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DESARROLLO DE MATERIAL BIOCOMPUESTO CON FIBRAS DE SUBPRODUCTOS
AGROINDUSTRIALES DE PLÁTANO CON MATRIZ DE ALMIDÓN DE YUCA, PARA
ELABORACION DE EMPAQUES BIODEGRADABLES.

Ruben Alejandro Arias Galindo

UNIVERSIDAD PEDAGÓGICA Y TECNOLÓGICA DE COLOMBIA
PROGRAMA DE DISEÑO INDUSTRIAL
FACULTAD DUITAMA
DUITAMA
2021
DESARROLLO DE MATERIAL BIOCOMPUESTO CON FIBRAS DE SUBPRODUCTOS
AGROINDUSTRIALES DE PLÁTANO CON MATRIZ DE ALMIDÓN DE YUCA, PARA
ELABORACION DE EMPAQUES BIODEGRADABLES.

Ruben Alejandro Arias Galindo

Trabajo de grado modalidad proyecto de investigación, para optar al título de Diseñador
Industrial
Director
PhD. Edwin Yesid Gómez Pachón

UNIVERSIDAD PEDAGÓGICA Y TECNOLÓGICA DE COLOMBIA
PROGRAMA DE DISEÑO INDUSTRIAL
FACULTAD DUITAMA
DUITAMA
2021
NOTA DE ACEPTACIÓN

Firma del presidente del jurado

Firma del director 1

Firma del director 2

Firma del jurado 1

Firma del jurado 2

DEDICATORIA

A Dios
A mis padres
A mi hermana

AGRADECIMIENTOS
El autor expresa su agradecimiento a:
PhD. Edwin Yesid Gómez Pachón director del proyecto de investigación por el apoyo
asesoramiento y esfuerzo brindado. Al grupo de investigación DITMAV por el apoyo en el
desarrollo del trabajo.

Contenido
PAG.
1.1.1RESUMEN .................................................................................................................................... 13
1.1.2INTRODUCCION ......................................................................................................................... 15
MARCO CONCEPTUAL DEL PROYECTO ........................................................................................................ 18
1.1.31.1 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ................................................................................ 18
1.1.41.2 JUSTIFICACIÓN .................................................................................................................... 19
1.1.51.3 OBJETIVOS ............................................................................................................................ 20
Objetivo General ........................................................................................................................ 20
Objetivos específicos .................................................................................................................. 20
1.1.61.4 RESULTADOS ESPERADOS ................................................................................................ 21
1.1.71.5 ANTECEDENTES .................................................................................................................. 21
MARCO DE REFERENCIA .............................................................................................................................. 24
1.1.82.1 MATERIALES ........................................................................................................................ 24
Fabricación de biocompuestos: .................................................................................................. 24
Materiales compuestos: ............................................................................................................. 24
Biocompuesto:............................................................................................................................ 24
Clasificación de los materiales compuestos reforzados por fibras ............................................ 24
Matriz orgánica o polimérica ...................................................................................................... 26
1.1.92.2 Refuerzo del material compuesto ............................................................................................. 26
Yuca: ........................................................................................................................................... 26
Almidón termoplástico: .............................................................................................................. 27
Composición del almidón: .......................................................................................................... 27
Yuca no aprovechada ................................................................................................................. 27
1.1.102.3 Matriz del material compuesto ................................................................................................ 29
Plátano:....................................................................................................................................... 29
El pseudo tallo: ........................................................................................................................... 29
Clasificación de fibras ................................................................................................................. 29
1.1.112.4 Elaboración matriz ................................................................................................................... 30
Hilatura ....................................................................................................................................... 30
Tipos de tejidos .......................................................................................................................... 30
1.1.122.5 TIPOS DE EMPAQUES ......................................................................................................... 31
Bolsa Tipo Camiseta ................................................................................................................... 31
Bolsas tipo boutique ................................................................................................................... 32
Dimensiones y capacidad de carga de las bolsas ....................................................................... 32
1.1.132.6 PRUEBAS DE TENSIÓN ....................................................................................................... 34
METODOLOGIA ............................................................................................................................................ 36
1.1.143.1 PLANTEAMIENTO METODOLOGÍA ................................................................................. 36
1.1.153.2 METODOLOGÍA - INSTRUMENTOS, MATERIALES Y/O EQUIPOS ............................. 36
ENSAYO DE TRACCION ................................................................................................................ 36
EQUIPOS ..................................................................................................................................... 37
MATERIALES ............................................................................................................................... 38
1.1.163.3 METODOLOGÍA – PROCEDIMIENTO ............................................................................... 39
Objetivo específico 1: ................................................................................................................. 39
Objetivo especifico 2 .................................................................................................................. 39
Objetivo específico 3 .................................................................................................................. 41
Objetivo específico 4 .................................................................................................................. 43
Objetivo especifico5 ................................................................................................................... 44
Objetivo específico 6 .................................................................................................................. 45
RESULTADOS ...............................................................................................................................................46
1.1.174.1 Obtención de materia prima ..................................................................................................... 46
Fibras de plátano ........................................................................................................................ 46
Almidón de yuca ......................................................................................................................... 54
1.1.184.2 Plastificacion del almidon ........................................................................................................ 57
Prueba de aproximación al almidón ........................................................................................... 57
Prueba aproximación 2............................................................................................................... 59
Prensa plancha ........................................................................................................................... 59
1.1.194.3 Pruebas de almidón .................................................................................................................. 60
Prueba 1 almidón ....................................................................................................................... 60
Prueba 2 almidón ....................................................................................................................... 61
Prueba 3 almidón ....................................................................................................................... 62
Prueba 4 almidón ....................................................................................................................... 63
Prueba 5 almidón ....................................................................................................................... 63
1.1.204.4 Probetas .................................................................................................................................... 64
Corte mecánico........................................................................................................................... 65
Corte laser .................................................................................................................................. 65
1.1.214.5 Material compuesto .................................................................................................................. 66
1.1.224.6 Pruebas mecánicas 1 ................................................................................................................ 69
Probeta almidón (PA) ................................................................................................................ 69
Probeta de almidón con refuerzo de fibra tejido plano sin procesar la fibra (PAFSP) ............... 69
Probeta de almidón con refuerzo de fibra tejido plano (PAFPL) ................................................ 70
Probeta de almidón con refuerzo de fibra tejido de punto (PAFTPU) ....................................... 71
1.1.234.7 Prueba de tensión 1 .................................................................................................................. 71
1.1.244.8 Horno ....................................................................................................................................... 78
Prueba en horno almidón 1 ........................................................................................................ 78
Prueba en horno almidón 2 ........................................................................................................ 79
Prueba en horno almidón 3 ........................................................................................................ 79
Prueba en horno almidón 4 ........................................................................................................ 80
Prueba en horno almidón 5 ........................................................................................................ 81
1.1.254.9 Tratamiento fibras .................................................................................................................... 82
Tratamiento fibras 1 ................................................................................................................... 83
Tratamiento fibra 2 .................................................................................................................... 85
1.1.264.10 Pruebas mecánicas 2 .............................................................................................................. 87
1.1.274.11 Análisis de resultados prueba mecánica 2 ............................................................................. 95
1.1.284.12 Comparación entre material convencional y el material obtenido ........................................ 97
1.1.294.13 MICROSCOPIO .................................................................................................................. 101
1.1.304.14 Elaboración del empaque ..................................................................................................... 102
Elaboración del empaque 1 .................................................................................................... 102
Elaboración empaque 2 .......................................................................................................... 103
Elaboración empaque 3 .......................................................................................................... 105
CONCLUSIONES ......................................................................................................................................... 111
1.1.314.15 BIBLIOGRAFÍA ................................................................................................................. 112

