Caracterização de Perfil Estrutural em 'T'

Vista previa del material en texto

CARACTERIZACIÓN DE PERFIL ESTRUCTURAL EN ‘T’ FABRICADO A PARTIR DE 
UN COMPUESTO DE PLA Y CABECINEGRO [Manicaria Saccifera]. 
 
 
 
 
 
DIEGO ARMANDO NARANJO BELTRÁN 
 
 
 
 
 
 
 
UNIVERSIDAD DE LOS ANDES 
FACULTAD DE INGENIERÍA 
DEPARTAMENTO DE MECÁNICA 
BOGOTÁ, D.C 
2014 
 
2 
 
CARACTERIZACIÓN DE PERFIL ESTRUCTURAL EN ‘T’ FABRICADO A PARTIR DE 
UN COMPUESTO DE PLA Y CABECINEGRO [Manicaria Saccifera]. 
 
 
 
 
DIEGO ARMANDO NARANJO BELTRÁN 
200822231 
 
 
 
Proyecto de Grado Para Optar Por el Título de Ingeniero Mecánico 
 
 
ASESOR: 
ALEJANDRO MARAÑÓN LEÓN 
INGENIERO MECÁNICO, PhD 
 
 
 
UNIVERSIDAD DE LOS ANDES 
FACULTAD DE INGENIERÍA 
DEPARTAMENTO DE MECÁNICA 
BOGOTÁ, D.C 
2014 
 
3 
 
TABLA DE CONTENIDO 
RESUMEN ...................................................................................................................... 6 
1. INTRODUCCIÓN ...................................................................................................... 7 
2. OBJETIVOS .............................................................................................................. 9 
Objetivo General................................................................................................................... 9 
Objetivos Específicos ............................................................................................................. 9 
3. REVISIÓN DE LITERATURA ..................................................................................... 10 
4. MATERIALES ......................................................................................................... 12 
4.1 Ácido Poliláctico [PLA] ................................................................................................... 12 
Proceso de obtención del PLA ................................................................................................... 13 
Producción de láminas de PLA .................................................................................................. 14 
Propiedades del PLA .................................................................................................................. 14 
4.2 Fibra de Cabecinegro .................................................................................................... 15 
Proceso de obtención de fibra de Cabecinegro ........................................................................ 17 
Propiedades de la Fibra de Cabecinegro ................................................................................... 18 
5. METODOLOGÍA ..................................................................................................... 19 
5.1 Selección Perfil Estándar ................................................................................................ 19 
5.2 Diseño del Molde .......................................................................................................... 20 
5.3 Manufactura ................................................................................................................. 22 
5.3 Preparación ................................................................................................................... 24 
5.4 Fabricación .................................................................................................................... 26 
5.5 Enfriamiento ................................................................................................................. 27 
5.6 Desmolde y Corte .......................................................................................................... 28 
5.7 Caracterización del Perfil ............................................................................................... 29 
6. ANÁLISIS DE RESULTADOS ..................................................................................... 31 
6.1 Perfiles Obtenidos ......................................................................................................... 31 
6.2 Caracterización Mecánica del Perfil ................................................................................ 32 
Ensayo de Compresión .............................................................................................................. 32 
Ensayo de Flexión en tres Puntos .............................................................................................. 35 
6.3 Comparación con perfil estructural estandarizado .......................................................... 37 
7. CONCLUSIONES ..................................................................................................... 39 
8. RECOMENDACIONES Y TRABAJO FUTURO ............................................................. 40 
BIBLIOGRAFÍA ............................................................................................................. 41 
ANEXOS ...................................................................................................................... 43 
Planos Molde ...................................................................................................................... 43 
Especificaciones IngeoTM Biopolímero 2003D ....................................................................... 45 
 
4 
 
 
FIGURAS 
Figura 1 Proceso de obtención del PLA (Tiphaine, 2002) .................................................................. 13 
Figura 2 Proceso de Producción de láminas de PLA .......................................................................... 14 
Figura 3 Palma de Cabecinegro (Rojas de Francisco, 2009) .............................................................. 16 
Figura 4 Usos del Cabecinegro (Peña, 2001) .................................................................................... 16 
Figura 5 Cabecinegro, Bráctea - corte y secado ................................................................................ 17 
Figura 6 Metodología ........................................................................................................................ 19 
Figura 7 Dimensiones Perfil "T" (AISC, 2011) .................................................................................... 19 
Figura 8 Tapa Superior [Autodesk Inventor] ..................................................................................... 20 
Figura 9 Bloques Laterales [Autodesk Inventor] ............................................................................... 21 
Figura 10 Base inferior [Autodesk Inventor] ..................................................................................... 21 
Figura 11 Diseño del molde ensamblado .......................................................................................... 22 
Figura 12 Proceso de manufactura de molde en Aluminio ............................................................... 23 
Figura 13 Preparación pre-fabricación perfiles ................................................................................ 24 
Figura 14 Disposición fibras/PLA ....................................................................................................... 25 
Figura 15 Efectos Orientación de fibras en un compuesto (Rojas, 2013) ......................................... 25 
Figura 16 Proceso de prensado Drake 44-251 .................................................................................. 26 
Figura 17 Sistema de Refrigeración Drake 44-251 ............................................................................ 27 
Figura 18 Proceso de Desmolde y Corte ........................................................................................... 28 
Figura 19 Ensayo de Flexión en tres puntos [Instron 3367] .............................................................. 29 
Figura 20 Ensayo a Compresión. [Instron 5586] ............................................................................... 30 
Figura 21 Perfiles Obtenidos .............................................................................................................31 
Figura 22 Grafica Esfuerzo- Deformación Ensayo a Compresión ...................................................... 33 
Figura 23 Centro de Gravedad Perfil Autodesk Inventor .................................................................. 35 
Figura 24 Grafica Esfuerzo-Deformación Ensayo a Flexión en tres puntos ...................................... 35 
 
 
 
5 
 
 
TABLAS 
Tabla 1 propiedades mecánicas y térmicas del PLA .......................................................................... 14 
Tabla 2 Comparación propiedades de distintos materiales usados como matriz en compuestos. 
(Chin, 2010) ....................................................................................................................................... 15 
Tabla 3 Propiedades Mecánicas de las Fibras Naturales (Faruk, 2012) ............................................ 18 
Tabla 4 Propiedades comunes de la Fibra de Cabecinegro (Rojas de Francisco, 2009) ................... 18 
Tabla 5 Medidas Perfil Estructural WT50x9,65 ................................................................................. 20 
Tabla 6 Propiedades del Aluminio tomados en consideración. ........................................................ 23 
Tabla 7 Dimensiones de Perfiles fabricados ...................................................................................... 31 
Tabla 8 Comparación de medidas de Perfiles obtenidos con dimensiones WT50x 9,65 .................. 32 
Tabla 9 Esfuerzo a Compresión ......................................................................................................... 34 
Tabla 10 Modulo de Elasticidad- Deformación Ensayo a Compresión ............................................. 34 
Tabla 11 Esfuerzo a Flexión en tres puntos ....................................................................................... 36 
Tabla 12 Modulo de Elasticidad - Deformación Ensayo a Flexión en tres puntos ............................ 36 
Tabla 13 Relación Esfuerzo – Masa material compuesto vs metal .................................................. 37 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
6 
 
