CAMPO DE LA INVENCIÓN El desarrollo pertenece al campo de ingeniería de materiales, particularmente a materiales compuestos aglomerados similares a maderas aglomeradas, alternativos a los materiales aglomerados tradicionales, elaborados a partir de residuos o subproductos de la cadena productiva del de café, para ia fabricación de productos mobiliarios interiores y con los que se logra proporcionar valor agregado a este tipo de residuos .

DESCRIPCIÓN DEL ESTADO DE LA TÉCNICA

Los materiales lignocelulósicos aglomerados de madera están compuestos por partículas o virutas de madera de diferentes tamaños, unidas entre si por algún tipo de resina, cola u otro material aglomerante, prensados a una temperatura y presión controlada. Los materiales aglomerantes de madera son ampliamente empleados en diversos campos industriales debido a la posibilidad de ajustar sus propiedades en función de la aplicación pretendida garantizando su desempeño y rentabilidad proporcionada por su excelente relación calidad/precio. Los aglomerados de madera, mediante actividades de carpintería, se usan principalmente en la fabricación de mobiliario interior, particularmente en la fabricación de muebles, pero también en una gran variedad de aplicaciones incluyendo modulación de cocinas, armarios, cómodas, zapateras, estanterías, muebles de oficina o en la carpintería interior de puertas, paredes y techos. En términos generales se pueden usar diferentes tipos de madera para fabricar materiales aglomerados de madera. Las más utilizadas son maderas blandas, aunque también se pueden usar otras maderas duras como el eucalipto o el pino. También se pueden encontrar maderas aglomeradas fabricadas con restos de planchas, aserrín y trozos encontrados luego de las talas.

No obstante, es posible fabricar materiales aglomerados de madera a partir de otros materiales lignocelulósicos poco tradicionales e incluso a partir de subproductos de diferentes cadenas productivas, que posiblemente no se hubiesen podido aprovechar para otros usos y se convertirían en materiales de desecho con alto impacto ambiental.

Por ejemplo, la patente CN213703773 hace referencia a un aglomerado compuesto por una serie de capas en donde el núcleo del tablero (capa central) está dispuesto en el centro, dos tableros hechos con residuos de café (cascarilla, pulpa y borra) están dispuestos a lado y lado del núcleo (capas intermedias), dos capas de protección sobre las capas intermedias hechas de madera de café y una capa de protección hecha de un revestimiento antibacteriano.

De otro lado, la patente US3686384 menciona métodos para producir aglomerados o materiales similares elaborados a partir de la mezcla de borra de café con una resina reticulada para formar una masa moldeable que es posteriormente prensada hasta conseguir las características físicas de un material aglomerado.

Similarmente, la patente KR102137916 divulga un método para producir aglomerados partir de cascarilla de café mezclada con diferentes componentes entre los que se encuentran resmas reticuladas, carbonato de calcio, talco y plastificantes para formar masas moldeables que son procesadas bajo condiciones de calor, presión y corte hasta conseguir las características físicas de un aglomerado.

A su vez, Scatolino M.V. et al., (“Eucalyptus wood and coffee parchment for particleboard production: Physical and mechanical properties ” . Ciencia e Agrotecnologia 41(2): 139-146, 2017”) Plantean el desarrollo de aglomerados a base de una mezcla de madera de eucalipto, pergamino de café y urea-formaldehído formados mediante varios ciclos de prensado a diferentes presiones.

No obstante, en ninguno de los casos mencionados se ha propuesto integrar en un solo material compuesto los diferentes los residuos provenientes del procesamiento del café por lo que persiste la necesidad de desarrollar materiales alternativos que permitan integrar estos elementos preferiblemente en un único material aglomerado que pueda servir como sustituto para los materiales aglomerados encontrados en el mercado. Tal es el caso de los materiales aglomerados de madera del presente desarrollo en los que se usa pulpa, cascarilla, borra y polvo o viruta de madera del café para su fabricación, es decir, se usan cuatro de los principales residuos derivados de la cadena productiva del café. Particularmente, se calcula que durante la producción de una taza de café se generan aproximadamente 90,5 % de residuos de biomasa aprovechables, de los que apenas se aprovecha el 9,5 %, los residuos que no son sometidos a procesos de compost por los cultivadores se transforman en material contaminante de suelos y aguas. En consecuencia, los materiales aglomerados fabricados a base de residuos de café se convierten en una alternativa para el uso eficiente de la biomasa renovable proveniente de la producción de café frente a la biomasa proveniente de la explotación maderera. En este sentido, los materiales aglomerados del presente desarrollo tienen el potencial de convertirse en un nuevo modelo de economía circular sostenible basado en el aprovechamiento industrial de los residuos provenientes del procesamiento del café, los cuales generaran valor agregado a esta cadena productiva, transformando un coproducto en un material sustituto a la industria de los aglomerados existentes.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCION El presente desarrollo hace referencia a un material compuesto aglomerado que comprende pulpa de café en un rango entre 10 % p/p y 40 % p/p; cascarilla de café en un rango 10 % p/p y 20 % p/p; borra de café en un rango entre 5 % p/p y 30 % p/p; madera de café en polvo en un rango entre 5 % p/p y 20 % p/p; aglomerantes en un rango entre 15 % p/p y 35 % p/p; y opcionalmente aditivos entre 20 % p/p y 30% p/p.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS

FIG. 1. Probeta de maderas aglomeradas fabricada con los residuos de café. El polvo de madera de café cumple la misma función en la fabricación de maderas aglomeradas al tener un tamaño entre 2 mm y 0,074 mm; que es la de unir la borra y el aditivo. Este comportamiento es similar al de la preparación del concreto en donde la arena (en este caso polvo de madera de café), tiene un papel importante en la unión con el cemento y el agua (aglomerante), son quienes cubren a las gravas (pulpa, cascarilla y borra.) evitando la segregación y manteniendo la aglutinación de los elementos.

FIG. 2. Diagrama de resistencia mecánica mor para los aglomerados de café. La prueba se llevó a cabo en una prensa universal de ensayos Shimadzu. El limite máximo de elongación está alrededor de los 19.27 mm, con una fuerza aplicada en la ruptura de 1,104 KN, generando un índice MOR de 27 N/mm ² . Es de destacar que, al hacer uso de la mayor cantidad de biomasa del café, considerada esta como una madera dura, esta curva de ruptura bajo una fuerza de conformación de cerca de las 15.5 Ton se comporta como una conformación de 100% epóxico.

FIG, 3. Diagrama de prueba del módulo MOE de las maderas aglomeradas. El índice MOE presenta un valor de 2600 N/mm ² , se ha adicionado madera en polvo en bajos porcentajes y pulpa de café secada bajo refrigeración por aire forzado, conservando un gran porcentaje de celulosa y lignina, elementos sustanciales que le entregan flexibilidad al compuesto.

DESCRIPCIÓN DETALLADA Para propósitos de interpretar esta descripción, se aplicarán las siguientes definiciones y cuando sea apropiado, los términos utilizados en forma singular también incluirán la forma plural.

Los términos utilizados en la descripción tienen los significados que normalmente se les da en el campo técnico a menos que esta descripción o el contexto indiquen claramente lo contrario.

El presente desarrollo corresponde a un material compuesto aglomerado a base de residuos de café para la fabricación de diversos productos mobiliarios alternativos a los materiales aglomerados tradicionales. Particularmente, el material compuesto aglomerado del presente desarrollo comprende por lo menos una mezcla de pulpa, cascarilla, borra y partículas o virutas de madera de café unidas entre sí por al menos un aglomerante. El material aglomerante de madera del presente desarrollo permite producir tableros aglomerados con características físicas y mecánicas iguales o superiores a los tableros aglomerados de madera tradicional. Por ejemplo, de acuerdo con la norma NTC 2261, el presente desarrollo conforme con sus características se clasifica en el grado de tablero de alta densidad, mayor de 800 kg/m ³ , tipo tablero de grado medio especial (MGS) y tablero de alto grado (HG). Además, debido a la naturaleza de sus componentes es posible ajustar las dichas propiedades con ligeras variaciones en los componentes y en el porcentaje de los mismos, garantizando la relación calidad/precio esperado para este tipo de materiales, asegurando, además, el aprovechamiento de los residuos generados durante el procesamiento del café.

A menos que se indique lo contrario, de forma implícita a partir del contexto o habitual en la técnica, todas las partes y porcentajes de la presente descripción están basados en peso.

Para efectos del presente desarrollo, se entiende por material compuesto aglomerado a aquellos materiales compuestos por partículas o virutas de madera de diferentes tamaños que, al combinarse con diferentes aglomerantes mediante procesos de presión y temperaturas controladas, resultan en maderas aglomeradas que forman tableros diferentes tamaños, espesores y textura uniforme.

La pulpa de café es el primer producto que se obtiene en el procesamiento del fruto de café, y representa en base húmeda alrededor de 43,58 % del peso del fruto fresco, la cascarilla es el endocarpio del fruto constituido por la cascarilla (cisco) y la película plateada, es otro subproducto con excelentes propiedades combustibles. Este representa en peso el 4,2 % del fruto fresco, para este subproducto, reportan una capacidad calorífica de 17,90 MJ/kg, la borra es el residuo que se genera en las fábricas de café soluble, hogares y corresponde a la fracción insoluble del grano tostado, representa cerca del 10 % del peso del fruto fresco.

En general, la composición de la madera de café comprende 50% celulosa polisacárido vegetal, que es parecido al almidón, 25% de hemicelulosa, que es la que une las fibras y un 25% de lignina y proporciona la dureza y brinda protección a la madera, la viruta o el polvo de café es obtenido de la madera de café.

El aglomerante, es un producto que se vale de dos elementos o componentes: una resina y un endurecedor. AI unirse, se produce una reacción química especial y la mezcla se convierte en un adhesivo muy poderoso. Un tercer elemento, el agente de curado, permite que la mezcla se solidifique al secar, asegurando su fortaleza y durabilidad. Los componentes, por separado, no tienen ningún poder adhesivo. Se dice que en la unión está la fuerza y la prueba está en los adhesivos.

