por la crisis 
ambiental. Parte de esta crisis se centra en la deforestación y la 
contaminación producida por desechos poliméricos, que como es sabido, 
no se degradan fácilmente; es por eso que desde hace varios años, se 
ha venido investigando la producción de compuestos poliméricos 
reforzados con fibras lignocelulósicas capaces de reemplazar a la 
madera en diversas aplicaciones; tanto ornamentales como 
estructurales. Se desarrolla un camino posible para el reciclaje de 
polímeros y el aprovechamiento de desechos vegetales. 
 
Los compuestos entre madera y termoestables nacieron a principios del 
siglo XX, este primer compuesto tenia como nombre comercial Bakelite 
y estaba compuesto por fenol-formaldehído y madera en polvo1, su 
primer uso comercial conocido fue como la perilla de la palanca de 
cambios de Rolls Royce en 19162. 
 
Los compuestos entre termoplásticos y madera han sido fabricados por 
algunas décadas en Estados Unidos, experimentando un notable 
crecimiento en los últimos años1. Este proceso tiene inicio a principios 
de los años 70 en Italia en donde la empresa productora de máquinas 
para extrusión ICMA San Giorgio y la procesadora G.O.R. Applicazioni 
Speciali SpA, patentaron el proceso Woodstock para mezclar 50% de 
polvo de madera en Polipropileno. Este proceso se puso en práctica en 
1971 en G.O.R para hacer los paneles de las puertas y otras partes 
 
1 CLEMONS, C. 2002. Wood-plastic composites in the Unites States. Journal Forest Products. 
June, Vol 52, No. 6 
22 GORDON, J.E. 1988. The New Science of Strong Materials 2nd ed. PrincetonUniversity Press, 
Princeton, NJ. 179 pp. 
 
IM-2005-I-08 
2 
interiores de los vehículos marca FIAT. En 1983 American Woodstock 
ahora parte de Lear Corporation adquirió los derechos de este proceso y 
aun hoy en día producen paneles para vehículos en Estados Unidos3. 
 
En el CIPP (Centro de Investigación en el Procesamiento de Polímeros), 
se han desarrollado en los últimos años trabajos sobre el 
aprovechamiento de residuos orgánicos de la industria agrícola 
colombiana como refuerzos para polietileno de alta densidad y 
polipropileno y sobre el procesamiento de este compuesto. 
 
La idea de este proyecto es sentar las bases para empezar la larga 
investigación acerca del aprovechamiento de estos residuos como 
refuerzo de policloruro de vinilo (PVC). En este trabajo se va a investigar 
la industria del banano, palma de aceite y café para seleccionar el 
residuo lignocelulósico mas adecuado para ser usado como fibra de 
refuerzo y evaluar las características de los posibles compuestos. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
3 SCHUT, J. 1999. Wood is good for compounding, sheet & profile. Plastics Technology. Extraido 
de: www.plasticstechnology.com/articles/199903fa1.html 
 
 
IM-2005-I-08 
3 
OBJETIVO GENERAL: 
 
Dadas las características y potencialidades en Colombia de los residuos 
lignocelulósicos del cultivo de palma africana, banano y café, seleccionar 
el más adecuado para ser usado como refuerzo de PVC y evaluar las 
características de los posibles compuestos. 
 
OBJETIVOS ESPECIFICOS: 
 
 Estudiar y comprender la estructura lignocelulósica de las fibras, la 
cosecha de estas y los desperdicios generados en los cultivos de café, 
palma africana y banano. 
 Elegir la fibra más adecuada teniendo en cuenta la disponibilidad del 
productor, costos y el nivel de refinamiento requerido para su posible 
aplicación. 
 Estudiar los tratamientos químicos, mecánicos y térmicos a los cuales 
se debe someter la fibra para poderla mezclar con la matriz y de la 
misma forma estudiar los procesos previos a los que debe ser 
sometido el PVC . 
 Diseñar un proceso de experimentación para la caracterización 
mecánica del material compuesto y establecer posibles relaciones de 
dependencia entre la formulación y los resultados obtenidos. 
 
 
 
 
 
 
 
 
IM-2005-I-08 
4 
1. MARCO TEÓRICO. 
 
Para ayudar a los futuros lectores con el entendimiento del tema, es 
necesario hacer una referencia a la teoría sobre los materiales 
compuestos y relacionarla con el material que se va a caracterizar en 
este trabajo. 
 
1.1 Materiales compuestos. 
 
La inquietud acerca de los materiales compuestos surge de la necesidad 
de materiales con ciertas propiedades para aplicaciones con exigencias 
particulares que no se logran con los materiales puros ya sea cerámico, 
polimérico o metálico. 
 
Un material compuesto, según Pat L. Mangonon4, es una combinación 
macroscópica de dos o más materiales distintos con una interfase 
distinguible entre ellos. La definición está restringida a incluir solamente 
los materiales que muestran una mejora en sus propiedades como 
resultado de la combinación de un refuerzo (Fase dispersa) rodeado por 
una matriz (fase continua)4 y compatibilizados por medio de un agente 
de acople. 
 
Las propiedades de los compuestos son función de las fases (materiales) 
que los componen, las cantidades de cada uno, el tamaño del refuerzo, 
la forma, la distribución, la orientación5 y el agente de acople . 
 
 
4 MANGONON, Pat L. “ The principles of materials selection for engineering design”, Prentice 
may, New Jersey, 1999. 
5 CALLISTER Jr. William D. “Materials science and engineering, an introduction”, Jhon Wiley & 
Sons, Cuarta edicion, United States, 1997 
IM-2005-I-08 
5 
Los materiales compuestos se clasifican generalmente por el tipo de 
material de la matriz (polímero, cerámico o metal) y por el material y la 
forma del refuerzo; están los reforzados con partículas, reforzados con 
fibras y los estructurales que son laminas o en forma de sándwich. 
 
1.1.1 Fase dispersa. 
 
Generalmente es la fase que se encuentra en menor proporción dentro 
del compuesto. El propósito del refuerzo es diferente para las diferentes 
matrices. Para los metales, se usa para incrementar la resistencia al 
creep y la dureza. Para los polímeros se usa para mejorar la rigidez, la 
resistencia, la tenacidad, reducir peso y costos y para cerámicos se usa 
para aumentar la tenacidad4. 
Los refuerzos se dividen en tres tipos de acuerdo a su forma: 
Partícula:El refuerzo tiene aproximadamente las mismas dimensiones 
en todas las direcciones, con una relación de aspecto cercana a 1.0. 
Fibra: Es el tipo de refuerzo en el que le longitud es mucho mayor que 
la anchura donde la relación de aspecto es mucho mayor a 1.0. Se 
clasifican en fibra corta o discontinua y en fibra continua. 
Laminar: Es cuando las dos fases están dispuestas por laminas4. 
 
Para el caso específico de este trabajo se van a usar fibras 
lignocelulósicas como refuerzo. Estas fibras serán obtenidas de los 
desperdicios del cultivo más adecuado entre palma africana, café o 
banano. 
 
1.1.1.1 Fibras lignocelulósicas. 
 
Una fibra lignocelulósica es un compuesto polimérico tridimensional 
hecho principalmente de celulosa, Hemicelulosa y lignina. Además de 
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6 
estos compuestos, las fibras contienen pectina, ceras y substancias 
solubles en agua. Aunque la mayoría de fibras lignocelulósicas difieren 
en su composición química, todas tienen propiedades muy parecidas; se 
encogen al cambiar el contenido de humedad, se degradan a cierta 
temperatura y con radiación UV.6 
 
Las largas cadenas de celulosa forman microfibrillas junto con las de 
Hemicelulosa. Estas microfibrillas se entretejen entre si formando las 
paredes primaria y secundarias de las celdas que conforman la fibra. 
Estas celdas están unidas entre si por un compuesto que en su mayoría 
es lignina. Dependiendo del ángulo en el que las microfibrillas estén 
dispuestas dentro de las paredes de la celda se determina que tan 
resistente es la fibra y esto las diferencia de otros tipos de fibra (Figura 
1.). 
 
 
Figura 1. Estructura de las celdas de la madera. S1, S1 y S3 son las paredes 
secundarias y P es la pared primaria7. 
 
 
6 ROWEL, Roger M. 1997 “Property enhaced natural fiber composite materials based on 
chemical modification”. Polymers—Congresses. I. Prasad, Paras N. II. International Conference 
on Frontiers of Polymers and Advanced Materials (4th, Cairo, Egypt). PP 717-732. 
 
7 STOKKE D., GARDNER D. 2003. “Fundamental aspects of wood as a component of 
thermoplastic composites”. Journal of vinyl & additive technology. Vol 9, No.2, PP. 96-104. 
IM-2005-I-08 
7 
Celulosa: Es el componente esencial de todas las fibras vegetales, es 
un polímero lineal conformado por largas cadenas de anhydroglucosa en 
las cuales el carbono número 1 de la molécula esta enlazado con el 
carbono número 4 de la siguiente molécula (figura 2). 
 
 Figura 2. Estructura molecular de la celulosa.8 
α-Celulosa: Es el nombre técnico que se le da al material celulósico que 
cuenta con un elevado contenido de celulosa pura (90-98%). Otra 
definición es: la parte de un material celulósico que es insoluble en una 
solución del 17,5% de hidróxido de sodio a 20°C, bajo condiciones 
especificas9. El contenido de esta en la fibra es uno de los factores que 
se van a tener en cuenta en la escogencia de la fibra lignocelulósica de 
refuerzo. 
 
