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RECICLATGE

20 DESCRIPTIVA DE MATERIALES. MATERIALES EN EL PROCESO DE DISEÑO, 2002

M. SÁNCHEZ SOTO R. GÁMEZ A. GORDILLO P. PAGÈS M. LL. MASPOCH

El mecanismo por el que se diseña una pieza de plástico es un proceso

complejo que implica el conocimiento de las características mecánicas,

eléctricas y físicas de la pieza y también de los procesos de transformación.

La principal tarea del diseñador es traducir una serie de requerimientos e

ideas previas en las dimensiones y formas finales que tendrá la pieza. Para

conseguirlo de forma optimizada el diseñador debe hacer uso de su

experiencia, conocimientos y de una metodología de diseño adecuada. El

objeto de este trabajo es poner de manifiesto los pasos a seguir cuando se

aborda un diseño y la aplicación a una pieza de plástico fabricada en material

reciclado.

Cuando se aborda el diseño de una determinada pieza, artículo o mecanismo, el diseñador

debe tomar en consideración numerosos factores o requisitos que son previos a la definición

del objeto y que tienen una gran influencia sobre las prestaciones finales. La traducción de

dichos factores en ideas, formas y dimensiones es en definitiva el fin último del diseño. El

objeto de este artículo es poner de manifiesto una metodología de diseño y su aplicación final

al ejemplo de una pieza realizada en material plástico reciclado.

La creación de una pieza es un proceso complejo en el que el diseñador, además de conocer

los requerimientos funcionales de la misma, debe estar familiarizado con los procesos de

transformación que se emplean, conocer las propiedades de los materiales así como las

condiciones, a las que estará sometida la pieza durante su vida útil, una dificultad

suplementaria es que numerosas veces, gran parte de los requisitos no son a priori conocidos

o no están convenientemente definidos. [1]

El objetivo de un proceso de diseño es proporcionar una solución adecuada al problema que

se plantea, pero además, la solución debe ser dada en su momento justo. En la actualidad, el

nivel de exigencia del mercado obliga a acortar los tiempos de desarrollo de producto

mientras que por otra parte deben reducirse costes e incrementar la calidad de los elementos

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que se fabrican, sin embargo, para conseguir un diseño óptimo es necesaria la inversión de

tiempo y recursos. La solución de esta aparente contradicción estriba en el uso de

herramientas de diseño y simulación potentes y en la adopción de una metodología de diseño

efectiva.

Las técnicas de simulación a través de elementos finitos (CAD/CAE) constituyen

herramientas fundamentales de apoyo a la consecución y desarrollo efectivo del producto,

mientras que el empleo de disciplinas basadas en la ingeniería concurrente (Figura 1) permite

anticipar soluciones en las etapas primarias de definición del producto, esto es, cuando los

costes son menores. La intención fundamental de la ingeniería concurrente es la de implicar

desde buen principio a todas las personas que van a tener una participación futura en el

mismo aprovechando la experiencia de cada participante para llegar más rápidamente a la

solución.

Figura 1. – Esquema del proceso de ingeniería concurrente.

El proceso que conduce hasta la definición completa de la pieza tiene un carácter iterativo, las

etapas básicas que lo forman pueden visualizarse en la Figura 2. Algunas de las etapas

fundamentales se describen seguidamente.


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Figura 2. – Esquema del proceso de diseño.

Especificaciones o requisitos de diseño

El primer paso a realizar es el establecimiento de las necesidades que se pretende satisfaga la

pieza y la acotación y definición de todos los requerimientos funcionales y no funcionales de

la misma. El establecimiento de estos requisitos es una de las tareas de mayor dificultad y

también de mayor importancia en cualquier diseño porque cuanto mejor sea la definición de

las especificaciones de la pieza tanto mejor será el ajuste de sus prestaciones con respecto a la

utilización prevista. Por otro lado si la definición de condicionantes es incompleta o

incorrecta el resultado será una pieza no válida o no totalmente optimizada.

En muchas ocasiones resulta muy difícil anticipar alguno de los requisitos de un producto,

bien por su desconocimiento, como por ejemplo las condiciones de abuso o mal uso del

mismo, o bien como resultado de su difícil definición, como por ejemplo en conceptos

subjetivos como la estética. Aún así es siempre más útil y practico tratar de encontrar

propiedades o características que puedan medirse y que representen la cualidad que se desea

posea el artículo.

