Alicia Porras

Miembro

Actualmente, uno de los problemas globales de mayor preocupación en el ámbito ambiental es la contaminación generada por la acumulación de residuos sólidos. En Colombia, las nuevas legislaciones ambientales y la creciente conciencia ambiental generalizada en la sociedad, impulsan a las industrias a consolidar procesos productivos más limpios con ciclos de vida de productos cerrados, donde uno de los retos a nivel de investigación es plantear nuevos procesos de transformación para los residuos sólidos que permita innovar en el desarrollo de nuevos materiales y/o productos.

En el proceso de innovación, una de las propuestas sostenibles con mayor potencial que hemos venido desarrollando en los últimos años es la formulación de nuevos materiales compuestos implementando residuos agro-industriales y/o fibras naturales colombianas para el diseño y desarrollo de productos verdes, con ventajas competitivas no solo en términos de su sostenibilidad ambiental, sino en el cumplimiento de los requerimientos técnicos, estéticos y costos

Educación 

  • Doctorado en Ingeniería
    Universidad de los Andes
    Colombia
    2016
  • Maestría en Ingeniería Mecánica
    Universidad de los Andes
    Colombia
    2010
  • Ingeniero Química
    Universidad de los Andes
    Colombia
    2008

Línea de Investigación: Materiales Avanzados


Dada la gran diversidad de fibras naturales y residuos agroindustriales en Colombia y el interés por dar valor agregado a estos recursos mediante procesos de transformación que permitan el desarrollo de productos sostenibles, amigables con el medio ambiente y que contribuyan al fortalecimiento y competitividad del país; esta línea de investigación se enfoca en el desarrollo y caracterización de materiales compuestos usando fibras naturales colombinas y residuos agroindustriales, para el diseño de productos verdes.

En el proceso de investigación y desarrollo implementamos diferentes técnicas de caracterización experimental y analítica. Por ejemplo, técnicas de caracterización mediante ensayos físicos, químicos (composición química), térmicos (TGA, DSC), mecánicos (ensayos quasi-estáticos como tensión, flexión, compresión, impacto, fatiga, de laminación, cortante y ensayos dinámicos como barra de Hopkinson y pruebas balísticas), microscopia (SEM y TEM), reología (capilar y platos paralelos), espectroscopia (FTIR) y diseño de experimentos robustos por el método de Taguchi.

 

 

  • Fibras Naturales/Agroindustriales:

Las fibras naturales son cada vez más interesantes para el desarrollo de productos verdes dado las ventajas ambientales, técnicas y económicas que ofrecen tales como: bajo costo, buenas propiedades mecánicas específicas, baja densidad, buenas propiedades como aislante térmico y acústico, alta disponibilidad, carácter renovable y biodegradable. Sin embargo, los retos de trabajar con fibras naturales son: la estandarización del proceso de extracción para lograr una alta calidad y homogeneidad de la fibra, y la implementación de tratamientos de modificación superficial de la fibra que permitan mejorar la adhesión con diferentes matrices poliméricas y así lograr un buen desempeño mecánico y físico del material y en consecuencia del producto.

En esta sublinea nos enfocamos en estudiar los procesos de extracción, caracterización y modificación de las fibras naturales y residuos agroindustriales colombianos como: fibra de plátano, fibra de bagazo de caña, fibra de palma africana, fibra de chambira, fibra de palma Manicaria, cascarilla de arroz, entre otros.

  • Polímeros Reciclados/Biodegradables:

En las últimas décadas, los desarrollos de productos verdes a partir de fibras naturales utilizan principalmente matrices poliméricas termoestables que proviene de fuentes petroquímicas y son no reciclables, lo que disminuye el carácter amigable de los productos desarrollados. Por tanto, recientemente se ha incentivado la investigación, desarrollo e implementación de matrices termoplásticas biodegradables sintetizados a partir de fuentes renovables y/o implementación de polímeros reciclados termoplástico, para el diseño de productos más amigables con el medio ambiente.