LISTA DE TABLAS
Tabla 1. Equipos para realización de actividades ........................................................................................ 37
Tabla 2 Materiales ....................................................................................................................................... 38
Tabla 3 objetivo espesifico 1 ....................................................................................................................... 39
Tabla 4 objetivo especifico 2 ....................................................................................................................... 39
Tabla 5 objetivo especifico3 ........................................................................................................................ 41
Tabla 6 objetivo especifico4 ........................................................................................................................ 43
Tabla 7 objetivo especifico 5 ....................................................................................................................... 44
Tabla 8 Objetivo específico6 ....................................................................................................................... 45
Tabla 9 pruebas de almidon 1 ..................................................................................................................... 57
Tabla 10 tabla de compoarcacion entre las probetas(PA PAFPL PAFSP PAFIPU ......................................... 77
Tabla 11 tabla comparativa pruebas A-B-C-D-E .......................................................................................... 96
Tabla 12 tabla de comparación bolsa 1-2-3 y material compuesto .......................................................... 100

LISTA DE FIGURAS
Figura 1 clasificación de los materiales compuestos .................................................................................. 25
Figura 2 Daños por insectos ........................................................................................................................28
Figura 3 Daños mecánicos A destronque, B descascarado rajadura, D despunte ....................................... 28
Figura 4 Tipos de deterioro que se presentan en la yuca en poscosecha. A: deterioro fisiológico, B:
deterioro patológico. .................................................................................................................................... 29
Figura 5 Tejido plano ................................................................................................................................. 30
Figura 6 Tejido punto .................................................................................................................................. 31
Figura 7 (INNOVAPACK: fabricación, distribución y desarrollo de empaque, s. f.) ................................ 33
Figura 8(ESTRATEGIA PUBLICIDAD, s. f.) ........................................................................................... 34
Figura 9 probeta de ensayos mecánicos ...................................................................................................... 34
Figura 10 dimensión de probetas ................................................................................................................. 35
Figura 11 tallo- tallo de plátano ................................................................................................................. 46
Figura 12 calcetas del tallo de plátano ........................................................................................................ 47
Figura 13 raspado con cuchilla .................................................................................................................... 48
Figura 14 cepillado de fibras ....................................................................................................................... 48
Figura 15 raspado con espátula ................................................................................................................... 48
Figura 16 fragmentación fibras ................................................................................................................... 49
Figura 17 hilatura huso y tortero ................................................................................................................. 50
Figura 18 ovillo fibra de plátano ................................................................................................................. 50
Figura 19 tejido plano.................................................................................................................................. 51
Figura 20 telar tejido plano ......................................................................................................................... 51
Figura 21 tejido punto ................................................................................................................................. 52
Figura 22 dos agujas tejido punto ................................................................................................................ 52
Figura 23 peso fibra ..................................................................................................................................... 53
Figura 24 peso NaOH .................................................................................................................................. 53
Figura 25 mezcla de NaOH y fibra ............................................................................................................. 54
Figura 26 yuca en mal estado ...................................................................................................................... 55
Figura 27 licuado yuca ................................................................................................................................ 55
Figura 28l almidón de yuca en reposo ......................................................................................................... 56
Figura 29 almidón de yuca .......................................................................................................................... 56
Figura 30 pruebas almidon 1 ....................................................................................................................... 58
Figura 31 Prensa plancha ............................................................................................................................ 60
Figura 32 prueba 1 almidón ......................................................................................................................... 61
Figura 33 prueba 2 almidón ......................................................................................................................... 61
Figura 34 prueba3 almidón ......................................................................................................................... 62
Figura 35 prueba 4 almidón ......................................................................................................................... 63
Figura 36 probeta 5 almidón ....................................................................................................................... 64
Figura 37 corte mecánico ............................................................................................................................ 65
Figura 38 corte laser .................................................................................................................................... 66
Figura 39 material compuesto tejido punto ................................................................................................ 67
Figura 40 material compuesto tejido plano ................................................................................................. 68
Figura 41 probeta de almidón ...................................................................................................................... 69
Figura 42 almidón con refuerzo de fibra sin procesar ................................................................................. 70
Figura 43 Probeta de almidón con refuerzo de fibra tejido plano ............................................................... 70
Figura 44 Probeta de almidón con refuerzo de fibra tejido de punto .................................................... 71
Figura 45 pruebas de tensión en la maquina universal de ensayos de la UPTC-Sede Duitama .................. 72
Figura 46 prueba de almidón ....................................................................................................................... 73
Figura 47 prueba de almidón con refuerzo de fibra sin tratar ..................................................................... 74
Figura 48 prueba de almidon con refuerzo de fibra tejido plano ................................................................. 75
Figura 49 Prueba de almidón con refuerzo de fibra de tejido de punto ....................................................... 76
Figura 50 grafica de comparación entre las probetas ................................................................................. 76
Figura 51 prueba en horno almidón 1.......................................................................................................... 79
Figura 52 Prueba en horno almidón2 .......................................................................................................... 79
Figura 53 Prueba en horno almidón 3 ......................................................................................................... 80
Figura 54 Prueba en horno almidón 4 ......................................................................................................... 81
Figura 55 prueba 9 almidón ......................................................................................................................... 81
Figura 56 muestra almidón horno ...............................................................................................................82
Figura 57 Tratamiento fibras 1 .................................................................................................................... 84
Figura 58 prueba 2 material compuesto ...................................................................................................... 85
Figura 59 Tratamiento fibras 2 .................................................................................................................... 86
Figura 60 prueba 3 material compuesto ...................................................................................................... 86
Figura 61prueba A1 ..................................................................................................................................... 88
Figura 62 probeta A2 ................................................................................................................................... 89
Figura 63 probeta A3 ................................................................................................................................... 89
Figura 64 probeta B1 ................................................................................................................................... 90
Figura 65 probeta B2 ................................................................................................................................... 90
Figura 66 probeta C1 ................................................................................................................................... 91
Figura 67 probeta C2 ................................................................................................................................... 91
Figura 68 probeta C3 ................................................................................................................................... 92
Figura 69 probeta D1 ................................................................................................................................... 92
Figura 70 probeta D2 ................................................................................................................................... 93
Figura 71 probeta D3 ................................................................................................................................... 93
Figura 72 probeta E1 ................................................................................................................................... 94
Figura 73 probeta E2 ................................................................................................................................... 95
Figura 74 probeta E3 ................................................................................................................................... 95
Figura 75 grafica comparativa pruebas A-B-C-D-E ...................................................................................... 96
Figura 76 Probeta bolsa de 10 kilos ............................................................................................................ 98
Figura 77 Probeta bolsa 2 ............................................................................................................................ 98
Figura 78 Probeta bolsa 3 tipo boutique ..................................................................................................... 99
Figura 79 grafica comparativa material convencional material presente estudio ................................... 100
Figura 80 probeta PAFSP microscopio ...................................................................................................... 101
Figura 81 fibra tratada con hipoclorito de sodio ....................................................................................... 101
Figura 82 fibras tratada con peróxido de hidrogeno................................................................................. 102
Figura 83 elaboración empaque 1 ............................................................................................................. 102
Figura 84 falla empaque 1 ......................................................................................................................... 103
Figura 85 elaboración empaque 2 ............................................................................................................. 104
Figura 86 falla empaque 2 ......................................................................................................................... 104
Figura 87placa sencilla .............................................................................................................................. 105
Figura 88 sellado del material ................................................................................................................... 105
Figura 89 Producto final ............................................................................................................................ 106
Figura 90 elementos para probar la bolsa ................................................................................................. 108
Figura 91 fallo en el empaque ................................................................................................................... 108
Figura 92 empaque con refuerzo .............................................................................................................. 109

RESUMEN
Basado en la problemática de los plásticos de un solo uso y en la necesidad de generar empaques
biodegradables, se evaluaron recursos que se encuentran en la región Boyacense, para dar
oportunidad a productores de la región de generar un ingreso adicional y contribuir al medio
ambiente, mediante el uso de residuos que actualmente no son aprovechables. Se encontró que, los
agricultores de plátano y yuca pueden llegar a generar pérdidas por no utilizar recursos que no
consideran aprovechables para el consumo humano, como es el caso del tallo del plátano y residuos
de yuca, por defectos tanto de color como de cortes y rajaduras.
Los recursos mencionados, fueron utilizados en el desarrolló un material el cual permite generar
valor agregado a partir de un material compuesto en base a la matriz de almidón y refuerzo con las
fibras del tallo del plátano; en el presente documento se detalla el proceso desarrollado, iniciando
con la obtención de la materia prima, como es las fibras de plátano y el almidón de la yuca,
posteriormente se generó la caracterización del almidón de yuca en busca de la plasticidad y
temperatura correcta para la película, en este proceso se generó los porcentajes de almidón, agua,
glicerol y urea, luego se realizó el material compuesto entre la fibra de plátano y el almidón, esto
se logró con un tratamiento alcalino con (Hidróxido de sodio) NaOH durante 15 horas y se realizó
blanqueamiento con Peróxido de hidrógeno, verificando que el tejido plano tiene mejores
características mecánicas, se determinó que el material en el horno tiene que estar tapado para
generar las mejores características mecánicas. Finalmente, se procedió a generar un empaque tipo
bolsa boutique que permite contener y trasportar elementos; a partir de este material se pueden
generar varios tipos de empaques y así suplir las necesidades de productos presentes en el mercado.