Una vez acotados los requerimientos del diseño se identifican todas las variables libres y las

restricciones de la pieza y se agrupan en términos de aspectos funcionales comunes

(esfuerzos mecánicos, condiciones ambientales de trabajo, requerimientos dimensionales y

legales etc.). A partir de aquí se cuantifican las especificaciones técnicas elaborando


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expresiones matemáticas que muestren las relaciones existentes entre las diferentes variables

para posteriormente seleccionar aquellas que ejercen una mayor influencia sobre el diseño.

Concepto preliminar de la pieza

Una vez que los requisitos de la pieza han sido establecidos es posible desarrollar un diseño

preliminar o conceptual del producto. En este diseño conceptual se elabora una primera

visión de la pieza estableciendo las dimensiones generales de la misma y sus interrelaciones

con el exterior o con otros componentes, también se especifican aquellas dimensiones o

funciones que son fijas y las que desde el punto de vista del diseño pueden estar sujetas a

cambios. A lo largo de esta etapa no se realiza la definición completa de la pieza sino que

preferentemente se definen aquellos elementos comunes que obligatoriamente debe

proporcionar, contener o asegurar el producto. El siguiente paso a seguir es el de elegir los

materiales que mejor se adapten a las especificaciones técnicas de la pieza.

Selección de materiales

La elección del material constituyente es un factor determinante en el diseño de una pieza,

por lo que conseguir una buena aproximación al inicio del proceso puede ahorrar mucho

esfuerzo, tiempo y sobretodo dinero. Actualmente existe una gran variedad de tipos y grados

diferentes de materiales con propiedades muy diversas de manera que la selección del

material ideal para una pieza o componente no es un trabajo fácil.

Una primera aproximación razonable es utilizar formas y materiales que tradicionalmente se

han venido o vienen empleando en piezas con funcionalidad similar a la que nos ocupa, sin

embargo, esto deja de ser valido cuando se abordan diseños nuevos o cuando se buscan

alternativas mas baratas y eficientes a las existentes.

A partir del establecimiento de los requisitos finales de la pieza el diseñador puede generar un

perfil de propiedades clave con el que empezar a comparar y seleccionar los materiales más

adecuados para la aplicación final. En este sentido es útil realizar la comparación en función

de aquellas propiedades que no son susceptibles de ser mejoradas a través del diseño como

por ejemplo la transparencia, resistencia química, conductividad eléctrica etc.

Otra forma de realizar la elección del material es emplear una serie de gráficas [2-3] en las

que se agrupan las diferentes familias de materiales en función de los atributos que, según

requiera el diseño, se pretendan maximizar o minimizar. Tales atributos han sido definidos

con anterioridad y reflejan aquellos parámetros o relación de parámetros que normalmente

tienen influencia en los diseños como: Módulo de Young/densidad, resistencia/densidad

tenacidad/resistencia, expansión térmica/conductividad, módulo/coste etc., una vez

seleccionados los parámetros críticos, la aplicación de estas gráficas proporcionará al

diseñador una serie de familias de materiales que de acuerdo a lo anterior cumplen las

prestaciones requeridas.

En este nivel de desarrollo del producto es útil contar con varios materiales candidatos

para poder contrastarlos entre sí, por otra parte debe tenerse en consideración que las

propiedades de dichos materiales serán diferentes y por lo tanto también lo será la geometría

de las piezas asociadas a cada una de ellas. Así por ejemplo un material con rigidez doble que

otro necesitará en principio la mitad de espesor para soportar un mismo esfuerzo mecánico.


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Proceso de fabricación

Tan importante como realizar una correcta selección de materiales es asegurar que la pieza

puede ser realizada mediante los procesos de transformación y con la tecnología existente. La

falta de consideración de este factor puede desembocar en una pieza con diseño excelente

pero imposible de fabricar o económicamente inviable. Así pues, todo proceso de diseño debe

considerar las restricciones que impone el método de fabricación.

En el caso de la transformación de materiales plásticos las principales restricciones afectan a

tamaños, espesores y formas de pieza alcanzables, debiéndose verificar la viabilidad de

realización de la pieza o en caso contrario modificarla adecuadamente para conseguir su fácil

fabricación.

