Evaluación del impacto ambiental del proceso de reciclado de materiales plásticos.

El consumo de plástico a nivel mundial ha sufrido un aumento continuo desde la invención del mismo. La<br />flexibilidad que ofrece en cuanto a propiedades físicas, métodos de fabricación o coste lo convierten en<br />uno de los materiales más útiles y flexibles a la hora de diseñar prod...

Descripción completa

Detalles Bibliográficos
Autores: Galve Villa, José Eduardo, Dr. D. Carmelo Pina Gadea, Dr. D. Daniel Elduque Viñuales
Tipo de recurso: tesis de maestría
Estado:Versión publicada
Fecha de publicación:2021
País:España
Institución:Universidad de Zaragoza
Repositorio:Zaguán. Repositorio Digital de la Universidad de Zaragoza
OAI Identifier:oai:zaguan.unizar.es:110745
Acceso en línea:http://zaguan.unizar.es/record/110745
Access Level:acceso abierto
Palabra clave:ingenieria y tecnologia del medio ambiente
materiales plasticos
propiedades mecanicas de materiales
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description El consumo de plástico a nivel mundial ha sufrido un aumento continuo desde la invención del mismo. La<br />flexibilidad que ofrece en cuanto a propiedades físicas, métodos de fabricación o coste lo convierten en<br />uno de los materiales más útiles y flexibles a la hora de diseñar productos. Sin embargo, en las últimas<br />décadas el uso excesivo y el inadecuado tratamiento tras su fase de uso nos ha hecho enfrentarnos al<br />problema de la gestión de estos residuos.<br />A la vez que el volumen de plástico acumulado en el mundo aumentaba, también lo ha hecho la conciencia<br />medioambiental de la sociedad. Se ha promovido un cambio en el modelo económico y social que obliga<br />a las empresas a hacer frente al reto de generar menos residuos y gestionar de la manera más eficiente<br />posible los generados.<br />El aspecto medioambiental llegó al diseño de producto con una metodología que buscaba disminuir el<br />impacto ambiental de los productos desde la misma fase de concepción de los mismos. El conocido como<br />“Ecodiseño” propone adicionalmente, mediante diferentes enfoques, la valoración del impacto ambiental<br />como un factor más sobre el que se puede influir en la fase de diseño. Algunos de estos enfoques pasan<br />por seleccionar materiales y procesos de fabricación con cargas ambientales menores a otras alternativas<br />y seleccionar métodos de unión entre componentes que permitan una rápida y fácil separación y<br />reciclabilidad.<br />Esta tesis se centra en la evaluación ambiental del plástico reciclado y en el análisis de viabilidad de su uso<br />para procesos industriales. El impacto ambiental se ha analizado de forma comparativa para una misma<br />unidad funcional que puede ser fabricada en distintos materiales de origen virgen y un material reciclado,<br />de forma más concreta, buena parte de la tesis doctoral se ha centrado en el estudio de una pieza de<br />plástico utilizada en encimeras de inducción cuyo principal objeto es el alojamiento de placas electrónicas<br />y la gestión del cableado interno del aparato. El resultado, publicado en el artículo “Life Cycle Assessment<br />of a Plastic Part Injected with Recycled Polypropylene. A Comparison with Alternative Virgin Materials”,<br />muestra la reducción del impacto desglosada en las diferentes etapas del ciclo de vida del producto. El<br />análisis parte de la descomposición del proceso completo en fases y el estudio de todos los procesos<br />llevados a cabo para recuperar desechos post-industriales de plástico. Este proceso se realiza hasta la<br />obtención de material reciclado, cuyas características físicas son equiparables, según los resultados de la<br />investigación, a las de materiales vírgenes.<br />Esta reducción supone el 30% del impacto, según la metodología ReCiPe, para el caso de la sustitución<br />directa de un material virgen por otro reciclado. Se debe principalmente al descenso de los impactos<br />asociados a la fabricación de la materia prima. Se puede afirmar, por tanto, que en un escenario en el que<br />técnicamente sea viable el uso de materiales reciclados, se obtendrá un mayor ahorro medioambiental al<br />sustituir dichos materiales vírgenes por su correspondiente alternativa de fuentes recicladas.