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CARACTERIZACIÓN PRELIMINAR DEL SUBPRODUCTO DE
FABRICACIÓN DE PAPEL DE LA EMPRESA FÁBRICA DE BOLSAS DE
PAPEL UNIBOL S.A.
CAROLINA COBOS SILVA
GINA PAOLA RODRÍGUEZ MIRANDA
CORPORACIÓN UNIVERSITARIA DE LA COSTA
FACULTAD DE INGENIERIA
PROGRAMA DE INGENIERIA SANIATARIA Y AMBIENTALBARRANQUILLA
JULIO 2004
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CARACTERIZACIÓN PRELIMINAR DEL SUBPRODUCTO DE
FABRICACIÓN DE PAPEL DE LA EMPRESA FÁBRICA DE BOLSAS DE
PAPEL UNIBOL S.A.
CAROLINA COBOS SILVA
GINA PAOLA RODRÍGUEZ MIRANDA
Asesor:
ANTONIO FLÓREZ SILVERA
Proyecto de Grado para optar al Título de Ingenieras Sanitarias y Ambientales
CORPORACIÓN UNIVERSITARIA DE LA COSTA
FACULTAD DE INGENIERIA
PROGRAMA DE INGENIERIA SANIATARIA Y AMBIENTALBARRANQUILLA
2004
FICHA TÉCNICA
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AREA DE CONOCIMIENTO: INGENIERÍA SANITARIA Y AMBIENTAL
LÍNEA DE INVESTIGACIÓN: DESECHOS SÓLIDOS
TEMA: REUTILIZACIÓN DE SUBPRODUCTOS
TITULO: CARACTERIZACIÓN PRELIMINAR DEL
SUBPRODUCTO DE FABRICACIÓN DE
PAPEL DE LA EMPRESA FÁBRICA DE
BOLSAS DE PAPEL UNIBOL S.A.
0. INTRODUCCIÓN
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Los residuos sólidos han sido desde siempre una parte inherente de la existencia
humana; el desempeño o desarrollo de cualquier actividad de origen antrópico
produce un flujo de desechos a mayor o menor escala. No obstante, desde el
desarrollo de la producción manufacturera con el inicio y consecuente avance de la
famosa Revolución Industrial este volumen producido aumentó de una manera colosal
en un periodo de tiempo relativamente corto y se ha mantenido así y hoy día es uno
de los mayores retos que los profesionales en el área del control de la contaminación
y la gestión ambiental tienen que vencer.
La industria papelera es uno de las manufacturas que mayor demanda tiene, millones
de toneladas diarias se consumen de todo el mundo, lo que produce una mayor
fabricación y por lo tanto, una mayor generación de desechos fruto de estas
actividades productivas. La empresa UNIBOL S.A. no es la excepción, diariamente se
producen dentro de esta compañía 25 toneladas de papel en diferentes modalidades,
lo que deja un remanente de desechos de 12 toneladas diarias, siete si se toma como
base seca.
Este proyecto tiene como objeto el análisis de la composición del subproducto sólido
resultante de la fabricación de papel, así como la posibilidad de su aplicación dentro
de la producción de otro bien de consumo, de tal manera que pueda ser utilizado
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como materia prima, aprovechándolo nuevamente y por lo tanto, evitando la
consecuente contaminación que este conlleva, esto sin contar toda la inversión que
exige la disposición final de esta materia.
1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
1.1. IDENTIFICACIÓN Y DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA
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Desde hace más de 50 años la Fábrica de Bolsas de Papel UNIBOL S.A. se ha
dedicado a la fabricación y comercialización de papeles. A lo largo de todo este
tiempo, y como ya se mencionó anteriormente el proceso industrial inherente a esta
operación tiene como una de sus consecuencias la producción de sólidos excedentes
de las aguas de proceso, los cuales son dispuestos en un relleno sanitario dentro de
los mismos predios de la compañía, desaprovechando el potencial que podrían tener
de ser utilizado como algún tipo de materia prima.
Lo anterior demanda un estudio valorativo de esta sustancia, de manera que pueda
ser analizada seriamente su capacidad para ser un material productivo dentro del ciclo
de fabricación colombiano, además de reducir las toneladas de residuo sólido
generadas por esta factoría lo que generaría, además de las obvias ventajas logísticas
(mejor aprovechamiento del espacio, menor cantidad de mano de obra contratada,
mayor terreno para mantener zonas verdes, etc) una mejor imagen corporativa no sólo
entre sus posibles compradores, especialmente en el extranjero, sino también dentro
en el ámbito local, regional y nacional.
1.2. Formulación del Problema
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¿Pueden ser reutilizados estos “residuos”, ya sea bien dentro o fuera de la empresa?
¿Qué composición fisicoquímica y microbiológica poseen? ¿En qué proceso manufacturero pueden ser reutilizados los lodos subproducto del
proceso de fabricación de papel de la empresa UNIBOL S.A.?
2. OBJETIVOS
2.1. Objetivo General
Caracterizar preliminarmente el subproducto de fabricación de papel de la empresa
fábrica de bolsas de papel unibol s.a.
2.2. Objetivos Específicos
Realizar análisis fisico-químicos y algunos microbiológicos del residuo para
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conocer su composición básica.
Analizar las proporciones de sustancias nocivas contenidas en el lodo y su
posible repercusión en los usos que podría recibir.
Desarrollar pruebas a nivel industrial, dentro de los posibles procesos de
fabricación donde el subproducto tenga posibilidades de ser insertado.
Determinar el posible uso que podría recibir el subproducto para su reintegración
al ciclo económico.
3. JUSTIFICACIÓN
El control de la contaminación al “final del tubo” es un concepto que fue planteado en
los años 70’s y duramente replanteado durante las dos décadas siguientes: el poco
compromiso que esto implicaba, las repercusiones ambientales que tenía sobre los
recursos naturales en general, junto con los altos costos de implementación y
mantenimiento envió esta propuesta de “contamina ahora y limpia después” a su
devaluación como método de dominio de la polución.