Al igual que en la selección se materiales también se han elaborado gráficas genéricas [3] que

permiten seleccionar los procesos mas adecuados para la fabricación de la pieza de acuerdo

con parámetros como el área específica de la pieza, espesor, peso, rugosidad superficial o

temperatura de fusión.

El proceso por el que se transforman un mayor número de piezas de plástico diferentes y la

mayoría de piezas técnicas es la inyección, por ello, a lo largo de este artículo nos referiremos

específicamente al caso de artículos inyectados, sin embargo, la metodología de trabajo es

análoga independientemente del método de transformación empleado.

Selección final de materiales

Para acometer la selección final del material con el que se va a realizar la pieza un

procedimiento que puede emplearse es el de la cuantificación objetiva de cada uno de los

materiales resultantes de la selección efectuada en la anterior etapa.

En primer lugar es conveniente realizar un listado exhaustivo de todas las propiedades que

desde el punto de vista del material se desea que tenga la pieza, por ejemplo en términos de

resistencia mecánica, resistencia química, módulo elástico etc. En segundo lugar, cada una de

las propiedades se valora con un índice numérico, dando, si es el caso, mayor importancia a

aquella o aquellas propiedades que resulten de vital importancia para la pieza. Finalmente se

realiza el cómputo de todas las propiedades y se extrae como resultado un valor global

representativo del material que indicará la mayor o menor adecuación del material a la

finalidad prevista.

Consideraciones a tener en cuenta en el diseño de piezas de plástico

Tal y como se ha visto anteriormente el diseño de una pieza debe concebirse en función de las

propiedades del material, así, no es lo mismo diseñar una bisagra, o un muelle, en metal o en

plástico.

Tradicionalmente, para la concepción de una pieza inyectada de plástico, se ha partido de un

primer diseño funcional de la misma, y también de la elección de un tipo, grado y formulación

del material. A partir de estas dos primeras selecciones, se ha procedido al cálculo o a la

estimación de las características mecánicas de la pieza, a fin de colocar los nervios y refuerzos


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necesarios para proporcionar la adecuada rigidez y consistencia mecánica.

La baja conductividad térmica junto con las contracciones que sufre el material plástico al

enfriarse dentro del molde limitan el espesor máximo que puede tener la pieza inyectada,

obligando a diseñar con grandes superficies específicas. El diseño de piezas inyectadas con

grandes espesores es problemático y difícil pues lleva asociados numerosos defectos e implica

largos tiempos de procesado.

En comparación con otras alternativas como los metales o cerámicos, los materiales plásticos

tienen un bajo módulo elástico, por lo tanto, para obtener por ejemplo una rigidez en flexión

equivalente, debe compensarse el bajo módulo del material con el aumento del momento de

inercia. El aumento del momento de inercia se consigue a través de la adecuada disposición

de nervios y refuerzos que deberán ser estrechos y profundos tanto para maximizar el

momento de inercia como para evitar las vacuolas internas o los rechupes superficiales que

puedan producirse al enfriarse el material.

Otro aspecto a considerar en la viabilidad de una pieza inyectada es como se distribuye el

material dentro del molde durante el proceso de inyección. Es bien conocido [4] que las

condiciones empleadas en la inyección pueden alterar las propiedades e incluso las

dimensiones finales de las piezas y por tanto resulta de gran utilidad anticipar en lo posible

los problemas que puedan aparecer en la pieza antes de la construcción del molde.

El desarrollo de los métodos de cálculo numérico por ordenador y la aparición de ordenadores

cada ver más rápidos, está permitiendo la implementación extensiva de técnicas CAE para el

cálculo y diseño de piezas de plástico que en general abordan dos conceptos: el cálculo

mecánico y la simulación de la inyección.

Proceso de cálculo mecánico

Como consecuencia de su naturaleza viscoelástica, los materiales plásticos presentan un

comportamiento elástico cuando se solicitan a altas velocidades de deformación, mientras

que cuando se solicitan a bajas velocidades de deformación predomina un comportamiento

viscoso. Dicho comportamiento está provocado por la libertad de movimientos de los

segmentos de cadena polimérica y queda representado en la Figura 3.