RESUMEN 
 
A partir del diseño y la manufactura de un molde en “T” se da la fabricación de un perfil 
estandarizado de un material compuesto. Dicho material, es una mezcla natural que 
cuenta con láminas de ácido poliláctico [en adelante “PLA”] y fibras de la palma de 
Cabecinegro (“Manicaria Saccifera”). La primera de estas, la fibra de Cabecinegro proviene 
del corte de la palma, la cual florece en las zonas costeras del pacifico colombiano; su 
producción y cosecha se da trimestralmente y posee una combinación excelente de 
propiedades mecánicas. El PLA, por su parte, es un polímero termoplástico, biodegradable 
y con propiedades semejantes a otros plásticos derivados de los hidrocarburos utilizados 
como matriz natural para la fabricación del material compuesto estudiado. 
Se planteó una metodología rigurosa y detallada de fabricación del perfil estándar del 
compuesto natural. Buscando con ésta, la manera de normalizar su producción y 
cuantificar su caracterización, a través de ensayos mecánicos de la forma más homogénea 
permisible. Lo anterior, con el fin de obtener resultados aptos para su comparación con 
otros compuestos de la misma categoría. Esta metodología embarca diferentes aspectos 
del diseño y producción, realizados en el pasado por otros estudios, con el fin de que sus 
resultados reflejen de mejor forma el análisis. 
 
 
 
 
 
 
 
 
7 
 
1. INTRODUCCIÓN 
 
Los materiales compuestos, son la combinación de dos o más materiales más una 
interface que al combinarse logra unas propiedades mayores a los de sus componentes 
individualmente. Logrando así, desarrollar en la mezcla resultante un desempeño 
mecánico mayor (Isaac M, 2006). Los materiales compuestos, nacen de la necesidad de la 
industria de lograr materiales con propiedades únicas, que los materiales comunes no 
poseen (V gr. los cerámicos, plásticos o metales) (Stupenengo, 2010). 
Los materiales compuestos tienen principalmente dos componentes fundamentales con 
sus propias funciones que aportan en la caracterización final del compuesto, un refuerzo y 
una matriz. El refuerzo es una fase discontinua que se adhiere a la matriz, y sus tipologías 
pueden variar entre otros materiales como el vidrio o el carbono, los cuales gozan de 
propiedades que la matriz por sí sola no tiene (Isaac M, 2006). 
La matriz, por otro lado, es un la fase continua en la que el refuerzo queda sumergido, 
adherido o embebido. Y sus tipologías son los polímeros, cerámicos y metales, que tienen 
como función la de definir las propiedades, tanto mecánicas como químicas, de 
transmisión y distribución las cargas de fuerzas, así como brindarle afinidad al refuerzo 
(Stupenengo, 2010). 
Existen hoy en día en la industria distintos tipos de materiales compuestos, los cuales 
varían según la tipología de matrices sobre los cuales se desarrollen. Se encuentran, 
compuestos de matriz metálica, polimérica y cerámica; teniendo cada uno características 
únicas que pueden ser utilizadas en una gran variedad de usos comerciales e industriales. 
Los compuestos con matrices metálicas, son más fácilmente observables en la industria 
automotriz, en la que los metales son necesariamente livianos y usan como refuerzo el 
carburo de silicio. Esto compuestos, tienen ventajas como alta resistencia a distintos 
esfuerzos y el comportamiento que demuestran a las altas temperaturas, a la 
conductividad térmica y eléctrica. 
 
 
8 
 
En segundo lugar, Los materiales compuestos con matriz cerámica, son aplicados en 
industrias en donde es necesario que el mismo material soporte altas temperaturas, así 
pues, utiliza como refuerzo el nitruro de Boro o carburo de Silicio para estos propósitos. 
(Rojas, 2013) El Concreto es un claro ejemplo de material con matriz cerámica la cual es 
utilizada ampliamente en procesos de construcción. El concreto o hormigo es el resultado 
de una mezcla de conglomerados, cemento junto a áridos (arena, grava entre otros), agua 
y aditivos. 
Por último, están los compuestos de matrices poliméricas que tienen como base un 
polímero de origen sintético o natural. Ejemplo de estos, son el material que aquí se 
usará, proveniente de fibras naturales como el bambú, el cumare o la fibra de la palma de 
Cabecinegro. Estos compuestos, han surgido en el sector arquitectónico y automotriz 
como reemplazo de la madera que es utilizada para su desarrollo. Contribuyen así, a la 
conservación del medio ambiente, ya que con su uso se previene la tala de bosques, y por 
su gran duración en su fabricación no es necesario aplicar inmunizantes que según 
investigaciones no es propicio para la salud de quienes manejan y producen estos 
compuestos (Delgado Von Halle, 2011). Entre sus características más notables se 
encuentra sus propiedades reciclables, su resistencia a la humedad, la posibilidad de 
producirlos por medio de procesos de inyección, extrusión y compresión, y sobre todo que 
son totalmente naturales. 
Como ya se ha anticipado, el presente proyecto utilizará una matriz y refuerzo naturales, 
provenientes de la palma de Cabecinegro [“Manicaria Saccifera”], comúnmente conocida 
como “Jicra” por los indígenas la región del pacifico colombiano. Esta fibra, es utilizada 
como refuerzo en una matriz de Ácido Poliláctico [en adelante “PLA”], un polímero 
biodegradable termoplástico obtenido a partir de fuentes 100% naturales y renovables. En 
consecuencia, el objetivo de este escrito será el de caracterizar el material compuesto 
antes referido, para la fabricación de una pieza estándar en “T”. 
 
 
 
9 
 
2. OBJETIVOS 
 
Objetivo General 
 
 Caracterización de perfil estructural en ´T´ de un compuesto natural a partir de 
fibra de Cabecinegro y láminas de PLA. 
Objetivos Específicos 
 
 Utilizar la fibra de Cabecinegro como un refuerzo estructuralnatural en un 
compuesto junto a matrices de PLA. 
 
 Manufacturar un perfil estructural en ´T´ a partir del compuesto natural 
resultante. 
 
 Caracterizar y evaluar aplicaciones del compuesto como perfil estructural en ´T´. 
 
 Diseñar un molde y un procedimiento detallado con el fin de homogeneizar la 
fabricación del perfil estandarizado del material compuesto. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
10 
 
3. REVISIÓN DE LITERATURA 
Décadas han pasado desde que se dio inicio a la utilización de materiales compuestos 
naturales en productos de las grandes industrias, como respuesta a la conservación del 
medio ambiente y como solución a dejar de usar productos derivados del petróleo. Cada 
día se observan más investigaciones sobre los compuestos derivados de la naturaleza, y a 
su vez con el tiempo aumenta su auge en la aplicación como alternativa a los materiales 
dañinos que han afectado el medio ambiente. 
Los materiales compuestos a base de fibras naturales pueden variar entre dos grupos 
según la matriz polimérica. Las matrices poliméricas pueden ser de origen sintético u 
origen natural (Monroy, 2011). En este proyecto se plantea la fabricación de un 
compuesto con una matriz de origen natural como lo es el PLA, el cual proviene del 
almidón. 
Dentro de las ventajas de los compuestos naturales se encuentran entre otras, el hecho de 
ser biodegradables, al descomponerse por la acción de la naturaleza (v gr. sol, lluvia, 
bacterias, animales, plantas, etc.), lo cual representa una ventaja para el medio ambiente. 
Adicionalmente, son completamente reciclables, lo cual los hace apropiados dentro de los 
sectores industriales conscientes del daño que otros materiales ocasionan en razón a la 
contaminación y dentro de otros que por las regulaciones impuestas procuran cambiar su 
uso de compuestos. (Pickering, 2008). 
Siguiendo la línea de ventajas de los compuestos naturales podemos observar, que según 
estudios realizados, estos poseen propiedades específicas óptimas que reemplazan 
materiales en costo y en modo de producción. A esto se suma, el hecho de que los 
compuestos naturales son sostenibles y ligeramente no abrasivos, brindando así como 
ventaja una amplia duración y un escaso mantenimiento. 
Los materiales compuestos tienen como desventaja más grande lo enormemente 
sensibles a la humedad y temperaturas elevadas, lo cual puede llegar a alterar la 
geometría de los productos terminados sometidos a dichos factores. También, tienen mal 
 