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Actualmente, la producción más limpia (P + L) es la tendencia mundial más
generalizada dentro del gremio industrial global, esta corriente se basa en la
reutilización de todos los excedentes de proceso (líquidos, sólidos y gaseosos) ya sea
bien tratándolos o no, según el caso, de tal manera que su manejo sea de carácter
netamente interno hasta donde sea posible y con el menor potencial de impacto
ambiental.
Bajo esta premisa la empresa UNIBOL S.A. ha decidido comenzar este proyecto de
investigación con el fin de hallarle un uso razonable y, en lo posible, económicamente
provechoso; de manera que pueda lograr un proceso productivo ambientalmente más
amigable.
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4. MARCO TEÓRICO
4.1. Definición de la Celulosa
La Celulosa es una fibra vegetal que conforma las paredes celulares de los árboles y
otras plantas, y que representa el 50% de su constitución física. La estructura química
de la celulosa está formada por uniones de moléculas de glucosa adheridas entre sí
por la lignina, sustancia ésta que refuerza las células, confiriéndoles consistencia y
rigidez.
La celulosa es también el nombre genérico para definir un amplio rango de productos
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compuestos por fibras naturales. Durante siglos, esta fibra se ha constituido en la
materia prima para la fabricación de diversos objetos de uso cotidiano, entre los
cuales sobresale, por su importancia, la elaboración del papel.
Los aspectos estereoquímicos de las moléculas de celulosa, la longitud de sus
enlaces interatómicos y el ordenamiento de las cadenas moleculares dentro del cristal
han sido extensamente estudiados por análisis de difracción de rayos X. La estructura
deducida de la aplicación de esta técnica y de ideas ya conocidas se presenta en la
Figura 1. Según Hermans, la molécula de celulosa presenta a lo largo de la cadena un
arreglo en zigzag de residuos sucesivos de glucosa. Esto permite un arreglo casi
plano, con los planos de los anillos de glucosa formando ángulos de unos 10º con
respecto al plano horizontal. Además, el arreglo en zigzag coloca el grupo hidroxilo
sobre el carbono-3 tan cerca del oxígeno de la glucosa vecina que se forman enlaces
de hidrógeno. Así se origina un anillo adicional que contribuye a impedir la rotación
mutua de los residuos de glucosa contiguos. Si las moléculas de celulosa cristalizan
en un arregló antiparalelo, las distancias de la red se pueden calcular usando
diagramas de rayos X. Un diagrama de una celda elemental se presenta en la (Fig.
1b); la dirección de las cadenas coincide con el eje-b, las dimensiones de la celda
elemental son 8.35 A x 10.3 A x 7.9 A, y los planos de los anillos de glucosa están
orientados paralelamente al plano. Este plano no es, sin embargo, el que corresponde
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a la superficie de los "cristales" encontrados en fibras elementales. Según Schurz, las
regiones cristalinas de la celulosa están orientadas con el plano tangencial a la
superficie de la celda. Esta posición está causada por los hidroxilos que se acumulan
en este plano. La adición de moléculas de celulosa durante la cristalización debe
proceder también en la dirección del plano ya que los hidroxilos libres se pueden unir
a las moléculas vecinas por enlaces de hidrógeno. Como una cadena de celulosa
ocupa un área de 31 A2, una fibra elemental, con una sección de 35 A x 35 A, contiene
unas 40 moléculas. La misma estructura reticular se ha encontrado tanto en fibras
tales como celulosa de ramio, algodón y madera, como en las paredes celulares de
Valonia, un alga marina.
4.1.1. Lignina.
Aunque muchas propiedades, métodos de aislamiento y reacciones químicas de la
lignina han sido estudiadas a través de los años, el progreso en la elucidación de su
estructura ha sido lento. Una de las razones ha sido que nunca se ha podido aislar
lignina sin que haya sufrido algún cambio; sin embargo, en años recientes, el uso de
la técnica de molienda vibratoria seguida de la extracción o remoción de los
carbohidratos por digestión con enzimas celulolíticas, ha producido ligninas con un
mínimo de alteración.
La idea de que la lignina es un polímero del alcohol coniferílico, el cual se origina a
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partir del glucósido coniferina, presente en la savia de las coníferas, fue sugerida por
Klason a principios de siglo. Erdtman, en la década del 1930, propuso que la lignina
también podría ser producida por deshidrogenación de ciertos compuestos fenólicos.
Fue Freudenberg, en 1943, quien reunió estos dos conceptos y ha continuado
trabajando según esas líneas. La participación del radical ha sido un descubrimiento
reciente. Lundquist y Nimz, trabajando independientemente, han encontrado
compuestos sin cadenas laterales en el carbono-3 en productos obtenidos por
degradación suave de la lignina. Se ha postulado que, después de aparearse, los
anillos alicíclicos revie rten al estado aromático por expulsión de su cadena lateral.
Figura 1. Esquema de la molécula de
celulosa y de la red cristalina en la celda unidad y en la fibra
elemental: (a)La conformación de cadena en zigzag
mostrando los enlaces de hidrogeno intramoleculares (b)Celda
unidad de celulosa . el arreglo de cadena antiparalela se usa
para obtener enlaces de hidrogeno donde intervienen enlaces
de hidrogeno intermoleculares a lo largo de los principales
planos cristalograficos (c) Corte de una fibra elemental
cristalina mostrando el arreglo de las cadenas de celulosa
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La formación de lignina se considera una policondensación compleja donde
intervienen al azar muchos tipos de enlaces. Se sabe que varias ligaduras contienen,
además del anillo de guayacilo tal como se encuentra en el alcohol coniferílico (I), los
correspondientes grupos di-metoxilado (especialmente en maderas duras) y no-
metoxilado (especialmente en plantas anuales). Estos grupos son presumiblemente
introducidos por co-polimerización en forma de los correspondientes alcoholes p-
hidroxicinamílicos II y III. Puede decirse que la estructura de la lignina está
comenzando a ser elucidada. En el aspecto bioquímico se está haciendo énfasis en el
estudio de los mecanismos de control de las reacciones enzimáticas del proceso de
lignificación.