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apropiacióndel espaciodel hábitat

[...]

Figura 3. – Diagramas tensión-deformación a diferentes velocidades de solicitación.

En la gráfica anterior se observa que, a medida que aumenta la temperatura, disminuye el

módulo elástico y la tensión de cedencia, aumentando la elongación a rotura, mientras que

ocurre lo contrario a medida que aumenta la velocidad de deformación. Ello implica que

además de la variación de las propiedades con respecto a la temperatura, en los materiales

plásticos deberá tenerse en cuenta el tiempo de aplicación de la carga, siendo de especial

relevancia aquellos casos en los que una determinada carga está aplicada sobre una pieza

durante un largo periodo de tiempo.

Cuando una pieza de plástico se encuentra solicitada de manera continua, exhibirá

inicialmente una deformación elástica instantánea seguida de un continuo incremento de

deformación debido al comportamiento viscoso del material, siendo esta última deformación

dependiente del tiempo de aplicación de la carga y obviamente de la tensión aplicada (Figura

4).


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tecnología médica o

bioingeniería.

Finalmente se hace una

descripción de los

aparatos o sistemas en

los que encuentran

aplicación los

biomateriales. Estos

aparatos cumplen un

espectro tan amplio que

incluye tanto suturas

como prótesis vasculares

u ortopédicas o bien

órganos artificiales.

[...]

20 DESCRIPTIVADE MATERIALES.

MATERIALES EN EL

PROCESO DE DISEÑO,2002

SERGIO OLLER,

EUGENIO OÑATE

Predicción devida enestructuras

El presente trabajo es

una breve reseña sobre

el problema de la

predicción de vida, o

estudio de la

durabilidad, de los

materiales estructurales

sometidos a acciones

mecánicas, térmicas y

químicas. Este

documento está

enfocado desde las

técnicas numéricas y

resalta la potencialidad

de este tipo de

herramienta en el

estudio de estructuras

sometidas a fenómenos

altamente complejos y

acoplados.

[...]

Figura 4. – Curvas genéricas de afluencia con el tiempo de un material plástico. Curvas isométrica e isócrona.

Para obtener una pieza que soporte una carga aplicada durante un largo periodo de tiempo

deben emplearse las curvas de fluencia con el tiempo del material y asegurar que la pieza no

se romperá o deformara en exceso durante su vida en servicio. Una forma sencilla, aunque

conservadora, es trabajar con la curva tensión-deformación isócrona en el tiempo que se

desea soporte la pieza y extraer las propiedades mecánicas a partir de dicha curva. Así por

ejemplo, el módulo elástico vendría dado por:

O de otro modo por la pendiente de la curva isócrona trazada al tiempo t. La forma más exacta

de cálculo es disponer de las curvas experimentales del material en forma de ecuación

matemática y analizar la evolución de las tensiones de la pieza con el tiempo por ejemplo

mediante programas de cálculo mecánico por elementos finitos [5], de esta forma es incluso

posible predecir el comportamiento de la pieza bajo esfuerzos variables.

Por otra parte el comportamiento de los plásticos es diferente en tracción que en compresión

de manera que deberán aplicarse los distintos valores de compresión o de tracción según esté

solicitada la parte de la pieza, y en caso de indeterminación aplicar los valores de tracción que

son más críticos. En la práctica sin embargo, es habitual trabajar con las curvas de tracción

del material y mantener un pequeño nivel de seguridad.

Simulación de la inyección

Los programas de simulación de la inyección permiten predecir el comportamiento reológico

de los plásticos en el molde y determinar los parámetros del proceso de transformación e

incluso optimizar el diseño del molde, pudiendo obtenerse mejoras significativas en la calidad

del producto final [6].


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Para realizar la simulación del proceso de inyección es necesario conocer la geometría de la

pieza a inyectar, el tipo de máquina, el material del molde y las características del material

que se inyecta (temperatura de inyección, curvas PVT, etc.,) sin embargo, el propio programa

de cálculo [7] incorpora la mayoría de las características y propiedades que se necesitan.

En un primer paso se introducen las características aproximadas del proceso: temperatura de

inyección, temperatura del molde y de expulsión, proporcionando el programa lo que se

conoce como ventana de proceso en la que se reflejan las condiciones en las que la inyección

será factible (Figura 5).