11 
 
rendimiento a largo plazo o cuando son sometidos a impacto. Esto, debido a la naturaleza 
de sus materiales y a la alta variabilidad de sus propiedades. (Netravali, 2003) 
En la actualidad los compuestos naturales tienen su área de aplicación en el sector de los 
empaques, industria que requiere para su desarrollo materiales con propiedades como las 
que estos poseen. Ejemplo de dichas particularidades son su módulo de elasticidad y su 
alta tasa de deformación. Adicionalmente, estos materiales una vez cumplido su ciclo 
productivo, son fácilmente reciclables; lo cual, según lo indicado anteriormente aporta 
hacia la cooperación con el medio ambiente. (Chin, 2010) 
Otra de sus aplicaciones está en la industria de la construcción, en donde sus propiedades 
de aislante acústico y térmico son puestas al desarrollo para este sector. Estos materiales 
son viables para este campo, debido a su bajo costo, en comparación con los materiales 
tradicionales usados en este campo, generan una alternativa económica para la 
construcción. (Monroy, 2011) 
Por último, estos materiales son empleados en la industria automotriz como reemplazo a 
materiales pesados, que en el pasado hacían parte del interior de los vehículos. Dichos 
materiales han sido sustituidos por los materiales compuestos naturales debido a su poco 
peso en estructuras no estandarizadas. Así pues, los compuestos naturales se aplican en la 
fabricación de piezas como las puertas, los tableros, las sillas y otros accesorios. (Pickering, 
2008) 
En este proyecto se busca lograr encontrar aplicaciones para las cuales este material 
compuesto, basado en la fibra de Cabecinegro y matriz de PLA, pueda brindar sus óptimas 
propiedades y características de desempeño en las industrias anteriormente referidas y en 
otras. Esto último, dado que en el estudio realizado en este proyecto, se ha evaluado la 
posibilidad de introducir este material en ámbitos distintos a aquellos en los que se ha 
utilizado con anterioridad. 
 
12 
 
4. MATERIALES 
Para este proyecto de grado, la fabricación de los perfiles estándar en ´T´ consta 
principalmente de dos materiales que formaran el nuevo compuesto verde. Por un lado, la 
fibra utilizada en el compuesto corresponde a la planta de Cabecinegro, la cual, va estar 
inmerso en una matriz de PLA. 
4.1 Ácido Poliláctico [PLA] 
El PLA es un polímero termoplástico, es decir un conjunto de cadenas de macromoléculas 
formadas por la unión de monómeros, y a su vez los monómeros son moléculas de menor 
tamaño conectadas entre sí por enlaces químicos secundarios más débiles que los enlaces 
covalentes (Piñeiro, 2009). Esta unión es frágil ante temperaturas altas, lo cual, permite 
moldear con facilidad el polímero sin alterar sus propiedades. El PLA proviene de la 
obtención de estos monómeros por procesos de fermentación, a partir de 
microorganismos capaces de producirlos por medio de azucares originarios del almidón de 
maíces, de la caña de azúcar y de la remolacha entre otros. (Tiphaine, 2002) 
Los polímeros biodegradables se introdujeron en la década de los 80´s como respuesta a 
los polímeros convencionales, cuyo ciclo de vida productivo era corto, pero su 
descomposición duraba largos periodos de tiempo, haciéndolos causar un efecto negativo 
en el medio ambiente. En contraposición, los polímeros biodegradables son 
descompuestos por la acción biológica de la naturaleza. Por ello, industrias dedicas a la 
producción de envases y embalajes, productos con un ciclo productivo corto, han visto en 
los polímeros biodegradables una vía óptima para reciclar después de cumplir su utilidad. 
(Chun-kit, 2011) 
También, el PLA ha sido usado en el campo médico para elaborar suturas y tornillos de un 
material distinto al metal, que permita el mismo funcionamiento con una menor agresión 
al paciente. (Tiphaine, 2002) 
 
 
13 
 
Proceso de obtención del PLA 
 
 
Figura 1 Proceso de obtención del PLA (Tiphaine, 2002) 
 
En la figura anterior (figura 1) se describe el proceso de fabricación desde la materia prima 
hasta los pellets de PLA, tal y como se consigue en el mercado. El proceso de obtención 
del PLA se da gracias al almidón, su materia prima, resultado del proceso de fotosíntesis 
en las plantas. El maíz, la caña de azúcar, el arroz, el trigo, la papa y la remolacha, entre 
otros tienen como principal fuente al almidón. Del proceso de hidrolisis enzimática 
controlada de dicha fuente se obtiene el azúcar en forma de monómeros de glucosa. El 
proceso de fermentación del producto anterior, da como resultado la obtención del ácido 
láctico y del PLA en forma de pellets mediante la polimerización por condensación directa 
de los lactides (Monroy, 2011). 
El PLA para este proyecto de grado proviene de Ingeo Biopolymer 2003D – Natural Works 
LLC. En el anexo 2 se observa la ficha del fabricante con sus propiedades mecánicas y 
térmicas. El producto se presenta como pellets, pero luego de un proceso de extrusión se 
transforma a láminas delgadas con aspecto transparente. 
 
 
 
14 
 
Producción de láminas de PLA 
 
Figura 2 Proceso de Producción de láminas de PLA 
En la figura 2 se observa el proceso de producción y sus diferentes etapas para la 
obtención final de las láminas de un grosor determinado. Primero, se introducen los 
pellets en el horno a una temperatura de 95°c para eliminar el exceso de humedad. Luego, 
se realiza la extrusiónen la maquina Brabendeer Plasticorder 331, a través, de un tornillo 
simple a una velocidad de 30rpm. Las cuatro etapas de la extrusora manejan una 
temperatura diferente, que aumenta desde su sistema de alimentación hasta el dado, el 
cual le da forma de lámina al producto, tal y como se puede apreciar en la figura. 
Después, se obtiene la lámina en forma de rollo utilizando la calandra. Ésta, asigna las 
dimensiones finales que va a obtener el rollo de lámina resultante. Las dimensiones 
obtenidas son de tres milímetros (3 mm) de espesor por diez milímetros (10 mm) de 
ancho. Finalmente, se procede al corte de las láminas teniendo en consideración la 
longitud necesaria para este proyecto. 
Propiedades del PLA 
Propiedades Mecánicas 
Resistencia a la tracción [MPa] 53 
Límite elástico [MPa] 60 
Módulo de Young [GPa] 3,5 
Porcentaje de elongación [%] 6 
Propiedades Térmicas 
Temperatura de fusión [°c] 140-152 
Tabla 1 propiedades mecánicas y térmicas del PLA 
 