En este sentido, esta sub-línea se enfoca en las necesidades empresariales en Colombia que plantea el aprovechamiento sostenible de los residuos plásticos que se generan en el proceso productivo, para ser implementado como matriz polimérica en materiales compuestos. Así mismo, investiga polímeros biodegradables sintetizados a partir de fuentes renovables.

  • Materiales Compuestos con Fibras Naturales/Agroindustriales:

Sin embargo, uno de los principales desafíos en relación con la investigación y la industria de los compuestos con fibras naturales, es lograr una buena adhesión entre la fibra y la matriz, dado que las propiedades de los materiales compuestos dependen de como sea la interfase (región de contacto) entre sus componentes. Si interfase es débil, la transferencia de carga de la matriz a la fibra no será eficiente y se pueden producir huecos entre la matriz y la fibra, lo que generará un material con un bajo desempeño mecánicas. Asi mismo, es importante identificar el método y parámetros de procesamiento que mejoran las propiedades mecánicas, físicas, térmicas y químicas del material compuesto, y permitan el desarrollo de productos con alta confiabilidad.

En consecuencia, esta sub-línea de investigación se integran las líneas de Polímeros Reciclados/Biodegradables y de Fibras Naturales/Agroindustriales para la formulación de materiales compuestos eco-amigables, donde se caracterizan los fenómenos de interfase y adhesión entre la matriz polimérica y la fibra. Así mismo se estudian diferentes técnicas de procesamiento del material compuesto como extrusión, inyección, moldeo por compresión, termo formado, entre otros.

  • Diseño Productos Verdes:

Los materiales compuestos verdes están siendo adoptados en varias aplicaciones industriales debido a su carácter ecológico que permite cumplir con requisitos de regulación medioambiental o exigencias de nuevos mercados como la industria automotriz (paneles de puertas), de construcción (paneles acústicos), empaques y embalaje (contenedores), dispositivos electrónicos (carcasas), implementos deportivos (tablas de patinaje), entre otros.

En esta sub-línea se enfoca en el diseño y desarrollo de productos robustos usando materiales compuestos poliméricos reforzados con fibras naturales/agroindustriales. Se realiza la optimización de los parámetros de procesamiento del material compuesto de acuerdo a la técnica implementada y se diseña el producto maximizando las propiedades deseadas de acuerdo a los requerimientos técnicos del producto. El desarrollo de prototipos funcionales se realiza a nivel laboratorio y se escala el proceso a nivel industrial.

Grupo de Investigación


Proyectos

Aprovechamiento y transformación de los residuos poliméricos generados del proceso de reciclaje de la chatarra

Empresa: Diaco S.A

Objetivo: Evaluar diferentes técnicas de procesamiento para los materiales poliméricos producto de los residuos de tierras de la fragmentadora para el desarrollo de materiales compuestos y nuevos conceptos de producto a nivel laboratorio.

Producto: Prototipo a nivel de laboratorio de material compuesto usando los residuos plásticos como matriz polimérica. Se logró mejorar las propiedades mecánicas de matriz plástica de polímero reciclado al incorporarle fibras naturales, específicamente se mejoró el módulo de Young a tensión en 49%, el módulo de young a flexión en 87% y la absorción de energía en 77%. El desarrollo de este proyecto se realizó en el marco del curso de maestría dictado en conjunto con el Profesor Alejandro Marañon del departamento de Ingeniería Mecánica.



 

 

Bio-laminados de fibra natural colombiana

Empresa: Colciencias - Convocatoria 642.

Objetivo: Diseñar un prototipo funcional de producto laminado fabricado con un material compuesto desarrollado con una fibra natural colombiana y una resina biodegradable.

Producto: Patente. Material compuesto biodegradable de fibra natural de Manicaria saccifera y ácido poli-láctico, y su método de fabricación. Superintendencia de industria y comercio. (Código 15290268). Porras A, Hernandez C, Maranon A.