Hemicelulosa: Es un complejo heterogéneo de azucares que incluye un 
grupo de polisacáridos que siguen asociados a la celulosa después de 
que la lignina ha sido removida. La Hemicelulosa difiere de la celulosa 
en tres aspectos: la Hemicelulosa contiene varios tipos de azúcar 
mientras que la celulosa solo tiene anhydroglucosa. La Hemicelulosa es 
 
8 BLEDZKI A.K., GASSAN J. 1999. “Composites reinforced with cellulose based fibres”. Prog. 
Polym. Sci. 24 .PP. 221–274 
 
9 BARBA PACHECO, CLAUDIA, “Síntesis de carboximetilcelulosa (CMC) a partir de pastas de 
plantas anuales”, Tesis para optar al grado de doctor en ingeniería química, UNIVERSITAT 
ROVIRA I VIRGILI, Terragona, abril del 2002. Extraido de: 
www.tdx.cesca.es/TESIS_URV/AVAILABLE/TDX-0812102-093854/ 
 
 
IM-2005-I-08 
8 
muy ramificada mientras que la celulosa es lineal y el grado de 
polimerización de la celulosa es de 10 a 100 veces mayor que el de la 
Hemicelulosa. A diferencia de la celulosa, los componentes de la 
Hemicelulosa cambian entre planta y planta8. (Figura 3). 
 
Figura 3. Estructura molecular de la Hemicelulosa8. 
 
Lignina: Es un polímero complejo con constituyentes alifáticos y 
aromáticos, cuyos monómeros principales son varios anillos de 
fenilpropanos unidos de formas que no han sido entendidas totalmente. 
Su estructura varía de una planta a otra8. (Figura 4). 
 
Figura 4. Estructura molecular de la lignina8. 
1.1.2 Fase continua. 
Es también conocida como matriz y es la parte del compuesto que rodea 
al refuerzo. Aunque el término matriz da la impresión de ser la mayor 
cantidad de material, puede tener la menor fracción en volumen, 
IM-2005-I-08 
9 
especialmente en compuestos con polímeros, donde la matriz necesita 
solamente mojar y formar una fase continúa alrededor del refuerzo. El 
volumen de fibra en compuestos poliméricos puede alcanzar 60 o 75%4. 
Para el caso de este trabajo, se va a usar PVC como matriz. 
1.1.2.1 Policloruro de vinilo (PVC). 
 
El PVC es el producto de la polimerización del monómero de cloruro de 
vinilo a policloruro de vinilo. La resina que resulta de esta polimerización 
es la más versátil de la familia de los plásticos; pues además de ser 
termoplástica, a partir de ella se pueden obtener productos rígidos y 
flexibles. Debido a sus diferentes procesos de polimerización, se pueden 
obtener con el PVC compuestos en forma de polvo o pelet, plastisoles, 
soluciones y emulsiones, para a su vez llegar a obtener mediante su 
procesado, un sin número de productos terminados. 
 
Las resinas de PVC se pueden producir mediante cuatro procesos 
diferentes: Suspensión, emulsión, masa y solución. Con el proceso de 
suspensión se obtienen homopolímeros y copolímeros y es el más 
empleado, correspondiéndole cinco octavas partes del mercado total10. 
El PVC proviene de la sal y el petróleo principalmente, el primer paso en 
la producción de resina de PVC es la electrolisis de la sal disuelta en 
agua para así disociarla y formar cloro, hidróxido de sodio e hidrógeno. 
El cloro sale como un gas húmedo a baja presión, después es secado y 
se hace reaccionar directamente con etileno que es un gas petroquímico 
y así se genera el dicloruro de etileno que es un líquido incoloro de alta 
pureza. 
 
10 Extraido de: www.aniq.org.mx/provinilo/pvc.htm 
IM-2005-I-08 
10 
Después el dicloruro de etileno es sometido a un proceso de pirolisis en 
el que es calentado en un horno a 500°C, lo cual hace que sus 
moléculas se separen en cloruro de vinilo y cloruro de hidrógeno, 
después de esto la mezcla pasa por columnas de destilación para 
separar el cloruro de vinilo del cloruro de hidrógeno11. Y el cloruro de 
vinilo es el monómero que después se polimeriza con el catalizador 
adecuado formando largas cadenas y así se produce el PVC. 
 
 
 Figura 5. Obtención del cloruro de vinilo12. 
 
 
Figura 6. Monómero de cloruro de vinilo12. 
 
El PVC es un termoplástico muy versátil, se puede obtener rígido para 
ciertas aplicaciones y flexible para otras. Para el caso especifico de este 
trabajo se usó un PVC rígido grado extrusión. Es decir que viene con una 
formulación de aditivos especialmente diseñada para aplicaciones en 
perfilería. 
 
 
 
 
 
11 Extraido de: www.solvayindupa.com/quemsomos/dosalaopvc/0,,10364-10-0,00.htm 
12 Extraido de: www.telecable.es/personales/albatros1/quimica/industria/cloruvin.htm 
IM-2005-I-08 
11 
1.1.2.3 Aditivos para PVC. 
 
Debido a su naturaleza reactiva, el PVC necesita de ciertos aditivos para 
facilitar su procesamiento y evitar su degradación. Los aditivos básicos 
en una formulación de PVC rígido para extrusión son los siguientes: 
 
Estabilizantes13: Dado que la resina de PVC es muy sensible a la 
temperatura,es necesario agregarle un estabilizante para evitar que se 
degrade durante el procesamiento, los mas usados son los 
órganometales a base de plomo, estaño y los que son a base de calcio y 
zinc. Actúan rescatando el HCL perdido durante el procesamiento a altas 
temperaturas y estabilizando los átomos inestables de cloro en la 
molécula de PVC. 
 
Sales de plomo: Generalmente son compuestos orgánicos como sulfatos, 
silicatos, fosfatos, estearatos, ptalatos y maleatos. Son poco costosos, 
son excelentes estabilizantes térmicos, buenas propiedades eléctricas y 
muy baja absorción de agua. Tienen el inconveniente de que son tóxicos 
y han sido prohibidas en muchos países por causas ambientales. 
Calcio-zinc: Se usa en aplicaciones donde hay contacto con alimentos 
como en botellas de PVC sopladas. Su poder de estabilización es pobre y 
pueden dar compuestos con muy buena transparencia y sin olor. 
Base estaño: Son los mas usados para estabilizar PVC rígido. Dan muy 
buena estabilidad a la luz, color y calor y promueven la fusión 
reduciendo la viscosidad del fundido. Algunos de los compuestos de 
estaño más nuevos tienen buenas propiedades de lubricación y se usan 
para los dos efectos. 
 
 
13 OXYVINYLS, “Technical report #5. Ingredients used in rigid PVC compounding”, Extraido de: 
http://www.oxyvinyls.com/LITERATURE/ovtr5.pdf 
IM-2005-I-08 
12 
Ayudas de proceso13: Una ayuda de proceso puede aumentar o 
reducir la viscosidad del fundido, incrementar el calor por fricción y 
reducir el flujo irregular en el dado. En un compuesto promueve el flujo 
y actúa como un lubricante interno. Al aumentar los niveles de ayuda de 
proceso, generalmente se permiten menores temperaturas en el barril y 
mejora el terminado superficial de la pieza. Los más usados con PVC son 
los polímeros acrílicos, el alfa metilestireno ha sido usado también. 
Los niveles típicos son entre el 0.5% y el 1% dependiendo del proceso 
de extrusión. Un solo tornillo con altos esfuerzos cortantes y la extrusión 
multi-tornillo requieren un menor contenido de ayuda de proceso, 
mientras que una extrusión a baja cortante y de un solo tornillo requiere 
un nivel más alto de ayuda de proceso. 
 
Modificadores de impacto13: Debido a que la resina de PVC es muy 
frágil y quebradiza, es necesario un aditivo que mejore su tenacidad, 
para eso están los modificadores de impacto. Los más usados son 
acrílico (PMMA), polietileno clorado (CPE), metacrilato-butadieno-
estireno (MBS) y acrilonitrilo-butadieno-estireno (ABS). Estos polímeros 
proveen un absorbedor de impacto cuando el PVC es calentado a una 
temperatura de flujo lo suficientemente alta (196°C) para fundirlo. Si se 
funde a una temperatura menor hacen el efecto contrario. 
Todos los modificadores de impacto reducen la resistencia al medio 
ambiente, a los químicos y a la tensión del PVC. La tubería 
generalmente lleva un contenido entre 0 y 2% de modificador de 
impacto pero hay aplicaciones en las que se llaga hasta el 14%. 
 
Lubricantes13: Los lubricantes son materiales que controlan el flujo de 
material dentro de la extrusora para lograr las mejores propiedades 
físicas y características de procesamiento. Existen tres tipos de 
lubricantes: internos, externos y de doble efecto. 
IM-2005-I-08 
13 
Externos: Lubrica entre la superficie metálica de la maquina y las 
partículas independientes de PVC. A medida que se aumenta el nivel de 
lubricante externo, el punto de fusión de la mezcla se corre hacia el 
dado. Los lubricantes externos son normalmente moléculas no poler o 
alcalinas. Usualmente ceras parafínicas, aceites minerales o polietileno 
Internos: Proveen lubricación a nivel molecular entre las partículas de 
resina y reducen la viscosidad del fundido. Son normalmente moléculas 
polares. Usualmente ácidos grasos, ácidos esteáricos grasos o esteres 
metalicos y son muy compatibles con el PVC. 
De doble efecto: Estos materiales proveen ambos efectos de lubricación. 
Tienen los dos grupos químicos, polares y no polares, el mas usado es el 
estearato de calcio. 
 