<br />El análisis de las propiedades mecánicas del material reciclado comienza con la realización de una<br />simulación del proceso de inyección comparativa entre ambas fuentes de material para una pieza de<br />plástico utilizado como soporte de electrónica y gestión de cableado en encimeras de inducción del grupo<br />BSH. Para la caracterización de las propiedades mecánicas del material se requerían muestras inyectadas<br />con dicho material en un molde ya existente. Para asegurar la factibilidad, se realizó una caracterización<br />reológica y posteriormente una simulación del proceso de inyección. El análisis de la granza demuestra<br />una mayor viscosidad en el material reciclado que, sin embargo, no afecta de forma considerable al<br />proceso de moldeo por inyección. Los resultados fueron presentados en el 30º Congreso Europeo de<br />Modelado y Simulación (EMSS) de 2018 en Budapest, con el artículo titulado: “PROCESSABILITY ANALYSIS<br />OF AN INJECTED PART IN VIRGIN OR RECYCLED POLYPROPYLENE”<br />Debido al origen post-industrial de los desechos y al proceso de reciclaje mecánico sufrido para llegar a<br />su nuevo estado, el material reciclado sufre una serie de daños en su estructura interna, como el<br />acortamiento de sus cadenas poliméricas, que pueden alterar, entre otros aspectos, su comportamiento<br />dimensional en piezas inyectadas o bien generar alabeos o deformaciones debido a las tensiones internas.<br />En el artículo “Dimensional Stability and Process Capability of an Industrial Component Injected with<br />Recycled Polypropylene” se analizan las variaciones dimensionales sufridas por un componente inyectado<br />en material reciclado sometido a diferentes ensayos térmicos y comparados con el material original. Se<br />comprueba el efecto del aumento de viscosidad observado en el material reciclado, generando mayor<br />cantidad de tensiones internas en la pieza analizada. Estas tensiones, liberadas ante la aportación de<br />energía en el calentamiento a diferentes temperaturas, provocan alteraciones dimensionales distintas en<br />piezas de diferentes materias primas. Esto se ve agravado por la geometría de la pieza por la que se<br />observa el efecto de la menor rigidez del material reciclado. La mayor contracción se obtiene en las<br />dimensiones afectadas por geometrías menos rígidas. Sin embargo, la variación dimensional, si bien<br />tiende a ser mayor en material reciclado, no es significativa a efectos prácticos, por lo que se ha<br />determinado viable la utilización de estos materiales para la pieza estudiada.<br />También se realiza un estudio de la estabilidad del proceso de inyección para ambos materiales. El<br />resultado arroja la viabilidad de utilizar materiales reciclados, obteniendo parámetros aceptables de los<br />valores de Cp y Cpk en todos los casos. Sin embargo, sí se muestra una mayor variabilidad en las medidas<br />obtenidas en materiales reciclados, estando los resultados de las muestras analizadas en material virgen,<br />comprendidos en un rango de medidas menor.<br />Por último, se analizan las propiedades mecánicas en base a muestras obtenidas a partir de piezas<br />inyectadas en ambos materiales. De nuevo se analizan las propiedades consideradas de mayor interés<br />(tensión de fluencia y módulo elástico) a tres diferentes temperaturas: temperatura ambiente, 50ºC y<br />80ºC Estas temperaturas de análisis se han seleccionado por considerarse situaciones reales durante su<br />etapa de almacenamiento previo a su ensamblaje, y en su etapa de uso.<br />El resultado de éste análisis muestra una pérdida de propiedades del 22% del módulo elástico en el<br />material reciclado con respecto al material virgen y de ambos con respecto a sus fichas técnicas. Esta<br />disminución, sin embargo, tiende a igualarse cuando el material se encuentra a temperaturas mayores,<br />siendo el límite elástico in 13% mayor para el material virgen a 50º y de nuevo un 11% menor con respecto<br />al material virgen a 80ºC.<br />Por tanto, con que esta tesis doctoral se ha logrado evaluar la viabilidad técnica y ambiental del uso de<br />material reciclado. Los resultados obtenidos han servido para introducir un PP reciclado en la producción<br />de encimeras de inducción.<br />
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Se ha promovido un cambio en el modelo económico y social que obliga<br />a las empresas a hacer frente al reto de generar menos residuos y gestionar de la manera más eficiente<br />posible los generados.<br />El aspecto medioambiental llegó al diseño de producto con una metodología que buscaba disminuir el<br />impacto ambiental de los productos desde la misma fase de concepción de los mismos. El conocido como<br />“Ecodiseño” propone adicionalmente, mediante diferentes enfoques, la valoración del impacto ambiental<br />como un factor más sobre el que se puede influir en la fase de diseño. Algunos de estos enfoques pasan<br />por seleccionar materiales y procesos de fabricación con cargas ambientales menores a otras alternativas<br />y seleccionar métodos de unión entre componentes que permitan una rápida y fácil separación y<br />reciclabilidad.