Introducción Proyecto Varimit 4.0

El proyecto europeo AEI-010500-2021-116 más conocido como VARIMIT 4.0  donde ha participado ZATEC, como empresa de inyección de plásticos técnicos junto con CITSALP, CEP, e ITAinnova. Este proyecto tiene un marcado carácter de economía circular cuyo objetivo es trabajar en cómo el reciclado en la industria de plástico puede mitigar algunas de las barreras con las que habitualmente se encuentra para conseguir introducir materiales reciclados en más aplicaciones dentro de sectores como el de automoción, y contribuir, de esta forma, a los objetivos de reciclabilidad y economía circular marcados por la Comunidad Europea para el sector. En este caso, el foco principal del proyecto es estudiar la variabilidad de los materiales reciclados desde diferentes perspectivas para establecer medidas y metodologías apropiadas para mitigarlas, realizando los siguientes pasos:

• Analizar las fuentes de variabilidad en el proceso de reciclado asociados al origen de los materiales, sus características, y su proceso de mezcla y aditivado hasta constituir un grado comercializable.
• Aplicar técnicas de análisis de datos y machine learning al histórico de datos existente en una empresa recicladora para explorar la posibilidad de extraer reglas de mezclas que permitan digitalizar el proceso.
• Investigar qué ensayos son más apropiados para cuantificar y monitorizar la variabilidad de un material en la industria recicladora.
• Cuantificar la variación de lote a lote, y a lo largo del tiempo, de propiedades objetivo de un material a comercializar, bajo unas especificaciones definidas.
• Establecer procedimientos para aproximar los datos de los ensayos realizados con modelos de material (digitalización) para su uso en simulación que incorporen la variabilidad de forma intrínseca.
• Proponer metodologías de simulación de proceso, o producto, que incorporen la variabilidad para analizar la robustez de estos.

Además,  este proyecto va en línea con  una filosofía de respeto hacia el medioambiente y hacia el concepto de economía circular sin comprometer la calidad de los productos finales de consumo. El hecho de incluir materiales reciclados en los procesos de fabricación también supone un ahorro económico en adquisición de materias primas en el sector industrial y minimiza la extracción de recursos naturales adicionales, es decir, este proyecto está comprometido con la reducción del impacto ambiental del ciclo de vida de sus productos, alineado con la estrategia europea H2030 y con los retos propuestos por la Comisión Europea, mediante el desarrollo de nuevos productos con un mayor valor diferencial respecto a los comercializados actualmente.

Dentro de este proyecto cabe destacar dos conceptos clave marcados en los objetivos de desarrollo sostenible (ODS) definidos en la nueva agenda 2030 aprobada por Naciones Unidas:

• Crecimiento Económico acelerando la Transformación Digital de nuestra Industria y nuestra Sociedad como medio de asegurar su competitividad y sostenibilidad presente y futura (ODS 8 y 9).
• Protección del medio ambiente, centrándose en el diseño circular de materiales, componentes y sistemas para la producción limpia de energía; así como en el desarrollo de tecnologías para la correcta gestión de los residuos (ODS 7) y a la reducción de las emisiones de gases de efecto invernadero (ODS 13).

Conclusiones

las conclusiones finales y resumidas del estudio se recogen a continuación:

• Se ha conseguido desarrollar un modelo de predicción de propiedades de material reciclado que recoge las no linealidades de las propiedades finales del material fabricado a partir de fuentes de materiales que a su vez presentan su propia variabilidad en sus propiedades.
• Se ha demostrado que las propiedades de mezclas propuestas por el modelo de predicción son equivalentes a los obtenidos experimentalmente.
• La simulación del proceso de inyección en pieza considerando la variabilidad de los lotes caracterizados, ha dado como resultado datos de presión similares entre sí, con diferencias entre los valores máximos y mínimos en torno al 3.5%. Además, la presión máxima en el llenado es solo un 18 % superior a la del material virgen con el que normalmente se inyectan dichas piezas. En el análisis dimensional de las cotas de las piezas inyectadas, se ha observado que todas las cotas seleccionadas cumplen los rangos de tolerancia cuando se emplea el material virgen para la inyección. Esto demuestra la validez del modelo.

• Los datos de las caracterizaciones a tracción de los lotes de material analizados muestran que cuando se fabrican mezclas en el laboratorio la homogeneidad en el material es superior, lo que produce resultados de tracción más acordes a los esperados en un material de polipropileno. . Los datos de la caracterización mecánica de los lotes de material del histórico de CITSALP seleccionados reflejan la variabilidad en sus propiedades tanto en las determinadas habitualmente (fluidez, porcentaje de cargas inorgánicas, resistencia al impacto y contracción) como en las propiedades mecánicas. A partir de la caracterización mecánica de las fuentes que componen el material reciclado es posible determinar o aproximar las propiedades finales del material fabricado, tal y como se ha demostrado en el informe.
• Las mezclas industriales desarrolladas mediante el modelo de predicción y con la herramienta de gestión de mezclas para ajustar las propiedades conforme a las cantidades de fuentes disponibles, han reflejado los objetivos perseguidos, es decir, la reducción en la variabilidad del material.

• La caracterización mecánica de la zona de clipado de la tapa de la pieza demostradora del proyecto ha revelado que la rigidez del material reciclado es mayor a la del virgen. Asimismo, se ha observado que la variabilidad en los resultados mecánicos del componente es poca, al igual que se ha visto en la caracterización mecánica de los materiales.
• Los resultados de simulación del ensayo mecánico en pieza se han alimentado con las curvas de tracción de los materiales con los que se han inyectado las piezas y con las curvas de tracción de las mezclas desarrolladas en el laboratorio. En el primer caso, las mezclas eran muy similares entre sí, con resultados mecánicos menos variables, En el segundo, el objetivo era obtener mezclas lo más diferentes posible cumpliendo los criterios de aceptación de propiedades finales del grado comercializable de material reciclado CIPLEN®370. Con los primeros datos, el modelo obtiene una curva de rigidez superior a la experimental. Esto puede ser debido a que las condiciones de contorno introducidas en ANSYS sean más restrictivas (en términos de rigidez, cómo la restricción de movimientos) que el ensayo real. En el análisis con los datos introducidos del segundo caso, se hace un análisis de la variabilidad. En este caso se obtiene una variabilidad máxima del 36 % entre valores máximos y mínimos. Este resultado pone de manifiesto la importancia de conocer dicha variabilidad y que se puede determinar en la etapa de diseño.
• Finalmente, los modelos de predicción de propiedades de mezclas se han integrado en una herramienta desarrollada para gestionar la composición de mezclas, con el objetivo de poder utilizarlos para reducir la variabilidad. Dicha herramienta permite la modificación de ciertos criterios para adaptarse a las preferencias de la empresa recicladora en función de sus prioridades en cada momento. En base a recalcular bajo diferentes escenarios el histórico completo de fabricaciones de CITSALP, Se ha comprobado como consigue reducir la variabilidad de propiedades significativamente.