Ciencias e Ingeniería de Materiales

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  • Estudio de compósitos de fibras naturales y arcilla para aplicaciones acústicas
    (Universidad Autónoma Metropolitana (México). Unidad Azcapotzalco. Coordinación de Servicios de Información., 2022-07) Victoria Martínez, Uriel
    Durante la última década, las acciones y estudios para contrarrestar los efectos del ruido se han incrementado mediante el uso de materiales aislantes o absorbentes, además de regulaciones civiles a partir del monitoreo en zonas urbanas, ya que la exposición a altos niveles de presión sonora puede causar problemas de salud psicológicos y fisiológicos como ansiedad, depresión, estrés, fatiga, problemas cardíacos, auditivos o cognitivos, así como la pérdida irreversible de audición. Este trabajo tiene como objetivo desarrollar y estudiar compuestos naturales hechos de arcilla reforzada con fibras de coco o nopal para analizar sus coeficientes acústicos y determinar sus aplicaciones como material de aislamiento o acondicionamiento. Los compósitos se obtuvieron mediante la incorporación de 25%, 50% y 75% en peso de cada fibra con la arcilla bentonita. La caracterización física y química de los compuestos se realizó mediante difracción de rayos X (DRX), microscopía electrónica de barrido (MEB), microscopía óptica, espectroscopia infrarroja por transformada de Fourier (FT-IR) y análisis termogravimétrico (ATG). Las propiedades de dureza y densidad aparente de los compósitos se obtuvieron de muestras con tres meses de envejecimiento. Mediante DRX, se identificaron en la bentonita los compuestos: montmorillonita, cuarzo y feldespato. El FT-IR permitió la identificación de los grupos funcionales de la arcilla y para las fibras se determinó la presencia de lignina y hemicelulosa. Las micrografías muestran que la fibra de coco es más porosa que la de nopal; el tamaño de las fibras de nopal fue de entre 71.8 y 219.7 nm (microscopía electrónica) y de las de coco fue de 0.1613 mm (microscopía óptica). La densidad aparente de los compósitos sigue el modelo de la regla de mezclas, mientras que la dureza cambia muy poco en las muestras preparadas con fibra de nopal. A través del ATG se encontró que la bentonita mejora la estabilidad térmica de los compósitos. Los coeficientes acústicos de absorción, reflexión y transmisión de los materiales se determinaron mediante el método del tubo de impedancia, en el rango de 50 a 10 000 Hz. Las muestras obtenidas después del proceso de síntesis se caracterizaron en un tubo de impedancias de dos cámaras acústicas. Para las pruebas de humedad se agregaron hasta cuatro gotas de agua, obteniendo la respuesta al impulso en cada compósito para cada gota agregada. Los resultados para las muestras secas mostraron un aumento de las propiedades de absorción acústica al agregar las fibras en los compósitos, donde se observó que la fibra de coco presentó una mayor absorción de sonido que la fibra de nopal. La dureza y la densidad del material se relacionan directamente con una reducción del coeficiente de absorción, aunque las pruebas realizadas muestran que las fibras de nopal en los compósitos no aumentan su dureza y sus propiedades acústicas, a diferencia de las fibras de coco. Los resultados obtenidos de la caracterización acústica realizados en la prueba de humedad superficial demostraron que los coeficientes de absorción, reflexión y absorción del coco cambian al aumentar la humedad en las muestras. Mientras que, para el caso del nopal, debido a su composición y propiedades hidrofóbicas, no se presenta una variación significativa en sus propiedades acústicas. Los compósitos realizados a base de fibra de coco presentan mejores propiedades de absorción y reducción acústica, mientras que los de fibra de nopal destacan en la reflexión de sonido.