Los árboles constituyen la principal fuente de fibras naturales para más del 90% de la
producción de celulosa a nivel mundial; el restante 10% es aportado por otras plantas,
tales como pastos, bambúes, bagazos, algodones, linos, cáñamos y otros.
4.1.2. Producción natural de la Celulosa
Figura 2. Vista microscópica de la molécula de Celulosa
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En las hojas del árbol se fabrican las sustancias para su crecimiento, mediante el
proceso de la fotosíntesis; ésta consiste en una reacción química que se genera en la
hoja del árbol con la ayuda de la clorofila (pigmento verde que absorbe la energía de
la luz del sol para convertirla en alimento) y que combina la energía de la luz solar, el
dióxido de carbono del aire y el agua absorbida del suelo. A través de este proceso el
árbol obtiene alimento en la forma de azúcares, tales como la glucosa. Toda esta
cadena concluye con la instalación de la glucosa en el cambium (capa situada entre la
corteza y la madera del árbol) para ser sintetizada, dando origen a la celulosa.
Las plantas verdes producen en sus hojas
las sustancias para su crecimiento mediante
el proceso de fotosíntesis, una compleja
reacción química se lleva a cabo en la hoja
con ayuda de la clorofila. Consiste en la
combinación de la energía de la luz solar, el
dióxido de carbono del aire y el agua
absorbida del suelo para producir azúcares,
tales como la glucosa. La glucosa llega al
cambium, capas situadas entre la corteza y
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la madera del árbol, para ser sintetizada
dando origen a la celulosa
Figura 3. Estructura integral de un árbol
La hoja posee una capa protectora externa llamada epidermis una capa intermedia,
que contiene los cloroplastos, que absorben el dióxido de carbono (CO2) necesarios
para la fotosíntesis. una capa interior, que contiene los vasos centrales, xilema y
floema, que transportan las sustancias nutritivas hacia la hoja y fuera de ella.
Los árboles crecen en grosos gracias a una capa de células llamadas cambium, esta
capa produce madera o albura (xilema) por su cara interna, y corteza (floema), por su
cara externa. las sustancias producidas en la hoja, son distribuidas a todas las partes
del árbol por la corteza interna o floema y son utilizadas para la formación de nuevos
tejidos.
En las superficies de las raíces existen pelos que se extienden por el suelo que
absorben el agua y sales minerales mediante un proceso de osmosis. el agua y los
minerales en forma de savia fluyen a través del xilema o vasos leñosos, hasta
alcanzar las hojas en la cima del árbol.
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4.1.3. Tipos de celulosa según su Producción
Dependiendo del proceso de producción, las celulosas se clasifican en Celulosa
Química, que se obtiene a partir de un proceso de cocción química de la madera con
diferentes productos a altas temperaturas y presiones, cuyo objetivo es disolver la
lignina contenida en la madera para liberar las fibras o celulosas; y Celulosa
Mecánica, proceso a través del cual la madera es molida y triturada mecánicamente,
siendo sometida a altas temperaturas y presiones.
Figura 4.Celulosa cruda o Kraft
Figura 5. Celulosa blanqueada: celulosa química
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4.2. Clasificación de las Utilidades de la Celulosa según su Producción
Para establecer la utilidad y los aportes productivos de la pulpa de la celulosa, es interesante
conocer sus usos de acuerdo a la clasificación de las diferentes formas en que ella es producida:
Pulpa celulosa mecánica deshidratada : obtenida principalmente del pino
insigne, consiste en una pasta de madera molida y refinada, a la que se le ha
extraído el agua. Se le utiliza como materia prima en la fabricación de papel de
diarios, guías de teléfono y volantes. Es 100% madera.
Pulpa Celulosa Kraft blanqueada deshidratada : producida a partir de pinos o
eucaliptos, que han sido sometidos al proceso de producción denominado kraft y
posteriormente a un proceso de blanqueo, al que se le ha extraído el agua. Esta
celulosa es la más utilizada y se usa como materia prima para la fabricación de
diversos papeles finos, de escritura e imprenta, y en papeles tissue.
Pulpa Celulosa Kraft cruda deshidratada : producida a partir de pinos o
eucaliptos, que han sido sometidos al proceso de producción denominado kraft. Es
una pasta de celulosa cruda a la que se le ha extraído el agua y que
posteriormente no es sometida a un proceso de blanqueo. Constituye la materia
prima para la fabricación de papeles de envolver, sacos de papel, cartulinas y
cartones.
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Fardos de celulosa blanqueada : constituyen paquetes de láminas de celulosa
blanqueada de fibra larga. Constituye la materia prima para la fabricación de
papeles finos, de escritura e imprenta, y de papel tissue. En general, cada fardo
pesa aproximadamente 250 kilos.
Pliegos de celulosa blanqueada : producidos a partir de pino insigne o eucalipto,
son láminas de celulosa que han sido blanqueadas mediante un proceso químico.
Su forma de lámina facilita su transporte y manipulación. Se utiliza en la
fabricación de papeles de escritura e imprenta, cartulinas y papel tissue.
Pliegos de celulosa cruda : producidos a partir de pino insigne, son láminas de
celulosa cruda y listas para ser comercializadas. Constituye la materia prima para
la fabricación de papeles de envolver, sacos de papel, cartulinas y cartones.
Fardos de celulosa cruda : paquete de láminas de celulosa cruda que no ha sido
sometida al proceso de blanqueo Constituye la materia prima para la fabricación
de papeles de envolver, sacos de papel, cartulinas y cartones. Cada fardo pesa
aproximadamente 250 kilos.