ABSTRACT
Based on the problem of single-use plastics and the need to generate biodegradable packaging,
resources found in the Boyacense region were evaluated, to give producers in the region the
opportunity to generate additional income and contribute to the environment, through the use of
waste that is currently unusable. It was found that banana and cassava farmers can even generate
losses by not using resources that they do not consider usable for human consumption, such as the
banana stem and cassava residues, due to defects in both color and cuts and cracks. The mentioned
resourceswere used in the development of a material which allows to generate added value from
a composite material based on the starch matrix and reinforced with the fibers of the banana stem;
this document details the process developed, starting with the production of the raw material, such
as banana fibres and cassava starch, subsequently the characterization of cassava starch was
generated in search of the correct plasticity and temperature for the film, in this process the
percentages of starch, water, glycerol and urea were generated, then the composite material
between the banana fiber and starch was made, this was achieved with an alkaline treatment with
(sodium hydroxide) NaOH for 15 hours and bleaching with hydrogen peroxide, verifying that the
flat tissue has better mechanical characteristics, it was determined that the material in the furnace
has to be capped to generate the best mechanical characteristics. it was determined that the material
in the furnace has to be capped to generate the best mechanical characteristics. Finally, we
proceeded to generate a boutique bag type packaging that allows to contain and transport elements;
from this material can generate various types of packaging and thus meet the needs of products
present in the market

INTRODUCCION
En Colombia, el sector agro es uno de los principales ejes que mueve el país, tanto en tema
económico, como en el ámbito de seguridad alimentaria.(«Importancia de la agricultura
colombiana», 2021). Uno de los departamentos con mayor participación en el sector agro es
Boyacá, localizado en la región Centro-Oriente del país, la cordillera Oriental lo atraviesa de sur a
norte, conformando una variada topografía con diversidad de pisos térmicos. En el departamento,
el uso y cobertura del suelo en el área rural dispersa, es del 67 % (1.542.268 ha) están destinadas
al uso agropecuario. Sin embargo, carece de procesos altamente tecnificados de poscosecha y
manejo óptimo de residuos en general, se evidencia la baja implementación de buenas prácticas
agrícolas (PLAN DEPARTAMENTAL DE EXTENSIÓN AGROPECUARIA PDEA 2020-2023 -
Asamblea de Boyaca, s. f.), lo que actualmente, ocasiona pérdidas económicas significativas y
daños ambientales importantes para los agricultores y para comunidad en general. Un ejemplo de
lo mencionado, son los productores de yuca en Boyacá y en otras regiones del país que desechan
un alto porcentaje de la producción, como hojas y producto por tipos de daños mecánicos que se
producen en la cosecha de la yuca: destronque, descascarado, rajadura, despunte; lo anterior, se da
porque el producto no se encuentra en óptimas condiciones para su comercialización, ni para
consumo humano, debido a que no se tienen programas para la utilización de estos, como es el caso
de otros países que utilizan todos los componentes de este cultivo (Manual del cultivo de yuca,
s. f.). Este desperdicio, se debe a que hay un desconocimiento de las propiedades que posee este
tubérculo y del posible aprovechamiento del producto en un sector no alimenticio. Por otro lado,
cultivos de plátano generan biomasa residual entre un 70 y un 80% que corresponde a los elementos
como las hojas y el peusotallo (Meneses et al., 2010a). Los agricultores de la zona, no cuentan con
un sistema de buenas prácticas agrícolas lo cual genera que estos elementos no útiles para el
16

consumo humano, los utilicen en alimento para animales o lo dejan en el terreno para que se
descomponga y genere abono orgánico.
De acuerdo a las grandes expectativas que se han generado en los últimos tiempos, sobre desarrollo
de materiales biodegradables y su impacto en el desarrollo sostenible, se planteó como objetivo del
presente proyecto el impulso de un nuevo material biocompuesto, conformado por una matriz de
almidón termoplástico, obtenido a partir de subproductos de la producción de yuca y por las fibras
del pseudo tallo del plátano; con aplicación final en un producto industrial como es el de un
empaque denominado bolsa camiseta, las cuales son bolsas que tienen asas para el transporte de
productos de mediano peso (máximo 10 Kg), usados usualmente en los supermercados y otros.
Inicialmente, se lleva a cabo estudio de propiedades estructurales requeridas para la bolsa tipo
camiseta, en donde se consideró las fuerzas a las que se verá sometido el empaque durante el
transporte y contención de artículos de hipermercados, supermercados, panaderías, carnicerías,
fruterías, y otros comercios.
Con el fin de cumplir el objetivo del proyecto, se realizó una caracterización de tipos de empaques
utilizados para cubrir las necesidades que se encuentran en el mercado. Se realizó una modificación
física a los materiales que conforman el biocompuesto, en el caso del almidón de yuca se realizó
una gelatinización en presencia de diferentes grados de glicerol y agua hasta obtener la consistencia
necesaria requerida para este tipo de bolsas. Para el caso de las fibras de plátano, se realizó
tratamientos con acetona y agua destilada, para obtener fibras con mejores características de
adhesión a la matriz y lograr una alta resistencia al daño. Para la determinación de las propiedades
mecánicas del material, se realizó un análisis de tracción a cada uno de sus componentes en una
máquina universal de ensayos con el fin de analizar su nivel de resistencia mecánica y aporte al
biocompuesto Teniendo estas caracterizaciones y la obtención de los componentes, se procedió a
17

la elaboración de probetas de material compuesto por matriz de almidón de yuca y reforzada con
fibras de subproducto del tallo de plátano se realizaron pruebas para determinar el mejor tipo de
tejido entre un tejido plano y un tejido de punto se buscó determinar cuál de los tratamientos de
blanqueo permite mejores características mecánicas y a diferentes condiciones de temperatura y de
proceso de elaboración del material como lo es una prensa y un horno, posteriormente, fueron
sometidas a ensayos de tracción, para conocer el comportamiento mecánico del material
compuesto.

MARCO CONCEPTUAL DEL PROYECTO
1.1 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
Actualmente, las autoridades internacionales buscan la eliminación de los plásticos de un solo uso
(Compromiso mundial para reducir los plásticos de un solo uso, 2019) como aquellos fabricados
a partir de Tereftalato de Polietileno (PET), Polietileno de Baja Densidad (LDPE), Polietileno de
Alta Densidad (HDPE), Poliestireno (PS), Polipropileno (PP) y Poliestireno Expandido; cuya vida
útil es muy corta, y son usados un máximo de dos veces para luego ser desechados(Tiempo, 2019);
estos plásticos por sus características, no se degradan y permanecen en el medio ambiente
generando grandes cantidades de residuos plásticos. En consecuencia, el Congreso Colombiano
generó un proyecto de ley 123 de 2018, en el cual busca la eliminación de los plásticos de un solo
uso, debido al daño que generan al medio ambiente; planteando la búsqueda de nuevos materiales
compuestos a base de materias biodegradabes, como es el caso del almidón de yuca y la fibra del
tallo de plátano que sustituyan a los plásticos (mluisabarrera, s. f.).
Por otra parte, los cultivos de plátano y yuca en Colombia alcanzan las 232.010 hectáreas y 106.716
hectáreas plantadas, respectivamente (Encuesta nacional agropecuaria (ENA), s. f.). En estos
cultivos, se generan residuos no aprovechables debido a las características que presentan y se
mencionan a continuación. En el caso del plátano, el 70% se desaprovecha debido a que el tallo y
las hojas no son utilizadas para el consumo humano y son desechadas (Meneses et al., 2010a). En
el caso de la yuca, al realizar el procesamiento del almidón se generan dos clases de almidones, el
dulce que es aprovechado para el consumo humano y el agrio que es desechado, estoscomponentes
pueden ser aprovechados por sus características plásticas, debido a que presentan una estructura
que permite generar materiales compuestos.
19

