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UNIVERSIDAD CATOLICA DE SANTA MARIA

PRACTICA N° 4

TEMA: IDENTIFICACION DEMATERIALES PLASTICOS POR COMBUSTION, SOLUBILIDAD Y DENSIDAD

ESCUELA PROFESIONAL: ING. MECANICA, MECANICA-ELECTRICA Y MECATRONICA

ASIGNATURA: MATERIALES DE FABRICACION II

DOCENTE: ING. EMILIO CHIRE RAMIREZ ALUMNO: CANALES MINAYA, CESAR GABRIEL GRUPO:

DIA: VIERNES DE 2 A 4 PM 19-06-2015

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INDICE

1. Resumen

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2. Objetivos

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3. Introducción

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4. Base teórica

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5. Procedimiento experimental

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6. Resultados y análisis de los resultados

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7. Conclusiones

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8. Bibliografía

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9. Investigación

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Informe N°4

Identificación de materiales plásticos por combustión, solubilidad y densidad

1. Resumen Iniciando las clases de prácticas de materiales de fabricación, se encontró en cada me tipos de muestras de plásticos con múltiples herramientas, el objetivo era identificar el tipo de material plástico cuando este no estaba normalizado, había cuatro ensayos en total, el cual teníamos que desarrollarla todas para completar los cuadros y preguntas del libro de prácticas. A nuestra mesa se encontro un vernier digital y cuatro muestras de plásticos en envases pequeños enumerados, con muestras de diferentes, nuestro ensayo consistía en hallar la densidad de cada muestra para luego compararlo en una tabla de densidades y finalmente encontrar de que esta hecho este material, para ellos mi grupo contaba con una pequeña balanza. Luego de haber desarrollado este ensayo se empezó el ensayo de densidades, el cual consistía en ver las reacciones y el comportamiento que mostraba el plástico en un determinado medio (aceite y agua) Después de haber finalizado el ensayo de densidad se pasó al ensayo de combustión, el cual consistía en quemar un pellets hasta ver como reaccionaba e identificar su olor, su tipo de llama, su tipo de incineración etc, este y de todas sus características mostradas mediante papel PH para observar todas sus características lo colocaríamos en el cuadro de la guía de práctica. Finalmente se termino con el ensayo de solubilidad en acetona el cual consistía reconocer las distintas señales que mostraban en los envases de las sustancias químicas y clasificarlos en función de su comportamiento frente a la acetona Terminaríamos llenando todo los cuadros de resultados que presentaba el libro de guía de prácticas.

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2. Objetivos: -

Identificar el plástico con el que está fabricada una pieza teniendo en cuenta las características particulares de combustión de cada tipo de plástico

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Efectuar en forma correcta los ensayos, procediendo con precaución, debido a existencia de plásticos tóxicos que puede causar irritación en las vías respiratorias

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Determinar el tipo de material plástico en función a las diferentes densidades y solubilidades que presenta en determinados líquidos

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Identificar los seis tipos de polímeros reciclables por la medida de sus propiedades físicas y químicas

3. Introducción EN ESTA PRÁCTICA SE IDENTIFICARON DIFERENTES MUESTRAS POLIMÉRICAS DIFERENTES A TRAVÉS DE ENSAYOS SENCILLOS COMO: LA APARIENCIA FÍSICA, DENSIDAD Y SOLUBILIDAD EN ACETONA; ADEMÁS, SE ANALIZÓ EL COMPORTAMIENTO A LA FLAMA DETERMINANDO SU FACILIDAD O DIFICULTA A INCENDIAR, COLOR DE LA FLAMA, SI SE FUNDE O CARBONIZA, COLOR Y OLOR DE LOS HUMOS. DE ACUERDO A TABLAS SUMINISTRADAS EN LA GUÍA DE LABORATORIO, SE PUDO IDENTIFICAR QUE LOS MATERIALES POLIMÉRICOS ERAN: POLIETILENO DE ALTA DENSIDAD, UN POLÍMERO ESTIRENICO, CLORURO DE POLIVINILO FLEXIBLE Y POLIETILENO DE ULTRA ALTO PESO MOLECULAR. HAY QUE ACLARAR QUE ESTAS PRUEBAS POR SER BÁSICAS, LA IDENTIFICACIÓN ES UNA APROXIMACIÓN PREVIA AL TIPO DE POLÍMERO, LA CUAL PUEDE ESTAR SUJETA A INTERPRETACIONES ERRÓNEAS DEBIDO A LA INEXPERIENCIA DEL GRUPO. LOS MATERIALES POLIMÉRICOS SON UNA GRAN FAMILIA QUE SE COMPONE DE ELASTÓMEROS, TERMOPLÁSTICOS TERMOESTABLES, Y ADHESIVOS; LOS CUALES TAMBIÉN PUEDEN DIVIDIRSE EN GRUPOS DEPENDIENDO DE OTRAS CARACTERÍSTICAS