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4.3. Producción De Pulpa De Papel Con Fibra Secundaria
La producción de pulpa con fibra secundaria implica la necesidad de volver a producir
pulpa con base en papeles y cartones de desperdicio. Los dos métodos aplicados son
básicamente diferentes: 1) un sistema puramente mecánica, en el que interviene el
empleo de desbastadores, cernidores y separadores centrífugos, y 2) una
combinación de sistemas químicos y mecánicos, en la que los productos químicos se
utilizan en la etapa de producción de pulpa para eliminar la tinta y otros
contaminantes. Durante muchos años, la producción de pulpa con fibras secundarias
no ha mantenido el paso con el desarrollo general de la industria del papel, pero la
aparición reciente de factores económicos y ambientales ha permitido una gran
expansión de la misma. La fibra secundaria es la segunda fuente en importancia de
fibra para papel y cartón en Estados Unidos, y el porcentaje de reuso de la fibra es
mayor en Europa y en Japón que en Estados Unidos.
Tabla 1. Grados de papeles de desperdicio
Papeles de desperdicios mezclados, contienen varias calidades de papel que no
se limitan en cuanto al tipo o al contenido de fibra. El material prohibitivo no
puede exceder del 2% y los desperdicios no pueden exceder del 10%. El papel
de desperdicio mezclado se utiliza para techados y para tejas de asfalto
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bituminoso, artículos moldeados, la capa central en los cartones múltiples para
cajas, muros secos estructuras y cartones comunes de bajo costo.
Desperdicio corrugado, contiene superficies exteriores Kraft con recubrimiento
doble y un centro ondulado. Incluye también los cortes corrugados con
recubrimiento doble, los cortes corrugados, los cortes corrugados Kraft nuevos y
los contenedores o cajas corrugadas. El material prohibitivo no puede exceder el
1% , y los rechazos no pueden exceder del 5%. Este grado se utiliza en la
producción de cartones recubiertos, medios corrugantes, tableros para pared
seca y para techos. Constituye el tonelaje mas grande en el terreno de las fibras
secundarias, con un consumo anual muy superior a 5 millones de toneladas en
Estados Unidos.
Entradas directas.. ( Conocido también como sustituto de la pulpa ), consiste en
papeles blancos sin imprimir, de una blancura razonablemente uniforme y sin
material prohibitivo. Los desperdicios no pueden exceder del 0.5%. Este grado
se utiliza en vez de la pulpa virgen blanqueada para producir papeles finos y
papeles para publicaciones.
Grados destintados, formados por papeles que han sido impresos, o que tienen
color o contenido de pasta mecánica, y que se pueden tratar en un proceso de
destintado que elimina el color, la tinta de impresión, y las impurezas. No deberá
contener material prohibitivo, y los rechazos no podrán exceder del 0.25%. Este
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grado se utiliza para la producción de papeles finos, papeles para libros, sobre, y
todos los tipos de papeles tisú que integran los productos para el consumidor.
Periódicos, formado por periódicos en pacas, escogidos, frescos y secos, no
quemados al sol y sin incluir papeles de revistas, papeles blancos, excedentes
de prensa y papeles distintos de los de periódico, conteniendo no mas del
porcentaje normal de secciones en rotograbado y en color. El empaque no
deberá contener alquitrán. No se permite ningún material prohibitivo. Los
rechazos no pueden exceder del 0.25%.
Material prohibitivo, cualquier material que por su presencia en las pacas, mas
allá de la cantidad autorizada, hará que dicha paca sea inadecuada o inutilizable
para el grado especificado. Cualquier material que puede causar daños físicos al
equipo.
Desperdicios, todos los papeles que se procesan o tratan de tal manera que
resultan inadecuadas para su consumo en el grado especificado.
El papel de desperdicio mezclado constituye una categoría particularmente difícil en
orden a la producción de pulpa, debido a su alto grado de contaminantes, tales como
partículas metálicas, piedras, botellas, cintas, trapos, cuerdas y materiales plásticos
tales como poliestireno, polietileno, estireno soplado, estireno espumoso, fundidos
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calientes y asfalto bituminoso. Se requiere un sistema de recuperación que elimine en
forma continua estos contaminantes hasta un grado que permita hacer papel con base
en las fibras recuperadas.
4.3.1. Proceso de Fabricación UNIBOL S.A.
El papel reciclado se define como aquel en cuya fabricación se ha utilizado como
materia prima exclusivamente papel usado por el consumidor: periódicos, revistas,
papeles de oficina, impresos,.... y cuyo único destino sería su eliminación en vertedero
ó vía incineración.
La fabricación de papel a partir de su homólogo ya utilizado se puede resumir en una
serie de procesos y operaciones unitarias. A continuación se describen de manera
muy resumida, el procedimiento desarrollado por la empresa Fábrica de Bolsas de
Papel UNIBOL S.A.
El proceso se inicia con la obtención y escogencia de la materia prima. Si se desea
obtener un papel de calidad, es muy importante que se haga una minuciosa selección
del tipo de papel usado que se va a tratar, ya que la calidad del producto final
dependerá en gran medida de esta selección.
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Cuando ya se cuenta con una materia prima que cumple con las condiciones
necesarias para comenzar los procesos unitarios de fabricación, comienza la
trasformación del papel de desecho en pasta por batido. En esta parte del proceso se
mezcla el papel de desecho en un fluido. Una gran hélice es la que se encarga de
separar las fibras de celulosa, a la vez que deja los posibles restos de plásticos en
trozos lo más grandes posibles, para facilitar su posterior proceso de eliminación.
Esta es una operación unitaria delicada, ya que demasiado pulpeo puede romper la
fibra hasta el punto que éstas sean muy cortas las cuales son llamadas finos,
obteniendo como resultado un producto de características de resistencia muy pobre y
por ende, un papel de baja calidad. De igual forma, una baja agitación puede
producir una pasta con poca homogenización lo que puede generar trozos de papel
entero dentro de la mezcla gestando problemas de gramaje, textura, etc.