15 
 
 PROPIEDADES 
 
Módulo de Elasticidad Resistencia Máxima a Tensión Elongación Densidad 
a Tensión [GPa] [MPa] [%] [g/cm3] 
PLA 3,5 60 6 1,26 
PET 2,7-4,2 50-70 15-25 1,35 
PP 1,5-2 30 150-300 0,905 
Viniléster 3,1-3,8 69-83 4-6 1,2-1,4 
Epoxi 3-6 35-100 1-6 1,1-1,4 
Tabla 2 Comparación propiedades de distintos materiales usados como matriz en compuestos. (Chin, 2010) 
En la tabla 1 se observan las propiedades del PLA tanto mecánicas como térmicas. Estas 
propiedades son las especificadas por el fabricante y se pueden evidenciar en el anexo 2. 
En la tabla 2 se comparan dichas propiedades de la tabla 1 con otros materiales utilizados 
para el mismo fin de la matriz en compuestos naturales. 
 Se puede evidenciar que el PLA posee un módulo de elasticidad similar al Viniléster, una 
resistencia máxima a tensión viable comparada con los otros materiales. Su porcentaje de 
elongación es mínimo comparado con materiales como el PET y el PP. Y, una densidad 
menor a la mayoría de los materiales utilizados como matriz en los compuestos naturales. 
4.2 Fibra de Cabecinegro 
La palma de Cabecinegro (Manicaria saccifera) pertenece a la familia de las Palmae 
(Arecaceae). En Colombia, esta palma se aprecia a lo largo de la costa pacífica en la región 
del Chocó, generalmente en zonas con una humedad relativa entre el sesenta y setenta 
por ciento (60-70%) y con una temperatura de aproximadamente veintisiete grados 
centígrados (27°C) (Wilbert, 1976). 
Ésta es una especie de palma de gran tamaño que, como menciona Eva Ledezma en su 
trabajo sobre palmas colombianas, se “forma en rodales homogéneos de un tamaño 
considerable en el sotobosque de las llanuras aluviales de las tierras bajas del pacifico 
colombiano”. En la región del Chocó esta palma constituye un recurso útil para la 
población indígena, principalmente los indígenas Waununu, que utilizan cada parte de la 
palma para distintos fines. (Ledezma, 2011) 
 
16 
 
 
Figura 3 Palma de Cabecinegro (Rojas de Francisco, 2009) 
En la figura 4 se puede identificar los diferentes usos que los indígenas Waununu le dan a 
la palma de Cabecinegro. Se puede evidenciar que los troncos y las hojas son utilizados 
para las viviendas donde sirven como columnas y techos respectivamente. Los cocos de la 
palma también son usados por la comunidad indígena, el agua proveniente de las semillas 
de los cocos es utilizada para la hidratación y como medicamento para los riñones, 
mientras que la masa o el fruto localizada en el interior de las semillas lo usan como 
fuente alimenticia (Ledezma, 2011). 
Su uso más distintivo es en la artesanía. Las fibras del Cabecinegro son conocidas como la 
materia prima fundamental que, al ser procesadas por artesanas indígenas, ofrece un 
tejido natural con el que pueden manufacturar productos como sombreros y canastos. 
Dichos productos son impulsados por los líderes de la comunidad que los comercializan en 
cadenas artesanales del centro del país. (Rojas de Francisco, 2009) 
 
Figura 4 Usos del Cabecinegro (Peña, 2001) 
 
17 
 
Proceso de obtención de fibra de Cabecinegro 
La fibra de Cabecinegro es un producto natural silvestre, su aprovechamiento es 
especialmente extractivo. Su producción es trimestral, tiempo donde los indígenas 
identifican las brácteas (o cáliz, estructura de la planta que recubre la inflorescencia antes 
de su fructificación) de una longitud superior a los cincuenta centímetros (50 cm). Estas 
brácteas son superficialmente limpiadas en sitio y posteriormente removidas de las 
palmas por medio de cortes rudimentarios con machete. Luego, se acoplan todas las 
brácteas y son lavadas con agua y jabón para remover tierra e insectos que permanecen 
después del corte. Finalmente, se colocan al sol para ser secadas y después se ubican en 
un lugar con escases de humedad para ser almacenada y posteriormente recolectadas. 
 
Figura 5 Cabecinegro, Bráctea - corte y secado 
Para el desarrollo de este proyecto de grado se obtuvieron las brácteas de una longitud 
considerable donde se procedió al corte en forma de mariposa a lo largo de la Urdimbre 
(en dirección de las fibras) y luego cortes a lo largo de la Trama de acuerdo a las 
dimensiones requeridas para la producción de los perfiles. Finalmente, son puestas en el 
horno para remover la humedad a 80°C por un periodo de treinta minutos. 
 
18 
 
Propiedades de la Fibra de Cabecinegro 
 
Tabla 3 Propiedades Mecánicas de las Fibras Naturales (Faruk, 2012) 
En la tabla anterior se puede identificar ciertas propiedades de la fibra de Cabecinegro 
comparado con otras fibras naturales. Se puede apreciar dentro de las propiedades que su 
densidad es menor que las de los otros elementos. Su resistencia máxima a tensión y su 
módulo de elasticidad o su módulo de Young tiene un desempeño menor comparado con 
las otras, mientras que su porcentaje de elongación es la mayor de todas. (Chun-kit, 2011) 
Dentro de sus propiedades también se pueden evidenciar las conclusiones de trabajos 
relacionados como lo identifica María Cristina Rojas de Francisco: 
Fácil Empaque, 
almacenamiento y transporte 
Permite ser manipulada con facilidad, gracias a su baja 
densidad y alta deformación o flexibilidad permite ser 
fácil empacada y transportada. 
Resistencia Aceptable 
La fibra es un material anisotrópico, ya que sus 
propiedades de tensión pueden cambiar debido a la 
dirección de trabajo. En la dirección de la Urdimbre 
tiene una excelente respuesta a tensión la cual la 
facilita para ser usada como productos artesanales. 
Durabilidad 
La fibra de Cabecinegro puede ser almacenada por 
largos periodos de tiempo y no habrá ninguna 
modificación de degradación al mantener su calidad 
intacta. 
Uso como Tela 
Debido a su alta durabilidad y a su aceptable 
resistencia estas fibras pueden ser manufacturadas por 
artesanos. Pueden ser planchadas, tinturadas cocidas y 
moldeadas a la geometría deseada. 
Tabla 4 Propiedades comunes de la Fibra de Cabecinegro (Rojas de Francisco, 2009) 
 
19 
 
5. METODOLOGÍA 
La metodología realizada en este proyecto se puede representar por medio de un 
diagrama de flujo, que explique de manera precisa cada uno de los pasos que se siguió 
para la fabricación de los perfiles estándar del compuesto. 
 
Figura 6 Metodología 
5.1 Selección Perfil Estándar 
Para la fabricación del compuesto natural se seleccionó un perfil estándar que 
corresponde a un perfil “T” de la AISC (American Institute of Steel Construction). Dicho 
perfil estándar WT50x9,65 describe detalladamente las medidas y grosores que se deben 
obtener al fabricar el perfil. 
 