El problema planteado en la presente propuesta de investigación, es el alto uso de bolsas plásticas
en el mercado actual, por lo que se propone la caracterización de un material compuesto a partir de
almidón de yuca reforzado con fibra del pseudo tallo de plátano, para la elaboración de bolsas
biodegradables que permitirán sustituir un producto común que es altamente contaminante, como
lo son las bolsas plásticas.
Formulación del problema. De acuerdo a lo anteriormente expuesto, se plantea la pregunta de
investigación.
¿Cómo desarrollar un material biocompuesto a partir de residuos de cultivos de plátano y yuca con
características apropiadas para sustituir empaques plásticos convencionales?
1.2 JUSTIFICACIÓN
El propósito de la investigación fue desarrollar un material biodegradable a base de dos materias
primas que se encuentran en Boyacá, almidón de yuca y fibras de tallo de plátano, buscando
plantear una solución a las problemáticas de desaprovechamiento de recursos y contaminación que
se encuentran por causa de los plásticos convencionales.
El desarrollo de este material ayudará, por un lado, a mejorar los ingresos de los campesinos debido
a que se utilizarían los recursos que ellos están desechando y por otro lado al medio ambiente por
sus características de descomponerse, lo que permitirá que después del uso pueda ser aprovechado
como abono orgánico.
Esta investigación permitirá desarrollar un material biodegradable, para suplir la necesidad de un
material resistente, biodegradable, económico con propiedades mecánicas estables para ser
utilizado como bolsas tipo camiseta durante el proceso de transporte y contención de elementos
hasta 10 Kg, las cuales deben ser amigables con el medio ambiente y cumplir con las políticas
20

ambientales que se plantean en el país. Las bolsas biodegradables, están desplazando a las bolsas
de polímeros tradicionales como polietileno, polipropileno entre otras; abriendo una oportunidad
para abarcar este nicho de mercado y brindar soluciones técnicas a esta problemática con el
objetivo de mejor las características de los productos actuales. A partir de este trabajo puede
generar productos que solucionen las necesidades del mercado actual.
1.3 OBJETIVOS
Objetivo General
Preparar y caracterizar un biocompuesto de matriz termoplástica de almidón de yuca, reforzada
con fibras de tallo de plátano para elaboración de empaque biodegradable.
Objetivos específicos
- Determinar las características como el límite de peso del empaque requerido para el
empaque biodegradable desarrollado.
- Preparar películas termoplásticas de almidón de yuca residual de cultivos de yuca presentes
en Moniquirá Boyacá.
- Caracterizar y modificar superficialmente las fibras de tallo de plátano para determinar si
mejorara la eficiencia mecánica en el material biocompuesto.
- Determinar la proporción y proceso para producir el material biodegradable a partir de los
residuos agrícolas.
- Determinar los factores de adhesión y refuerzo de las fibras al almidón que favorezcan el
mejoramiento de propiedades mecánicas de un material biocompuesto de almidón de yuca
reforzado con fibras de tallo de plátano.
- Evaluar el comportamiento mecánico del material biocompuesto para empaques
biodegradables.
21

1.4 RESULTADOS ESPERADOS
Generar un empaque biodegradable a partir de un material compuesto generado a base de matriz
de almidón de yuca con refuerzo de fibras de plátano -
1.5 ANTECEDENTES
En los artículos de investigación analizados, se logró determinar que todos los trabajos buscan dar
solución a la problemática de acumulación de residuos plásticos de un solo uso, desarrollando
materiales compuestos que permiten suplir en algunos casos especiales a los plásticos industriales;
así mismo, se encontró la existencia de políticas internacionales, en las cuales la utilización de
plásticos de un solo uso ha sido prohibida. En Colombia, se evidencia que se está desarrollando un
proyecto de ley el cual busca la eliminación total de los plásticos de un solo uso para el 2030. Se
busca generar nuevos materiales biodegradables, teniendo en cuenta que los desarrollados hasta el
momento presentan algunos problemas estructurales. Debido a lo anterior, se analizaron artículos
de investigación los cuales proporcionan información sobre nuevos biomateriales y tratamientos
realizados para mejorar sus propiedades mecánicas y de biodegradación; A continuación, se
presenta un resumen de los artículos los cuales brindan información sobre nuevos materiales y de
tratamientos a los cuales son sometidos para buscar características específicas.
En el artículo High-performance starch biocomposites with celullose from waste biomass: Film
properties and retrogradation behaviour 1 En este trabajo se colocó el almidón a condiciones
controladas de humedad de 53% y 85%, realizaron pruebas de porcentajes en la mezcla de tres
componentes los cuales fueron: Almidón, glicerol y agua a 1: 0.3: 0.5 (p / p / p) dando una pasta la
cual sometieron a tratamientos térmicos y mezclado a 130 ° C y 60 rpm durante 4 min. Para luego
ser homogenizada con el refuerzo de celulosa, luego se sometió a pruebas mecánicas y de
22

permeabilidad donde las muestras con la humedad del 85% en el almidón se comportaron de una
mejor forma en cuanto a elongación y a permeabilidad(Benito-González et al., 2019).
En los siguientes artículos relacionados al trabajo con almidones se encuentra. ¨Almidón
termoplástico de yuca reforzado con fibra de fique¨ este documento explica cómo se desarrolla
un producto a base de materiales naturales como el almidón de yuca y las fibras de fique, los cuales
se combinaron mediante un proceso de humectación de las fibras de fique con el almidón
modificado químicamente para mejorar sus propiedades, obteniendo mejores características. En
este trabajo se realizó tratamiento al almidón de yuca para mejorar las características mecánicas y
de adición obteniendo como resultado ̈ Esfuerzo y elongación en tres mezclas de almidón más fibra
de fique al 10, 15 y 20% y TPS sin fibra como blanco. El esfuerzo fue mayor para el compuesto
con 10% de fibra, mientras que con 15 y 20% disminuyó. La elongación también disminuyó con
el incremento del contenido de fibra. Los datos obtenidos por Calorimetria Diferencial de Barrido-
DSC revelaron temperaturas de transición vítrea más bajas para las mezclas que para la matriz
termoplástica pura. Imágenes sobre este material reveló que contenidos de fibra del 15 y 20%
interfieren en la disrupción del gránulo de almidón¨. Se determinó que a medida que el porcentaje
de fibra aumentó a 15 y 20%, el esfuerzo disminuyó lo cual permitió deducir que es mejor mantener
un porcentaje bajo de fibra(LUNA et al., 2009).
Por otro lado, se observó un patrón en las investigaciones realizadas hasta el momento en la
implementación de fibras naturales como refuerzo de polímeros, la gran mayoría tomó como matriz
un polímero sintético para reforzarse con una fibra natural, en muy baja medida se ha estudiado la
estructuración de un material de matriz biodegradable con fibras naturales, sin embargo, se tuvo en
cuenta la tesis para obtener el título de magister en ingeniería industrial de Lady Joana Rodríguez
Sepúlveda titulada “Elaboración de un Material Biocompuesto a Partir de la Fibra de Plátano”, la
23