<br />Esta tesis se centra en la evaluación ambiental del plástico reciclado y en el análisis de viabilidad de su uso<br />para procesos industriales. El impacto ambiental se ha analizado de forma comparativa para una misma<br />unidad funcional que puede ser fabricada en distintos materiales de origen virgen y un material reciclado,<br />de forma más concreta, buena parte de la tesis doctoral se ha centrado en el estudio de una pieza de<br />plástico utilizada en encimeras de inducción cuyo principal objeto es el alojamiento de placas electrónicas<br />y la gestión del cableado interno del aparato. El resultado, publicado en el artículo “Life Cycle Assessment<br />of a Plastic Part Injected with Recycled Polypropylene. A Comparison with Alternative Virgin Materials”,<br />muestra la reducción del impacto desglosada en las diferentes etapas del ciclo de vida del producto. El<br />análisis parte de la descomposición del proceso completo en fases y el estudio de todos los procesos<br />llevados a cabo para recuperar desechos post-industriales de plástico. Este proceso se realiza hasta la<br />obtención de material reciclado, cuyas características físicas son equiparables, según los resultados de la<br />investigación, a las de materiales vírgenes.<br />Esta reducción supone el 30% del impacto, según la metodología ReCiPe, para el caso de la sustitución<br />directa de un material virgen por otro reciclado. Se debe principalmente al descenso de los impactos<br />asociados a la fabricación de la materia prima. Se puede afirmar, por tanto, que en un escenario en el que<br />técnicamente sea viable el uso de materiales reciclados, se obtendrá un mayor ahorro medioambiental al<br />sustituir dichos materiales vírgenes por su correspondiente alternativa de fuentes recicladas.<br />El análisis de las propiedades mecánicas del material reciclado comienza con la realización de una<br />simulación del proceso de inyección comparativa entre ambas fuentes de material para una pieza de<br />plástico utilizado como soporte de electrónica y gestión de cableado en encimeras de inducción del grupo<br />BSH. Para la caracterización de las propiedades mecánicas del material se requerían muestras inyectadas<br />con dicho material en un molde ya existente. Para asegurar la factibilidad, se realizó una caracterización<br />reológica y posteriormente una simulación del proceso de inyección. El análisis de la granza demuestra<br />una mayor viscosidad en el material reciclado que, sin embargo, no afecta de forma considerable al<br />proceso de moldeo por inyección. Los resultados fueron presentados en el 30º Congreso Europeo de<br />Modelado y Simulación (EMSS) de 2018 en Budapest, con el artículo titulado: “PROCESSABILITY ANALYSIS<br />OF AN INJECTED PART IN VIRGIN OR RECYCLED POLYPROPYLENE”<br />Debido al origen post-industrial de los desechos y al proceso de reciclaje mecánico sufrido para llegar a<br />su nuevo estado, el material reciclado sufre una serie de daños en su estructura interna, como el<br />acortamiento de sus cadenas poliméricas, que pueden alterar, entre otros aspectos, su comportamiento<br />dimensional en piezas inyectadas o bien generar alabeos o deformaciones debido a las tensiones internas.<br />En el artículo “Dimensional Stability and Process Capability of an Industrial Component Injected with<br />Recycled Polypropylene” se analizan las variaciones dimensionales sufridas por un componente inyectado<br />en material reciclado sometido a diferentes ensayos térmicos y comparados con el material original. 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El<br />resultado arroja la viabilidad de utilizar materiales reciclados, obteniendo parámetros aceptables de los<br />valores de Cp y Cpk en todos los casos. Sin embargo, sí se muestra una mayor variabilidad en las medidas<br />obtenidas en materiales reciclados, estando los resultados de las muestras analizadas en material virgen,<br />comprendidos en un rango de medidas menor.<br />Por último, se analizan las propiedades mecánicas en base a muestras obtenidas a partir de piezas<br />inyectadas en ambos materiales. De nuevo se analizan las propiedades consideradas de mayor interés<br />(tensión de fluencia y módulo elástico) a tres diferentes temperaturas: temperatura ambiente, 50ºC y<br />80ºC Estas temperaturas de análisis se han seleccionado por considerarse situaciones reales durante su<br />etapa de almacenamiento previo a su ensamblaje, y en su etapa de uso.<br />El resultado de éste análisis muestra una pérdida de propiedades del 22% del módulo elástico en el<br />material reciclado con respecto al material virgen y de ambos con respecto a sus fichas técnicas. Esta<br />disminución, sin embargo, tiende a igualarse cuando el material se encuentra a temperaturas mayores,<br />siendo el límite elástico in 13% mayor para el material virgen a 50º y de nuevo un 11% menor con respecto<br />al material virgen a 80ºC.<br />Por tanto, con que esta tesis doctoral se ha logrado evaluar la viabilidad técnica y ambiental del uso de<br />material reciclado. 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