Cargas13: Son materiales como carbonatos y silicatos que se le agregan 
a la mezcla para bajar el costo de la mezcla, a medida que se aumenta 
la carga, el costo disminuye, el peso del material aumenta, la resistencia 
a la tensión disminuye y la rigidez aumenta.. El mas usado es el 
carbonato de calcio y se le hace un recubrimiento con ácido esteárico 
para reducir lo abrasivo del carbonato de calcio y aumentar la vida útil 
del equipo. 
 
Los anteriores son los aditivos básicos en una formulación de PVC rígido, 
se le pueden agregar mas dependiendo de la aplicación que se le va a 
dar al material, como por ejemplo absorbedores de rayos UV y 
retardantes de llama. 
 
 
 
 
 
IM-2005-I-08 
14 
1.1.3 Agente de acople. 
 
Principal reto que tiene la investigación sobre polímeros reforzados con 
fibras lignocelulósicas, es la incompatibilidad de fases debida a la mezcla 
de la fibra lignocelulósica que es hidrofílica con la matriz polimérica que 
es hidrofóbica. La adhesión de las interfases juega un muy importante 
papel en controlar las propiedades mecánicas de los compuestos, 
especialmente en los compuestos de PVC reforzado con fibras 
lignocelulósicas14. La resistencia a la tensión se ve muy afectada por la 
mala adhesión entre la matriz y el refuerzo. 
 
La solución a este inconveniente es el uso de agentes de acople que 
compatibilicen la superficie de la fibra con la de la matriz. Para el caso 
del PVC reforzado con fibras lignocelulósicas se han hecho muchas 
investigaciones, de donde se ha concluido que hay dos agentes de 
acople que son los mas adecuados. 
 
Matuana et al. 15 examinó el efecto de tratamientos superficiales 
químicos en las propiedades interfaciales y mecánicas de PVC 
plastificado reforzado con fibra celulosica con varios agentes de acople, 
que incluían el Gamma-aminopropyltriethoxysilano (A-1100 Silano), 
diclorodietilsilano, anhídrido ftalico y polipropileno maleato. Los 
resultados muestran que la naturaleza de la superficie de la fibra cambio 
de hidrofílica a hidrofóbica con el uso del silano A-1100. 
 
14 MATUANA M., PARK C.B., BALANTINECZ J.J.,1996 “Characterization of microcellular 
foamed PVC/Cellulosic-fibre composites”, Journal of celular plastics, September, Vol 32, pag. 
449. 
15 MATUANA M.,WOODHAMS, C.B. PARK C.B., BALANTINECZ J.J, 1998. “Influence of 
interfacial interactions on the properties of PVC/Cellulosic fiber composites”, Polimer composites, 
August, Vol 19, No.4, Pag. 446. 
IM-2005-I-08 
15 
Por otro lado Maldas y Kokta16 investigaron el uso de polimetileno 
Polifenilisocianato (PMPPIC) como agente de acople entre PVC y madera 
y descubrieron que la optima concentración de agente de acople es de 
10% en peso de la fibra17. 
Ahora según el documento de Bledzki y Gassan8 el material tratado con 
PMPPIC da mejores resultados en cuanto a resistencia y rigidez debido a 
los enlaces químicos entre el isocianato y los grupos OH de la fibra. 
 
2. FUENTES DE FIBRA. 
 
En este trabajo se van a estudiar los desechos lignocelulósicos de los 
cultivos de palma africana, banano y café. Por eso es necesario entender 
en que consiste cada cultivo, cuales son los desechos y la producción de 
fibra lignocelulósica de cada uno. 
 
2.1 Palma de aceite o palma africana 
 
La palma aceitera es una planta perenne, cultivada por su alta 
productividad de aceite. La producción mundial de aceite de palma se 
calcula en más de 3.000 millones de toneladas métricas. Los principales 
países productores son Malasia, Nigeria, Indonesia, Zaire y Costa de 
Marfil, y otros países africanos y sudamericanos. 
Además de su alto rendimiento por unidad de superficie, la palma de 
aceite es importante por la gran variedad de subproductos que genera, 
los cualesse utilizan en la alimentación y la industria. Tanto el aceite de 
pulpa como el de almendra se emplean para producir margarina, 
manteca, aceite de mesa y de cocina, y jabones. El aceite de pulpa se 
 
16 MALDAS D., KOKTA B.V., 1991. “Studies on the preparation and properties of particle 
boards made from bagasse and PVC: II. Influence of the addition of coupling agents”, 
Bioresourse technology journal, Vol 35, Pag. 251. 
17 SOMBATSOMPOP, N., CHAOCHANCHAIKUL, K. 2005, “Average mixing torque, tensile and 
impact properties, and termal stability of Poly(vinyl chloride)/Sawdust composites with different 
silane coupling agents”, Journal of applied polymer science, Vol 96,213-221. 
IM-2005-I-08 
16 
usa en la fabricación de acero inoxidable, concentrados minerales, 
aditivos para lubricantes, crema para zapatos, tinta de imprenta, velas. 
Se usa también en la industria textil y de cuero, en la laminación de 
acero y aluminio, en el trefilado de metales y en la producción de ácidos 
grasos y vitamina A18. 
Datos generales de la palma de aceite. 
 
- Producción de hojas: 22-24/ palma/año 
- Producción de racimos: 12 / año / palma. 
- Peso del racimo: 20 - 30 kg. 
- Peso promedio del fruto: 10 gr. 
- Aceite de almendra: 0.50 ton / ha. 
- Torta de almendra: 0.45 ton. / ha. 
- Aceite / racimo: 20 - 25 %. 
- Producción de aceite: 5 - 8 ton /ha / año 
- Prod. de raquís (estopas) / racimo: 22 % 
- La palma cubre gastos desde los 18 a 24 meses y es económicamente viable por 
25 años debido a la altura que alcanza18. 
 
 
 
Fruto: La especie tiene tres variedades de fruto (Figura 7): 
• Dura: Su fruto tiene un endocarpio de más de 2 mm de espesor. El 
mesocarpio o pulpa contiene fibras dispersas, y es generalmente delgado. 
• Pinífera: No tiene endocarpio. La almendra es desnuda. El mesocarpio no 
contiene fibras y ocupa gran porción del fruto. Esta variedad produce pocos 
frutos en el racimo. Por eso se emplea sólo para mejorar la variedad dura, 
mediante el cruzamiento. 
 
18 German Quesada Herrera, “Cultivo e industria de la palma aceitera”, Ministerio de 
agricultura y ganadería de Costa Rica. 1997 
 
IM-2005-I-08 
17 
• Ténera: Es el híbrido del cruce entre Dura y Pinífera y es la que se 
usa comercialmente. Tiene un endocarpio delgado de menos de 2 
mm de espesor. En el mesocarpio se encuentra un anillo con fibras. 
Figura 7. Partes y variedades del fruto de la palma africana18. 
Desperdicios: 
 
La palma africana produce tres tipos distintos de desperdicios 
lignocelulósicos, las hojas, el tronco y el raquís vacío. La palma 
desprende entre 22 y 24 hojas al año. El tronco se corta en periodos 
entre los 25 y 30 años cuando la palma deja de ser productiva debido a 
la altura que alcanza. Una palma promedio produce 13 racimos al año 
donde el peso del raquís vacío es aproximadamente el 22% del total del 
IM-2005-I-08 
18 
racimo lleno. La relación entre la producción de aceite y la de raquís de 
desecho, consiste en que por cada tonelada de aceite que se produce 
sale una tonelada de racimos vacíos18. El rendimiento de la fibra para el 
tronco, las hojas y el raquís esta entre 45 y 65% siendo tratados con 
NaOH18 para la purificación y eliminación de lignina. 
 
En la tabla 1 se muestran las composiciones químicas de los tres 
desechos: 
 
Componente. Raquís. Tronco Hojas 
α-celulosa (%) 42,7 29,2 49,6 
Hemicelulosa (%) 27,3 16,5 17,8 
Lignina (%) 17,2 18,8 19,4 
Tabla 1. Composición química de los desechos de palma africana en Malasia 
(Porcentajes en base seca)19. 
 
 
Figura 8. a) Raquís de palma africana. b) Troncos de palma africana. c) Hojas de 
palma africana. 
Producción: 
Colombia es el primer productor de palma de aceite en América Latina y 
el cuarto en el mundo. Tiene como fortaleza un gremio que cuenta con 
sólidas instituciones como la Federación Nacional de Cultivadores de 
Palma de Aceite que fue creada en 1962. 
 
19 LAW K.N. Y WAN ROSLI, 2003. “The potentials and challenges of oil palm fibres as raw 
materials for papermaking”, The electronic journal of fibres and composites, Vol. 1. 
 
IM-2005-I-08 
19 
La palma de aceite se cultiva principalmente20 en 4 zonas del país: 
Norte: Magdalena, Cesar, Atlántico y Guajira. 
Central: Santander, Norte de Santander, sur del Cesar y Bolívar 
Oriental: Meta, Cundinamarca, Casanare y Caquetá. 
Occidental: Nariño. 
Los datos mas recientes encontrados acerca de la producción de aceite 
de palma y racimos frescos de fruto (RFF) son del 2003 y son los 
siguientes: 
Producto Zona Toneladas Participación % 
Oriental 797.520 30,9 
Norte 786.003 30,5 
Central 622.329 24,1 
Occidental 373.607 14,5 
Racimos de 
fruto 
fresco(RFF) 
Total 2’579.459 100,0 
Oriental 167.094 31,7 
Norte 160.073 30,4 
Central 122.835 23,3 
Occidental 76.632 14,6 
Aceite de 
palma crudo. 
Total 526.634 100,0 
Tabla 2. Producción de racimos de fruto fresco y aceite de palma crudo en el 2003 en 
Colombia21. 
 
 
 
 
 
 
 
20 Extraido de www.fedepalma.org/palma.htm 
21 Extraído de www.fedepalma.org/estadisticas.htm 
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20 
2.2 Banano. 
 
Los bananos y plátanos son plantas herbáceas con pseudotallos aéreos 
que se originan de cormos carnosos, en los cuales se desarrollan 
numerosas yemas laterales o "hijos”. Las hojas tienen una distribución 
helicoidal y las bases foliares circundan el tallo o cormo dando origen al 
pseudotallo. La inflorescencia es terminal y crece a través del centro del 
pseudotallo hasta alcanzar la superficie22. 
 
Figura 9. Partes de la planta de banano22. 
 
 
 
 
 
22 SOTO, Moisés, “Bananos: técnicas de producción”; San José, Costarica, 2001 
IM-2005-I-08 
21 
Desperdicios: 
Debido a la naturaleza de la planta de banano, cada vez que se retira el 
fruto, se derriba la planta completa. Por lo tanto, todas las partes, 
excepto el fruto, son desperdicio. 
Nada más en la región de Urabá, debido a la actividad bananera, se 
desechan grandes cantidades de desechos biodegradables y no 
biodegradables representados en unas 250.000 toneladas anuales de 
banano no exportados y unas 125.000 toneladas de vástagos23. 
 
En algunas partes las hojas y los pseudotallos de desecho se usan como 
alimento animal pero la gran mayoría es de desperdicio. En las tablas 
3,4 y 5 se ilustra la composición química del pseudotallo, el raquís y las 
hojas de la planta con el objeto de evaluar su aplicabilidad en el 
proyecto. 
 
Componente % en base seca 
Hemicelulosa 15,9 
Celulosa 18,6 
Lignina 1,5 
Tabla 3: Composición química del pseudotallo de la planta de banano24. 
 
 
Componente % en base seca 
Hemicelulosa 22,1 
Celulosa 26,6 
Lignina 5,1 
Tabla 4: Composición química de las hojas de la planta de banano24. 
 
 
Componente % en base seca 
Fibra cruda 30,7 
α-Celulosa 53,5 
Lignina 11,73 
Tabla 5: Composición química del raquís de la planta de banano24. 
 
23 Programa de gestión social y ambiental del sector bananero colombiano, Convenio SENA-
AUGURA; Medellín, 2003 
24 SOTO, Moisés, “Bananos: cultivo y comercialización”, San José, Costarica; Litografía e 
imprenta LIL, 1985. 
IM-2005-I-08 
22 
Los pseudotallos del banano tienen 93% de agua y 7% de materia 
sólida, de la cual el 40% está constituido por fibras. Estas se parecen a 
las del cáñamo en el contenido de celulosa. El inconveniente que 
presenta esta parte de la planta es que contiene demasiada agua y 
dificulta el proceso de secado. 
 
La fibra del raquís posee una longitud de 3.10 mm en promedio y es 
mas larga, mas rica en celulosa y contiene menor contenido de resinas 
quela fibra del bagazo de caña. Además posee una baja solubilidad en 
benceno y en éter, lo que le proporciona una mayor resistencia y 
flexibilidad24. 
 
Producción: 
 
El banano para exportación se produce en el Urabá antioqueño 
(municipios de Apartadó, Carepa, Chigorodó y Turbo) y en la región 
norte del departamento de Magdalena (municipios de Córdoba, Río Frío, 
Orihueca, Sevilla y Aracataca). Hay diferencias importantes en calidad y 
tamaño de la fruta entre las dos regiones, debido a las variaciones 
climáticas propias de cada zona. Así por ejemplo el banano de Santa 
Marta es de menor tamaño que el de Urabá debido a que los períodos de 
lluvia son más cortos, aunque es precisamente esta cualidad la que le 
permite mayor aceptación en el mercado europeo25. 
 
Los datos mas recientes encontrados sobre la producción de banano en 
Colombia son presentados en la tabla 6 y corresponden al primer 
semestre de 2004. 
 
 
25 ESPINAL C.F., MARTÍNEZ H.J., PEÑA MARÍN Y. “La cadena del banano en Colombia. Una 
mirada de su estructura y dinámica 1991 -2005”, Bogotá, Marzo de 2005. Extraído de 
www.agrocadenas.gov.co. 
IM-2005-I-08 
23 
 
Producto Zona Cantidad Participación 
% 
Toneladas 
Urabá 24.488.543 69,46 444.222 
Magdalena 10.768.126 30,54 195.333 
Cajas de 
18.14Kg de 
banano. Total 35.256.669 100 639.555 
Tabla 6. Exportaciones colombianas de banano en el primer semestre de 200426. 
 
 
De acuerdo a Valladares el al.27, el rendimiento en fibra con 8% de 
humedad de todos los componentes de la planta en estado verde, fue 
del orden del 5%. En este rendimiento se consideran las fibras 
obtenidas a partir del raquís, el pseudotallo y de los nervios de las hojas. 
Esto quiere decir que para obtener una tonelada de fibra secada al aire, 
se requiere procesar 22 toneladas de material verde que equivale a 367 
plantas asumiendo que cada planta rinde aproximadamente 60Kg de 
material verde. 
 
2.3 Café. 
El cafeto es un arbusto de tres a seis metros de altura, aunque en 
algunas variedades llega a los doce metros, con hojas opuestas, 
lanceoladas, persistentes, de un bello color verde intenso, flores blancas 
y olorosas, parecidas a las del jazmín, y fruto de baya roja, cuya semilla 
es el café. Tiene una raíz que puede superar el metro y medio, y un 
tronco de unos ocho centímetro de diámetro. Perteneciente a la familia 
de las Rubiáceas, conforma el género Coffea, que comprende setenta 
especies, aunque solo son productivas las agrupadas en tres grandes 
grupos muy diferentes: ARÁBICA, que es con mucho el de mayor calidad 
y más extendido, ROBUSTA, muy recio, y LIBÉRICA descubierta en 1843 
 
26 Augura, “Coyuntura Bananera, primer semestre de 2004”, septiembre 2004 
 
27 VALLADARES L. J., ROLZ. C., PEREZ E.H, 1988 “Residuos fibrosos del cultivo del banano 
como fuentes potenciales de celulosa y papel”, Augura, Año 14, No.1. 
IM-2005-I-08 
24 
en estado salvaje en Liberia, de ahí su nombre, y de cultivo 
prácticamente circunscrito en África, que en estado silvestre puede 
alcanzar los veinte metros. 
Está formada por una piel, denominada exocarpio, cuyo cromatismo 
cambiante indica su evolución y que recubre la pulpa denominada 
mesocarpio de naturaleza mucilaginosa, que encierra en su corazón dos 
semillas de un color gris verdoso o amarillento, alargadas, ovaladas y 
planas si pertenecen a la especie Arábica, o más pequeñas, irregulares y 
convexas si son Robusta, pegadas por su parte plana y recubiertas de 
una película de celulosa amarillenta conocida como cisco o pergamino. 
Finalmente cada grano está recubierto a su vez de una fina membrana 
de tonalidad plateada28. 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 10. Partes del fruto del cafeto28. 
 
 
 
28 Extraido de: http://club.telepolis.com/mundocafe/tercero.htm 
IM-2005-I-08 
25 
Desperdicios: 
Después del procesamiento del café, quedan como subproductos, la 
pulpa que representa entre el 26% y el 30% del total del fruto en base 
seca y el cisco o pergamino de café que es entre el 10 y el 12% en base 
seca29 . Claro que según el ingeniero Mauricio Pérez de Cenicafe, el 
promedio nacional del porcentaje de cisco de café es del 18% del peso 
del grano en base seca, hay que tener en cuenta que estos porcentajes 
varían dependiendo de la zona y las condiciones climáticas donde se 
encuentra el cultivo. 
A continuación se ilustran las composiciones de los dos subproductos 
más abundantes del procesamiento del café: 
Tabla 7. Composición química de la pulpa de café en base seca30. 
Tabla 8. Composición química del cisco de café31. 
 
29 BRESSANI R. “Coffee, coffee pulp”. Extraido de: 
www.fao.org/ag/aga/agap/frg/afris/Data/540.htm 
30 VARGAS, E., CABEZAS, M.T., Y BRESSANI, R. “Pulpa de café en la alimentación de 
rumiantes. 1. Digestibilidad in vivo de la pulpa”. Agronomía Costarricense, 1: 51-56, 1977 
 
31 TRUJILLO D. “Aprovechamiento industrial del cisco de café”.Universidad católica de 
Valparaíso, escuela de ingeniería química Valparaíso, 1944 
Componente % en base seca 
Celulosa 33,4 
Hemicelulosa 4,7 
Lignina 28,8 
Componente % en base seca 
Celulosa 34,1 
Cutina 8,5 Fibra cruda. 
Lignina 3,1 
Lignina 24,6 
Pentosanos (Hemicelulosa) 21,25 
Cenizas 2,11 
IM-2005-I-08 
26 
Para el contenido de Hemicelulosa que se ve en la tabla, es necesario 
aclarar que la Hemicelulosa esta compuesta por celulosa y otros dos 
polisacáridos que son: Pentosanos (Xilanos) y Hexosanos (mananos), 
entonces este valor es parcial31. 
Producción: 
Según información del Ministerio de Agricultura, en el año 2003 el café 
fue el primer producto agrícola en extensión en Colombia con 775.000 
hectáreas, que rindieron 694.080 toneladas métricas. Representa el 
20% del área cosechada en Colombia y el 34% de los cultivos 
permanentes. Su producción representa el 10% del valor de la 
producción agropecuaria y el 18% de la actividad agrícola Colombiana32. 
A continuación los datos de la producción de café en Colombia en el 
2004: 
 
 
 
 
 
 
 
32 ESPINAL C.F., MARTÍNEZ H.J., GAITAN X. “La cadena del café en Colombia. Una mirada 
global de su estructura y dinámica 1991 -2005”, Bogotá, Marzo de 2005. Extraído de 
www.agrocadenas.gov.co. 
 