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4. Base Teórica

Los materiales termoplásticos pueden ser reutilizados mediante diferentes procesos de reciclaje, para los cuales, el paso más importante lo constituye la clasificación de los materiales. Las pruebas de laboratorio pueden servir para determinar los componentes de un material desconocido. Algunos métodos de pruebas muy sencillas se muestran a continuación con el fin de dar las pautas necesarias para identificar fácilmente los tipos básicos de polímeros termoplásticos. Las resinas de polímeros pueden identificarse por las siguientes pruebas fundamentales: [1]  Marca normalizada  Aspecto físico  Efectos de calor  Prueba Belstein  Solubilidad  Densidad relativa Para poder identificar el tipo de polímero que es hay varios métodos que se pueden realizar, uno de ellos es : Método de la combustión. Para que se produzca la combustión es necesario que haya oxígeno, un combustible y temperatura alta. Cuando se dan estas condiciones se produce una reacción muy exotérmica con llama. Cuando los polímeros se calientan experimentan rotura química de sus enlaces con formaciones volátiles, generalmente hidrocarburos de bajo peso molecular, lo que conduce la formación de un residuo

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poroso. Generalmente estas reacciones se producen en el interior del material y en condiciones de pirolisis (en ausencia de oxigeno) por tanto son endotérmicas y con tendencia a auto extinguirse. Sin embargo la formación del residuo poroso facilita la penetración del oxígeno del aire, con lo que la reacción de combustión de los volátiles formados puede tener lugar. Si esto sucede, el calor generado por combustión suministra continuamente la energía necesaria para la pirolisis del material. Por lo tanto, puede haber una subida de la temperatura y eventualmente los vapores generados en la pirolisis se inflamaran por combinación de O2 para formar llama. En este caso se dice que el material es inflamable (o combustible). Si tal calor

de

combustión no es suficiente para que el material pirolice y produzca volátiles a velocidad suficiente, la llama se extinguirá. Se dice, entonces que el material es auto extinguible. Los Volátiles generados en la degradación térmica de polímeros contienen por lo general grupos C-C y C-H y son buenos combustibles. Los productos nocombustibles de la pirolisis, tales como haluros de halógenos, aminas, CO2, etc. Dan lugar a una subida de la temperatura de ignición y a un incremento de la demanda de oxígeno para mantener la ignición, por tanto, pueden provocar la auto extinción de los productos de combustión.

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Otro método para el reconocimiento de los polímeros es por la identificación de sus densidades en distintos líquidos, ya que cada uno tiene propiedades y características únicas, Se expulsa el aire atrapado entre los gránulos. Se mejora la transferencia de calor desde las paredes del barril, conforme el material se vuelve menos denso. Ocurre un cambio de densidad debido a la fusión del material. La zona de compresión se diseña para cada tipo de polímero. Si el material se funde de forma abrupta se requiere de una zona de compresión muy corta, comúnmente de la longitud de una vuelta de la espiral del tornillo, ejemplos de estos tipos de polímero son el nylon y otros polímeros semicristalinos como el polipropileno y el acetal. De forma contraria existen polímeros que necesitan una zona de compresión de mayor tamaño, por ejemplo el cloruro de polivinilo, ya que este se funde de forma lenta. [4] Otra forma es por su flexibilidad, ya que existen los materiales plásticos flexibles los cuales son lso elastómeros. Los elastómeros son sustancias poliméricas que poseen la particularidad que se pueden deformar en gran medida sin que lleguen a la zona de deformación plástica. Los elastómeros son compuestos químicos cuyas moléculas consisten en varios miles de moléculas llamados monómeros, que están unidos formando grandes cadenas, las cuales son altamente flexibles, desordenadas y entrelazadas. Cuando son estirados, las moléculas son llevadas a una alineación y con frecuencia toman el aspecto de una distribución cristalina, pero cuando se las deja de tensionar retornan espontáneamente a su desorden natural, un estado en que las moléculas están enredadas. Esta forma de volver a su estado natural de desorden distingue a los elastómeros de los polímeros termoestables, los cuales son duros y frágiles. Entre los polímeros que son elastómeros se encuentran el poliisopreno o caucho natural, el polibutadieno, el poliisobutileno y los poliuretanos Otra forma es mediante su dureza, ya que la mayoría de los materiales poliméricos en servicio están expuestos al exterior. El deterioro resultante se denomina degradación por exposición a la intemperie que a menudo resulta una combinación de MATERIALES DE FABRICACION II