Igualmente, el papel de desecho tiene como inconveniente que una vez separadas las
fibras, éstas quedan mezcladas con elementos que deben ser separados para poder
hacer un papel de calidad. Entre estas impurezas de mayor dificultad de eliminación
son los plásticos y la tinta.
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Plásticos
Los plásticos al tener una densidad baja se separan de la pasta en tamices
ranurados o de agujeros, donde se facilita su separación. Se puede aprovechar su
diferencia de densidad para hacer su separación por medios mecánicos.
Tinta
Las tintas se separan de la pasta por medio de sistemas de flotación y lavado.
Estos sistemas consisten en crear micro burbujas de aire que arrastren hacia la
superficie la tinta, que una vez en la superficie es fácilmente retirada por rebose o
por aspiración. El lavado, separa las tintas remanentes en la suspención al ser
espesada la pasta, donde la tinta tiene su mayor prefencia a viajar con el agua
retirada.
Asimismo, para producir el blanqueo de la pasta de papel de desecho, dependiendo
de la blancura inicial de las fibras, de la blancura que se quiera obtener en el papel y
del proceso empleado para la obtención de la pasta es necesario aplicar el sistema de
blanqueo adecuado. En general la pasta se trata con productos químicos tales como:
cloro, hipoclorito sódico, dióxido de cloro, peróxido de hidrógeno, sosa cáustica (para
obtener el pH adecuado para lograr este efecto). En la operación de formación de la
hoja, se hacen adiciones a la emulsión de bactericidas, insumos encolantes,
abrillantadores ópticos entre otros insumos con el fin de mejorar el acabado final, la
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calidad y las propiedades físicas y químicas del papel fabricado.
Este proceso es el mismo que el de la pasta virgen, pero no es necesario que sea un
tratamiento tan fuerte, ya que esas fibras ya pasaron por blanqueados en sus antiguos
procesos de elaboración de papel.
Por último, el proceso de laminación de la pasta en máquina, esto con el fin de
transformarlo en la hoja ya que se va a consumir, consiste en poner las fibras en una
suspensión acuosa con consistencias comprendidas entre 0.4 y 0.2 gr/l. para que
puedan unirse convenientemente y posteriormente secarse por sistemas
gravimétricos, mecánicos y térmicos para obtener una lámina de papel con una
proporción de humedad comprendida entre el 7% y 9%; entre estos sistemas se
tienen, bombas de succión, mallas formadoras, rodillos por los que la lámina es
oprimida liberando humedad y sistemas de calentamiento ya sea bien con resistencias
eléctricas, planchas de vapor, etc.
Ahora bien, debido a la cantidad de agua que se utiliza en este proceso, la
recirculación es la única forma de reducir los vertimientos líquidos, sin embargo, a
este caudal que sale del proceso de fabricación de papel lo acompaña un porcentaje
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de sólidos que no es más que remanentes de pulpa que no pudieron incorporarse a la
hoja final. Para retirar estas concentraciones de desecho del flujo líquido se
implementó un sistema de floculación seguido por un filtro prensa.
4.4. Tanque Homogenizador de Polímero
El tanque contiene un agitador de baja rpm el cual es accionado por un motoreductor
de velocidad variable. El subproducto entra al tanque por la parte inferior y fluye hacia
arriba. Por gravedad llega a la caja de alimentación a través de una manguera.
El tiempo de residencia del tanque es de 1 a 3 minutos dependiendo del flujo de agua.
Este tanque es un acondicionador de lodos, no un mezclador de polímero (el polímero
debe ser inyectado a la tubería de 15 a 20 diámetros aguas arriba del tanque
floculador. El proceso de drenaje del caudal de agua blanca (aguas de proceso)
comienza al entrar al tanque la mezcla de lodo y polímero.
Acondicionado por una agitación suave, las pequeñas partículas de sólidos (finos) se
agrupan y forman una larga cadena llamada flóculo. La formación de un buen flóculo
es indispensable para un buen drenaje.
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4.5. Filtro Prensa (Belt Press)
La máquina consiste en dos mallas de poliéster que pasan a través de un sistema de
rodillos prensadores. Cada malla tiene por separado un mecanismo para tensionarla,
para ajustar su trayectoria y para lavado mediante duchas. Las mallas son
accionadas por un rodillo cubierto en caucho, el cual a su vez es accionada por un
motor de velocidad variable y transmite una velocidad igual a ambas mallas.
El proceso de exprimido del lodo se lleva a cabo en dos zonas de la máquina:
Zona de Drenaje.. El lodo a ser exprimido fluye desde el tanque floculador hacia la
caja de alimentación de la máquina y es uniformemente distribuido sobre la malla
inferior. En la caja de alimentación la mayor parte del agua drena a través de la malla
inferior.
Zona de Presión. Después de dejar la zona de drenaje la malla inferior encuentra la
malla superior (zona de acople) formando un “sandwich” de malla/lodo/malla. Este
sandwich entra en la zona de presión en la que la presión sobre el lodo es
gradualmente incrementada la pasar el sandwich a través de un serpentín de rodillos
cuyos diámetros reducen paulatinamente. La cantidad de presión y el tiempo son
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independientemente ajustables durante la operación. Después de pasar la zona de
presión las mallas son separadas; la galleta de lodo es removida de cada malla una
cuchilla de separación de lodos, soportado por un Doctor Blade.
4.6. Microbiología
4.6.1. Bacterias
Las bacterias son microorganismos procariotas de organización muy sencilla. La
célula bacteriana consta:
Citoplasma . Presenta un aspecto viscoso, y en su zona central aparece un
nucleoide que contiene la mayor parte del ADN bacteriano, y en algunas bacterias
aparecen fragmentos circulares de ADN con información genética , dispersos por
el citoplasma: son los plásmidos.