En general, los tableros aglomerados del presente desarrollo tienen dimensiones de 1,22 m x 2,44 m, similares a los comerciales o en dimensiones menos habituales de 2,85m x 2,10 m; o 2,44 m x 2,50m; o 3,66 m x 2,05 m. Sin embargo, los tableros fabricados a partir de los materiales aglomerados del presente desarrollo pueden tener dimensiones diferentes a las dimensiones estándar y pueden en caso de ser necesario, fabricarse a medida o en moldes especiales de acuerdo con las necesidades de uso. Por ejemplo, las dimensiones de los tableros aglomerados del presente desarrollo pueden variar entre l,22m x 2,44m; o entre 1,0 m x 1,83 m. Además, los materiales aglomerados del presente desarrollo cuentan con presentaciones en distintos grosores que pueden variar entre 3 mrn y 10 mm; o entre 10 mm y 15 mm, o, entre 15 mm y 21 mm, o entre 21 mm y 36 mm.

De acuerdo con el presente desarrollo, el material aglomerado comprende partículas de por lo menos uno de los siguientes residuos de café, incluyendo pulpa, cascarilla, borra o madera de café y mezclas de ios mismos y por lo menos un aglomerante.

En un primer aspecto, el presente desarrollo hace referencia a un material compuesto aglomerado que comprende pulpa de café en un rango entre 10 % p/p y 40 % p/p: cascarilla de café en un rango 10 % p/p y 20 % p/p; borra de café en un rango entre 5 % p/p y 30 % p/p; madera de café en polvo en un rango entre 5 % p/p y 20 % p/p; aglomerantes en un rango entre 15 % p/p y 35 % p/p; y opcionalmente aditivos entre

20 % p/p y 30% p/p.

Por ejemplo, el material compuesto aglomerado del presente desarrollo comprende pulpa de café y por lo menos un aglomerante; o cascarilla de café y por lo menos un aglomerante; o borra de café y por lo menos un aglomerante; o madera de café y por lo menos un aglomerante; o pulpa y cascarilla de café y por lo menos un aglomerante; o pulpa y borra de café y por lo menos un aglomerante; o pulpa y madera de café y por lo menos un aglomerante; o cascarilla y borra de café y por lo menos un aglomerante; o cascarilla y madera de café y por lo menos un aglomerante; o borra y madera y por lo menos un aglomerante; o pulpa, cascarilla y borra de café y por lo menos un aglomerante; o pulpa, cascarilla y madera de café y por lo menos un aglomerante; o cascarilla, borra y madera de café y por lo menos un aglomerante; o pulpa, cascarilla, borra y madera de café y por lo menos un aglomerante.

En particular, el material compuesto aglomerado del presente desarrollo comprende pulpa de café en un rango entre 10 % p/p y 40 % p/p; o entre 19 % p/p y 33,2 % p/p.

Cascarilla de café en un rango entre 10 % p/p y 20 % p/p; o entre 12 % p/p y 18,6 % p/p.

Borra de café en un rango entre 5 % p/p y 30 % p/p; o entre 8,3 % p/p y 26,4 % p/p.

Madera de café en un rango entre 5 % p/p y 20 % p/p; o entre 9,7% p/p y 17,4% p/p. Adicionalmente, el material aglomerante de madera del presente desarrollo también comprende partículas de otras maderas duras o blandas (recicladas o no) o mezclas de las mismas, en un rango entre 18 % p/p y 29 % p/p; o entre 20 % p/p y 28 % p/p.

Por ejemplo, el material aglomerante de madera del presente desarrollo comprende pulpa de café y partículas de otras maderas duras o blandas y aglomerante; o cascarilla de café y partículas de otras maderas duras o blandas y aglomerante; o borra de café y partículas de otras maderas duras o blandas y agióme rente; o madera de café y partículas de otras maderas duras o blandas y aglomerante; o pulpa y cascarilla de café y partículas de otras maderas duras o blandas por lo menos un aglomerante; o pulpa y borra de café y partículas de otras maderas duras o blandas por lo menos un aglomerante; o pulpa y madera de café y partículas de otras maderas duras o blandas y por lo menos un aglomerante; o cascarilla y borra de café y partículas de otras maderas duras o blandas y por lo menos un aglomerante; o cascarilla y madera de café y partículas de otras maderas duras o blandas y por lo menos un aglomerante; o borra y madera de café y partículas de otras maderas duras o blandas y por lo menos un aglomerante; o pulpa, cascarilla y borra de café y partículas de otras maderas duras o blandas y por lo menos un aglomerante; o pulpa, cascarilla y madera de café y partículas de otras maderas duras o blandas y por lo menos un aglomerante; o cascarilla, borra y madera de café y partículas de otras maderas duras o blandas y por lo menos un aglomerante; o pulpa, cascarilla, borra y madera de café y partículas de otras maderas duras o blandas y por lo menos un aglomerante, En algunas modalidades del presente desarrollo, el material aglomerante de madera también comprende aligerantes incluyendo algunos polímeros sintéticos como son las resinas epóxicas y fenólicas, mucílago de café, aglomerantes derivados del maíz.