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varios procesos distintos. En estas condiciones el deterioro es principalmente consecuencia de la oxidación iniciada por la radiación ultravioleta del sol. Algunos polímeros absorben agua y disminuyen su dureza y tenacidad. La resistencia a la degradación por exposición a la intemperie de los polímeros es dispar. Por medio de la adición de elementos de aleación específicos se elevan la resistencia, dureza, de los materiales. Entre los numerosos disolventes de plásticos, los más ampliamente utilizados son benceno, tetrahidrofurano, dimetilformamida, dietiléter, acetona y ácido fórmico. En ciertos casos se suele utilizar cloroetileno, acetato de etilo, etanol, metanol, tolueno, hidrocarburos e incluso ácidos o bases. La industria de los plásticos conoce desde siempre que la obtención de productos verdaderamente útil solo es posible si a la matriz polimérica se añaden ciertos aditivos. En general, se consideran aditivos aquellos materiales que van dispersos físicamente en una matriz polimérica, sin afectar su estructura molecular. Por tanto, quedan excluidas sustancias tales como catalizadores, reticulantes, etcétera. La incorporación de aditivos a plásticos puede alterar considerablemente las propiedades de los materiales. Como en el caso del caucho según los aditivos que se empleen se pueden obtener neumáticos, suelas de zapatillas, colchones, bandas elásticas, gomas de borrador etc. En el caso del PVC se pueden obtener tubos rígidos, botellas, recubrimientos de cables, bandas, transportadoras, ropa, balones, muñecas, etc , todos ellos materiales con propiedades y aspecto muy diverso.

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5. Procedimiento Experimental 1. Ensayo por Densidad 1) Antes de comenzar con el ensayo el ingeniero nos dio indicaciones para desarrollarlo de una forma correcta 2) En nuestra mesa encontramos cinco envases de pellets diferentes y un vernier digital

Fig 1. Vernier Digital Fig 2. Pellets

3) Agarramos cada pellets y lo medimos con el vernier digital para poder hallar su volumen. Este volumen debe estar milímetros ya que la densidad esta en esa unidad

Fig 3. Medición de cada pellets

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4) Luego de haber hallado el volumen de cada pellets, procedimos a ponerla en la balanza para hallar su volumen y dividirla entre su volumen para poder hallar su densidad

Fig 4. Pesando cada pellets

2. Ensayo por combustión 1) Para desarrollar bien este ensayo, teníamos que tener las precauciones necesarias ya que ibas a trabajar con fuego 2) En este ensayo encontramos un mechero, Papel Ph, pinzas y probetas de diferentes plásticos 3)

Fig 5. Pinzas

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Fig 5. Mechero

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Fig 5. Probetas de plásticos

Fig 6. Papel PH

4) Primero agarramos con las pinzas las probetas de diferentes plásticos para quemarlos en el mechero por unos pares de segundos. Además de quemarlo al momento de sacarlo tenemos ver cuál es color de llama que bota.

Fig 7.quema de probetas plásticos

Fig 8. Muestra del color de la llama

4) además de notar su color de la llama, tenemos que oler a que huele el humo de cada plástico para colocarlo en el cuadro de respuestas. Con el papel PH lo humedecemos en el agua destilada para que cambie sus colores con el humo que bota para indicar si es base o acida

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Fig 8. Características de las llamas del plástico

Fig 10. Comparando los colores resultantes

3. Ensayo de Solubilidad en acetona

1) Para este ensayo fue necesario tener probetas de diferentes plasticos, un soporte para los tubos y acetona 2) El ingeniero ya se adelantó este ensayo porque tenía que permanecer las muestras en la acetona entre 2 o 3 horas agitando, por lo que solo teníamos que analizar las muestras que aparecían en los tubos de ensayo

Fig 11. Muestras de probetas de plásticos

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Fig 12. Analizándolas muestras de plásticos en la acetona 4. Ensayo de Densidad 1) Para este ensayo utilizamos los siguientes materiales: Pellets y probetas de muestras, recipientes que contenían alcohol y aceite y pinzas 2) El objetivo de este ensayo era haciendo un test para cada muestra de plastico el cual consistia en:

A. En los que se que flotan y hunden ( medio de alcohol y aceite )

B. En losFig que hundes del ( combustion y en medio acetona) 13.seMateriales ensayo de densidades

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3) Primero analizamos que floten en los medios alcohol y aceite para descarta que tipo de materiales pueden ser

Fig 14.Pellets que flotan en el agua

Fig 16. Pellets que se hunden en el agua

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Fig 15. Pellets que se hunden en aceite

Fig 17. Pellets que flotan en el aceite

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4) Habían quedado algunos pellets que se hundían y probamos con el test de acetona para determinar de que esta hecho ese pellet

Fig 18. Poniendo acetona en el agua

Fig 19. Pellets que reaccionando en el acetona

5) Probamos además con las combustión, cuando algunos pellets al quemarlos desprenderían una llama diferente y con ese dato podríamos hallar de que está compuesto ese pellets.

Fig 19. Combustion de Pellets

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Fig 21. Pellets que desprendida llama naranja

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5. Resultados Ensayo de Solubilidad en Acetona

Probeta N° 1 2 3 4 5 6

Solubilidad en Acetona NO NO SI NO NO SI

Hinchamiento en acetona NO SI SI SI NO NO

Tipos de Plástico PA-6 PEAD (HDPE) PC PEBA POM RF

Ensayo de Combustión Probeta N°

Cantidad y Color del humo Bastante, Blanco

Color de la llama

Combustibilidad

Tipo de Fusión

pH del Humo

Olor

Tipo de Plástico

Naranjada con centro azul

Funde rápido y gotea

Base

A vela recién apagada

PEAD

2

Negro con hollín

Amarilla

Gotea

Base

Gas Natural

PS

3

Muy poco, blanco Poco humo

Azulada

Gotea

Base

Pelo Quemado

PA-6

Gotea rápido

Neutro

Formol

POM

5

Humo negro con hollín

Amarillo anaranjado

Gotea

Base

Pelo quemado

PET

6

Bastante , Blanco

Naranja con centro azul

Continua ardiendo tras quitar el mechero Continua ardiendo tras quitar el mechero Se auto extingue, arde mal Continua ardiendo tras quitar el mechero Continua ardiendo tras quitar el mechero Continua ardiendo tras quitar el mechero

Gotea y funde rápido

Neutra

A vela apagada

PEBD

1

4

Azulada

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Bastante, negro hollín

Contorno verde

Llama auto extinguible

Se ablanda y no gotea

Base

Intenso asfixiante

PVC

Ensayo de Densidad Probeta N° 1

Masa ( gr) 0.04 gr

2 3 4 5 6

0.07 gr 0.12 gr 0.09 gr 0.33 gr 0.24 gr

Probetas

1 2 3

4

5 6

Reacción con llamas

Densidad ( gr/cm3) 0.04/0.547 = 0.0731 0.07/0.067 = 1.044 0.12/1.548 = 0.934 0.09/0.064 = 1.40 0.33/0.259 = 1.27 0.24/0.291 = 0.91

Flota en el agua SI SI NO

LLAMAS COLOR ANARANJADO LLAMAS NO COLOR AMARILLO VERDUSCA NO AZULADA SI

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Tipo de plástico

PS PEBD RF PVC PEBD

Flota en alcohol

Flota en aceite

Tipo de plástico

SI SI En acetona NO En acetona SI SI

NO SI SI

LDPE PP PS

NO

PET

NO

PVC

NO

NO

HDPE

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6. Conclusiones

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Con la experiencia de la práctica, las pruebas de combustibilidad podría ser eficaces y rápidas para realizar una identificación previa del tipo de familia polimérica de cualquier material plástico. se debe realizar un esfuerzo de flexión hasta la rotura, para evitar confusiones en determinar la rigidez del material.

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Las propiedades ópticas de un polímero podrían variar por el tipo de procesamiento de tengan, por tanto, no es una prueba confiable para realizar una identificación polimérica.

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Todas las pruebas en conjunto (densidad, solubilidad en la acetona, por su reciclabilidad y de combustibilidad) sirven para tener una idea previa del

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tipo o familia de polímeros, sin que su costo sea alto. Con esta práctica los alumnos tienen la oportunidad de familiarizarse con algunos de los ensayos generales y técnicas analíticas más complejas, empleados en la identificación de polímeros.