La membrana plasmática . presenta invaginaciones, que son los mesosomas,
donde se encuentran enzimas que intervienen en la síntesis de ATP, y los
pigmentos fotosintéticos en el caso de bacterias fotosintéticas.
En el citoplasma se encuentran inclusiones de diversa naturaleza química.
Muchas bacterias pueden presentar flagelos generalmente rígidos, implantados en la
membrana mediante un corpúsculo basal . Pueden poseer también, fimbrias o pili muy
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numerosos y cortos, que pueden servir como pelos sexuales para el paso de ADN de
una célula a otra
Poseen ARN y ribosomas característicos, para la síntesis de proteínas.La pared
celular es rígida y con moléculas exclusivas de bacterias.
4.6.1.1. Nutrición
El éxito evolutivo de las bacterias se debe en parte a su versatilidad metabólica. Todos
los mecanismos posibles de obtención de materia y energía podemos encontrarlos en
las bacterias.
Según la fuente de carbono que utilizan, los seres vivos se dividen en autótrofos, cuya
principal fuente de carbono es el CO2 , y heterótrofos cuando su fuente de carbono es
materia orgánica.
Por otra parte según la fuente de energía, los seres vivos pueden ser fototrofos, cuya
principal fuente de energía es la luz, y los organismos quimiotrofos, cuya fuente de
energía es un compuesto químico que se oxida.
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Figura 6. Tipos de alimentación bacteriana
Atendiendo a las anteriores categorías, entre las bacterias podemos encontrar las
siguientes formas, como puede apreciarse en el esquema:
Las bacterias quimioheterótrofas, utilizan un compuesto químico como fuente de
carbono , y a su vez, este mismo compuesto es la fuente de energía. La mayor
parte de las bacterias cultivadas en laboratorios y las bacterias patógenas son de
este grupo.
Las bacterias quimioautótrofas, utilizan compuestos inorgánicos reducidos como
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fuente de energía y el CO2 como fuente de carbono. Como por ejemplo,
Nitrobacter, Thiobacillus.
Las bacterias fotoautótrofas, utilizan la luz como fuente de energía y el CO2 como
fuente de carbono. Bacterias purpúreas.
Las bacterias fotoheterótrofas, utilizan la luz como fuente de energía y
biomoléculas como fuente de carbono. Ejemplos como Rodospirillum y
Cloroflexus.
4.6.1.2. Reproducción
Tras la duplicación del ADN, que esta dirigida por la ADN-polimerasa que se encuentra
en los mesosomas, la pared bacteriana crece hasta formar un tabique transversal
separador de las dos nuevas bacterias.
Pero además de este tipo de reproducción asexual, las bacterias poseen unos
mecanismos de reproducción sexual o parasexual, mediante los cuales se
intercambian fragmentos de ADN . Puede realizarse por :
TRANSFORMACION: Consiste en el intercambio genético producido cuando una
bacteria es capaz de captar fragmentos de ADN, de otra bacteria que se
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encuentran dispersos en el medio donde vive.
CONJUGACIÓN: En este proceso, una bacteria donadora F+ transmite a través de
un puente o pili, un fragmento de ADN, a otra bacteria receptora F-. La bacteria
que se llama F+ posee un plásmido, además del cromosoma bacteriano.
TRANSDUCCIÓN: En este caso la transferencia de ADN de una bacteria a otra ,
se realiza a través de un virus bacteriófago, que se comporta como un vector
intermediario entre las dos bacterias.
4.6.2. Hongos
Los hongos se encuentran en una variedad de formas y tamaños. Pueden abarcar
desde células individuales hasta enormes cadenas de células que se pueden alargar
por millas.
4.6.2.1. Clasificación
Los hongos son organismos eucariotes —su ADN está contenido en un núcleo-.
Muchos de ellos pueden semejarse a las plantas, pero los hongos no fabrican su
33
propio alimento a partir de la energía solar como lo hacen las plantas.
Los hongos comprenden criaturas de una sola célula que existen individualmente, es
el caso de las levaduras, y como agregados multicelulares, los mohos o los
champiñones. Las levaduras semejan gotas redondas u ovaladas. Son muy pequeñas
para poderlas apreciar individualmente, pero las puedes observar cuando están
agrupadas como un polvo blanco que cubre las frutas o las hojas de las plantas. Los
mohos se describen como filamentos, debido a que forman cadenas largas de células
denominadas hifas. Esas hifas le dan al moho su aspecto felpudo. También forman el
cuerpo carnoso de los champiñones, el cual contiene las esporas de algunas
especies.
Puede parecer extraño considerar algo tan grande como un champiñón como un
microbio. Pero las células de las hifas que forman el champiñón están conectadas de
una forma más estrecha que las células de otros organismos multicelulares. Las
paredes celulares que separan las células de la hifa tienen usualmente poros que
permiten que el protoplasma, es decir el fluido que llena las células, fluya entre ellas.
En esencia, una hifa de un hongo es un tubo que se extiende continuamente.
En general, los hongos crecen mejor en medio ambientes ligeramente ácidos (un pH
34
de 5,0; un pH de 7,0 es neutral). Pueden crecer en sustancias con baja humedad. Los
hongos viven en el suelo, en plantas y en animales incluyendo el ser humano, en agua
dulce y en agua salada. Una cucharadita de tierra contiene alrededor de 120.000
hongos.
Estos seres son básicamente son estáticos. Pero se pueden diseminar formando
esporas que viajan en el viento y en la lluvia (Visita la página Reproducción
microbiana para más detalles), o por crecimiento y extensión de sus hifas. Recuerda
que las hifas son cadenas de células fúngicas que crecen en el extremo, creando
cadenas más largas que se ramifican. Es difícil detener su crecimiento. Las hifas son
lo suficientemente fuertes como para abrir huecos a través de la pared celular de las
plantas y el duro exoesqueleto de los insectos.