Figura 5. – Ejemplo de ventana del proceso.

A partir de este punto el programa proporciona una primera aproximación a las variables

óptimas del sistema, pudiéndose determinar por ejemplo el perfil de velocidades de inyección

recomendado, el tiempo de inyección y de mantenimiento de presión o una primera

estimación de las oclusiones de aire y de en su caso las líneas de soldadura.

Uno de los gráficos que proporciona más información es el que muestra avance del flujo de

material fundido por el interior de la pieza. A través de este resultado puede determinarse la

posición más idónea para el punto de inyección o definir si el paso del material está

convenientemente compensado y por lo tanto adoptar las correspondientes medidas

correctoras. Esta primera fase de análisis permite optimizar pues la alimentación del molde,

su equilibrado, la situación y dimensión de la entrada a la pieza y la posición de salida de

gases y líneas de soldadura.

En un segundo nivel de profundidad en la simulación, introduciendo la geometría de los

canales de refrigeración del molde, se puede obtener el tiempo de refrigeración de la pieza y

por consiguiente el tiempo total de ciclo, lo que nos permite tener una aproximación fiable al

coste final de la pieza. Además de lo anterior, el sistema proporciona la eficiencia de los

canales de refrigeración y la distribución de temperaturas dentro de la pieza con lo que

cualitativamente puede obtenerse una estimación del potencial alabeo o deformación de la

pieza.


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Como último nivel de resultados el sistema proporciona las contracciones y deformaciones de

la pieza simulada. La estimación de las contracciones y deformaciones es uno de los

principales objetivos en el diseño de moldes y tiene una gran repercusión desde el punto de

vista económico. Las causas principales de contracción se pueden agrupar en tres categorías

[8]: Orientación del flujo, diferencias de presión y cristalización y refrigeración diferencial de

la pieza. A partir de la observación de contracción volumétrica de la pieza, de los posibles

reflujos del material dentro del molde y de la evolución de la velocidad de deformación, se

puede optimizar el perfil de presiones de mantenimiento y su tiempo de aplicación, factores

ambos que son de gran importancia para la estabilidad dimensional y calidad de la pieza.

Aplicación: Soporte de un palet en plástico reciclado

A través de este análisis se desea comprobar la viabilidad de la fabricación en material

plástico reciclado de una pieza que se emplea como soporte o pata de un palet. El palet consta

de dos elementos, una plancha o base realizada en cartón prensado y cinco de las piezas

citadas como soportes. Su empleo es básicamente el transporte de sacos, cajas u otras

mercancías, la geometría de la pieza está inicialmente definida (Figura 6), sin embargo se

desea conseguir, en la medida de lo posible, mejores prestaciones mecánicas.

Figura 6. – Geometría inicial de la pieza.

Especificaciones de la pieza.

Los requerimientos iniciales de la pieza son los siguientes:

• Dimensiones de la plancha de 800 x 600 mm. con 5 soportes, cuatro en las esquinas y uno

central.

• Fuerza a compresión máxima de 1000 Kg sobre el palet completo.

• Necesidad de emplear material reciclado.

• Montaje manual (esfuerzo de montaje< 50 N).

• Geometría de la pieza inicialmente definida según figura 6.


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• Coste mínimo.

• Temperatura de trabajo máxima 50º C.

• Proceso de fabricación por inyección.

Las condiciones de mal uso o de seguridad de la pieza no son conocidas, por ello,

considerando el uso de la pieza se ha creído conveniente que la pieza ofrezca una buena

seguridad de funcionamiento por lo que como criterio de diseño se ha tomado que la pieza

soporte una carga máxima por si sola de 500 Kg.

Selección de materiales

La selección de materiales en este particular caso se encuentra limitada al caso de los

materiales plásticos. Dada la función de la pieza interesa que su módulo elástico y su

resistencia a compresión sean máximos.

La densidad y en consecuencia el peso de la pieza no es un parámetro crítico aunque deben

minimizarse los espesores de la pieza A partir de las gráficas de Ashby [3] podemos comparar

los diversos polímeros en función de las características citadas. En el caso que nos ocupa se

han tomado en cuenta las gráficas:

• Módulo vs. resisténcia a flexión *

(*alternativa a compresión por falta de datos)

• Resistencia vs. a temperatura

• Módulo vs. coste.