Los materiales aligerantes pueden estar entre 15 % p/p y 35 % p/p; o entre 16,4 % p/p y 32,7 % p/p.

Para efectos del presente desarrollo, los aglomerantes se seleccionan, pero sin limitarse, del grupo que comprende resinas epóxicas, fenólicas, mucílago de café, aglomerantes derivados del maíz y mezclas de los mismos.

Además, los aglomerantes en el material compuesto aglomerado del presente desarrollo se encuentran en un rango entre 15 % p/p y 35 % p/p; o entre 20 % p/p y 34,5 % p/p.

Para efectos del presente desarrollo, el material compuesto aglomerado comprende aditivos seleccionados entre colorantes, agentes antioxidantes, agentes ignífugos, agentes hidrófugos, agentes desmoldantes, agentes antiestáticos, o mezclas de los mismos, en un rango entre 1 % p/p y 3 % p/p. Para efectos del presente desarrollo, las propiedades de la materia prima y el compuesto presentan propiedades hidrófugas; se han realizado tinciones con pigmentos verdes tipo clorofinilas o clorofila cúpricas. Para el componente ignífugo se efectuaron adiciones de un aditivo ignifugante de polifosfato de amonio con un identificador en color rojo a base de un pigmento de cochinilla roja.

Los agentes antioxidantes se seleccionan del grupo que comprende ácidos fenólicos en el rango de alegagicos, cafeico, clorogénico, polifenoles o alcaloides tipo cafeína. Los agentes ignífugos se seleccionan del grupo que comprende el grupo de los polifosfatos de amonio, sulfato de amonio.

Los agentes hidrófugos se seleccionan del grupo que comprende clorofinilas, clorofila cúprica.

Los agentes desmoldantes se seleccionan del grupo que comprende el Vinipel o “Film stretch” como también es conocido, es una película paletizable, comúnmente hecha de polietileno lineal de baja densidad (LLDPE); especial para envolver y agrupar artículos. La fuerza elástica mantiene los productos bien unidos, facilitando su almacenamiento o transporte.

Los agentes antiestáticos se seleccionan del grupo que comprende las amidas alcoxiladas, aminas grasas alcoxiladas, esteres de glicerol. Por ejemplo, el material compuesto aglomerado del presente desarrollo comprende pulpa, cascarilla, borra o madera de café y mezclas de los mismos, por lo menos un aglomerante y uno o más colorantes y opcional men te, agentes oxidantes, desmoldantes antiestáticos o mezclas de los mismos. En otra modalidad, el material compuesto aglomerado del presente desarrollo comprende pulpa, cascarilla, borra o madera de café y mezclas de los mismos, por lo menos un aglomerante, uno o más colorantes (por ejemplo, colorantes rojos), uno o más agentes ignífugos y opcionalmente, agentes oxidantes, desmoldantes antiestáticos o mezclas de los mismos.

En otra modalidad, el material compuesto aglomerado del presente desarrollo comprende pulpa, cascarilla, borra o madera de café y mezclas de los mismos, por lo menos un aglomerante, uno o más colorantes (por ejemplo, colorantes verdes), uno o más agentes hidrófugos, y opcionalmente, agentes oxidantes, desmoldantes antiestáticos o mezclas de los mismos. En otra modalidad, el material compuesto aglomerado del presente desarrollo comprende pulpa, cascarilla, borra o madera de café y mezclas de los mismos, por lo menos un aglomerante, uno o más colorantes, uno o más agentes ignífugos, uno o más agentes hidrófugos y opcionalmente, agentes oxidantes, desmoldantes antiestáticos o mezclas de los mismos.

Para efectos del presente desarrollo, el porcentaje de humedad de la pulpa, la cascarilla, la borra y la madera de café está en un rango entre 1 % p/p y 10 % p/p; o entre 12 % p/p y 15 % p/p o entre 20 % p/p y 30 % p/p. Para efectos del presente desarrollo, el tamaño medio de la pulpa de café está entre 2 mm y 5 mm; o entre 6 mm y 9 mm.

Para efectos del presente desarrollo, el tamaño medio de la cascarilla de café está entre

2 mm y 5 mm ; o entre 6 mm y 9 mm.

Para efectos del presente desarrollo, el tamaño medio de la borra de café está entre 0,02 mm y 0,05 mm; o entre 1 mm y 2 mm.

Para efectos del presente desarrollo, el tamaño medio de partícula de polvo o de la viruta de madera de café está entre 63 μm y 75 μm; o entre 75 μm y 90 pm. En una modalidad del presente desarrollo, el material compuesto aglomerado comprende partículas más gruesas en el interior y partículas más finas en el exterior con el objetivo de conseguir una superficie más lisa. Para ello, las partículas más finas se adicionan antes del proceso de prensado y sobre las partículas gruesas.