4.6.2.2. Alimentación
Los hongos absorben nutrientes de la materia orgánica viva o muerta (plantas,
animales) sobre la cual crecen. Simplemente absorben a través de su pared celular
nutrientes que se disuelven fácilmente, como son los azúcares, o secretan enzimas
35
que rompen los nutrientes más complejos en formas sencillas para poderlas absorber.
4.7. Estado del Arte
Este tipo de material (el rechazo del proceso de fabricación de papel ya sea bien
pulpa virgen o reciclado) ha sido utilizado en varias ocasiones como componentes
para cementos, ladrillos, cerámicas y concretos.
Las materia primas para la fabricación del cemento son carbonato de calcio, arcilla,
sílica y pequeñas cantidades de hierro y aluminio, algunos lodos son ricos en estos
materiales por esto son llevados directamente a la manufactura del cemento y sus
derivados, siempre y cuando los lodos no contengan mas del 5% de oxido de
magnesio ( la presencia de magnesio afecta las propiedades del cemento ).
Estos “lodos” además de representar un ahorro en piedra caliza en una cementera
debido a su contenido de carbonato de calcio pueden contribuir a un ligero ahorro
energético, la presencia de material celulósico ayudara a la calcinación de los lodos.
Al poseer los lodos cargas minerales se han aptos para su uso en la fabricación de
ladrillos porque mejoran la resistencia al finalizar el proceso de cocción, además el
36
alto contenido de materia orgánica favorece la calcinación haciéndola mas rápida,
reduciendo por tanto el costo energético.
El contenido de fibras de naturaleza orgánica es ventajoso, estas al desaparecer
generan espacios vacíos en el ladrillo.
Los productos de construcción que utilizan lodos como aditivos son considerados
como agregados livianos (LWA), estos dan al producto final una baja densidad.
Trabajo de grado “ Aprovechamiento de lodos primarios de las fabricas de papel”
Universidad pontificia Bolivariana
Facultad de ing. Química
4.8. Antecedentes Propios Específicos
La Fábrica de Bolsas de Papel Unibol S.A.. fue fundada como una sociedad en 1948
por Don Elías Zaher Matuk y Don José Zaher Matuk. Ellos eran socios en un almacén
de abarrotes y uno de los productos que compraban para la venta era la bolsa de
papel. En aquella época sólo existía una fábrica en la costa que hacía este producto,
entonces los socios vieron esta situación como una oportunidad y compraron la
37
primera máquina para producir bolsas de papel. El nombre de la empresa en esta
época era Fábrica de Bolsas y Sacos de Papel Unión. Desde esa época hasta hace
aproximadamente 14 años los vertidos líquidos de la planta eran dispuestos de
manera directa a la laguna de Mezzolandia; cuando la ley 99 de 1993 creó las
Corporaciones Autónomas Regionales y la normatividad se hizo más estricta se
implementó un sistema de recirculación; no obstante, la cantidad de sólidos existentes
en el agua era alta por lo que se optó en el año 2000 la implementación de un filtro
prensa el cual recibe el efluente con una consistencia del 3% (3g pulpa/lt) a un 30%,
separando ambas interfases (sólido - líquido). De tal manera, los sólidos son
transportados por una banda hasta unos contenedores para su posterior disposición
final y el agua es re-circulada al proceso de fabricación.
El interés de la empresa por este proyecto es el de encontrar una utilidad para el
subproducto sólido generado durante el proceso de fabricación, no sólo para reducir la
cantidad de desechos a disponer, con el consecuente costo que esto implica; sino
también reducir el impacto ambiental producido por el relleno sanitario ubicado dentro
de las instalaciones de la compañía el cual recibe en promedio 13 toneladas de
sólidos producto únicamente del proceso de manufactura del papel además de, en lo
posible conseguir algún tipo de ganancia ya que de encontrarse su aplicación en
alguna industria, esta sustancia pasaría a convertirse en un insumo y/o materia prima,
38
lo cual convertiría a UNIBOL S.A. en un proveedor.
4.9. Marco Legal
El proyecto de investigación que se está desarrollando tiene como área temática los
residuos sólidos, el manejo, estudio y disposición de este tipo de desecho se
encuentra normalizado dentro de la legislación colombiana por los siguientes
decretos:
Decreto 2811 de 1974, correspondiente al Código Nacional de Recursos
Naturales Renovables y de Protección al Medio Ambiente.
Ley 9ª de 1979, correspondiente a la medidas sanitarias dictadas por el
gobierno nacional para la protección del medio ambiente.
Ley 99 de 1993, correspondiente a la creación del Sistema Nacional
Ambiental SINA y el ministerio del Medio Ambiente.
Resolución 189 de 1994, correspondiente a los criterios de catalogación de un
residuo.
Ley 256 de 1996, con la cual se adopta para la República de Colombia el
Convenio de Basilea.
39
Decreto 1713 de 2002, correspondiente a la gestión integral de los residuos
sólidos en general.
4.10. Aspectos Conceptuales Específicos
Contaminación . Es la alteración del medio ambiente por sustancias o formas de
energía puestas allí por la actividad humana o de la naturaleza en cantidades,
concentraciones o niveles capaces de interferir con el bienestar y la salud de las
personas, atentar contra la flora y/o la fauna, degradar la calidad del medio
ambiente o afectar los recursos de la Nación o de los particulares.
Cultura de la no basura. Es el conjunto de costumbres y valores de una comunidad
que tiendan a la reducción de las cantidades de residuos generados por sus
habitantes en especial los no aprovechables y al aprovechamiento de los residuos
potencialmente reutilizables.
Disposición final de residuos. Es el proceso de aislar y confinar los residuos
sólidos en especial los no aprovechables, en forma definitiva, en lugares
especialmente seleccionados y diseñados para evitar la contaminación, y los
daños o riesgos a la salud humana y al medio ambiente.
40
Eliminación. Es cualquiera de las operaciones que pueden conducir a la
disposición final o a la recuperación de recursos, al reciclaje, a la regeneración, al
compostaje, la reutilización directa y a otros usos.