Figura 7 Dimensiones Perfil "T" (AISC, 2011) 
Selección Perfil 
Estandar 
Diseño del 
molde 
Manufactura Preparación 
Fabricación 
Enfriamiento 
Desmolde y 
corte 
Caracterización 
del Perfil 
 
20 
 
 
Tabla 5 Medidas Perfil Estructural WT50x9,65 
5.2 Diseño del Molde 
Para el diseño del molde setuvo en cuenta la geometría descrita del perfil seleccionado 
anteriormente, así como el proceso de manufactura a realizar. El proceso de manufactura 
que se efectuó para obtener los perfiles pertenece a un moldeo por compresión, para el 
cual se aplica determinada temperatura garantizando la unión entre los dos materiales 
que forman parte del nuevo compuesto. En el diseño del molde objeto de este estudio, se 
tuvo en cuenta estos procedimientos. Para dar la forma requerida al perfil se diseñó un 
molde el cual consta de: 
1. Tapa superior 
 
Figura 8 Tapa Superior [Autodesk Inventor] 
La tapa superior tiene un espesor lo suficientemente amplio para no sufrir de ninguna 
modificación en su geometría durante el proceso de prensado. Sus dimensiones son 
calculadas con el fin de que al cerrarse el molde, la tapa superior tenga un alma de la 
misma medida de la anchura del perfil estándar escogido, para que la medida del 
compuesto natural sea lo más cercano al tamaño elegido. 
 
2. 2 Bloques laterales 
 
21 
 
 
Figura 9 Bloques Laterales [Autodesk Inventor] 
Estos bloques laterales se diseñaron robustos debido a la manipulación que se les iba a 
ejercer durante el proceso de prensado manual. Los topes de estos bloques de aluminio 
son de la distancia exacta a la que la tapa superior se ciñe, dejando así de ejercer presión 
sobre las fibras y la matriz. 
3. Base inferior 
 
Figura 10 Base inferior [Autodesk Inventor] 
La base inferior se diseñó con el propósito de servir de guía, para que los bloques laterales 
fueran guiados hasta el tope en donde no podrían comprimirse más. Esta guía funciona 
para que los bloques laterales se deslicen con mayor facilidad hasta el tope. Facilitándose 
el proceso del cierre completo del molde en el sentido horizontal, al estar presionado por 
la presión horizontal del sistema de prensado hidráulico. 
 
22 
 
 
Figura 11 Diseño del molde ensamblado 
5.3 Manufactura 
 
Se escogió el aluminio como material para el molde debido a que sus propiedades 
brindan confiabilidad para el método planteado. Su cómoda maquinabilidad con la 
asistencia del CNC con una precisión de una décima de milímetros (1/10 mm) para poder 
lograr las dimensiones escogidas en el perfil estándar. 
Junto a su maquinabilidad está su conductividad térmica, la cual está alrededor de los 210 
W/m*K. Esta propiedad es de gran importancia para el proceso de manufactura del 
compuesto natural, dado que la transferencia de calor se logra con mayor facilidad 
comparado con otros materiales con conductividad térmica menor. (Rojas, 2013) En la 
siguiente tabla se pueden apreciar algunas características las cuales son óptimas y fueron 
tomadas en consideración para este proyecto. 
 
 
 
Dúctil 
El aluminio es un metal dúctil con una 
densidad y un punto de fusión bajos. Es de 
fácil proceso mediante distintas formas 
técnicas y debido a su alta ductilidad 
permite que sus productos se fabriquen al 
nivel de acabado final. (Leon & Riveros, 
2008) 
 
23 
 
 
 
 
Resistente y Liviano 
 
El aluminio es conocido por ser un metal 
ligero con un peso específico de tan solo un 
tercio (1/3) del peso del acero. Con respecto 
a la aplicación final del metal, se puede 
afirmar que es resistente frente a la 
manipulación mediante tratamientos y 
alteraciones de su composición y aleación. 
(Leon & Riveros, 2008) 
 
 
 
 
Resistente a la Corrosión 
De forma natural el aluminio genera una 
capa de óxido, lo cual, lo hace resistente a la 
corrosión. En su proceso se le puede aplicar 
ciertos tratamientos de revestimiento que 
optimizan más esta propiedad. Esto es útil 
para productos terminados que requieren de 
conservación y protección. (Leon & Riveros, 
2008) 
 
 
 
Reciclable 
Este metal es cien por ciento (100%) 
reciclable, esto significa que al momento de 
reutilizarse no hay perdida alguna del 
material ni de sus cualidades. Para fundirlo 
no es necesario el uso excesivo de energía 
comparado a otros metales. 
Tabla 6 Propiedades del Aluminio tomados en consideración. 
 
Figura 12 Proceso de manufactura de molde en Aluminio 
 
24 
 
5.3 Preparación 
En la siguiente figura se puede apreciar los pasos y la descripción de cada uno de estos 
durante la etapa de preparación antes de ser prensado. Durante la etapa de preparación 
se da inicio al precalentamiento de la prensa hidráulica Drake 44-251 hasta lograr una 
temperatura de 170°c en ambas placas. 
 
Figura 13 Preparación pre-fabricación perfiles 
- PLA termoformado: con la lámina de la medida obtenida se inserta en el horno un 
(1) minuto a una temperatura suficientemente capaz de termoformarla y así darle 
la forma deseada para una manipulación más efectiva. 
- Fibras + PLA: la disposición de las fibras y la matriz va intercalada, obteniendo así 
una fracción de volumen del cuarenta por ciento (40%) de la fibra, seis capas de 
PLA por cinco de refuerzo de Cabecinegro en cada zona de ubicación del material. 
 
25 
 
 
Figura 14 Disposición fibras/PLA 
- Dirección fibras: de las investigaciones realizadas en proyectos de grado 
anteriores, se concluye que las fibras al ser orientadas en un sentido especial 
tienen un desempeño superior. La dirección de las fibras en este compuesto va a 
estar entrelazada en noventa grados sobre cero grados (90°/0°). En la figura 
siguiente se puede apreciar el comportamiento a distintas orientaciones de las 
fibras y su desempeño bajo diferentes efectos mecánicos. También, la misma 
figura evidencia que mientras el ángulo entre las fibras alterna y el esfuerzo 
aumenta, decrecen las propiedades del material en estudio. (Rojas, 2013) 
 
Figura 15 Efectos Orientación de fibras en un compuesto (Rojas, 2013) 
- Teflón: se encuentra ubicado entre el molde de aluminio y las fibras/PLA. El teflón 
es utilizado como aislante térmico para que el compuesto no quede adherido al 
molde y para que su desarme al final sea más sencillo. 
 
26 
 
- Ubicación de materiales: primero se ubican los materiales que están 
termoformados y con la ayuda de las guías del soporte inferior se sujetan con los 
bloques laterales. Luego, se ubican los materiales en la parte superior y se instala 
la tapa superior. 
- Prensa en “C”: es utilizada para aplicar presión en los bloques laterales, ésta 
aplicación de fuerza es manual. En su preparación se recurre a la colocación del 
material en el molde, el cual va lo suficientemente apretado para que todos los 
elementos permanezcan en el sitio antes de ingresar a la prensa hidráulica. 
 