Mes 
Miles de sacos de 
60Kg 
Enero 1171 
Febrero 770 
Marzo 811 
Abril 738 
Mayo 1091 
Junio 954 
Julio 774 
Agosto 722 
Septiembre 465 
Octubre 1106 
Noviembre 1368 
Diciembre 1373 
Total 11343 
Total en 
toneladas 
680580 
IM-2005-I-08 
27 
 
Tabla 9. Producción de café en Colombia en el 200433. 
2.4 Selección de la fibra. 
 
Para la selección de la fibra mas adecuada para reforzar el PVC, primero 
se seleccionó el desperdicio más significativo de cada cultivo y para 
elegir uno de estos se tuvieron en cuenta tres factores: el contenido de 
celulosa y lignina de cada fibra, la cantidad generada en Colombia al año 
y los procesos necesarios para adecuar la fibra. 
 
Hay que tener en cuenta que el contenido de celulosa de la fibra dice 
que tan resistente es esta. La producción anual también es importante 
para garantizar que sea suficiente en caso de una producción a gran 
escala. Los procesos necesarios para adecuar la fibra son muy 
importantes ya que esto implica el aumento en el costo de la fibra. 
 
Para el caso de la palma africana se descartó el tronco por su baja 
producción ya que cada palma tiene una vida útil de aproximadamente 
25 años y es entonces cuando se desecha el tronco. Las hojas se 
desecharon porque tienen un menor contenido de celulosa que el raquís 
y además contienen mucha humedad. 
 
En el caso del banano se desecharon las hojas y pseudotallo por sus 
altos contenidos de humedad que dificultarían el procesamiento de estos, 
además de subajo rendimiento celulósico. 
 
 
33 Extraido de: www.cafedecolombia.com/economiacafetera/estadisticas.html 
IM-2005-I-08 
28 
Para el caso del café, se escogió el cisco por su baja humedad. La pulpa 
de café además es un tejido mucilaginoso que en su extracción se usan 
procesos húmedos que la dejan llena de impurezas y con un alto nivel 
de humedad. 
 
 
Para ilustrar mejor este proceso de selección se construyo la siguiente 
tabla comparativa: 
Tabla 10. Tabla comparativa de las fibras lignocelulósicas. 
 
Ahora, para analizar la cantidad de procesos que se le deben realizar a 
los residuos para poder ser usados como refuerzo de un polímero, se 
procedió a la elaboración de la tabla 11 donde se muestran las ventajas 
y desventajas de cada fibra lignocelulósica. 
 
34 CALLE V., H., “Subproductos del café”, Boletín técnico de CENICAFE, No. 6; 1-84, 1977. 
 
Desecho 
Cantidad 
(Ton/año) 
% 
α-Celulosa 
(base seca) 
 
% Lignina 
base seca. 
Raquís Palma 52600021 42,719 17,219 
Raquís Banano 18000023 53,524 11,7324 
Cisco de café. 12200033 50,234 24,631 
IM-2005-I-08 
29 
Tabla 11. Ventajas y desventajas de cada desecho. 
 
Como se puede ver en la tabla 10, el contenido de celulosa es muy 
parecido en las tres fibras. El contenido de lignina no afecta mucho 
porque de todas formas tiene que ser retirada de la fibra mas adelante y 
la producción al año en Colombia es altísima por lo que ninguna de las 
tres fibras va a escasear en caso de una producción a gran escala. 
Entonces la decisión de la fibra queda en la tabla 11, donde las 
desventajas implican más procesos para adecuar la fibra y esto a su vez 
implica costos. 
Es por esto que la fibra seleccionada es el cisco de café, esta fibra 
viene casi lista para ser usada y sería la más económica a la hora de 
producirla. Además es un producto muy representativo de nuestro país. 
 
3. MATERIALES. 
 
Desecho Ventajas Desventajas 
Raquís de 
palma. 
-Tiene un alto rendimiento en 
fibra (45 -65%). 
-Se produce en varias zonas 
del país (bajo costo de 
transporte) 
-Vienen con residuos de aceite y 
tierra. 
-Es grande, hay que molerla y 
secarla. 
Raquís de 
banano 
-Es la fibra con mayor 
contenido de celulosa y 
además es la que tiene el 
menor contenido de lignina. 
-Es un tronco largo que hay que 
moler. 
-Tiene un contenido de humedad de 
93%. 
-La fibra tiene un rendimiento de 
apenas un 5% con un 8% de 
contenido de humedad. 
Cisco de 
café. 
-Viene muy puro y las 
impurezas son de fácil 
extracción. 
-Viene suelto y con un 
tamaño de grano pequeño. 
-Bajo contenido de humedad 
(10% Aprox) 
- Tiene un alto contenido de lignina. 
 
IM-2005-I-08 
30 
Se describirán los materiales que se seleccionaron para matriz 
polimérica, fibra lignocelulósica de refuerzo y agente de acople. 
 
3.1 Matriz Polimérica. 
 
El material seleccionado como matriz en este proyecto fue Policloruro de 
vinilo (PVC) con una formulación diseñada para perfiles rígidos con 
carga y muy gentilmente suministrada por Geon Polímeros Andinos S.A. 
(Figura 11). 
 
La referencia comercial del PVC suministrado es EP2400NAT, esto quiere 
decir que es un PVC para perfilería rígida color natural y con carga de 
carbonato de calcio recubierto con ácidos esteáricos, el material viene 
granulado. Se le hizo medición de densidad por medio de la norma 
ASTM D792 y arrojo un valor de 1,4034 gr/cm3, que esta dentro del 
rango que presenta la hoja técnica. (Anexo 1) 
 
 
Figura 11. PVC utilizado. 
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31 
 
3.2 Fibra lignocelulósica de refuerzo. 
 
El cisco de café fue conseguido de dos fuentes, la primera fue la 
Federación Nacional de Cafeteros (figura 12) y la segunda fue la 
trilladora Cundicafe (figura 13). 
 
El cisco proveniente de la Federación Nacional de Cafeteros venía tal 
como sale de las trilladoras en la zona cafetera, por lo tanto venia con 
un tamaño de grano grande. El cisco de Cundicafe viene de cultivos en 
el Huila y lo suministro un cliente de la trilladora que lo muele para 
usarlo como alimento para porcinos, por eso viene con un tamaño de 
grano muy fino. 
 
Figura 12. Cisco suministrado por la Federación Nacional de Cafeteros. 
IM-2005-I-08 
32 
 
Figura 13. Cisco suministrado por Cundicafe. 
 
3.3 Agente de acople. 
 
Hay dos opciones de agente de acople que como se dijo en la sección 
1.1.3, sirven y dan resultados muy semejantes en cuanto a propiedades 
mecánicas del compuesto, estos son: el silano A-1100 y polimetileno 
Polifenilisocianato (PMPPIC). 
 
Para este proyecto se escogió el PMPPIC debido al costo y a la facilidad 
en la consecución. En el anexo 2 se puede ver la hoja técnica. 
 
4. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL. 
 
En la tabla 12 se ve un resumen del procedimiento experimental que se 
siguió. 
 
Material Sección 4.1 Sección 4.2 Sección 4.3 
Cisco de Café 
-Tamizado. 
-Purificación. 
-Secado. 
 
-Impregnación 
del cisco con el 
agente de 
acople. 
-Mezcla. 
-Molienda. 
-Moldeo de 
probetas. 
IM-2005-I-08 
33 
Agente de 
acople 
(PMPPIC) 
 
 
 
PVC 
 
 
 
-Pruebas de 
tensión e 
impacto. 
Tabla 12. Resumen del procedimiento experimental. 
 
4.1. Preparación de la fibra de cisco de café. 
En esta parte del procedimiento se realizo el tamizado de la fibra, la 
purificación y el secado de la misma, a continuación se explica 
brevemente los pasos que se siguieron y los métodos que se utilizaron. 
 
4.1.1 Tamizado. 
 
Esta prueba se realizo con el cisco de café suministrado por la 
Federación Nacional de Cafeteros con el tamaño de grano tal como sale 
de la trilladora en el eje cafetero. Este tamaño varía de acuerdo al tipo 
de trilladora que se use y por lo tanto estos datos son para efectos de 
este trabajo únicamente. 
 
En la prueba de tamizado se usó la norma ASTM E-11/2001, para ello se 
empleo la unidad de tamizado referencia Ro-Tap Testing Sieve Shaker 
modelo B de Tyler industrial products disponible en el CIPP (Figura 14). 
Para la prueba se uso una muestra de 200 gr de cisco y se puso en la 
máquina por 20 minutos con los tamices mesh # 10,20,30,50 y 100 con 
una abertura de 2mm, 850µm, 600 µm, 300 µm y 150 µm 
respectivamente. 
IM-2005-I-08 
34 
 
Figura 14. Unidad de tamizado referencia Ro-Tap Testing sieve shaker modelo B 
 
De acuerdo al trabajo previo realizado por Carlos Andrés Rodríguez35, 
una fibra con un tamaño menor al de la malla 30 (600 µm) es la que se 
debe usar para esta aplicación. 
De acuerdo a los resultados del tamizado (Figura 24), más del 50% del 
cisco no pasa por la malla 10 con 2mm de abertura, y apenas el 10% 
aproximadamente del cisco pasa por la malla 30. Por eso se debe 
someter a un proceso de molido. En el cisco suministrado por Cundicafe 
el 100% del material paso la malla 30. Estos resultados estan 
consignados en el capitulo de resultados. 
 