cual se realizó en la Universidad Nacional de Colombia sede Manizales, en donde se expone
detalladamente la extracción, modificación y aplicación de las fibras de pseudo tallo de plátano.
En esta investigación, también se emplearon diferentes pruebas de tensión, impacto, de absorción
de agua y resistencia química para caracterizar las fibras de pseudo tallode plátano. También, se
realizó una caracterización del material compuesto, con una matriz sintética de poliéster que para
este estudio no es relevante (Sepúlveda, s. f.).
Teniendo en cuenta las tesis “CARACTERIZACIÓN DE LA FIBRA DEL PSEUDO TALLO DE
PLÁTANO COMO REFUERZO Y DESARROLLO DE UN MATERIAL COMPUESTO PARA
FABRICACIÓN DE TEJAS “ de diseño Industrial de la UPTC, la cual da las pautas para la
extracción de las fibras de plátano. Teniendo en cuenta los procedimientos realizados para la mejor
obtención de fibra, se realizaron varias pruebas de tratamiento para la extracción y el que dio
mejores resultados es el raspado para la eliminación de la humedad del tallo y posterior peinado
para la obtención de las fibras.(Pedraza Abril, 2019)
La modificación de las fibras, es un punto importante para el trabajo debido a los antecedentes en
donde el almidón no logra la adhesión. Por esto se tomó el siguiente trabajo ¨Mechanical, physical
and microstructural properties of acetylated starch-based biocomposites reinforced with acetylated
sugarcane fiber¨ en donde se presentó un procedimiento para mejorar la adhesión en las fibras. Para
el tratamiento alcalino, se empapó en una solución de NaOH (5% p / v) (relación 1:18) durante 15
horas temperatura ambiente, se lavó con agua destilada caliente y secada a 60 ° C en un horno de
convección. Posteriormente, la fibra alcalina se blanqueó sumergiéndola en una solución de NaClO
(5% p / v) durante 6 horas en una proporción de 1:10, lavándolo con agua destilada hasta pH neutro
y secándolo a 60 ° C durante la noche. Con este procedimiento, se logró mejorar el enlace entre la
fibra y el almidón. (Fitch-Vargas et al., 2019).
24

MARCO DE REFERENCIA
En este capítulo, para una mejor comprensión, se presentan algunos conceptos y teorías en las
que se basa esta investigación:

2.1MATERIALES
Fabricación de biocompuestos:
Un enfoque efectivo, para la fabricación de biocompuestos con mejores propiedades, incluye la
modificación química eficaz, eficiente y económica de la fibra; la funcionalización de la matriz y
la combinación de técnicas de procesamiento. En cuanto a la fibra se debe tener en cuenta el tipo,
las condiciones ambientales de crecimiento, la composición química, los ángulos de alineación de
las microfibras, sus defectos, su estructura, sus propiedades físico-mecánicas y la interacción de la
fibra con el polímero, entre otros (Faruk, 2012).
Materiales compuestos:
Los materiales compuestos, están conformados como mínimo por una matriz y un refuerzo de
naturaleza diferente, que conservan sus propiedades físicas, químicas y mecánicas de forma
individual, y sin embargo, al emplearse de manera adecuada se logra un material que combina sus
cualidades individuales(Moriana et al., 2014)
Biocompuesto:
Son compuestos verdes derivados de fibras vegetales (natural/biofibras) con matrices de
biopolímeros o polímeros degradables (biopolímero/bioplástico). Son más ecológicos y también se
les denomina materiales verdes (Sepúlveda, s. f.).
Clasificación de los materiales compuestos reforzados por fibras
Como tal, los materiales compuestos pueden contar con una matriz polimérica, metálica o
cerámica, acompañada por el material de refuerzo que puede ser del tipo relleno particulado
25

(principalmente sin una longitud preferente), de tipo fibras discontinuas o whiskers (en caso de
tener una o dos longitudes -fibras u hojuelas como aserrín-), o finalmente pueden ser fibras largas
(tejidas o no tejidas).
De acuerdo con el tipo de orientación que se les induzca a las fibras (predeterminada o por el
proceso), esto va a incidir en las propiedades del compuesto permitiendo que este se comporte de
manera isotrópica o anisotrópicamente, lo cual se debe tener en cuenta durante el diseño del
producto, la selección del material compuesto y el proceso a utilizar. En la figura1 se muestra
gráficamente lo mencionado anterior mente. (Las fibras naturales en los materiales compuestos,
s. f.)

Figura 1 clasificación de los materiales compuestos
Fuente (Las fibras naturales en los materiales compuestos, s. f.)
26

Matriz orgánica o polimérica

La matriz orgánica o polimérica, también conocida como matriz de plástico, se caracteriza por su
baja densidad, alta tenacidad, alta resistencia a la corrosión, baja resistencia mecánica, bajo coste,
rapidez y sencillez de conformado. También hay que tener en cuenta a la hora de trabajar con este
tipo de matrices la influencia que tienen las condiciones medioambientales sobre los polímeros,
tales como humedad, temperatura y radiación solar.
Las matrices orgánicas o poliméricas pueden ser de varios tipos:
• TERMOPLÁSTICAS, usadas en aplicaciones de bajos requisitos, aunque se están empezando a
emplear termoplásticos avanzados para altas prestaciones.
• DUROPLÁSTICOS o TERMOESTABLES, las más empleadas en materiales compuestos de
altas prestaciones.
• ELASTÓMEROS, tipo de matrices utilizadas en neumáticos y cintas transportadoras.
(Materiales Compuestos, s. f.)
2.2Refuerzo del material compuesto
Yuca:
La yuca -Manihot esculenta Crantz- pertenece a la familia Euphorbiaceae. Esta familia está
constituida por cerca de 7200 especies, que se caracterizan por el desarrollo de vasos laticíferos
compuestos por células secretoras o galactocitos que producen una secreción lechosa. Su centro de
origen genético se encuentra en la Cuenca Amazónica. Esta planta crece en diferentes condiciones
tropicales: en trópicos húmedos y cálidos de tierras bajas; en trópicos de altitud media y en los
27

subtrópicos con inviernos fríos y lluvias de verano. La yuca crece en suelos fértiles, su ventaja
comparativa con otros cultivos más rentables es su capacidad para crecer en suelos ácidos, de
escasa fertilidad, con precipitaciones esporádicas o largos períodos de sequía (Aristizábal et al.,
2007)
Almidón termoplástico:
El almidón es el polisacárido más abundante en la naturaleza y constituye el material de reserva de
muchas plantas y se halla en forma de pequeños gránulos almacenados en semillas, tubérculos y
raíces. El almidón nativo se emplea en el sector industrial, principalmente en la fabricación de
papel y en la preparación de pegantes; en las industrias textiles en el engomado de telas de algodón;
de alimentos preparados; farmacéutica, en la perforación de pozos petroleros y en la fabricación de
dinamita, entre otras (Alarcón M et al., 1998).
Composición del almidón:
El almidón contiene, generalmente, alrededor del 20% de una sustancia soluble en agua llamada
amilosa y el 80% de una sustancia insoluble conocida como amilopectina. Ambas fracciones
corresponden a dos carbohidratos diferentes de peso molecular elevado. Tanto la amilosa como la
amilopectina están constituidas por unidades de D-(+)-glucosa, pero difieren en tamaño y
forma(Velasco & palacios, 2012)
Yuca no aprovechada
La yuca se selecciona en el campo considerando los siguientes criterios: destronque, deformidad,
acinturamiento, despunte, tamaño, daños mecánicos, daños de insectos, daños de roedores,
pudriciones o enfermedades, reventaduras, descacaramiento, colores externos anormales y
presencia de cuero de sapo como se muestra a continuación en las figuras 2-3. Los anteriores son
28

los factores importantes para que la yuca sea desechada y se busquen nuevas utilidades para estas.
(Manual del cultivo de yuca, s. f.)

Figura 2 Daños por insectos
Fuente: (Manual del cultivo de yuca, s. f.)

