Galve Villa, José Eduardo
Dr. D. Carmelo Pina Gadea (dir.) ; Dr. D. Daniel Elduque Viñuales (dir.)
Universidad de Zaragoza,
2021
Resumen: El consumo de plástico a nivel mundial ha sufrido un aumento continuo desde la invención del mismo. La
flexibilidad que ofrece en cuanto a propiedades físicas, métodos de fabricación o coste lo convierten en
uno de los materiales más útiles y flexibles a la hora de diseñar productos. Sin embargo, en las últimas
décadas el uso excesivo y el inadecuado tratamiento tras su fase de uso nos ha hecho enfrentarnos al
problema de la gestión de estos residuos.
A la vez que el volumen de plástico acumulado en el mundo aumentaba, también lo ha hecho la conciencia
medioambiental de la sociedad. Se ha promovido un cambio en el modelo económico y social que obliga
a las empresas a hacer frente al reto de generar menos residuos y gestionar de la manera más eficiente
posible los generados.
El aspecto medioambiental llegó al diseño de producto con una metodología que buscaba disminuir el
impacto 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 ambiental
como un factor más sobre el que se puede influir en la fase de diseño. Algunos de estos enfoques pasan
por seleccionar materiales y procesos de fabricación con cargas ambientales menores a otras alternativas
y seleccionar métodos de unión entre componentes que permitan una rápida y fácil separación y
reciclabilidad.
Esta tesis se centra en la evaluación ambiental del plástico reciclado y en el análisis de viabilidad de su uso
para procesos industriales. El impacto ambiental se ha analizado de forma comparativa para una misma
unidad 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 de
plástico utilizada en encimeras de inducción cuyo principal objeto es el alojamiento de placas electrónicas
y la gestión del cableado interno del aparato. El resultado, publicado en el artículo “Life Cycle Assessment
of 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. El
análisis parte de la descomposición del proceso completo en fases y el estudio de todos los procesos
llevados a cabo para recuperar desechos post-industriales de plástico. Este proceso se realiza hasta la
obtención de material reciclado, cuyas características físicas son equiparables, según los resultados de la
investigación, a las de materiales vírgenes.
Esta reducción supone el 30% del impacto, según la metodología ReCiPe, para el caso de la sustitución
directa de un material virgen por otro reciclado. Se debe principalmente al descenso de los impactos
asociados a la fabricación de la materia prima. Se puede afirmar, por tanto, que en un escenario en el que
técnicamente sea viable el uso de materiales reciclados, se obtendrá un mayor ahorro medioambiental al
sustituir dichos materiales vírgenes por su correspondiente alternativa de fuentes recicladas.
El análisis de las propiedades mecánicas del material reciclado comienza con la realización de una
simulación del proceso de inyección comparativa entre ambas fuentes de material para una pieza de
plástico utilizado como soporte de electrónica y gestión de cableado en encimeras de inducción del grupo
BSH. Para la caracterización de las propiedades mecánicas del material se requerían muestras inyectadas
con dicho material en un molde ya existente. Para asegurar la factibilidad, se realizó una caracterización
reológica y posteriormente una simulación del proceso de inyección. El análisis de la granza demuestra
una mayor viscosidad en el material reciclado que, sin embargo, no afecta de forma considerable al
proceso de moldeo por inyección. Los resultados fueron presentados en el 30º Congreso Europeo de
Modelado y Simulación (EMSS) de 2018 en Budapest, con el artículo titulado: “PROCESSABILITY ANALYSIS
OF 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 a
su nuevo estado, el material reciclado sufre una serie de daños en su estructura interna, como el
acortamiento de sus cadenas poliméricas, que pueden alterar, entre otros aspectos, su comportamiento
dimensional 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 with
Recycled Polypropylene” se analizan las variaciones dimensionales sufridas por un componente inyectado
en material reciclado sometido a diferentes ensayos térmicos y comparados con el material original. Se
comprueba el efecto del aumento de viscosidad observado en el material reciclado, generando mayor
cantidad de tensiones internas en la pieza analizada. Estas tensiones, liberadas ante la aportación de
energía en el calentamiento a diferentes temperaturas, provocan alteraciones dimensionales distintas en
piezas de diferentes materias primas. Esto se ve agravado por la geometría de la pieza por la que se
observa el efecto de la menor rigidez del material reciclado. La mayor contracción se obtiene en las
dimensiones afectadas por geometrías menos rígidas. Sin embargo, la variación dimensional, si bien
tiende a ser mayor en material reciclado, no es significativa a efectos prácticos, por lo que se ha
determinado 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. El
resultado arroja la viabilidad de utilizar materiales reciclados, obteniendo parámetros aceptables de los
valores de Cp y Cpk en todos los casos. Sin embargo, sí se muestra una mayor variabilidad en las medidas
obtenidas 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 piezas
inyectadas 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 y
80ºC Estas temperaturas de análisis se han seleccionado por considerarse situaciones reales durante su
etapa 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 el
material reciclado con respecto al material virgen y de ambos con respecto a sus fichas técnicas. Esta
disminución, 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 respecto
al material virgen a 80ºC.
Por tanto, con que esta tesis doctoral se ha logrado evaluar la viabilidad técnica y ambiental del uso de
material reciclado. Los resultados obtenidos han servido para introducir un PP reciclado en la producción
de encimeras de inducción.
