Evaluación del impacto ambiental del proceso de reciclado de materiales plásticos

Autor: Galve Villa, José Eduardo, Dr. D. Carmelo Pina Gadea, Dr. D. Daniel Elduque Viñuales
Rok vydání: 2021
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Zdroj: Zaguán. Repositorio Digital de la Universidad de Zaragoza
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Popis: El consumo de plástico a nivel mundial ha sufrido un aumento continuo desde la invención del mismo. Laflexibilidad que ofrece en cuanto a propiedades físicas, métodos de fabricación o coste lo convierten enuno de los materiales más útiles y flexibles a la hora de diseñar productos. Sin embargo, en las últimasdécadas el uso excesivo y el inadecuado tratamiento tras su fase de uso nos ha hecho enfrentarnos alproblema de la gestión de estos residuos.A la vez que el volumen de plástico acumulado en el mundo aumentaba, también lo ha hecho la concienciamedioambiental de la sociedad. Se ha promovido un cambio en el modelo económico y social que obligaa las empresas a hacer frente al reto de generar menos residuos y gestionar de la manera más eficienteposible los generados.El aspecto medioambiental llegó al diseño de producto con una metodología que buscaba disminuir elimpacto ambiental de los productos desde la misma fase de concepción de los mismos. El conocido como“Ecodiseño” propone adicionalmente, mediante diferentes enfoques, la valoración del impacto ambientalcomo un factor más sobre el que se puede influir en la fase de diseño. Algunos de estos enfoques pasanpor seleccionar materiales y procesos de fabricación con cargas ambientales menores a otras alternativasy seleccionar métodos de unión entre componentes que permitan una rápida y fácil separación yreciclabilidad.Esta tesis se centra en la evaluación ambiental del plástico reciclado y en el análisis de viabilidad de su usopara procesos industriales. El impacto ambiental se ha analizado de forma comparativa para una mismaunidad funcional que puede ser fabricada en distintos materiales de origen virgen y un material reciclado,de forma más concreta, buena parte de la tesis doctoral se ha centrado en el estudio de una pieza deplástico utilizada en encimeras de inducción cuyo principal objeto es el alojamiento de placas electrónicasy la gestión del cableado interno del aparato. El resultado, publicado en el artículo “Life Cycle Assessmentof a Plastic Part Injected with Recycled Polypropylene. A Comparison with Alternative Virgin Materials”,muestra la reducción del impacto desglosada en las diferentes etapas del ciclo de vida del producto. Elanálisis parte de la descomposición del proceso completo en fases y el estudio de todos los procesosllevados a cabo para recuperar desechos post-industriales de plástico. Este proceso se realiza hasta laobtención de material reciclado, cuyas características físicas son equiparables, según los resultados de lainvestigación, a las de materiales vírgenes.Esta reducción supone el 30% del impacto, según la metodología ReCiPe, para el caso de la sustitucióndirecta de un material virgen por otro reciclado. Se debe principalmente al descenso de los impactosasociados a la fabricación de la materia prima. Se puede afirmar, por tanto, que en un escenario en el quetécnicamente sea viable el uso de materiales reciclados, se obtendrá un mayor ahorro medioambiental alsustituir dichos materiales vírgenes por su correspondiente alternativa de fuentes recicladas.El análisis de las propiedades mecánicas del material reciclado comienza con la realización de unasimulación del proceso de inyección comparativa entre ambas fuentes de material para una pieza deplástico utilizado como soporte de electrónica y gestión de cableado en encimeras de inducción del grupoBSH. Para la caracterización de las propiedades mecánicas del material se requerían muestras inyectadascon dicho material en un molde ya existente. Para asegurar la factibilidad, se realizó una caracterizaciónreológica y posteriormente una simulación del proceso de inyección. El análisis de la granza demuestrauna mayor viscosidad en el material reciclado que, sin embargo, no afecta de forma considerable alproceso de moldeo por inyección. Los resultados fueron presentados en el 30º Congreso Europeo deModelado y Simulación (EMSS) de 2018 en Budapest, con el artículo titulado: “PROCESSABILITY ANALYSISOF AN INJECTED PART IN VIRGIN OR RECYCLED POLYPROPYLENE”Debido al origen post-industrial de los desechos y al proceso de reciclaje mecánico sufrido para llegar asu nuevo estado, el material reciclado sufre una serie de daños en su estructura interna, como elacortamiento de sus cadenas poliméricas, que pueden alterar, entre otros aspectos, su comportamientodimensional en piezas inyectadas o bien generar alabeos o deformaciones debido a las tensiones internas.En el artículo “Dimensional Stability and Process Capability of an Industrial Component Injected withRecycled Polypropylene” se analizan las variaciones dimensionales sufridas por un componente inyectadoen material reciclado sometido a diferentes ensayos térmicos y comparados con el material original. Secomprueba el efecto del aumento de viscosidad observado en el material reciclado, generando mayorcantidad de tensiones internas en la pieza analizada. Estas tensiones, liberadas ante la aportación deenergía en el calentamiento a diferentes temperaturas, provocan alteraciones dimensionales distintas enpiezas de diferentes materias primas. Esto se ve agravado por la geometría de la pieza por la que seobserva el efecto de la menor rigidez del material reciclado. La mayor contracción se obtiene en lasdimensiones afectadas por geometrías menos rígidas. Sin embargo, la variación dimensional, si bientiende a ser mayor en material reciclado, no es significativa a efectos prácticos, por lo que se hadeterminado viable la utilización de estos materiales para la pieza estudiada.También se realiza un estudio de la estabilidad del proceso de inyección para ambos materiales. Elresultado arroja la viabilidad de utilizar materiales reciclados, obteniendo parámetros aceptables de losvalores de Cp y Cpk en todos los casos. Sin embargo, sí se muestra una mayor variabilidad en las medidasobtenidas en materiales reciclados, estando los resultados de las muestras analizadas en material virgen,comprendidos en un rango de medidas menor.Por último, se analizan las propiedades mecánicas en base a muestras obtenidas a partir de piezasinyectadas en ambos materiales. De nuevo se analizan las propiedades consideradas de mayor interés(tensión de fluencia y módulo elástico) a tres diferentes temperaturas: temperatura ambiente, 50ºC y80ºC Estas temperaturas de análisis se han seleccionado por considerarse situaciones reales durante suetapa de almacenamiento previo a su ensamblaje, y en su etapa de uso.El resultado de éste análisis muestra una pérdida de propiedades del 22% del módulo elástico en elmaterial reciclado con respecto al material virgen y de ambos con respecto a sus fichas técnicas. Estadisminución, sin embargo, tiende a igualarse cuando el material se encuentra a temperaturas mayores,siendo el límite elástico in 13% mayor para el material virgen a 50º y de nuevo un 11% menor con respectoal material virgen a 80ºC.Por tanto, con que esta tesis doctoral se ha logrado evaluar la viabilidad técnica y ambiental del uso dematerial reciclado. Los resultados obtenidos han servido para introducir un PP reciclado en la producciónde encimeras de inducción.
Databáze: OpenAIRE
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