Adicionalmente, los materiales aglomerados del presente desarrollo se pueden recubrir con melamina u otros productos para darles un acabado resistente, impermeable y con diferentes diseños. En otras modalidades, ios materiales aglomerados del presente desarrollo se pueden recubrir con chapas de madera natural o chapas de otros materiales.

Para efectos del presente desarrollo, los materiales aglomerados tienen un módulo de elasticidad entre 238 N/mm ² y 1771 N/mm ² ; o entre 1800 N/mm ² y 2400 N/mm ² .

Para efectos del presente desarrollo, ios materiales aglomerados tienen un módulo de ruptura entre 8 N/mm ² y 13.07 N/mm ² ; o 14 N/mm ² y 21 N/mm ² .

Para efectos del presente desarrollo, los materiales aglomerados tienen una densidad entre 600 kg/m ³ y 1700 kg/m ³ ; o entre 1710,52 kg/m ³ y 1800 kg/m ³ . Para efectos del presente desarrollo, los materiales aglomerados tienen un porcentaje de absorción entre 0 % y 0,24 %; o entre 1 % y 1.49 % en 70 minutos.

Para efectos del presente desarrollo, los materiales aglomerados tienen un contenido de humedad entre 13 % y 16 %; o 17 % y 17.3 % en inmersión a 25 horas.

Para efectos del presente desarrollo, los materiales aglomerados tienen un porcentaje de hinchazón entre 0 % y 5 %; o 1 % y 1.69 % en inmersión de 25 horas.

Para efectos del presente desarrollo, los componentes que forman los materiales aglomerados se pueden obtener a través de los procesos de despulpado (pulpa), trillado (cascarilla o pergamino), preparación de la bebida de café y torrefacción del grano de café (boira) y zoqueo de los cafetos (madera). Para efectos del presente desarrollo los componentes que forman los materiales aglomerados se pueden secar hasta obtener los porcentajes de humedad requeridos por cualquier método conocido en la técnica, incluyendo radiación solar, hornos de convección por gravedad, hornos de convección forzada, secadores de platos perforados, secadores de tamices transportadores, secadores de torre, secadores rotatorios, secadores de tornillo transportador, secadores de lecho fluidizado, secadores por refrigeración de aire forzado, entre otros. Para efectos del presente desarrollo, la mezcla de componentes que forman los materiales aglomerados a base de residuos de café puede llevarse a cabo mediante cualquier método conocido en la técnica incluyendo mezcladores de volteo, mezcladores de cinta, o mezcladores de verticales de tomillo, mezcladores en v, mezcladores de hélices, mezcladores de paletas.

Adicionalmente, el proceso de fabricación de los materiales aglomerados del presente desarrollo involucra el mezclado de los residuos de café (pulpa, cascarilla, borra o madera de café y mezclas de ios mismos) con el aglomerante y, opcionalmente ios aditivos. Posteriormente, la mezcla anterior se somete a una etapa de curado a una temperatura entre 18 °C y 60 °C a una presión entre 5 tn y 17 tn.

Los materiales compuestos aglomerados del presente desarrollo son útiles en la fabricación de mobiliario interior particularmente en la fabricación de muebles, pero también en una gran variedad de aplicaciones incluyendo modulación de cocinas, armarios, cómodas, zapateras, estanterías, muebles de oficina o en la carpintería interior de puertas, paredes y techos, pisos, entrepisos, cielo falso, guarda escobas entre otros.

La presente invención será presentada en detalle a través de los siguientes ejemplos, los cuales son suministrados solamente con propósitos ilustrativos y no con el objetivo de limitar su alcance. EJEMPLOS

Ejemplo 1: Obtención y alistamiento de los residuos de café Los componentes que forman los materiales aglomerados a base de residuos de café (pulpa, cascarilla, borra y madera) fueron obtenidos en El Parque Tecnológico del Café TECNICAFÉ y la empresa Supracafé ubicada al norte del departamento del Cauca en el municipio de Cajibío, Cauca, en la meseta de Popayán, departamento del Cauca, cuenta con fincas propias convertidas en estaciones de validación tecnológica, en alturas que van desde los 1700 a los 1900 msnm. Donde en conjunto con varias universidades y

CENICAFÉ se están validando más de 200 variedades de café arábico y produciendo micro lotes de alta calidad y trazabilidad.

En el sector de Cajibío, al norte de la ciudad de Popayán, se encuentran 12000 familias cafeteras, las cuales al año se obtienen 1 a 2 cosechas de café. Para ello se recolectaron manualmente las cerezas maduras de café, las que fueron sometidas a un proceso de despulpado para separar la pulpa del grano. Posteriormente, los granos de café se secaron mediante la exposición a la radiación solar durante 6 días a una temperatura ambiente entre 19 °C y 25 °C. Una vez los granos están secos, se separan de la cascarilla mediante un proceso de trillado para separar la cascarilla de la almendra de café. La borra de café se obtuvo después de la preparación de la bebida de café, mientras que la madera se obtuvo a partir del zoqueo de los cafetos de la misma finca.