 
4.1.2 Purificación. 
 
 
35 RODRIGUEZ. C.A. ,2001, “Estudios de compatibilidad en plásticos reforzados con fibras 
lignocelulósicas”,Revista del programa de magíster en ingeniería mecánica, Marzo, No. 4 
IM-2005-I-08 
35 
Por medio de la purificación lo que se busca es la eliminación de la 
lignina y otras impurezas que hay en la fibra y pueden perjudicar el 
correcto desempeño de la fibra. 
 
El procedimiento utilizado para purificar la fibra fue el de alcalinización. 
Este consiste en hervir las fibras en una solución con 10% de Hidróxido 
de sodio durante 30 minutos y después lavar la fibra con agua destilada 
para eliminar el hidróxido de sodio que queda para después secarla36. 
 
Al retirar la lignina mediante este proceso, sucede que el cemento que 
une las fibras entre si desaparece permitiendo que las fibras puedan ser 
separadas entre si mas fácilmente. Además se eliminan los ingredientes 
indeseables como las grasas,ceras e impurezas. 
 
4.1.3 Secado. 
 
Dado que el cisco viene con una humedad del 10% aproximadamente y 
que por el proceso de purificación el cisco queda totalmente mojado, es 
necesario someterlo a un proceso de secado ya que la humedad afecta 
las propiedades del compuesto porque se forman burbujas dentro del 
material. El secado se realizó en el horno de convección Thermolyne 
(figura 15) a una temperatura de 80°C por 24 horas para asegurar una 
reducción adecuada en los niveles de humedad de la fibra. 
 
 
36 BISMARCK A., LAMPKE T, STAMBOULIS A., SHENDEROVICH I, 2002, “Surface Characterization of flax, 
hemp and cellulose fibers; Surface properties and the water uptake behavior”, Polimer composites journal, October, Vol 
23, No. 5, Pag 872. 
IM-2005-I-08 
36 
 
Figura 15. Horno de convección Thermolyne. 
 
4.2. Impregnación del cisco de café con el agente de acople. 
 
Como se dijo anteriormente según Maldas y Kokta16 la concentración 
optima de PMPPIC es 10% en peso de la fibra. Para aplicarle el PMPPIC a 
las fibras se siguió el procedimiento descrito en el documento de 
Rozman et al.37, que consiste en hacer una solución del 20% de agente 
de acople en acetona, luego la fibra se pone en un agitador y se le va 
agregando la solución lentamente para asegurar la distribución uniforme. 
Cuando se acaba la solución se sigue agitando por media hora y 
finalmente se mete la mezcla en el horno a 80°C durante dos horas para 
que se evapore la acetona y quede el agente de acople distribuido 
uniformemente en la fibra. 
 
4.3 Preparación del compuesto. 
 
Una vez preparada la fibra e impregnada con el agente de acople queda 
lista para ser mezclada con el PVC y luego molida para poder moldear 
las probetas. 
 
37 ROZMAN H.D., TAY G.S., KUMAR R.N., ABUSAMAH A., ISMAIL H., ISHAK Z.A., 2001, 
“Polypropylene-oil palm empty fruit bunch-glass fibre hybrid composites: a preliminary study on 
the flexural and tensile properties”, European polymer journal 37, Pag. 1283-1291. 
IM-2005-I-08 
37 
4.3.1. Mezcla. 
Las mezclas de la fibra con el PVC se realizaron en el equipo Brabender 
Plasti-corder PLE 331 con una cabeza de mezclado tipo W50H y con una 
capacidad para mezclas de 45gr aproximadamente. 
 
Debido a la sensibilidad del PVC a la temperatura, para este proceso de 
mezcla se debió ser muy cuidadoso con la temperatura. Según la hoja 
técnica del material suministrada por Geon Andina, la temperatura de 
compuesto fundido del PVC debe estar entre 180 y 185°C y de acuerdo 
al trabajo realizado por Diego Iván García38, el cisco de café tiende a 
degradarse a los 180°C. Se trato de mezclar a esa temperatura con una 
velocidad de 60 RPM, pero el material no homogeneizo, entonces se 
procedió a aumentar la temperatura hasta los 190°C. Temperatura a la 
cual homogeneizo el material y no se detecto ningún indicio de 
degradación del mismo. El tiempo de estadía dentro de la maquina se 
determino por el tiempo de estabilización del torque. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 16. Cabeza de mezclado W50H antes y después de la mezcla.. 
 
38 GARCIA TROMPA, DIEGO IVAN., “Estudios de procesabilidad para polietileno de alta 
densidad reforzado con cisco de café”, Tesis para aspirar al titulo de Msc. Ingeniero Mecánico, 
Uniandes, 2003 
IM-2005-I-08 
38 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 17. Equipo de mezclado Brabender Plasti-corder PLE 331. 
 
4.3.2 Molienda. 
 
Después de la mezcla y para evitar procesos mas complicados se realizó 
una molienda de la mezcla para poder ser moldeada mas adelante. Para 
esto se uso el molino de cuchillas Condux disponible en las instalaciones 
del CIPP. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 18. Mezcla antes y después de la molienda. 
 
 
 
IM-2005-I-08 
39 
4.3.3 Preparación de las probetas. 
 
Las probetas utilizadas para las pruebas de tensión e impacto se 
realizaron por el método de moldeo por compresión de acuerdo a la 
norma ASTM D4703. En la siguiente tabla se encuentran los factores de 
fabricación de las probetas. 
 
Tabla 13. Factores de fabricación de las probetas. 
 
Para producir 5 probetas de tensión y 6 de impacto se requerían 
aproximadamente 200 gr de material, por eso se hicieron 5 mezclas de 
45gr por muestra. 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 19. Molde para la producción de las probetas. 
 
Temperatura de moldeo. 190°C 
Temperatura de desmolde. 37°C 
Presión del cilindro. 60000 Psi 
Tiempo de calentamiento sin presión 10 min 
Tiempo de aumento de presión. 1min 
Tiempo de sostenimiento. 1min 
Flujo de agua en las placas. 10 Gal/min. 
Velocidad de enfriamiento. 7°C/min. 
IM-2005-I-08 
40 
A las probetas de impacto se les hace una muesca para cumplir con la 
norma ASTM D256 para prueba de impacto Izod. Esta se realizo por 
medio de una fresa con la maquina que se ve en la figura 20. 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 20. Fresadora de muesca para probetas de impacto. 
 
4.3.4 Montaje de las pruebas. 
 
Tensión: 
Esta prueba se realizó siguiendo la norma ASTM D638, y para ello se 
empleo la máquina universal INSTRON 5586. Mediante esta prueba se 
obtienen los resultados de resistencia a la tensión y módulo de 
elasticidad. En la figura 21 se aprecia la máquina y las mordazas para 
agarrar las probetas. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 21. Maquina universal INSTRON 5586. 
IM-2005-I-08 
41 
Impacto: 
Esta prueba consiste en evaluar la cantidad de energía absorbida por el 
material en el momento de fomentar la propagación de la grieta. Para 
realizar esta prueba se uso el método A (Izod) descrito en la norma 
ASTM D256, con un péndulo de 2.71J. 
El montaje de esta prueba es un péndulo que golpea la probeta y marca 
la energía perdida debido al golpe, antes de realizar esta prueba es 
importante medir el espesor de la probeta ya que estos resultados de 
dan en Joules/m, donde la dimensión del denominador es el espesor de 
la probeta. En la siguiente figura se muestra el aparato para medir la 
resistencia al impacto. 
 
Figura 22. Maquina para ensayo de impacto. 
 
4.4. DISEÑO EXPERIMENTAL. 
 
4.4.1 Elección de factores y niveles. 
 
En este trabajo se van a tener en cuenta tres factores los cuales se van 
a evaluar como tres experimentos completamente aleatorizados 
diferentes de un solo factor cada uno con efectos fijos, esto con el fin de 
IM-2005-I-08 
42 
analizar cual factor afecta más en las propiedades del material y tratar 
de concluir una composición ideal. 
 
El primer factor que se va a tener en cuenta es el contenido de cisco de 
café en peso en la probeta, este factor va a contar con 4 niveles que son 
0%, 25%, 50% y 60% de cisco purificado y con agente de acople. 
 
El segundo factor tiene 2 niveles y es para identificar el efecto del 
agente de acople en las propiedades del material, es decir que los dos 
niveles son con agente de acople y sin agente de acople para una 
composición de 25% de cisco de café purificado. 
 
El tercer factor es la purificación, se va a evaluar el efecto de la lignina 
en las propiedades del material, los dos niveles son con purificación y 
sin purificación para una composición de 25% de cisco sin agente de 
acople. 
 
Se hicieron 5 repeticiones por prueba. 
 