• Tenacidad vs. resisténcia a flexión.

Tabla 1.- Valoración comparativa de los materiales.Nota: Valoración de 1 a 10. Tres primeros conceptos afectados por factor multiplicador de 2.

Como resultado de la consideración de estas gráficas resultan como materiales potenciales:

LDPE, HDPE, PP o PVC. El polietileno de baja densidad se descarta de entrada debido a su

bajo módulo en comparación con las otras opciones, este bajo módulo impide alcanzar los


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requisitos de carga. Los otros tres materiales se comparan en la tabla siguiente.

Como puede observarse la diferencia entre los materiales considerados es pequeña pudiendo

resultar todos ellos válidos para la aplicación considerada. En el caso real el desarrollo del

diseño se ha llevado a cabo teniendo en cuenta las dos alternativas mejores esto es el

Polipropileno y el PVC. Por otro lado, la creciente necesidad de encontrar aplicaciones a

compuestos reciclados en PVC ha favorecido el empleo de este material en las piezas

expuestas, en este artículo, mostraremos básicamente los resultados obtenidos con el PVC.

Caracterización del material

Previamente a la realización de los cálculos es necesario conocer algunas características

mecánicas de los materiales que se van a emplear. En nuestro caso y dado que se trata de un

material reciclado, ha sido necesario caracterizar previamente el material hallándose las

curvas tensión-deformación en tracción mediante el empleo de una máquina universal de

ensayos. La curva de resultados (PVC) es la mostrada en la Figura 7. Para el polipropileno se

emplearon datos obtenidos del fabricante a partir de polipropilenos reciclados sin carga. El

resumen de propiedades se muestra en la tabla 2.

Tabla 2. Resumen de propiedades.


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Figura 7.- Curva tensión de formación para PVC reciclado. V= 5 mm/min.

Las características en función del tiempo se han obtenido a partir experiencias hechas con el

material virgen ya que resulta muy costosa la realización de ensayos de fluencia a largo

tiempo. Por otra parte a priori se considera que la diferencia entre virgen y reciclado será poco

acusada y que el efecto del tiempo será en la práctica despreciable pues la fluencia aparece en

tensión i nuestra pieza está solicitada a compresión. La ecuación que rige el comportamiento

con el tiempo para el PVC es la siguiente:

Cálculo mecánico.

A lo largo de este apartado se aplican las técnicas de discretización por elementos finitos para

simular el comportamiento a compresión del soporte. A través de esta técnica se conocen las

máximas tensiones que aparecen sobre la pieza así como su localización, también es posible

conocer los desplazamientos de la estructura bajo la carga aplicada.

Tomando el modelo geométrico de la pieza se han introducido los valores de las propiedades

de los materiales hallados en el apartado anterior procediendo a la simulación de la pieza. Se

ha simulado 1/4 de pieza aprovechando la simetría geométrica y de carga existentes. Los

resultados para las tensiones y desplazamientos en compresión soportados por la pieza


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pueden verse en la Figura 8.

Figura 8.-A: tensiones a compresión (Mpa) – B: desplazamiento en compresión (mm) Carga = 500 Kg. (PVC)

Como puede verse las tensiones máximas están por debajo de las admisibles para el PVC por

lo que se puede asegurar que la pieza no fallará al aplicar el esfuerzo máximo. También se

puede observar que las tensiones máximas aparecen en la zona inferior de la pieza que tiende

a abombarse hacia el exterior al aplicar la carga.

El desplazamiento producido por el esfuerzo superior (Figura 8-B) se absorbe principalmente

en la parte superior del soporte que tiene tendencia a abrirse la pieza por los flancos. Este

momento es el que ocasiona que el máximo esfuerzo se produzca en la parte de mayor

curvatura de la pieza. Otros análisis [10] han sido orientados en el sentido de hallar una

solución geométrica para reducir las tensiones máximas, esta solución ha consistido en la

inclusión de 5 fuelles en las zonas más curvadas de la pieza en lugar de los 3 existentes en la

actualidad (ver Figura 6).

En lo referente al PP los análisis realizados indican que, debido a su menor módulo, con la

concepción de pieza actual no se alcanzan las prestaciones requeridas por la pieza, siendo en

este caso necesario dotar de mayor rigidez a la pieza cambiando su geometría.