Caracterización y aumento de la resistencia mecánica del compuesto de madera plástica

Empresa: Econciencia S.A.S

Objetivo: Proyecto de investigación y desarrollo para mejorar el comportamiento mecánico, en términos de resistencia a la compresión o flexión, de un producto de material compuesto de madera plástica.

Producto: Implementando técnicas de diseños de experimentos robustos se desarrolló una nueva formulación a nivel industrial de polímeros reciclados logrando una mejora significativa del producto en las propiedades de esfuerzo y módulo de elasticidad a flexión en 29% y 48%, respectivamente. Al igual, las propiedades de esfuerzo y módulo de elasticidad a compresión se mejoraron en 24% y 37%, respectivamente. Finalmente, se generó una ficha técnica del producto mejorado que contenía su caracterización física, mecánica, química y térmica. Este proyecto se desarrolló de forma interdisciplinar con el departamento de Ingeniería Mecánica – Grupo de Investigación GIE- Grupo de Integridad Estructural.

 




 

Nuevos Materiales para el sector defensa - Sistemas de protección balística

Empresa: Industria Militar Colombiana (INDUMIL)

Objetivos Desarrollar nuevos materiales aplicados a textiles balísticos convencionales, para mejorar los sistemas de absorción y disipación de energía frente a fenómenos de impacto balístico y desarrollar nuevos productos para la protección personal contra el impacto de proyectiles.

Producto: Patente. Placa de protección balística para chalecos antibalas personales en material compuesto. Superintendencia de Industria y Comercio. (Código 1150701). Ayala C, Maranon A, Quijano O, Mateus L, Casas J, Hernandez C, Porras A, Polanco A, Herran F, Otalora D, Llanos J, Perez L, Rueda M, Montaño D, Celemin A.

Proyectos

Artículos Destacados

  • Material compuesto biodegradable de fibra natural de Manicaria Saccifera y ácido poli-láctico, y su método de fabricación. Reg. SIC 15-290268. (2018). A. Porras, A. Maranon, C. Hernandez. Universidad de los Andes. Patente
  • A. Porras, A. Maranon, I.A. Ashcroft. Optimal tensile properties of a Manicaria-based biocomposite by the Taguchi Method. Composite Structures, Volume 140, 15 April 2016, Pages 692 -701, ISSN: 0263-8223, http://dx.doi.org/10.1016/j.compstruct.2016.01.042
  • A. Porras, A. Maranon, I.A. Ashcroft. Thermo-mechanical characterization of Manicaria Saccifera natural fabric reinforced Poly-Lactic Acid composite lamina. Composites Part A: Applied Science and manufacturing, Volume 81, February 2016, Pages 105–110, ISSN 1359 – 835X, http://dx.doi.org/10.1016/j.compositesa.2015.11.008
  • A. Porras, A. Maranon, I.A. Ashcroft. Characterization of a novel natural cellulose fabric from Manicaria saccifera palm as possible reinforcement of composite materials. Composites Part B: Engineering, Volume 74, 1 June 2015, Pages 66–73, ISSN 1359-8368, http://dx.doi.org/10.1016/j.compositesb.2014.12.033
  • A. Porras, A. Maranon, Development and characterization of a laminate composite material from polylactic acid (PLA) and woven bamboo fabric. Composites Part B: Engineering, Volume 43, Issue 7, October 2012, Pages 2782–2788, ISSN 1359-8368, http://dx.doi.org/10.1016/j.compositesb.2012.04.039

Grupo de Diseño de Productos y Procesos (GDPP)
Departamento de Ingeniería Química - Universidad de los Andes
Edificio Mario Laserna - Cra. 1 Este 19 A 40 - Tel.: 3394949 ext. 3095

Universidad de los Andes | Vigilada Mineducación
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Reconocimiento personería jurídica: Resolución 28 del 23 de febrero de 1949 Minjusticia.