Para el alistamiento de los componentes que forman los materiales aglomerados, los residuos de café se sometieron a un proceso de secado que consistió en, diseñar e implementar la logística de recolección de los coproductos, realizar un secado a cada subproducto para poder realizarle su debido tratamiento y formar el aglomerado requerido, teniendo una excepción con la cascarilla, debido a que su porcentaje de humedad es muy bajo cuando se recolecta estando entre un 11 % y 12 % que es el porcentaje que la federación de cafeteros requiere para el café de consumo. Se toma cada residuo el cual contiene humedad elevada, se pesa la borra y pulpa en un balde de 20 L obteniendo un peso de 3,9 kg, 3 kg respectivamente, posteriormente se pone a secar a temperatura ambiente, expuesto a la radiación solar, teniendo una temperatura que se encuentra entre 23 °C y 27 °C, con una duración de 7 días para obtener un subproducto en buenas condiciones, en caso especial de mucha humedad en la borra se utilizará un horno industrial para su secado, se procederá a su refinación.

Después de los días del secado, se vuelve a pesar para saber su estado final, determinando un peso de 3,2 kg y 2,5 kg respectivamente. Otra vía de secado empleado es uso de refrigeración por aire forzado con remoción rotativa del material durante 48 horas, conservando propiedades en celulosa y lignina necesarias en las características de flexión del composite final. Los subproductos del café al ser recolectados tienen una contextura gruesa (pulpa y madera de café) una reducción en su volumen por medio de la trituración, a excepción de la borra y el cisco debido a que sus características físicas son pequeñas y aceptables para el proceso. Esto se hace por medio de un molino y su tamaño se reduce hasta ser lo más pequeño posible separado por tamices, teniendo una materia prima en igualdad de condiciones para ser mezclada y compactada.

Una vez los componentes tienen un contenido de humedad entre 11 % y 11.5 % se someten a un proceso de refinación que consiste en la reducción del tamaño de partícula por medio de trituración. Para ello la cascarilla y la pulpa de café se sometieron a un proceso de molienda que consiste en pasar la pulpa y la cascarilla por un molino de tornillo sin fin hasta reducir su tamaño de pasa por tamiz número o número 4 correspondiente a 5 mm o 6,3 mm.

La madera de café socada se sometió a un proceso de trituración mediante secado en homo a 90°C durante 3 horas para poder descortezar, luego esta madera es sometida a pulverización en un disco de lijado hasta obtener pasa en un tamiz número 100 (0, 160 mm), con el objetivo de conseguir una mayor reducción en el tamaño de partícula.

En este caso, no se realizó ningún proceso de reducción del tamaño de partícula de las borras de café debido a que estás ya cuentan con un tamaño aceptable para ser usadas directamente, solo se realizó el secado a 90°C durante 3 horas y en un molino se redujo el grumo de material secado. En este caso, no se realizó ningún proceso de reducción del tamaño de partícula de las borras de café debido a que estás ya cuentan con un tamaño aceptable para ser usadas directamente.

El tamaño medio de partícula de la borra y la madera de café se estimó mediante Difracción de Rayos Láser (LD) y Dispersión en Húmedo utilizando un Mastersizer 2000 de Malvem Instruments, de acuerdo con la Norma ISO 1332,0. para determinar el tamaño idóneo del tamaño medio de la partícula de la madera, se utiliza un tamiz número 200 (0,08 mm), el material que pasa es el que utilizaremos en nuestro aglomerado; para el tamaño medio de la partícula de borra, se utiliza un tamiz número 60 (0,30 mm), el material que pasa es el que utilizaremos en nuestro aglomerado. Los resultados más relevantes se presentan en la Tabla 1 .

Tabla 1 : Tamaño medio de partícula para la borra y la madera de café.

En donde:

Percentil d(0,l): es el tamaño de partícula por debajo del cual queda el 10 % de la muestra. Percentil d(0,5): es el tamaño de partícula en el que el 50% de la muestra está por debajo y el 50 % está por encima.

Percentil d(0,9): es el tamaño de partícula por debajo del cual queda el 90 % de la muestra. D[3,4]: Es el diámetro medio de la distribución, considerado en volumen. El tamaño medio de partícula de la cascarilla y la pulpa de café se estimó mediante granulometría por tamizado de acuerdo con laNTC 77 (Método de ensayo para el análisis por tamizado de los agregados finos y gruesos). Para los componentes más finos se emplearon 7 tamices normalizados de malla de alambre con aberturas cuadradas variando entre 150 μm y 9,5 mm, mientras que para los componentes más gruesos se emplearon 13 tamices normalizados de malla de alambre con aberturas cuadradas variando entre

1.18 mm y 100 mm. Los resultados se presentan en las Tablas 2 y 3.

Tabla 2: Tamaño medio de partícula para la cascarilla de café.

Tabla 3: Tamaño medio de partícula para la pulpa de café.

De las Tablas 1 a 3 se observa que después del proceso de refinación de los componentes el tamaño medio de partícula es de aproximadamente:

105 μm para la borra;

74 μm para las virutas de madera de café;

4,74 mm para la cascarilla de café; y

4,74 mm para la pulpa de café. No obstante, es importante señalar que el tamaño de partícula de cada componente depende en gran medida del proceso de molienda al que es sometido y con el que se puede ajustar el tamaño de partícula requerido para cada componente de manera individual en función del tamaño de partícula requerido para la fabricación del material compuesto aglomerado en particular.