Simulación de la inyección

El primer nivel de análisis de la inyección sirve para establecer una primera aproximación a

las variables del sistema. El resultado de este estudio es independiente del material empleado


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que se considera isotrópico y de propiedades independientes de la presión o temperatura.

Como resultados se han obtenido el perfil de velocidades de husillo óptimo y la situación de

las oclusiones de aire (Figura 9). El perfil de velocidades es un parámetro a introducir en el

análisis de segundo nivel.

Figura 9.- A: aire atrapado.

Figura 9.-B: Perfil de velocidades en función de la carrera de husillo.

Otro dato relevante es el avance del flujo del fundido en el interior del molde (Figura 10).

Puede observarse que el llenado del molde es uniforme y que el paso del material está

balanceado ya que la parte superior, más alejada del punto de inyección, es alcanzada por el

material fundido al mismo tiempo en todas sus zonas. Este hecho es indicativo de ausencia de

problemas a la hora de inyectar el plástic


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Figura 10.- Avance previsto del flujo fundido en el interior del molde.

Figura 11.-A: Canales de refrigeración.

Figura 11.-B: diferencias de temperatura en la pieza.


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El tiempo de ciclo previsto es del orden de 49 segundos, bastante elevado para la pieza que se

fabrica, sin embargo este hecho esta motivado por la baja temperatura de expulsión de la

pieza (47ºC) que redunda en un alargamiento considerable del tiempo de enfriamiento.

La diferencia de temperaturas entre puntos extremos de la pieza es de aproximadamente 18 C

(Figura 11) que se considera baja y no tendrá repercusión en cuanto a provocar futuros

alabeos de la pieza. La optimización de la refrigeración ha llevado a la disposición de canales

que se aprecia en la Figura 11-A.

Figura 12.- Representación del perfil de la presión de mantenimiento.

Para el análisis de las presiones de mantenimiento se ha realizado una simulación que

considera en su conjunto la fase de llenado y empaquetado de la pieza en el molde. Las

principales variables de proceso que rigen el sistema son el tiempo de mantenimiento de la

presión y el nivel o perfil de la misma. El criterio empleado para establecer el tiempo de

enfriamiento es el cierre del paso del canal de alimentación, para ello bastará con determinar

el momento en que se ha solidificado la entrada a la cavidad.

En el material considerado la entrada ha solidificado totalmente al cabo de un tiempo de 30

segundos, de manera que el tiempo restante hasta los 49 segundos totales pertenecen al

tiempo necesario para que la pieza alcance la temperatura de expulsión preseleccionada, y

que pueden ser reducidos en la práctica expulsando la pieza del molde a mayor temperatura.

Por otra parte el perfil de presión de mantenimiento recomendado para la pieza y material

considerado es el mostrado en la Figura 12.

Como resultado final de la simulación en la Tabla 3 se refleja el resumen de parámetros

hallados para la simulación de la pata del palet.


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Tabla 3.- Parámetros representativos extraídos de la simulación.

Conclusiones

Mediante el uso de programas de simulación de cálculo mecánico y de inyección se ha

conseguido verificar la viabilidad de la fabricación de una pieza soporte realizada en PVC

reciclado para un palet. Se ha realizado una selección de materiales encontrando como

óptimos para la aplicación el polipropileno y el PVC reciclados, finalmente, y debido a las

solicitaciones mecánicas de la pieza se ha optado por el PVC como material ideal. Se han

comprobado las características mecánicas de la pieza asegurando el funcionamiento de la

misma bajo carga durante todo el periodo de servicio previsto. De igual manera se ha

comprobado la facilidad de inyectar la pieza, optimizando aspectos como la posición de la

entrada o refrigeración del molde, y encontrando los parámetros de fabricación de la pieza

más adecuados. A través de la metodología expuesta se ha conseguido reducir el tiempo de

diseño y puesta en servicio de la pieza con una gran reducción de costes.

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5-Cosmos V 1.75. Finite element simulation pragram. Structual Research and Analysis Corporation. Santa Mónica Califurnia. 19986- GORDILLO A., Sanchez-Soto, M., Maspoch M.LL., Monge

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