5.4 Fabricación 
En este proyecto se ha tomado como referencia trabajos de grado que han estudiado el 
compuesto natural y el proceso de moldeo por compresión, como lo son de Diego Rojas y 
Carolina Delgado (Rojas, 2013) y (Delgado Von Halle, 2011), adicionalmente, se han 
implementado nuevos métodos de fabricación dada la geometría de los perfiles 
estructurales. Después del paso explicado en el inciso anterior, en donde el material y la 
prensa están compactados, se localiza el molde dentro de la prensa hidráulica y se espera 
que la temperatura de las placas de la prensa supere la temperatura de fusión del PLA, la 
cual es de 160°c. 
 
Figura 16 Proceso de prensado Drake 44-251 
 
27 
 
En la figura anterior se evidencia el funcionamiento de la prensa hidráulica la cual tiene 
una capacidad de 100,000 psi, en este paso y según el área de contacto del molde se 
puede aplicar una fuerza de entre 60-65KN a la temperatura colocada. Con un medidor de 
temperatura por infrarrojo se controla la temperatura del sistema la cual no puede 
exceder los 170 °c. 
Al aplicar la presión tanto hidráulica como manual se realizan venteos previos con el fin de 
eliminar todo el exceso de aire que puede haber dentro del sistema. Aplicando una fuerza 
de 65KN y la máxima presión manual ejercida que soporta la prensa en “C” durante 50 
minutos, se logra que la fibra sesumerja dentro de la matriz de PLA, haciendo homogénea 
la mezcla del resultado del compuesto natural. 
5.5 Enfriamiento 
 
 
Figura 17 Sistema de Refrigeración Drake 44-251 
 
El sistema de refrigeración toma 40 minutos, tiempo en el cual circula agua por la placa 
superior e inferior de la prensa hidráulica, disminuyendo rápidamente su temperatura a 
una temperatura ambiente. Mientras tanto, el molde sigue siendo sometido a la misma 
presión del proceso anterior. Este proceso, es importante debido a que durante su 
desarrollo el material compuesto empieza a compactarse al bajar su temperatura y 
 
28 
 
también, porque este tratamiento permite que el refuerzo quede completamente 
embebido por la matriz de PLA. Luego de que las resistencias de las placas de la prensa 
hidráulica estén a temperatura ambiente, se libera el molde de la presión ejercida, 
acondicionándolo por 3 horas sin presión alguna por parte de la prensa en “C”. 
5.6 Desmolde y Corte 
 
Luego del acondicionamiento se procede al desmolde, se aparta la tapa superior y se 
separa del teflón. Inmediatamente después del paso anterior, se separan los dos bloques 
laterales y la capa de teflón inferior obteniendo el material compuesto. Del material 
resultante, se marcan las dimensiones del perfil con un marcador y posteriormente se 
utiliza un calibrador para mantener la homogeneidad de las medidas del compuesto. 
Finalmente con la utilización de la sierra sinfín, se cortan los perfiles en los indicadores 
marcados y con una lima se afinan los detalles finales del nuevo compuesto con las 
distancias de un perfil estándar en”T”. Al terminar este proceso, la pieza deja un material 
sobrante que no hace parte del perfil, el cual no tiene uso alguno dentro de este proyecto. 
 
Figura 18 Proceso de Desmolde y Corte 
El tiempo estimado para la realización de un perfil de material compuesto de fibra de 
Cabecinegro y PLA, como el descrito antes, toma alrededor de 4 horas. 
 
29 
 
5.7 Caracterización del Perfil 
 
Para la caracterización del material compuesto se someten los perfiles a distintas pruebas, 
esto para conocer su desempeño sometido a esfuerzo bajo compresión y a flexión en tres 
puntos. Estas pruebas se realizaron en laboratorios con una temperatura y humedad 
relativa controlada, dicha temperatura fue de 23± 2°c y la humedad relativa de 50± 5%. 
 
 
Figura 19 Ensayo de Flexión en tres puntos [Instron 3367] 
En la figura 19 se puede observar como el ensayo a flexión en tres puntos se realizó en la 
maquina Instron 3367, y bajo la norma ASTM D7264: “Standard Test Method for Flexural 
Properties of Polymer Matrix Composite Materials”. De acuerdo a la norma mencionada, 
se calculó que la distancia entre apoyos para dicho ensayo es de setenta milímetros (70 
mm), y la rata de velocidad de prueba es de uno punto cincuenta y cinco milímetros por 
minutos (1.55mm/min). Una vez establecidos estos valores, se efectuó la prueba y se 
recolectaron datos de deformación y carga hasta que el perfil presentó falla. 
 
30 
 
 
Figura 20 Ensayo a Compresión. [Instron 5586] 
Por último, en la figura 20 se puede observar el ensayo a compresión en la maquina 
Instron 5586 que se realizó bajo la norma ASTM D695-10: “Standard Test Method for 
Compressive Properties of Rigid Plastics”. Donde la rata de velocidad de prueba es de 
1,33mm/min. Una vez establecidos los parámetros, se efectuó la prueba y se recolectaron 
datos de deformación y carga hasta que el perfil presentó falla. 
 
 
 
 
 
 
 
31 
 
6. ANÁLISIS DE RESULTADOS 
6.1 Perfiles Obtenidos 
Se obtuvieron trece perfiles en ´T´ del compuesto natural a base de fibras de Cabecinegro 
y matriz de PLA. En la siguiente figura se observan todos los perfiles obtenidos siguiendo 
el proceso que se planteó anteriormente en el capítulo de Metodología, contiguo a la 
figura se encuentra la tabla que describe detalladamente las medidas dimensionales de 
cada aspecto de la pieza. 
 
Figura 21 Perfiles Obtenidos 
 
Tabla 7 Dimensiones de Perfiles fabricados 
 
32 
 
 
Tabla 8 Comparación de medidas de Perfiles obtenidos con dimensiones WT50x 9,65 
En la tabla 8 se puede evidenciar los promedios de las dimensiones de todos los perfiles 
fabricados contrastándolos con el estándar escogido de AISC. También se evidencia el 
porcentaje de error que expone qué tan aproximados están los perfiles fabricados del 
teórico y se puede ver que ningún valor supera el 2,5%, concluyendo así que el 
procedimiento y la metodología utilizada para la fabricación fue acertada hasta el punto 
que uno puede decir con certeza que la producción masiva de perfiles se puede efectuar 
siguiendo rigurosamente la metodología descrita anteriormente. 
6.2 Caracterización Mecánica del Perfil 
Ensayo de Compresión 
Para la curva característica de Esfuerzo vs. Deformación de la prueba a compresión de los 
perfiles se calculó, previo a la prueba, el área en contacto el cual es indispensable para la 
realización de la curva. Junto a este valor y a la carga ejercida en Newtons se puede 
calcular el esfuerzo dividiendo la fuerza entre el área, dándonos como resultado la 
deformación unitaria en mm/mm respecto al esfuerzo en MPa como se puede apreciar en 
la siguiente gráfica. 
 
33 
 
 
Figura 22 Grafica Esfuerzo- Deformación Ensayo a Compresión 
En la gráfica anterior se puede observar el desempeño de cinco perfiles del compuesto de 
Cabecinegro y PLA. Se puede apreciar la región elástica la cual permite que el material al 
ser deformado pueda regresar a su tamaño y forma original. También, se puede apreciar 
cuando sobrepasa el límite elástico del material, cuando la carga deja de ser proporcional 
a la deformación unitaria y entra a la región plástica. Esta región es cuando el material es 
deformado y no vuelve a su condición inicial. 
En esta curva se puede apreciar que la región de fluencia es mínima comparada con otros 
materiales y que su límite de fluencia corresponde a grandes deformaciones con pocos 
cambios de esfuerzo. Por último, se ve el punto de falla o rotura del material, punto donde 
el material se quiebra. Se analizan los datos de deformación y carga usados en el ensayo y 
se observan de la siguiente manera. 
 