Figura 3 Daños mecánicos A destronque, B descascarado rajadura, D despunte
Fuente: (Manual del cultivo de yuca, s. f.)
29

Figura 4 Tipos de deterioro que se presentan en la yuca en poscosecha. A: deterioro fisiológico,
B: deterioro patológico.
Fuente: (Manual del cultivo de yuca, s. f.)
2.3Matriz del material compuesto
Plátano:
El plátano pertenece a la familiade las Musáceas, nativas del sudeste asiático y tiene dos especies:
Musa cavendish (Bananos) y Musa paradisíaca (plátanos) (Ramírez, s. f.)
El pseudo tallo:
Es una fuente de fibra, las especies de Musa textilis (el abacá, manila, el cáñamo) sirven para hacer
ropas, cordones, hilos, forros interiores de vehículos, etc. La fibra común, que se extrae de los
pecíolos secos y del pseudo tallo de la planta son utilizados en la fabricación de ciertos papeles
(Meneses et al., 2010b).
Clasificación de fibras
se clasifican en orgánicas que se subdividen en: fibras vegetales que se pueden obtener de las
semillas (algodón y capc), del tallo (lino, yute, cáñamo, ramio, plátano y coco), de la hoja (esparto,
pita, sisal, piña y coco) del fruto (coco); las fibras animales pueden provenir de lanas (oveja, alpaca,
vicuña, llama y camello), pelos (angora, mohair, cachemira y crin), piel (cuero) y por último sedas
(morera) (Lida et al., 2015)

2.4Elaboración matriz
Hilatura
Una vez se realiza el proceso de lavado y secado se procede a hilar. El huso, es un palo con un peso
en la parte de abajo que se gira con la mano, mientras se jala y estira, la fibra se va torciendo. (Lida
et al., 2015)
Tipos de tejidos
2.4.2.1Tejido plano
Este tejido se caracteriza por el entrelazado de sus hilos en ángulos rectos, es decir, los hilos que
van a lo largo de la tela (urdimbre), se entrelazan con los hilos que van a lo ancho de la tela (trama),
formando entre sí formas perpendiculares.

Figura 5 Tejido plano
Fuente:(¿Conoces los tipos de tejido existentes?, 2019)
2.4.2.2Tejido de punto

El tejido de punto es aquel en el que los hilos se entrelazan en forma de malla. Es importante
entender que en este tipo de tejido hay únicamente un hilo muy largo. Por lo general, estas telas se
estiran fácilmente para adaptarse muy bien al cuerpo.

Figura 6 Tejido punto
Fuente :(¿Conoces los tipos de tejido existentes?, 2019)
2.5 TIPOS DE EMPAQUES
Bolsa Tipo Camiseta
La bolsa de plástico es un objeto cotidiano utilizado para transportar pequeñas cantidades de
mercancía. Introducidas en los años setenta, las bolsas de plástico rápidamente se hicieron muy
populares, especialmente a través de su distribución gratuita en supermercados y otras tiendas.
También son una de las formas más comunes de acondicionamiento de la basura doméstica,
utilizadas para transportar mercancía desde un supermercado por ejemplo, se denomina bolsa de
tipo camiseta, por la forma de las asas, es una bolsa económica y con poco material, hecha de
32

polietileno de alta densidad, que puede transportar normalmente hasta 30 kilos de víveres(Bolsa
Tipo Camiseta Blanca y/o Negra, s. f.).
Bolsas tipo boutique
Las bolsas tipo boutique pueden elaborarse a partir de diversos materiales como el Bond, el
plástico, el kraft y los papeles esmaltados. Suelen incluir fuelle de fondo, en la base, y fuelles
laterales que se abren para expandir el área útil de la bolsa, guardar objetos más anchos y
aprovechar el espacio. Factores como el calibre del fuelle inferior determinarán que el empaque
pueda sostenerse sobre el suelo sin caer. Otra parte importante de las bolsas boutique es el diseño
de su manija, resistente al peso para garantizar la protección del producto en su interior. Cuando el
asa es flexible, de cordón, cinta o trenzada, se requiere un refuerzo en cartón.
Las bolsas boutique son empaques prácticos que cumplen más de una función. Además de su
utilidad para guardar y transportar pertenencias, son parte de una estrategia que impulsa su marca
o negocio. Otorgando valor al detalle, su implementación trae cuantiosos beneficios.
 Son amplias y estables, posibilitando el cómodo empaque de uno o más productos.
 Facilitan el desplazamiento de los objetos.
 Su durabilidad es prolongada, ya que están diseñadas para ser utilizadas en más de una ocasión.
 Protegen los productos de las condiciones ambientales y del exterior.
.(Bolsas tipo boutique, s. f.)
Dimensiones y capacidad de carga de las bolsas
se encontró qué se manejan unas medidas de las bolsas de acuerdo con el peso que soportan como
se muestra a continuación
2 kilos 15 x 25 cm.
33

3 kilos 20 x 28 cm
5 kilos 23 x 36 cm
10 kilos 25 x 35 cm
15 kilos 27 x 44 cm
20 kilos 28 x 46 cm
25 kilos 30 x 52 cm
(«Bolsas de Manigueta - 2 a 30 kilos | MultiDesechables | Envío a Domicilio», s. f.)
En otra empresa encontramos que los cataloga por medidas y calibres y nos señala el peso que
soportan que normalmente la gente las conoce es por esta característica del peso que resisten o que
pueden contener

Figura 7 (INNOVAPACK: fabricación, distribución y desarrollo de empaque, s. f.)
En esta otra empresa nos suministra la medida de las bolsas tipo boutique pero no se muestra el
peso que pueden contener.
34

Figura 8(ESTRATEGIA PUBLICIDAD, s. f.)
2.6 PRUEBAS DE TENSIÓN
Las probetas se deben preparar con operaciones de maquinado o corte a partir de materiales en
lámina, plancha, placa o forma similar.

Figura 9 probeta de ensayos mecánicos
Fuente:(Tensile Specimen, ASTM D638., s. f.)
35

Figura 10 dimensión de probetas
Fuente: (D20 Committee, s. f.)
El espécimen de ensayo para los materiales compuestos reforzados, incluyendo los laminados
ortotrópicos, deben tener las dimensiones del espécimen de tipo 1
(D20 Committee, s. f.)
36

METODOLOGIA
3.1 PLANTEAMIENTO METODOLOGÍA
La presente investigación, se desarrolló en un contexto Teórico –Experimental, en donde se aplicó
la metodología experimental multivariada, la cual tiene como objetivo identificar las causas y
evaluar los efectos de la interacción de dos o más variables por medio de un proceso sistemático
con el objetivo de alcanzar las características deseadas de un producto industrial como es una bolsa
plástica (John & Thomas, 2008). Esta metodología se implementará con el fin de identificar
inicialmente las características estructurales de las bolsas por medio de ensayos mecánicos a
diferentes tipos de bolsas, identificando resistencia mecánica.
Posteriormente, se determinó las propiedades mecánicas de los materiales en estudio derivados de
residuos agroindustriales que podrían servir para la aplicación en las bolsas como son la yuca y las
fibras de plátano. Para luego establecer un tratamiento para el almidón de yuca (plastificación)
como para las fibras de tallo (tratamiento alcalino y esterificación) que permitió aumentar el
rendimiento de los componentes y finalmente evaluar cómo repercuten dichas modificaciones en
la caracterización mecánica del tipo de empaque mediante análisis de tensión. Observando así la
viabilidad estructural en la fabricación de bolsas.
3.2 METODOLOGÍA - INSTRUMENTOS, MATERIALES Y/O EQUIPOS
TECNICAS
ENSAYO DE TRACCION
Ensayo estático que consiste en aplicar a la probeta, en dirección axial, un esfuerzo de tracción
creciente, generalmente hasta la rotura, con el fin de determinar una o más de sus características
mecánicas (Balvantín, s. f.)
37

EQUIPOS
Tabla 1. Equipos para realización de actividades
EQUIPO ACTIVIDAD

Equipo de computo - Recopilación bibliográfica.
- Registro documental de todas las actividades
del proceso.
Cámara fotográfica - Registro fotográfico y de video de todas las
actividades.
Licuadora industrial - Procesamiento de la yuca
Estufa de secado - Secado de almidón de yuca
- Secado de películas termoplásticas
- Tratamiento químico de fibras de pseudo tallo
Plancha de agitación - Preparación de almidón
Microscopio - Análisis de estructura
Maquina universal de ensayos

- Análisis de tensión de fibras
- Análisis de tensión y flexión de láminas de
biocompuesto
- Ensayo de tracción de películas termoplásticas