4.4.2 Variables de respuesta. 
 
Las propiedades del material que van a ser evaluadas son las siguientes: 
 Resistencia a la tensión. 
 Módulo de elasticidad. 
 Resistencia al impacto. 
 Torque máximo en el mezclador interno Brabender Plasta-
corder PLE 331. 
Las primeras tres variables se escogieron porque son las más 
representativas en cuanto a propiedades mecánicas y son las que se ven 
mas afectadas por la variación de los factores ya descritos. Y el torque 
IM-2005-I-08 
43 
se va a analizar porque representa el consumode energía y por tanto se 
puede traducir en costos relacionados con la procesabilidad. 
 
Para los resultados del torque y el tiempo de estabilización, se utilizaron 
las graficas de Torque contra tiempo de estabilización suministradas por 
el equipo Brabender plasti-corder. En la figura 23 se ve un ejemplo de 
estos gráficos. Para el torque máximo, se toma el pico que en este caso 
sería aproximadamente 32Nm y para el tiempo de estabilización se 
toma el tiempo en el que la grafica tiende a ser asintótica, es decir, 
aproximadamente 11 minutos y el torque mínimo seria 19Nm 
aproximadamente. 
 
Torque Vs. t de estabilización
0
5
10
15
20
25
30
35
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
t de estabilizacion (min)
To
rq
ue
 (N
m
)
c 
Figura 23. Ejemplo de grafica de torque contra tiempo de estabilización. 
 
Para el análisis de los datos obtenidos después de las pruebas se va a 
utilizar un análisis de varianzas por medio del modelo ANOVA. Para 
poder aplicar este modelo es necesario el cumplimiento de los supuestos 
de varianza constante y de normalidad de los residuales. En el caso que 
IM-2005-I-08 
44 
no se cumplan estos supuestos será necesario usar la transformación de 
las variables de respuesta por el método Box-cox o pruebas no 
paramétricas. Para hacer todo este análisis estadístico se usara el 
software Minitab 14. 
 
5. RESULTADOS. 
 
Tamizado: 
En la figura 24 se aprecian los resultados de la prueba de tamizado que 
esta descrita en la sección 4.1.1. 
Proporciones tamizado
0
10
20
30
40
50
60
No paso Mesh10 Mesh20 Mesh30 Mesh50 Mesh100
Malla
Po
rc
en
ta
je
 
Figura 24. Resultados del tamizado. 
 
Propiedades mecánicas: 
En las figuras 25, 26 y 27 se aprecian los promedios de las 5 mediciones 
y la desviación estándar por medio de las barras de los resultados de 
resistencia a la tensión, modulo de elasticidad y resistencia al impacto. 
Los resultados numéricos se pueden encontrar en los anexos 3 y 4. 
 
IM-2005-I-08 
45 
Resistencia a la tensión
0,00
10,00
20,00
30,00
40,00
50,00
60,00
0% 25% 50% 60% 25% sin A.A,
sin Purif
25% sin A.A.
con Purif
Contenido de cisco
M
Pa
 
Figura 25. Resultados de la prueba de resistencia a la tensión. 
 
Módulo de elasticidad
0
1
2
3
4
5
6
0% 25% 50% 60% 25% sin A.A,
sin Purif
25% sin A.A.
con Purif
Contenido de cisco
G
Pa
 
Figura 26. Resultados de módulo de elasticidad. 
 
IM-2005-I-08 
46 
Resistencia al impacto
0
10
20
30
40
50
60
70
0% 25% 50% 60% 25% sin A.A,
sin Purif
25% sin A.A.
con Purif
Contenido de cisco
J/
m
 
Figura 27. Resultados prueba de resistencia al impacto. 
Torque: 
En la tabla 14 se muestran los valores promedio del torque máximo, 
torque mínimo y tiempo de estabilización en el proceso de mezcla del 
compuesto en el equipo Brabender Plasticorder. En el anexo 5 se 
consignan todos los datos de torque y tiempos de estabilización. 
Tabla 14. Torques y tiempos de estabilización del Brabender. 
 
Sabiendo que la potencia en Watts utilizada por el equipo es la 
multiplicación del torque en Nm por la velocidad de giro de los tornillos 
en Rad/s, y además sabiendo que la velocidad de giro se mantuvo 
constante a 60 RPM, se puede hallar el consumo de energía del equipo, 
que se traduce en costo y es directamente proporcional al torque. 
Mezcla Torque max Prom 
(Nm) 
Torque min Prom 
(Nm) 
t estabilización 
Prom (seg) 
25% Cisco 37,4 22 326 ±5 
50% Cisco 21,2 15,4 274 ±5 
60% Cisco 19,4 15 249 ±5 
25% sin a.a. sin purif 34,6 20,2 340 ±5 
25% sin a.a. con purif 32,8 19 326 ±5 
IM-2005-I-08 
47 
Torques
0
5
10
15
20
25
30
35
40
sin a.a. sin purif sin a.a. con
purif
25 50 60
Mezcla
Nm
Torque max.
Torque min
 
Figura 28. Grafica de los torques en el mezclado. 
 
En la figura 28 se ve como a medida que aumenta el contenido de cisco 
disminuye el torque. Igualmente en la figura 29 se nota un 
decrecimiento en el tiempo de estabilización a medida que aumenta el 
contenido de cisco. 
Tiempo de estabilización
0
50
100
150
200
250
300
350
400
25% sin a.a. sin
purif
25% sin a.a. con
purif
25 50 60
Mezcla
Se
gu
nd
os
 
Figura 29. Grafica de los tiempos de estabilización del torque. 
En la figura 30 se muestra el efecto del contenido de cisco sobre el 
torque y el tiempo de estabilización al tiempo. 
IM-2005-I-08 
48 
 
Torque max. Vs. t de estabilización
200
225
250
275
300
325
350
375
400
15 17,5 20 22,5 25 27,5 30 32,5 35 37,5 40
Tmax (Nm)
Se
gu
nd
os
.
25% 50% 60% Sin a.a. sin Purif. Sin a.a.con purif. Medias
 
Figura 30. Grafica de Torque máximo Vs. Tiempo de estabilización. 
 
De acuerdo a las figuras 28, 29 y 30 se puede decir que a medida que 
se aumenta el contenido de cisco, baja el costo de producción del 
compuesto en cuanto a consumo de energía. Para confirmar la anterior 
afirmación se realizará el análisis de varianzas correspondiente. 
 
6. ANÁLISIS DE RESULTADOS. 
 
Para el análisis de propiedades mecánicas se va a proceder separando 
los resultados en factores. El análisis se realizara por el método ANOVA 
y para ello habrá que verificar los supuestos de varianzas constantes y 
normalidad en los residuales con un α = 0,05. 
 
 
 
 
IM-2005-I-08 
49 
6.1 Factor 1: Contenido de cisco. 
 
En la figura 30 se ven los intervalos de confianza y la tendencia de los 
datos para las variables de salida, nótese en la gráfica de módulo que 
para el valor con 60% de cisco, el intervalo es gigante. Esto puede 
ocurrir porque los datos son muy dispersos y puede ser debido a fallas 
en la producción de las probetas o simplemente que el contenido de 
cisco es tan alto que pierde su rigidez. 
También se puede ver el decremento casi lineal en la resistencia a la 
tensión debido al aumento en el contenido de cisco. 
Otro detalle interesante es como varia la resistencia al impacto entre 
0% y 25%, y nótese que después de 25% se mantiene casi constante. 
Hay que tener en cuenta que para la variable de salida del torque solo 
se evaluaron tres niveles porque el PVC puro no se mezclo en el 
Brabender. 
% cisco
50
45
40
35
30
6050250
6
5
4
3
2
6050250
60
50
40
30
40
35
30
25
20
Tension Modulo
Impacto Torque
Interval Plot of Tension. Modulo. Impacto. Torque vs % cisco
95% CI for the Mean
* Tensión en MPa, Módulo en GPa, Impacto en J/m y Torque en Nm
 
Figura 31. Intervalos de confianza del 95% para las medias del primer factor. 
IM-2005-I-08 
50 
 
Ahora para validar el supuesto de varianzas constantes se va a usar un 
α = 0,05, es decir que se va a buscar una certeza del 95% en el 
supuesto. Para validar el supuesto se va a usar la prueba de Levene por 
medio de Minitab 14. 
En la tabla 15 se muestran los resultados de la prueba, si el P-Value de 
la prueba es mayor a 0,05, entonces quiere decir que aprobó la 
hipótesis y si cumple con el supuesto de varianzas constantes. 
 
Tabla 15. Resultados de la prueba de Levene para factor 1. 
 
En la tabla 15 se ve como la variable de módulo de elasticidad es la 
única que no aprobó la hipótesis, debido a la dispersión tan grande que 
tiene el dato del 60% de cisco. Para solucionar este problema se le va a 
aplicar la transformación de Box-cox a los datos y se le va a volver a 
realizar la prueba para ver si cumple el supuesto. 
Variable de 
respuesta. 
Estadístico de 
Levene 
P-Value 
Aprobación de 
la Hipótesis. 
Resistencia a 
la tensión. 
1,82 0,184 SI. 
Módulo de 
elasticidad 
7,44 0,002 NO. 
Resistencia al 
impacto. 
3,19 0,052 SI. 
Torque 0,3 0,749 SI. 
IM-2005-I-08 
51 
Lambda
St
D
ev
5,02,50,0-2,5-5,0
1,5
1,4
1,3
1,2
1,1
1,0
0,9
0,8
0,7
0,6
Lower CL Upper CL
Limit
Estimate -0,56
Lower CL -2,36
Upper CL 1,21
Rounded Value -0,50
(using 95,0% confidence)
Lambda
Box-Cox Plot of Modulo
 
Figura 32. Transformación Box-Cox para el modulo de elasticidad. 
 