Generador o productor . Persona que produce residuos sólidos.
Gestión integral de residuos sólidos . Es el conjunto de operaciones y disposiciones
encaminadas a dar a los residuos producidos el destino más adecuado desde el
punto de vista ambiental, de acuerdo con sus características, volumen,
procedencia, costos, tratamiento, posibilidades de recuperación, aprovechamiento,
comercialización y disposición final.
Lixiviado . Es el líquido residual generado por la descomposición biológica de la
parte orgánica o biodegradable de los residuos sólidos bajo condiciones aeróbicas
o anaeróbicas y/o como resultado de la percolación de agua a través de los
residuos en proceso de degradación.
Manejo . Es el conjunto de actividades que se realizan desde la generación hasta la
eliminación del residuo o desecho sólido. Comprende las actividades de
41
separación en la fuente, presentación, recolección, transporte, almacenamiento,
tratamiento y/o la eliminación de los residuos o desechos sólidos
Relleno sanitario . Es el lugar técnicamente seleccionado, diseñado y operado para
la disposición final controlada de los residuos sólidos, sin causar peligro, daño o
riesgo a la salud pública, minimizando y controlando los impactos ambientales y
utilizando principios de ingeniería, para la confinación y aislamiento de los residuos
sólidos en un área mínima, con compactación de residuos, cobertura diaria de los
mismos, control de gases y lixiviados, y cobertura final.
Minimización de residuos en procesos productivos . Es la optimización de los
procesos productivos tendiente a disminuir la generación de residuos sólidos.
Reciclaje . Es el proceso mediante el cual se aprovechan y transforman los
residuos sólidos recuperados y se devuelve a los materiales su potencialidad de
reincorporación como materia prima para la fabricación de nuevos productos. El
reciclaje puede constar de varias etapas: procesos de tecnologías limpias,
reconversión industrial, separación, recolección selectiva acopio, reutilización,
transformación y comercialización.
Recuperación. Es la acción que permite seleccionar y retirar los residuos sólidos
42
que pueden someterse a un nuevo proceso de aprovechamiento, para convertirlos
en materia prima útil en la fabricación de nuevos productos.
Residuo sólido o desecho. Es cualquier objeto, material, sustancia o elemento
sólido resultante del consumo o uso de un bien en actividades domésticas,
industriales, comerciales, institucionales, de servicios, que el generador abandona,
rechaza o entrega y que es susceptible de aprovechamiento o transformación en
un nuevo bien, con valor económico o de disposición final. Los residuos sólidos se
dividen en aprovechables y no aprovechables. Igualmente, se consideran como
residuos sólidos aquellos provenientes del barrido de áreas públicas.
Residuo sólido aprovechable . Es cualquier material, objeto, sustancia o elemento
sólido que no tiene valor de uso directo o indirecto para quien lo genere, pero que
es susceptible de incorporación a un proceso productivo.
Residuo sólido no aprovechable . Es todo material o sustancia sólida o semisólida
de origen orgánico e inorgánico, putrescible o no, proveniente de actividades
domésticas, industriales, comerciales, institucionales, de servicios, que no ofrece
ninguna posibilidad de aprovechamiento, reutilización o reincorporación en un
proceso productivo. Son residuos sólidos que no tienen ningún valor comercial,
43
requieren tratamiento y disposición final y por lo tanto generan costos de
disposición.
Reutilización . Es la prolongación y adecuación de la vida útil de los residuos
sólidos recuperados y que mediante procesos, operaciones o técnicas devuelven a
los materiales su posibilidad de utilización en su función original o en alguna
relacionada, sin que para ello requieran procesos adicionales de transformación.
5. DELIMITACIÓN
5.1. Delimitación Temporal
Desde el punto de vista cronológico, este proyecto de investigación será desarrollado
durante un periodo de seis (6) meses a partir de la aprobación del anteproyecto.
5.2. Delimitación Espacial
Este proyecto de investigación será desarrollado básicamente en los laboratorios de la
Corporación Universitaria de la Costa CUC, ubicada en la Calle 58 N° 55 – 66. Sin
embargo, a medida que la investigación avance se realizarán ensayos y pruebas en
44
diferentes empresas de la ciudad al igual que en UNIBOL S.A. situada en el Km 7 vía
aeropuerto.
6. PROCEDIMIENTO
La realización de este proyecto investigativo se desarrolló a través de varias etapas o
fases:
a. Se desarrolló una investigación preliminar en la empresa UNIBOL para
conocer los antecedentes del manejo que durante todo su
funcionamiento se le había dado al sólido en cuestión; así como una
visita a la planta de fabricación de manera que se pudiera identificar los
diferentes procesos y operaciones para llegar hasta la generación del
residuo del filtro prensa, también se realizó una inspección al actual
relleno sanitario para conocer las condiciones de manejo.
b. Se estableció, en conjunto con el director encargado de este proyecto y
45
los directivos de la empresa, cuales serían los exámenes fisicoquímicos
y microbiológicos pertinentes para esta investigación, acordando
delimitaciones temporales y espaciales.
c. Se realizaron contactos preliminares con las posibles personas,
naturales o jurídicas, que podrían estar interesadas en la reutilización y
aprovechamiento de el residuo, iniciando con las artesanías,
posteriormente con las láminas de prefabricados (PIZANO y
MADEFLEX), bloques de cemento, ladrilleras y finalmente plantas
productoras de cemento1 (CEMENTOS DEL CARIBE S.A.).
d. Se inició la caracterización fisicoquímica del material y se continuó
durante 2 meses, llegando a un promedio de 9 muestras por parámetro,
logrando producir tablas de datos y curvas de comportamiento de las
variables escogidas.
e. Organización y análisis de los datos recogidos
1 Al finalizar este documento todavía no se habían realizado los ensayos planteados en esta industria.
46
f. