José Luis Valin

Director Escuela Ingeniería Mecánica PUCV

La producción de materiales compuestos con fibras naturales se debe, entre otros factores, a la creciente preocupación mundial por la preservación del medioambiente y la utilización de materia prima renovable. El uso de materiales compuestos con elementos naturales se ha extendido a muchos aspectos de la vida humana, y su producción en los últimos años ha incrementado el interés por los compuestos que son reforzados con fibras.

Por un lado, estos presentan ciertas ventajas sobre sus homólogos reforzados con materiales sintéticos, tales como bajos precios, bajas densidades, que no son nocivos para la salud, que favorecen el aislamiento acústico y térmico, que son menos abrasivos con las máquinas que los procesan, que no contaminan, tienen alta disponibilidad y son renovables.

Por otro lado, las características de humedad y la influencia del medio marino hacen de estos materiales buenos candidatos para la sustitución de los metales en las aplicaciones que lo permitan.

El uso de las fibras de origen vegetal como refuerzo permite obtener materiales con mayor resistencia a la tracción, al impacto, y a modificar la naturaleza de los materiales compuestos de matrices poliméricas con el aumento de la inclusión de estos refuerzos. Así, la inclusión de fibras naturales aumenta la resistencia del objeto, mejora el aislamiento acústico y disminuye los costos de la producción.

Muchas de las aplicaciones de estos materiales pueden hacerse en objetos necesarios para la vida diaria como envases, contenedores y medios de consumo. También pueden ser empleados en proyectos para el desarrollo del país, como son la fabricación de aerogeneradores. Estos generadores eléctricos -que convierten la energía cinética del viento en energía mecánica- usan estos materiales compuestos en las capas exteriores de las aspas y algunas partes de la cobertura de la maquinaria.

Interesados en esta temática, en la Escuela de Ingeniería Mecánica de la PUCV se investiga en materiales compuestos renovables. El equipo de trabajo desde el 2017 está coordinado por el Dr. José Luis Valin Rivera, donde colabora el Dr. Angel Rodríguez Soto, y en él se han desarrollado trabajos de investigación con alumnos tesistas de la Escuela.

Como resultado de estos trabajos se fabricó un material compuesto (de matriz polimérica termofija) reforzado con fibras de cáñamo, mediante el cual obtuvo el título de Ingeniero Mecánico el alumno Rolando Briones. Siguiendo la misma línea de investigación, los alumnos Cristián Valenzuela y Arturo Quinteros obtuvieron el título de Ingeniero Civil Mecánico con la defensa de los trabajos de fibras de sisal en una matriz de poliéster. Y la alumna María José Ahumada desarrolló el trabajo de investigación en un material compuesto de matriz polimérica reforzada con fibras de cáñamo y partículas de bentonita.

Los trabajos realizados se han desarrollado en varias etapas, partiendo de la selección de los materiales usados como componentes, la obtención de los materiales compuestos, los métodos de fabricación, la determinación de sus propiedades, el ajuste de modelos que permitan simular su comportamiento en el tiempo. En la etapa final se establece el estudio del impacto ambiental, las implicaciones económicas de las diferentes etapas y la propuesta de tecnologías de fabricación y metodologías de caracterización de los materiales.

Los datos sobre las propiedades de los compuestos y sus componentes, así como los modelos de comportamiento de los materiales permitirán determinar la evolución de las piezas fabricadas bajo diferentes regímenes de carga en el tiempo. Los resultados de estos cálculos y simulaciones serán validados mediante la comparación con experimentos prácticos realizados sobre prototipos físicos.

La obtención de todos los datos, los modelos de comportamiento de los materiales, así como los métodos y las técnicas de fabricación, permitirán establecer metodologías para la obtención de piezas y partes, lo que hará posible generalizar su producción en diferentes lugares del país, según los recursos disponibles y las necesidades a cubrir.