Resumen (otro idioma):
flexibilidad que ofrece en cuanto a propiedades físicas, métodos de fabricación o coste lo convierten en
uno de los materiales más útiles y flexibles a la hora de diseñar productos. Sin embargo, en las últimas
décadas el uso excesivo y el inadecuado tratamiento tras su fase de uso nos ha hecho enfrentarnos al
problema de la gestión de estos residuos.
A la vez que el volumen de plástico acumulado en el mundo aumentaba, también lo ha hecho la conciencia
medioambiental de la sociedad. Se ha promovido un cambio en el modelo económico y social que obliga
a las empresas a hacer frente al reto de generar menos residuos y gestionar de la manera más eficiente
posible los generados.
El aspecto medioambiental llegó al diseño de producto con una metodología que buscaba disminuir el
impacto 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 ambiental
como un factor más sobre el que se puede influir en la fase de diseño. Algunos de estos enfoques pasan
por seleccionar materiales y procesos de fabricación con cargas ambientales menores a otras alternativas
y seleccionar métodos de unión entre componentes que permitan una rápida y fácil separación y
reciclabilidad.
Esta tesis se centra en la evaluación ambiental del plástico reciclado y en el análisis de viabilidad de su uso
para procesos industriales. El impacto ambiental se ha analizado de forma comparativa para una misma
unidad 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 de
plástico utilizada en encimeras de inducción cuyo principal objeto es el alojamiento de placas electrónicas
y la gestión del cableado interno del aparato. El resultado, publicado en el artículo “Life Cycle Assessment
of 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. El
análisis parte de la descomposición del proceso completo en fases y el estudio de todos los procesos
llevados a cabo para recuperar desechos post-industriales de plástico. Este proceso se realiza hasta la
obtención de material reciclado, cuyas características físicas son equiparables, según los resultados de la
investigación, a las de materiales vírgenes.
Esta reducción supone el 30% del impacto, según la metodología ReCiPe, para el caso de la sustitución
directa de un material virgen por otro reciclado. Se debe principalmente al descenso de los impactos
asociados a la fabricación de la materia prima. Se puede afirmar, por tanto, que en un escenario en el que
técnicamente sea viable el uso de materiales reciclados, se obtendrá un mayor ahorro medioambiental al
sustituir dichos materiales vírgenes por su correspondiente alternativa de fuentes recicladas.
El análisis de las propiedades mecánicas del material reciclado comienza con la realización de una
simulación del proceso de inyección comparativa entre ambas fuentes de material para una pieza de
plástico utilizado como soporte de electrónica y gestión de cableado en encimeras de inducción del grupo
BSH. Para la caracterización de las propiedades mecánicas del material se requerían muestras inyectadas
con dicho material en un molde ya existente. Para asegurar la factibilidad, se realizó una caracterización
reológica y posteriormente una simulación del proceso de inyección. El análisis de la granza demuestra
una mayor viscosidad en el material reciclado que, sin embargo, no afecta de forma considerable al
proceso de moldeo por inyección. Los resultados fueron presentados en el 30º Congreso Europeo de
Modelado y Simulación (EMSS) de 2018 en Budapest, con el artículo titulado: “PROCESSABILITY ANALYSIS
OF 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 a
su nuevo estado, el material reciclado sufre una serie de daños en su estructura interna, como el
acortamiento de sus cadenas poliméricas, que pueden alterar, entre otros aspectos, su comportamiento
dimensional 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 with
Recycled Polypropylene” se analizan las variaciones dimensionales sufridas por un componente inyectado
en material reciclado sometido a diferentes ensayos térmicos y comparados con el material original. Se
comprueba el efecto del aumento de viscosidad observado en el material reciclado, generando mayor
cantidad de tensiones internas en la pieza analizada. Estas tensiones, liberadas ante la aportación de
energía en el calentamiento a diferentes temperaturas, provocan alteraciones dimensionales distintas en
piezas de diferentes materias primas. Esto se ve agravado por la geometría de la pieza por la que se
observa el efecto de la menor rigidez del material reciclado. La mayor contracción se obtiene en las
dimensiones afectadas por geometrías menos rígidas. Sin embargo, la variación dimensional, si bien
tiende a ser mayor en material reciclado, no es significativa a efectos prácticos, por lo que se ha
determinado 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. El
resultado arroja la viabilidad de utilizar materiales reciclados, obteniendo parámetros aceptables de los
valores de Cp y Cpk en todos los casos. Sin embargo, sí se muestra una mayor variabilidad en las medidas
obtenidas 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 piezas
inyectadas 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 y
80ºC Estas temperaturas de análisis se han seleccionado por considerarse situaciones reales durante su
etapa 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 el
material reciclado con respecto al material virgen y de ambos con respecto a sus fichas técnicas. Esta
disminución, 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 respecto
al material virgen a 80ºC.
Por tanto, con que esta tesis doctoral se ha logrado evaluar la viabilidad técnica y ambiental del uso de
material reciclado. Los resultados obtenidos han servido para introducir un PP reciclado en la producción
de encimeras de inducción.
Resumen (otro idioma):
Pal. clave: ingenieria y tecnologia del medio ambiente ; materiales plasticos ; propiedades mecanicas de materiales ; ingenieria y tecnologia mecanicas
Titulación: Programa de Doctorado en Ingeniería Mecánica
Plan(es): Plan 514
Nota: Presentado: 23 11 2021
Nota: Tesis-Univ. Zaragoza, , 2021
Todos los derechos reservados
Enlace permanente:
Registro creado el 2022-02-18, última modificación el 2022-02-18