En la figura 32 se ve que el valor de lamda estimadoes de -0,5, es decir 
que a los valores γ de módulo de elasticidad hay que hacerles una 
transformación γ-0,5. 
 
Después de aplicarle la transformación, se volvió a hacer la prueba de 
Levene y arrojo un P-Value de 0,005, es decir, que de todos modos no 
aprobó la hipótesis, entonces el análisis de varianzas se va a realizar 
por medio de una prueba no paramétrica. 
 
Ahora se les va a realizar la prueba de la normalidad de los residuales a 
las cuatro variables de respuesta, por medio de la prueba de 
Kolmogorov-Smirnov y gracias a Minitab 14. 
 
 
 
IM-2005-I-08 
52 
Residuales Tension
Po
rc
en
ta
je
 %
1050-5-10
99
95
90
80
70
60
50
40
30
20
10
5
1
Mean 1,421085E-15
StDev 3,075
N 20
AD 0,496
P-Value 0,189
Normal - 95% CI
Prueba de normalidad de los residuales de Tensión
 
Figura 33. Prueba de normalidad de los residuales de tensión. 
 
Residuales impacto
Pe
rc
en
t
1050-5-10-15
99
95
90
80
70
60
50
40
30
20
10
5
1
Mean 0
StDev 3,879
N 20
AD 0,235
P-Value 0,761
Normal - 95% CI
Prueba de normalidad de los residuales de Impacto
 
Figura 34. Prueba de normalidad de los residuales de Impacto. 
IM-2005-I-08 
53 
Residuales de Modulo Trans.
Pe
rc
en
t
0,150,100,050,00-0,05-0,10-0,15
99
95
90
80
70
60
50
40
30
20
10
5
1
Mean -8,32667E-18
StDev 0,04333
N 20
AD 1,039
P-Value 0,008
Normal - 95% CI
Prueba de normalidad de los residuales de Modulo Trans.
 
Figura 35. Prueba de normalidad de los residuales de Módulo transformado. 
 
 
Residuales de Torque
Pe
rc
en
t
43210-1-2-3-4
99
95
90
80
70
60
50
40
30
20
10
5
1
Mean 1,184238E-15
StDev 0,9710
N 15
AD 0,648
P-Value 0,073
Normal - 95% CI
Prueba de normalidad para los residuales de Torque
 
Figura 36. Prueba de normalidad de los residuales de Torque. 
 
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54 
En las figuras 33, 34, 35 y 36 se aprecia como tensión, impacto y torque 
aprobaron la hipótesis, entonces si cumplen con ambos supuestos con 
una confiabilidad del 95%. Para el caso del módulo de elasticidad 
transformado, no paso ninguna de las dos pruebas entonces el análisis 
de varianzas se le hará con una prueba no paramétrica. 
 
6.1.1. Análisis de varianzas para el factor 1 (% de cisco): 
En el análisis de varianzas lo que se quiere es probar la igualdad de las 
medias de los a niveles, esto es equivalente a la prueba de las hipótesis: 
0:
0====:
1
3210
�‚i
a
τH
ττττH
 
Al menos para una i. 
 
Donde τ es el efecto del nivel que se este evaluando, es decir, un 
porcentaje de cisco para este caso. Si la hipótesis nula es verdadera, el 
cambio en los niveles del factor no tiene efecto sobre la respuesta 
promedio39. 
 
Resistencia a la tensión. 
Fuente GL SC MC f0 P 
% de Cisco. 3 767,4 255,8 22,78 0,00 
Error 16 179,7 11,2 
Total 19 947,1 
Tabla 16. Tabla ANOVA para resistencia a la tensión en el factor 1. 
 
Que el valor de P sea menor a α=0,05, indica que la hipótesis se 
rechaza, por lo tanto, se concluye que el contenido de Cisco en la 
mezcla afecta de manera significativa la resistencia a la tensión. 
 
 
 
39 MONTGOMERY. D.C., RUNGER. G.C., “Probabilidad y estadística aplicadas a la ingeniería”, 
Mc Graw-Hill, Mexico, 1998. 
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Resistencia al impacto. 
Fuente GL SC MC f0 P 
% de Cisco. 3 647,2 215,7 12,08 0,00 
Error 16 285,8 17,9 
Total 19 933,0 
Tabla 17. Tabla ANOVA para resistencia al impacto en el factor 1 
 
Para la resistencia al impacto también se concluye que el contenido de 
Cisco en la mezcla afecta significativamente los resultados. 
 
Módulo de elasticidad. 
Para el módulo de elasticidad se realizó la prueba no paramétrica de 
Kruskal-Wallis de igualdad de medias debido a que esta variable no 
cumplió con ninguno de los supuestos para aplicar ANOVA. 
 Kruskal-Wallis Test on Modulo 
 
% cisco N Median Ave Rank Z 
0 5 2,645 3,8 -2,92 
25 5 3,471 10,2 -0,13 
50 5 4,776 16,4 2,57 
60 5 3,984 11,6 0,48 
 Overall 20 10,5 
 
H = 11,57 DF = 3 P = 0,009 
Se ve en los resultados arrojados por minitab 14 que el valor de P da 
menor al de α, por lo tanto se rechaza la hipótesis y significa que esta 
variable también se ve afectada significativamente por el % de Cisco de 
café. 
Torque. 
Fuente GL SC MC f0 P 
% de Cisco. 2 982,80 491,40 446,73 0,00 
Error 12 13,20 1,10 
Total 14 996,00 
Tabla 18. Tabla ANOVA para Torque en el factor 1. 
 
En la tabla 18 se aprecia como el contenido de cisco en la mezcla afecta 
significativamente el torque de la máquina. 
 
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6.2 Factor 2: Agente de acople. 
 
Agente de acople
45,0
42,5
40,0
37,5
35,0
sincon
3,8
3,6
3,4
3,2
sincon
40,0
37,5
35,0
32,5
30,0
38
36
34
32
30
Tension Modulo
Impacto Torque
Interval Plot of Tension. Modulo. Impacto. Torque vs Agente de acople
95% CI for the Mean
*Tensión en MPa, Módulo en GPa, Impacto en J/m y Torque en Nm
 
 Figura 37. Intervalos de confianza del 95% para las medias del factor 2. 
 
 
En la tabla 19 se ven los resultados de la prueba de Levene para la 
comprobación del supuesto de varianzas constantes. 
 
Variable de 
respuesta. 
Estadístico de 
Levene 
P-Value 
Aprobación de 
la Hipótesis. 
Resistencia a 
la tensión. 
0,00 0,956 SI. 
Módulo de 
elasticidad 
0,44 0,527 SI. 
Resistencia al 
impacto. 
0,22 0,651 SI. 
Torque 1,38 0,273 SI 
Tabla 19. Resultados de la prueba de Levene para el factor 2. 
 
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De acuerdo a la prueba de Levene las cuatro variables aprobaron la 
hipótesis, por lo tanto, todas cumplen el supuesto de varianzas 
constantes. 
 
El supuesto de normalidad de los residuales se comprobó por medio de 
la prueba de Kolmogorov-Smirnov, y los resultados se consignaron en la 
tabla 20. 
 
 Tabla 20. Resultados de la prueba de Kolmogorov-Smirnov para el factor 2. 
 
El módulo de elasticidad no aprueba, pero debido a que el P-Value se 
acerca mucho a 0,05 y además que el análisis de ANOVA no es muy 
sensible a este supuesto, se procede al análisis sin tener en cuenta el no 
cumplimiento de este supuesto. 
 
6.2.1 Análisis de varianzas para el factor 2 (Agente de acople). 
 
Resistencia a la tensión. 
Fuente GL SC MC f0 P 
% de Cisco. 1 103,89 103,89 20,50 0,002 
Error 8 40,54 5,97 
Total 9 144,43 
Tabla 21. Tabla ANOVA para resistencia a la tensión en el factor 2. 
 
Que el valor de P sea menor a α=0,05, nos dice que la hipótesis se 
rechaza, por lo tanto, se concluye que la presencia de agente de acople 
en la mezcla afecta de manera significativa la resistencia a la tensión. 
Variable de respuesta. P-Value. 
Aprobación de la 
hipótesis 
Resistencia a la tensión 0,630 SI 
Módulo de elasticidad. 0,049 NO 
Resistencia al impacto. 0,251 SI 
Torque 0,630 SI 
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Módulo de elasticidad. 
Fuente GL SC MC f0 P 
% de Cisco. 1 0,0191 0,0191 0,46 0,516 
Error 8 0,3301 0,0413 
Total 9 0,3491 
Tabla 22. Tabla ANOVA para modulo de elasticidad en el factor 2 
 
Como para el módulo de elasticidad el valor de P es mucho mayor que α, 
entonces la hipótesis es verdadera, lo cual indica que la presencia de 
agente de acople no tiene efecto sobre el módulo de elasticidad del 
material. 
 
Resistencia al impacto. 
Fuente GL SC MC f0 P 
% de Cisco. 1 76,18 76,18 10,82 0,011 
Error 8 56,31 7,04 
Total 9 132,50 
Tabla 23. Tabla ANOVA para resistencia al impacto en el factor 2 
 
Se ve en la tabla 23 que la presencia de agente de acople si afecta la 
resistencia al impacto pero en un menor grado que la resistencia a la 
tensión. 
Torque 
Fuente GL SC MC f0 P 
% de Cisco. 1 52,9 52,9 42,32 0,000 
Error 8 10,00 1,25 
Total 9 62,90 
Tabla 24. Tabla ANOVA para torque en el factor 2 
 
El torque si se ve afectado significativamente por el agente de acople.