Ejemplo 2: Obtención del material compuesto aglomerado

Para la fabricación del material compuesto aglomerado se mezclaron en diferentes proporciones los componentes del aglomerado de acuerdo con la Tabla 4.

Tabla 4. Formulaciones de aglomerados de residuos de café

Para la fabricación de los aglomerados cada componente se hizo una pre-mezcla de los residuos sólidos de café o de los aditivos (toda vez que estuvieran presentes más de dos componentes) utilizando un recipiente de 35 cm de largo x 30 cm de ancho x 15 cm de profondo, el cual se vierte los subproductos de café para ser mezclado con la ayuda de un palustre de construcción hasta ver homogénea la mezcla. Posteriormente, la pre-mezcla de componentes se agrega el aglomerante tomando porciones de pre-mezcla y poco a poco se adhiere el epóxico haciendo fricción entre las manos para homogenizar estos componentes, se hace de forma repetitiva hasta visualizar cambio de color en la premezcla y el epóxico hasta obtener una pasta homogénea. La pasta del paso anterior se puso en un molde y se sometió a 152,5 KN a una temperatura de 20 °C durante 90 min o hasta que la mezcla de componentes se endureció totalmente.

Luego de 2 días de secado del aglomerado a temperatura ambiente, tiene una textura brillante sin fisuras y contextura lisa sin imperfecciones, con una dimensión de 57 cm de largo x 8 cm de ancho x 2 cm de alto tal como se observa en la Figura 1 .

Ejemplo 3. Estimación del comportamiento mecánico de los materiales compuestos aglomerados elaborados a partir de residuos de subproductos de la cadena productiva del café

Para determ inar el comportamiento mecánico de los aglomerados obtenidos, las muestras de la formulación 8 muestras fueron sometidas a ensayos de densidad, rotura, elasticidad, y porcentajes de absorción, humedad e hinchazón. La densidad de los aglomerados se estimó siguiendo las normas NTC 2261 basada en la ASTM D 1037-99 y la ANSI A208.1-1999, numeral 7.2 DETERMINACIÓN DE LA DENSIDAD, subíndice 7.2.3 Cálculos, en donde la ecuación la densidad está dada por: D = (M/V)* 1000, en donde: D = densidad, en kg/m ³

M = masa de la probeta, en gramos

V = volumen, en cm ³ las dimensiones de las probetas son las siguientes: ancho: 7,5 cm - largo A: 24 veces el espesor nominal, más 5 cm, si el espesor es inferior o igual a

7 mm. largo B: 15 veces el espesor nominal, más 5 cm, si el espesor es mayor que 7 mm. La densidad de un tablero será la media aritmética de las probetas ensayadas.

Para estimar el módulo de ruptura MOR de los aglomerados se estimó de acuerdo con la NTC 2261, "DETERMINACIÓN DEL MÓDULO DE RUPTURA Y DEL MÓDULO

DE ELASTICIDAD”, subíndice 7.4, en donde se define como la tensión máxima que un espécimen de prueba rectangular puede soportar en una pnieba de flexión de 3 puntos de soporte hasta que se rompe, expresado en N/mm ² o MPa. El MOR y MOE se determinan con una máquina para ensayos de resistencia de materiales, provista con dos apoyos paralelos cuya distancia es regulable. Los apoyos pueden tener extremos redondeados o planos, de tal forma que no se produzca mucha presión en estos puntos de la probeta durante el ensayo. La distancia entre los apoyos debe ser la siguiente: 25 veces el espesor de la probeta, si éste es menor que 7 mm. 5 veces el espesor de la probeta, si éste es mayor que 7 mm. La carga se aplica a todo lo ancho de la probeta, normal al plano de la superficie y equidistante a los puntos de apoyo. La aplicación de la carga debe ser continua y uní forme con una velocidad del cabezal de la máquina calculada de la siguiente forma: en donde N = velocidad del cabezal de la máquina, en mm/min.

Z = velocidad de deformación unitaria de la fibra extrema 0,005 (mm/mm)/min. L = distancia entre los apoyos, en mm. e = espesor nominal de la probeta, en mm. El módulo de rotura se expresa en N/mm ² , la ecuación se define como: en donde :

MOR: Módulo de ruptura, en N/mm ² ;

P: Carga aplicada, en kgf,

L: Distancia entre los apoyos, en mm; - a: Ancho de la muestra, en mm; e: Espesor de la muestra, en mm.

MOR: 13,07 N/mm ²

El módulo de elasticidad se determina bajo las mismas condiciones en que se efectúa la determinación del módulo de rotura. Para estimar el módulo de elasticidad los aglomerados se definen como la compresión máxima que un espécimen de prueba rectangular pueda ser soportado en una prueba de presión hacia el objeto, en lo cual el aglomerado presenta una deflexión. Expresado en N/mm ² o MPa, la ecuación se define como: e _n dónde:

MOE: Módulo de elasticidad, en N/mm ² ;

P ₁ : Carga en el límite proporcional, en N;

Y ₁ : Deflexión en ei límite proporcional, en mm; e: Espesor nominal de la probeta, en mm; - a: Ancho de la probeta, en mm;

L: Distancia entre apoyos, en mm.

