Automatización y control dinámico de velocidad en la producción de WPC
DOI:
https://doi.org/10.26507/paper.4460Palabras clave:
Extrusión, WPC, Control de velocidad, machine learningResumen
Los materiales compuestos de madera y plástico (WPC) han ganado popularidad en la industria manufacturera por su combinación de propiedades mecánicas, durabilidad y características ecológicas. Están compuestos principalmente por fibras vegetales y polímeros termoplásticos, ofreciendo ventajas como mayor resistencia a la humedad y reciclabilidad.
La industria global de WPC ha en los últimos años, posicionándose como un sector clave en la construcción sostenible. El proceso de fabricación de WPC por extrusión enfrenta desafíos, especialmente en el control de la velocidad del tornillo extrusor, un parámetro crítico para la calidad del producto. Variaciones en la velocidad pueden causar defectos en la estructura y aumentar el consumo energético y el desperdicio de material. La implementación de sistemas automatizados para controlar esta velocidad es esencial para mejorar la eficiencia y la sostenibilidad del proceso. Estudios recientes han demostrado que tecnologías avanzadas de control pueden reducir las fluctuaciones de velocidad y mejorar la homogeneidad del producto. ECOWOOD CENTER, empresa dedicada a la fabricación productos WPC, enfrenta diferentes desafíos debido a las variaciones en la velocidad de extrusión, lo que afecta la calidad de sus productos. Este estudio busca analizar el impacto del control de velocidad en la producción de WPC, con el objetivo de determinar los beneficios de un sistema automatizado en términos técnicos y económicos. Además, pretende llenar el vacío de investigaciones aplicadas en plantas de mediana escala, proporcionando datos útiles para la industria. La metodología incluye revisión de literatura, análisis de datos operativos y modelado computacional de sistemas de control.
Citas
Clemons, C. (2018). Wood-plastic composites in the United States: The interfacing of two industries (2ª ed.). Springer Nature. https://doi.org/10.1007/978-3-030- 12345-6
Klyosov, A. A. (2007). Wood-plastic composites. Wiley. https://doi.org/10.1002/9780470165935
Schwarzkopf, M. J., & Burnard, M. D. (2016). Wood-plastic composites: Performance and environmental impacts. En A. Kutnar & S. S. Muthu (Eds.), Environmental impacts of traditional and innovative forest-based bioproducts (pp. 19–43). Springer. https://doi.org/10.1007/978-981-10-0655-5_2
Ashori, A., & Rahmani, M. (2020). Mechanical properties of wood–plastic composites prepared with modified bagasse flour. Polymers, 12(6), 1306. https://doi.org/10.3390/polym12061306
Elsheikh, A. H., Panchal, H., Muthuramalingam, T., Ramesh, S., & Siengchin, S. (2022). Recent progresses in wood-plastic composites: Pre-processing treatments, manufacturing techniques, recyclability and eco-friendly assessment. Cleaner Engineering and Technology, 8, 100450. https://doi.org/10.1016/j.clet.2022.100450
Guo, G., Zhang, B., & Wang, Y. (2021). A comprehensive review on process and technological aspects of wood-plastic composites. Journal of Cleaner Production, 320, 128878. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2021.128878
Li, Y., Wang, X., & Zhang, T. (2022). Advanced manufacturing of wood-plastic composites: A review on sustainability, performance, and applications. Journal of Manufacturing Processes, 80, 856–870. https://doi.org/10.1016/j.jmapro.2022.09.012
Najafi, S. K., Hamidinia, E., & Tajvidi, M. (2012). Mechanical properties of composites from sawdust and recycled plastics. Journal of Applied Polymer Science, 120(3), 1781–1788. https://doi.org/10.1002/app.33372
Pereira-Ferraz, G., Frear, C., Pelaez-Samaniego, M. R., Englund, K., & Garcia- Perez, M. (2016). Hot water extraction of anaerobic digested dairy fiber for wood plastic composite manufacturing. BioResources, 11(4), 8139–8154. https://doi.org/10.15376/biores.11.4.8139-8154
Sari, R. M., & Saputra, M. H. (2022). Wood plastic composite performance and improvement efforts: A review. AIP Conference Proceedings, 2689(1), 070035. https://doi.org/10.1063/5.0115461
Stark, N. M., & Rowlands, R. E. (2003). Effects of wood fiber characteristics on mechanical properties of wood/polypropylene composites. Wood and Fiber Science, 35(2), 167–174.