- .
38

MATERIALES
Tabla 2 Materiales
MATERIALACTIVIDAD
Cuchillo culinario - Pelado de yuca
Tamiz - Tamizado de bagazo de yuca
Agua destilada - Preparación de almidón
- Modificación de fibras
- Lavado de fibras
- Análisis de hinchamiento
Glicerol - Preparación de almidón
Urea - Preparación de almidón
Hidróxido de sodio - Modificación de fibras
Hipoclorito de sodio - Modificación de fibras
Peróxido de hidogeno - Modificación de fibra
Horno - Preparación material compuesto

3.3 METODOLOGÍA – PROCEDIMIENTO
Objetivo específico 1:
- Determinar las características como el límite de peso y medidas del empaque requeridas
para el empaque biodegradable desarrollado.
Tabla 3 objetivo espesifico 1

Objetivo especifico 2
- Preparar películas termoplásticas de almidón de yuca residual de cultivos de yuca presentes
en Moniquirá Boyacá.
Tabla 4 objetivo especifico 2
Actividades Sub-Actividad Requerimientos
Recopilación y
actualización de
información
Equipos: computador
Personal : estudiante de
diseño
Proceso:
Consulta de catálogos de
las empresas productoras
de empaques.
Seleccionar datos de
interés para la
investigación.
ACTIVIDADES SUB-ACTIVIDADES REQUERIMIENTOS
1: Recopilación
y actualización
bibliográfica

EQUIPOS: computador, instalaciones de la
universidad, internet.
PERSONAL: 1 estudiante de diseño Industrial, 1
asesor nacional.
PROCESO:
- búsqueda en bases de datos - visita y
40

consulta a centros especializados
- informe de recopilación bibliográfica.
2: Extracción y
tratamiento del
almidón
- Lavado
- Pelado
- Procesado (licuado)
- Tamizado
- Separado por
densidad
- Secado
- Proceso de
gelatinización
(modificación)

EQUIPOS: computador, cámara fotográfica,
licuadora industrial, estufa de secado, plancha de
agitación.
MATERIALES: cuchillo culinario, tamiz, agua
destilada, glicerina.
PERSONAL: 1 estudiantes de diseño Industrial,
1 asesor nacional.
PROCESO:
- procesar la yuca (licuar).
- tamizar la mezcla
- reposo de la mezcla durante 24 horas
- eliminación de líquido separado
- secado del almidón nativo durante 6 horas a
40°c en una estufa de secado.
- mezcla de agua destilada, glicerina y almidón
para plastificación de almidón.
3 Obtención de
películas
termoplásticas
Moldeo de almidón
tratado en moldes de
aluminio.
EQUIPOS: computador, cámara fotográfica,
prensa y horno.
PERSONAL: 1 estudiante de diseño Industrial, 1
asesor nacional.
PROCESO: aplicar desmoldan te a la placa
41

Objetivo específico 3
- Caracterizar y modificar superficialmente las fibras de pseudo tallo de plátano para
determinar si mejorara la eficiencia mecánica en el material biocompuesto.
Tabla 5 objetivo especifico3
- verter la mezcla sobre el molde.
- llevar a la prensa o al horno a una temperaturas
150c°
4:
Caracterización
de películas
termoplásticas
de almidón de
yuca.

Determinación de
propiedades
mecánicas.

EQUIPOS: computador, cámara fotográfica y de
video, maquina universal de ensayos,
MATERIAL: NTC 444 (Tracción), NTC595
PERSONAL: 1 estudiante de diseño Industrial, 1
asesor nacional.
PROCESO:
- ensayo de tracción

ACTIVIDADES SUB- ACTIVIDADES REQUERIMIENTOS

1: Modificar
fibras.

Tratamiento químico
EQUIPOS: computador, cámara
fotográfica y de video, estufa de secado,
instalaciones de la universidad.
MATERIALES: hipoclorito de sodio,
peróxido de hidrogeno, hidróxido de sodio
42

agua destilada
PERSONAL: Estudiante de diseño
Industrial, apoyo de un estudiante de
química, 1 asesor
PROCESO:
- Mezcla de agua destilada, hidróxido de
sodio
-Inmersión de las fibras en la mezcla en
proporción 1:18 a temperatura de
ambiente, durante 15 horas.
-Extracción y lavado de fibras con agua
destilada
Blanqueo de las fibras con: hipoclorito de
sodio o peróxido de hidrogeno.
2: Caracterizar
fibras.
Prueba mecánica. EQUIPOS: computador, cámara
fotográfica y de video, instalaciones de la
universidad, maquina universal de
ensayos.
PERSONAL: 1 estudiantes de diseño
Industrial, 1 asesor nacional.
PROCESO: Análisis de tensión.
43

Objetivo específico 4
- Determinar la proporción y proceso para producir el material biodegradable a partir de los
residuos agrícolas.
Tabla 6 objetivo especifico4
ACTIVIDADES SUB-ACTIVIDADES REQUERIMIENTOS

1: Preparación de las
fibras de pseudotallo y
el almidón de yuca.
Plastificación de almidón en
consistencia viscosa.

Adecuación de fibras con
humedad controlada.
EQUIPOS: computador, cámara
fotográfica y de video,
instalaciones de la universidad.
PERSONAL: 1 estudiante de
diseño.
PROCESO:
-gelatinización por medio de
glicerina,
- preparar fibras a temperatura
ambiente, trenzado de fibras

2: Fabricación de
láminas compuestas
conformado de laminas EQUIPOS: computador, cámara
fotográfica y de video,
instalaciones de la universidad.
PERSONAL: 1 estudiante de
diseño.
PROCESO: aplicación de
desmoldante en la superficie del
44

molde de láminas.
- aplicación de primera capa de
matriz
-Ubicación de malla de fibra
-Aplicación de segunda capa de
matriz
3: Caracterizar laminas
compuestas
Prueba mecánica. EQUIPOS: computador, cámara
fotográfica y de video,
instalaciones de la universidad,
maquina universal de ensayos.
PERSONAL: 1 estudiantes de
diseño Industrial, 1 asesor nacional.
PROCESO: Análisis de tensión.
Objetivo especifico5

- Determinar los factores de adhesión y refuerzo de las fibras al almidón que favorezcan el
mejoramiento de propiedades mecánicas de un material biocompuesto de almidón de yuca
reforzado con fibras de tallo de plátano.
Tabla 7 objetivo especifico 5
ACTIVIDADES SUB-ACTIVIDADES REQUERIMIENTOS
EQUIPOS: computador,
instalaciones de la universidad,
45

Objetivo específico 6
- Evaluar el comportamiento mecánico del material biocompuesto para empaques
biodegradables.
Tabla 8 Objetivo específico6
1: Análisis mecánico
de la lámina.
Determinación de
propiedades mecánicas.
internet., maquina universal de
ensayo..
PERSONAL: 1 estudiantes de diseño
Industrial, 1 asesor nacional.
PROCESO:ENSAYO A TENSION
ACTIVIDADES SUB-ACTIVIDADES REQUERIMIENTOS

1: Análisis mecánico
de la lámina.

Determinación de
propiedades mecánicas.
EQUIPOS: computador,., maquina
universal de ensayo.
PERSONAL: 1 estudiantes de diseño
Industrial, 1 asesor nacional.
PROCESO:ENSAYO A TENSION:
46

RESULTADOS

En este capítulo, se exponen los resultados obtenidos a partir del desarrollo y aplicación de la
metodología mencionada en el capítulo anterior, se describe el desarrollo de cada uno de los
métodos y el resultado final del proyecto
4.1Obtención de materia prima
Fibras de plátano
Para la materia prima, se obtuvieron los tallos del plátano de la ciudad de Moniquirá (Boyacá), en
donde se cultivan dos clases de plátano hartón y bocadillo, para este estudio se trabajó con el tallo
de plátano hartón ya que es la variedad que más se encuentra en la región y por la facilidad de
adquisición de estos elementos. La materia prima se trasladó a la ciudad de Paipa, donde se inicia
el proceso de extracción de las fibras. En la figura 11 se muestra el tallo de plátano hartón

Figura 11 tallo- tallo de plátano
Fuente: presente estudio 2021
Se inició con la separación de las capas o calcetas del tallo del plátano, como se observa en la
figura 12.