MOE: 1771 N/mm ² Para estimar el porcentaje de absorción por el cual el aglomerado o el objeto se encuentran en pesos diferentes y se somete a una sumersión, la ecuación está dada por: en donde: - Aa: Absorción de agua en porcentaje;

P ₁ : Peso de la muestra después de la sumersión, en g;

P ₀ : Peso de la muestra entes de la sumersión, en g.

Para estimar el porcentaje de humedad de los aglomerados es la cantidad de agua contenida en un material, corresponde a la humedad del aglomerado a la salida del proceso de producción. Este valor variará dependiendo de la humedad relativa del ambiente en que se encuentre, tendiendo a buscar la humedad de equilibrio, la ecuación está dada por: , en donde:

CH: Contenido de la humedad, en porcentaje en masa;

M ₁ : Masa inicial de la muestra, en g;

M ₂ : Masa seca de la muestra, en g. Para estimar el porcentaje de hinchazón de los aglomerados al ser expuestos a la acción del agua, los aglomerados de partículas en general presentan un aumento en espesor por absorción de agua. Con esta prueba se intenta determinar cómo afecta la acción del agua sobre los aglomerados, la ecuación es la siguiente: . en donde:

H: Hinchazón, en porcentaje;

V ₁ : Volumen después de la sumersión, en cm ³ ;

V ₀ : Volumen antes de la sumersión, en cm ³ .

Los resultados de los ensayos se presentan en las Tablas 5 a 12 Tabla 5. Pruebas iniciales con pulpa, borra y cisco, índice MOR y MOE Tabla 6. Pruebas con pulpa, borra y cisco, índice MOR y MOE Tabla 7. Pruebas con pulpa, borra y cisco, índice MOR y MOE Tabla 8. Pruebas con pulpa, borra y cisco, índice MOR y MOE Tabla 9. Pruebas con pulpa, borra y cisco, índice MOR y MOE Tabla 10. Pruebas con pulpa, borra y cisco, índice MOR y MOE Tabla 11. Pruebas con pulpa, borra y cisco, índice MOR y MOE Tabla 12. Pruebas con pulpa, borra, cisco y madera, índice MOR y MOE

A partir de los resultados de ios ensayos mecánicos se puede observar que las muestras correspondientes a las Tablas 6 y 12 son las que más se aproximaron a los valores exigidos por la norma NTC 2261 para un índice MOR entre (8 y 21) N/mm ² . un índice MOE entre (800 y 2400) N/mm ² , con respecto a la resistencia a la humedad es más resistente el compuesto de la Tabla 7 debido al uso de la mayor cantidad de biomasa proveniente de una madera dura, la apariencia física de este último compuesto es muy similar a la terminación de una losa de granito, con una muy reducida presencia de espacios en su interior. El módulo MOR y MOE de las Figuras 2 y 3, correspondientes al compuesto de la Tabla 12 tienen un comportamiento similar al representado para un compuesto 100% epóxico de acuerdo con Papadopoulou & Chrissafis, (“Particleboards from agricultural lignocellulosics and biodegradable polymers prepared with raw materials from natural resources”. En A. K. Lau & A. P.Y. Hung (Eds.), Natural Fiber-Reinforced

Biodegradable and Bioresorbable Polymer Composites, páginas 19-30, Woodhead Publishing, 2017). De acuerdo con la clasificación de tableros de la norma europea EN 312:2010 el compuesto de la Tabla 12 con un espesor de ±1,5 cm se podría emplear para pisos de alto tráfico y divisiones en interiores (tableros PIO, Pl l y P12), accesorios interiores (Tableros P2), muebles en exteriores (tableros P3). En el documento desarrollado por Dominguez Ortiz & Londoño Zuluaga (2015) hacen referencia a la clasificación de tableros aglomerados, de donde el compuesto de la Tabla 12 y sus derivados se pueden clasificar por densidad como un tablero pesado, por acabado como no lijado, por tratamiento como hidrófugo e ignifugo. Los tableros elaborados con el compuesto de la Tabla 12 y sus derivados poseen una menor carga higroscópica inferior al 5% ante una humedad relativa entre el 70 % al 100 %, resultados que mejoran el producto expuesto por Bekalo & Reinhardt (2010), además de presentar un bajo porcentaje de la variación del espesor. En el documento expuesto por Rachtanapun et al. (“Correlation of Density and Properties of Particleboard from Coffee Waste with Urea- Formaldehyde and Polymeric Methylene Diphenyl Diisocyanates” . J ournal of Composite

Materials, 2012, 46(15): 1839-50) se evidencia una alta carga de humedad cercana al 85 % para un compuesto de borra y urea-formaldehido expuesta durante 24 h y del 24 % para un compuesto de borra y disocianato difenil metileno polimérico.