 
 
34 
 
 
Tabla 9 Esfuerzo a Compresión 
Se puede evidenciar el valor de esfuerzo de compresión máximo de cada perfil antes de 
presentar falla. Se puede analizar que los valores son muy cercanos los unos de los otros 
dando como conclusión la homogenización del compuesto y su desempeño similar bajo 
una prueba de compresión. El valor promedio de esfuerzo a compresión es de 38,66 MPa 
con una desviación de 3,25 MPa para este ensayo, lo cual muestra un desempeño 
aceptable y estable de los perfiles para lo que se puede considerar diversas futuras 
aplicaciones. 
 
Tabla 10 Modulo de Elasticidad- Deformación Ensayo a Compresión 
En la tabla anterior se muestra el módulo de elasticidad de cada perfil y su deformación 
máxima antes del punto de rotura. Su módulo de Young o de elasticidad se calculó 
mediante el análisis de la pendiente de la región elástica del material, dando como 
resultado un módulo de elasticidad promedio de 1,73 GPa bajo el ensayo de compresión. 
Finalmente, se puede observar el porcentaje de deformación unitaria de los perfiles el 
cual tiene un porcentaje promedio de 3,74% con una desviación de 0,53%, como 
 
35 
 
conclusión se puede evidenciar que todos los perfiles fallaron a una deformación unitaria 
similar. 
Ensayo de Flexión en tres Puntos 
Para el ensayo de flexión se realizó un perfil virtual, mediante la herramienta de 
simulación de diseños gráficos Autodesk Inventor, con las medidas promedio que se 
obtuvieron de los perfiles fabricados con el fin de obtener el centro de gravedad de la 
pieza y poder realizar la curva esfuerzo- deformación. En la siguiente figura se observa que 
Autodesk Inventor nos da el valor delcentro de gravedad el cual es 40,43 mm, luego este 
valor se hace coincidir con el eje donde se ubicaron los punzones para la realización de la 
prueba. Además del centro de gravedad, se realizó el cálculo para encontrar la inercia del 
material teniendo las dimensiones y áreas de todo el perfil. 
 
Figura 23 Centro de Gravedad Perfil Autodesk Inventor 
 
Figura 24 Grafica Esfuerzo-Deformación Ensayo a Flexión en tres puntos 
 
36 
 
En la figura 24 se puede observar la curva de esfuerzo a flexión en tres puntos vs su 
deformación unitaria en otros cinco perfiles del compuesto. Se puede apreciar en 
comparación al ensayo de compresión varios factores: i) que el comportamiento de la 
región elástica no es totalmente lineal en comparación a la prueba a compresión; ii) en la 
figura 23 se puede observar que la región elástica- plástica es mínima, definiendo así que 
es un material sin fluencia, debido a que no hay grandes deformaciones con un cambio 
mínimo de esfuerzo. 
 
Tabla 11 Esfuerzo a Flexión en tres puntos 
En la tabla 11 están los valores de Esfuerzo en MPa del ensayo a flexión, se pueden 
promediar y como resultado el esfuerzo a flexión en tres puntos es de 36,55 MPa con una 
desviación de 4,08 MPa. Este valor es muy cercano al obtenido en el ensayo de 
compresión, se puede concluir que los perfiles del compuesto fueron homogéneos y que 
su desempeño es similar ante estos dos escenarios. 
 
 Tabla 12 Modulo de Elasticidad - Deformación Ensayo a Flexión en tres puntos 
 
37 
 
En la tabla 12 se puede ver los valores de módulo de elasticidad y el porcentaje de 
deformación de los perfiles estructurales sometidos a esfuerzo a flexión en tres puntos. El 
valor del módulo de Young o elasticidad es menor a los perfiles sometidos a compresión, 
esto indica que su pendiente tiene un comportamiento no estrictamente recto. Se puede 
verificar que el porcentaje de deformación tiene un valor promedio de 7,62%, mayor que 
en el ensayo de compresión. De lo anterior, podemos concluir que los perfiles a esfuerzo 
de flexión soportan mayor deformación antes de presentar falla que los perfiles bajo 
esfuerzos a compresión. 
6.3 Comparación con perfil estructural estandarizado 
Como análisis de los resultados obtenidos en los dos ensayos realizados se puede 
comparar el mismo perfil estándar “T” escogido con diferentes materiales conociendo la 
densidad de estos. Como el perfil escogido es de AISC, se comparó con un acero 1020 
comúnmente conocido en la industria de la construcción. Con esta comparación podemos 
analizar las propiedades específicas en relación a la densidad de nuestro compuesto y 
que tan viable es en comparación al acero. 
Calculando la densidad obtenido de cada perfil se puede comparar, conociendo la 
densidad del acero al 0,20% de carbono de 7,87 gr/cm3. Al ser Acero un material 
isotrópico sus propiedades mecánicas y térmicas son las mismas en todas las direcciones, 
se tomó el valor de resistencia ultima a fluencia de 400 MPa tanto para flexión como para 
compresión. 
 
Tabla 13 Relación Esfuerzo – Masa material compuesto vs metal 
En la tabla anterior se identifica la relación de Esfuerzo – densidad del compuesto 
fabricado y del Acero 1020. Los valores de relación se pueden comparar y analizar lo que 
se puede concluir que están en un mismo orden de magnitud mientras se 
 
38 
 
da como resultado que el Acero 1020 es tan solo 21% más alto que el compuesto a 
Compresión y 33% mejor a Flexión en comparación al compuesto natural. 
La relación Esfuerzo – Densidad en comparación de un metal compara las propiedades 
específicas que son óptimos, debido a que se está trabajando con materiales naturales 
que pueden ser una solución al reemplazo de materiales utilizados en la industria 
constructora. Al conocer cuánto esfuerzo soporta por gramo cada material, se puede 
concluir que el compuesto natural fomenta la preservación del medio ambiente para el 
reemplazo de piezas estructurales y se puede concluir un desempeño favorable que puede 
convertirse en una opción para dicha industria. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
39 
 
7. CONCLUSIONES 
Se diseñó el molde adecuado, el cual permitirá obtener el perfil en ´T´ deseado del 
material compuesto de Fibra de Cabecinegro y Matriz de PLA. Se estableció una 
metodología detallada y apropiada para el proceso de manufactura de los perfiles. 
Los resultados tanto para el ensayo a Compresión como para el ensayo a Flexión en tres 
puntos son similares, lo que se puede concluir que este material es homogéneo en 
respuesta a distintos esfuerzos. 
Como resultado se puede concluir que la orientación de las fibras y su fracción de 
volumen en el compuesto aporta considerablemente a optimizar su desempeño sometido 
a distintos esfuerzos. 
Trabajar con la fibra de Cabecinegro como refuerzo en una matriz de PLA para un material 
compuesto resulta viable ya que ofrece la capacidad de fabricar distintos perfiles 
estructurales y piezas con propiedades mecánicas admisibles en la industria automotriz, 
entre otras. 
La relación Esfuerzo – Densidad del ensayo a compresión y a flexión en comparación de un 
metal son óptimos, debido a que se está trabajando con materiales naturales que pueden 
ser una solución al reemplazo de materiales utilizados en la industria constructora. 
Debido a una búsqueda de nuevos materiales que fomenten la preservación del medio 
ambiente para el reemplazo de piezas estructurales se puede concluir que el compuesto 
natural fabricado en este proyecto tiene un desempeño favorable que puede convertirse 
en una opción para dicha industria. 
 