Figura 12 calcetas del tallo de plátano
Fuente: presente estudio 2021
Se optó por dos procesos para extracción de la fibra una por raspado con una cuchilla y
posteriormente cepillado como se muestra en la figura 13 y 14 por otro lado se tomó una espátulapara eliminar una capa del tallo y posterior mente se raspó para eliminar el exceso de agua como
se muestra en la figura 15

Figura 13 raspado con cuchilla
Fuente: presente estudio 2021

Figura 14 cepillado de fibras
Fuente: presente estudio 2021

Figura 15 raspado con espátula
Fuente: presente estudio 2021
49

De los anteriores procedimientos, se optó por el raspado con espátula, ya que en el procedimiento
de raspado con cuchilla las fibras se fraccionaban por el filo del implemento usado y con el peinado
de las fibras se perdía gran cantidad de material debido a que se quedaba en el cepillo.
Teniendo en cuenta que el procedimiento de raspado de las calcetas con la espátula fue el que
presto mejores resultados de obtención del material debido a que brindo un buen material para
trabajar ya que no se perdía material y permitía fraccionar de mejor manera las calcetas en este
procedimiento se proporcionó la calceta en 4mm con el fin de garantizar un hilo homogénea al
momento del hilado

Figura 16 fragmentación fibras
Fuente: presente estudio 2021
Teniendo la calseta proporcionada a los 4 mm se inicio a realizar el hilado por medio del tortero y
el huso herramienta que consiste en dar giro al huso y tratar de sostener las fibras con el fin de
generar una torccion a las fibras de platano se generó la union de las fribras por medio de la torsión
como se muestra en la figura 17
50

Figura 17 hilatura huso y tortero
Fuente: presente estudio 2021
Posterior a la hilatura se procede a realizar un ovillo de fibra para el almacenamiento de la fibra

Figura 18 ovillo fibra de plátano
Fuente: presente estudio 2021
Se prepararon dos tipos de tejidos uno plano y uno de punto, para verificar cuál de estos daría
mejores características mecánicas. En la figura 19 se muestra el tejido plano, el cual se realizó por
51

medio de un telar artesanal; en las figuras20 y 21 se muestra el tejido de punto, el cual fue realizado
mediante la técnica de tejido con dos agujas como se observa en la figura 22.

Figura 19 tejido plano
Fuente: presente estudio 2021

Figura 20 telar tejido plano
Fuente: presente estudio 2021

Figura 21 tejido punto
Fuente: presente estudio 2021

Figura 22 dos agujas tejido punto
Fuente: presente estudio 2021

Luego se procedió a realizar tratamiento alcalino con NaOH durante 15 horas a temperatura
ambiente a 5% p/V relación 1:18 teniendo en cuenta el peso de la fibra como se observa en la figura
23 y por la proporción de NaOH en pellet (figura 24) y se disuelve en agua desmineralizada y se
procede a introducir la fibra en la mezcla durante las 15 horas en temperatura ambiente como se
muestra en la figura 25.
53

Figura 23 peso fibra
Fuente: presente estudio 2021

Figura 24 peso NaOH
Fuente: presente estudio 2021

Figura 25 mezcla de NaOH y fibra
Fuente: presente estudio 2021

Almidón de yuca
Para la elaboración del almidón se tomó yuca que no se encontraba en óptimas condiciones para el
consumo humano, por su color y por qué se encontraban con defectos como rajaduras y mal color
como se muestra en la figura 26, luego se procedió a licuar estas partes de la yuca agregando agua
para generar una mezcla (figura 27), posteriormente, se colocó a sedimentar por 6 horas como se
muestra en la figura 28. Finalmente, se calienta para extraer el almidón en polvo como se muestra
en la figura 29.
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Figura 26 yuca en mal estado
Fuente: presente estudio 2021

Figura 27 licuado yuca
Fuente: presente estudio 2021

Figura 28l almidón de yuca en reposo
Fuente: presente estudio 2021

Figura 29 almidón de yuca
Fuente: presente estudio 2021

4.2 Plastificacion del almidon
Para el procedimiento se trabajaron varias pruebas para determinar las características del almidón,
donde se presentan los porcentajes y elementos que se le agregaron al almidón para mejorar sus
características
Prueba de aproximación al almidón
En esta prueba se realizó la mezcla de los elementos y se observó el comportamiento a temperatura
ambiente en el secado, para determinar cuál de las mezclas utilizadas presentaba mejores
características como lo son la homogeneidad de la mescla lo que la mescla no se encuentre en un
punto de humedad apropiado.
En la siguiente tabla se muestran las pruebas por porcentajes de almidón, agua y glicerol, expresado
en gramos
N° prueba Almidón Agua Glicerol
1 3.5 0.5 2.0
2 3 1.5 1.5
3 2.3 2,6 1.1
4 3 2.5 0.5
5 2.5 2.5 1
Tabla 9 pruebas de almidon 1
En la tabla 9 se indican los valores de cada elemento agregado a la mezcla para obtener un almidón
plástico, que permite generar el empaque. En la figura 30 se observan las pruebas del almidón.
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Figura 30 pruebas almidon 1
Fuente: presente estudio 2021
En la prueba 1 encontramos que al tener falta de agua el material no se combina de una buena
forma y se espolvorea y no se compactan los materiales. En la prueba 2 se variaron las proporciones
de los componentes buscando mejorar la unión entre los componentes en esta se observó que el
material continuaba un poco seco y presentaba las mismas características del anterior. En la prueba
3 se dio un mejor resultado con las proporciones y se mezcló mejor. En la prueba 4 al disminuir la
cantidad de glicerol se observó que la mescla quedo muy liquida. En la prueba 5 se ratificó que las
proporciones de la prueba 3 eran las adecuadas ya que se mezclaban de mejor forma.

Teniendo en cuenta los resultados en cuanto a la consistencia y homogeneidad de la mezcla, se
encontró que las mejores probetas son las pruebas 3 y 5, puesto que al dejarlas secar a temperatura
ambiente durante un tiempo, estas dos probetas generaron un comportamiento plástico y no se
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desintegraron como sucedió en la probeta 1, en la cual por la falta de agua se presentaron grietas
y se evidenció que se deshacía fácilmente, se pulverizaba al momento de tratar de manipular; en
el caso de la probeta 4, por la baja cantidad de glicerol la mezcla quedo acuosa y no se plastifico.
En la muestra 2, al tener el 25% de glicerol la probeta se comportó mejor, pero se descartó porque
si se pasa del 20 % se pierden las características del almidón según los antecedentes estudiados.
La prueba permitió seleccionar estas dos proporciones de elementos para generar más ensayos en
cuanto a temperatura y a procesos.
Prueba aproximación 2
Teniendo en cuenta los resultados anteriores, se procedió a trabajar con las proporciones de la tabla
9 y las muestra 3 y 5, en donde se empleó una bandeja la cual fue sometida a varias temperaturas
para encontrar cual era la temperatura apropiada para este material.
En este procedimiento se utilizaron dos técnicas para obtener el material con las mejores
características para esto se elaboraron planchas del material en dos procesos que se mencionaran a
continuación:
Prensa plancha
Se utilizó una prensa (figura 31) la cual tiene una temperatura de inicio de 120 °c y llega a 290°c
ya que presenta resistencias que generan calor en sus dos partes, se ubicó la bandeja con la mezcla
se sometió a temperaturas y tiempos controlados para determinar los valores de las dos variables
no sé determino la presión de aplastamiento de la prensa ya que no fue necesaria para el estudio.
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Figura 31 Prensa plancha
Fuente: presente estudio 2021

Posteriormente, se dispuso la mezcla de almidón en la bandeja y se procedió a realizar la prueba
con las temperaturas y tiempos.
4.3Pruebas de almidón
Prueba 1 almidón
Inicialmente, se trabajó con 120 °c durante 15 minutos para tener el rango de tiempo más alto pero
el almidón se pasó de temperatura, se expandió y se retorció debido al tiempo que duro en la
plancha, como se muestra en la figura