7. Bibliografía -

http://www.escuelaing.edu.co/uploads/laboratorios/1960_idplasticosr2. pdf

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http://es.slideshare.net/FabianDorado3/identificacion-y-calidad-depolimeros

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IMBESTIGACION:

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PRUEBA DE ÁCIDO SULFÚRICO

Colocar 5 ml de ácido sulfúrico concentrado en un tubo de ensayo. Para esta prueba, usar las muestras de los plásticos que no tenían una prueba positiva con acetona. Introducir la muestra en el tubo con el ácido y llevar a baño de María durante 30 minutos (puede llevar más tiempo dependiendo del tamaño de la muestra). Si se observa dilución de la muestra se tomara como resultado positivo. Repetir esta prueba para cada una de las muestras restantes de plástico que no tenían una prueba positiva en acetona. Como paso posterior, se pueden ensayar las muestra positivas, trasvasando lentamente el contenido de los tubos de ensayos en un erlen meyer con 100 ml de agua destilada (sumo cuidado en esta operatoria, peligro de salpicaduras) observando formación de precipitado blanco.

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PRUEBA DE ALAMBRE DE COBRE

Esta prueba utiliza las muestras de plástico que se hundieron en el agua (más densas que el agua). Obtener un pedazo de alambre de cobre alrededor de 5 cm de largo o más. Empujar un extremo del cable en un pequeño corcho (El corcho se utiliza como un mango para no quemarse la mano) Sostener el extremo libre del cable de cobre en la llama del quemador, hasta que esté caliente y la llama ya no tiene un color verde (restos del aislante de PVC del cable). Retirar el cable de la llama y tocar con el alambre caliente el plástico de la muestra que se prueba. Una pequeña cantidad del plástico se derrite en el cable. Si el cable se adhiere a la muestra de plástico, use un par de pinzas para extraerlo (Usted no quiere quemar un pedazo grande de plástico.) Colocar el extremo del alambre, con la pequeña cantidad de plástico, en la llama. Usted debe ver un destello leve de una llama luminosa (un color amarillo-naranja). Si la llama se vuelve de color verde, la muestra contiene cloro. Repetir esta prueba para cada una de las muestras restantes de plástico que se hundió en el agua.

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PRUEBA DE BEILSTEIN

La prueba de Beilstein es un método simple para determinar la presencia de un halógeno (cloro, fluor, bromo y yodo). Para esta prueba hay que calentar un alambre de cobre limpio en una llama de Bunsen hasta que se ponga incandescente. Después se pone en contacto rápidamente el alambre caliente con la muestra de ensayo y se retorna el alambre a la llama. Una llama verde demuestra la presencia de halógeno. Los plásticos que contienen cloro como ya se había dicho anteriormente son policlorotrifluoretileno, PVC, policloruro de vinilideno y otros, que dan positivo en el ensayo de halógeno. Si la prueba es negativa, es posible que el polímero esté compuesto solamente de carbono, hidrógeno, oxigeno o silicio.

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GRIESS PRUEBA DE NITRÓGENO

Calentar una muestra de la película con dióxido de manganeso en un tubo de combustión de tres minutos y luego poder sobre la desembocadura del tubo un trozo de papel de filtro humedecido con el reactivo de Griess es nade de la siguiente manera: la solución A: 1 g de ácido sulfanílico se disuelve sin 100 cm3 de 30 % de ácido acético. Solución B: 0.03g naftilamina se hierve en 70 cm3 de agua. El licor colourness sobrenadante se decanta y se mezcla con 30cm3 de ácido acético glacial. Cantidades iguales de solución A y B son mixto según sea necesario. Una prueba positiva para el nitrógeno está dada por las poliamidas (nylon) y por los revestimientos de nitrocelulosa en las calificaciones a prueba de humedad de la película de celulosa Regenerada OTROS MÉTODOS Algunos métodos más automatizados pueden ser la clasificación por densidad en seco con insufladores, que logran separar los materiales con corrientes de aire fuertes para mover los finos y materiales contaminantes de poco peso, pero no tanto para mover los materiales más pesados. Se usan también detectores de rayos x, que identifican átomos de cloro en el PVC; detectores ópticos que distingan colores, infrarrojos de onda larga simple para determinar la opacidad y clasificar en lotes transparentes, translucidos u opacos; o detectores infrarrojos de onda larga múltiple que pueden comparar la constitución química de un elemento, comparándola con un patrón.

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