 
 
 
40 
 
8. RECOMENDACIONES Y TRABAJO FUTURO 
 
Como recomendación para trabajos futuros de este material compuesto a escala mayor se 
propone profundizar en la forma de unir pliegos de fibra para obtener una mayor cantidad 
de área la cual se puede trabajar y fabricar nuevos perfiles o geometrías deseadas en una 
nivel amplio a la aplicada en este proyecto de grado. Se propone igualmente que la 
dirección de las fibras tenga una complejidad mayor aumentando así las orientaciones 
para obtener resultados diferentes en pruebas de esfuerzo a distintos casos. 
Buscar alternativas del proceso de fabricación. En este proyecto se trabajó con una 
manufactura del compuesto mediante un moldeo por compresión, se recomienda 
profundizar en otros métodos de moldeo. Identificar otros procesos los cuales los dos 
elementos que forman parte del compuesto se puedan adherir y homogenizar. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
41 
 
BIBLIOGRAFÍA 
Acero, L. E. (2000). Arboles, gentes y costumbres. Bogotá: Universidad Distrital Francisco José de 
Caldas. 
AISC, A. (2011). Steel Contruction Manual 14 edition. Chicago. 
Chin, A. (2010). Polymers for Innovative Food Packaging. Worcester. 
Chun-kit, H. (2011). Critical Factors on manufacturing processes of natural fibre composites. Hong 
Konk: Elsevier Ltd. 
D695-10, A. (s.f.). Standard Test Method For Compressive Properties of Rigid Plastics. 
D7264, A. (s.f.). Standard Test Method for Flexural Properties of Polymer Matrix Composite 
Materials. 
Delgado Von Halle, C. (2011). Perfiles Estructurales a Partir de Laminados de PLA y Cabecinegro 
(Manicaria Saccifera). Bogotá.D.C. 
Faruk, O. (2012). Biocomposites Reinforced with Natural Fibers. Progress in Polymer Science. 
Isaac M, D. (2006). Engineering Mechanics of Composite Materials. New York: Oxford: Oxford 
University Press. 
Ledezma, E. (2011). Etnobotánica de las Palmas en las Tierras Bajas del Pacífico Colombiano, con 
Énfasis en la Palma Cabecinegro (Manicaria Saccifera) . Bogotá: Universidad Nacional de 
Colombia. 
Leon, J., & Riveros, V. (2008). Diseño, Construcción, Montaje y Operación de una Turbina Pelton 
para Generar Electricidad. Bucaramanga: Universidad Pontifica Bolivariana Seccional 
Bucaramanga. 
Lukas Sobczak, R. W. (2012). Polypropylene compositeswith natural fibers and wood – General 
mechanical property profiles. Composites Science and Technology. 
Monroy, C. (2011). Caracterización Macromecánica de un Material Compuesto a Base de Ácido 
Poliláctico (PLA) y Fibras Naturales de Cumare (Astrocaryum Chambira). Bogota: 
Universidad de los Andes. 
Netravali, A. N. (2003). Composites get greener. 
Peña, C. (2001). Manejo del Werrengue y otros recursos de uso artesanal en el bajo San Juan. Cali, 
Valle: Convenio Artesanias Colombia - FES. 
Pickering, K. L. (2008). Properties and performance of natural-fibre composites. England: 
Woodhead Publishing Limited. 
 
42 
 
Piñeiro, S. (2009). Caracterizacion de Materiales Compuestos con Matriz de Resina Epóxica 
Reforzada con Fibras de Carbono y Aramida. Bogotá: Universidad de los Andes. 
Rojas de Francisco, M. C. (2009). Análisis de la Sostenibilidad de la Fibra de Cabecinegro: una 
Mirada Desde los procesos productivos y Culturales de la Comunidad Indigena Waunana 
de San Antonio de Togoramá, Chocó. Bogotá. 
Rojas, D. (2013). Diseño, Manufactura y Caracterización Mecánica de perfil estructural en "C" 
fabricado a partir de material compuesto de PLA y Cabecinegro. [Manicaria Saccifera]. 
Bogota: Universidad de los Andes. 
Stupenengo, F. (2010). Materiales y Materias Primas. Buenos Aires: Instituto Nacional de 
Educación Tecnólogica. 
Tiphaine, R. (2002). Preparación y Caracterización de Nanocompuestos en Base de PLA. 
Universidad Politecnica de Cataluña. 
Wilbert, J. (1976). Manicaria Saccofera and its Cultural Significance. Botanical Museum Leaflets 
Harvard University. 
 
 
 
 
43 
 
ANEXOS 
Planos Molde 
 
 
03/04/2014
 
Materia: Proyecto de Grado
Diego Naranjo Beltran [200822231]
Universidad de Los Andes
Facultad de Ingenier a 
Departamento de Ingenier a Mec nica
Molde WT50x9.65 Tapa Inferior Escala 1:2
Acabados N7
Medidas en mm.
Tolerancia de 
1
10 mm.
200.00
1
0.
0
12
0.
0
1
0.
0
75.0 50.0 75.0
14
0
.0
0
30
.0 1
0.
0
10
.0 20
.0
30
.0
03/04/2014
 
Materia: Proyecto de Grado
Diego Naranjo Beltran [200822231]
Universidad de Los Andes
Facultad de Ingenier a 
Departamento de Ingenier a Mec nica
Molde WT50x9.65 Tapas Laterales Escala 1:2
Acabados N7
Medidas en mm.
Tolerancia de 
1
10 mm.
28
.7
6
7
0.
0
20
.0
30.0 66.45
1
20
.0
96.45
21.4575.0
11
8.
7
6
R6.35
120.0
 
44 
 
 
 
 
 
03/04/2014
 
Materia: Proyecto de Grado
Diego Naranjo Beltran [200822231]
Universidad de Los Andes
Facultad de Ingenier a 
Departamento de Ingenier a Mec nica
Molde WT50x9.65 Tapa Superior Escala 1:2
Acabados N7
Medidas en mm.
Tolerancia de 
1
10 mm.
40
.0
2
0.
0
20
.0
140.0
200.0
30.0
1
40
.0
0
03/04/2014
 
Materia: Proyecto de Grado
Diego Naranjo Beltran [200822231]
Universidad de Los Andes
Facultad de Ingenier a 
Departamento de Ingenier a Mec nica
Molde WT50x9.65 Ensamble Escala 1:2
Acabados N7
Medidas en mm.
Tolerancia de 
1
10 mm.
200.0
30.0 140.0 30.0
20
10
7
0.
0
0
8.
76
2
0
2
0
75.00
21.45
7.11
 
21.45
75.00
10.00 120.00 10.00
20
10
7
8.
7
6
2
0
2
0
 
45 
 
 
Especificaciones IngeoTM Biopolímero 2003D