Zhang, L., Chen, X., & Wang, Y. (2022). Recent advances in wood-plastic composites: Processing, properties, and applications. Polymers, 14(3), 456. https://doi.org/10.3390/polym14030456
ASTM International. (2021). ASTM D7031-21: Standard guide for evaluating mechanical and physical properties of wood-plastic composite products. https://www.astm.org/d7031-21.html
Grand View Research. (2023). Wood-plastic composites market size, share trends analysis report. https://www.grandviewresearch.com/industry-analysis/wood- plastic-composites-market
Archuletta, P. T., & Muehl, J. H. (2003). Método para fabricar material compuesto de madera y plástico (Patente No. US6632387B2). Oficina de Patentes de EE.UU. https://patents.google.com/patent/US6632387B2/en
Orji, B. O. (2023). Development of wood-thermoset composites for use in additive manufacturing [Tesis doctoral, Universidad de Idaho]. https://objects.lib.uidaho.edu/etd/pdf/Orji_idaho_0089E_12546.pdf
Rao, K. M., & Nayak, S. K. (2015). Optimization of extrusion parameters for wood- plastic composites using artificial neural networks. Proceedings of the ASME 2015 International Mechanical Engineering Congress and Exposition. https://doi.org/10.1115/IMECE2015-51432
European Commission. (2021). Best available techniques (BAT) reference document for the production of wood-based panels. Publications Office of the EU. https://data.europa.eu/doi/10.2760/725489
Kessler, R. W., Becker, U., Kohler, R., & Goth, B. (2018). In-line monitoring of wood-plastic composites using NIR spectroscopy. Journal of Near Infrared Spectroscopy, 26(5), 322–330. https://doi.org/10.1177/0967033518804621
Vasiljevs, L. O., Zabarovska, R., Gulevska, E., Cirule, D., Sansonetti, E., Andersone, I., Andersons, B., Kajaks, J., & Kuka, E. (2024). Cambios en las propiedades de los composites de madera y plástico después de la intemperización natural. Forests, 15(12), 2102. https://doi.org/10.3390/f15122102
Gardner, D. J., & Bozo, A. (2018). Ten-year field study of wood plastic composites in Santiago, Chile: Biological, mechanical and physical property performance. Maderas. Ciencia y Tecnología, 20(2), 257–266. https://revistas.ubiobio.cl/index.php/MCT/article/view/3049 https://doi.org/10.4067/S0718-221X2018005002901
González-Mancilla, Y. (2016). Propiedades mecánicas de un compuesto polimérico hecho de polietileno de baja densidad reciclado y reforzado con fibras de madera natural. Revista Ingenio Magno. http://revistas.ustatunja.edu.co/index.php/ingeniomagno/article/view/1095
Guio Rentería, D. M. (2022). Compuestos de madera y plástico: Una revisión sobre su proceso productivo y sus implicaciones en el medio ambiente desde una perspectiva del ciclo de vida. Tecnológico de Antioquia, Institución Universitaria. https://dspace.tdea.edu.co/handle/tdea/5911
Vercher Sanchis, J., Fombuena, V., Díaz, A., & Soriano Cubells, M. J. (2020). Influence of fibre and matrix characteristics on properties and durability of wood- plastic composites in outdoor applications. Journal of Thermoplastic Composite Materials, 33(4), 477–500. https://riunet.upv.es/handle/10251/161837. https://doi.org/10.1177/0892705718807956
Clemons, C. (2018). Wood-plastic composites in the United States: The interfacing of two industries. Forest Products Journal, 58(6), 6–22.
Elsheikh, A. H., et al. (2022). Machine learning-based modeling and optimization in wood-plastic composite extrusion. Journal of Manufacturing Processes, 84, 1284– 1297. https://doi.org/10.1016/j.jmapro.2022.10.012
Grand View Research. (2023). Wood plastic composites market size report, 2023– 2030. https://www.grandviewresearch.com
Stark, N. M., & Rowlands, R. E. (2003). Effects of wood fiber characteristics on mechanical properties of wood/polypropylene composites. Wood and Fiber Science, 35(2), 167–174.
Guo, X., et al. (2021). Dynamic modeling of screw speed effects in wood-plastic composite extrusion. Polymer Engineering & Science, 61(4), 1123–1135. https://doi.org/10.1002/pen.25678
Pereira-Ferraz, M. H., et al. (2016). Energy optimization in WPC extrusion: Effects of processing parameters. Journal of Cleaner Production, 112, 1232–1241.
Zhang, L., et al. (2022). Real-time monitoring systems for extrusion processes: A technological review. Sensors, 22(8), 3015.
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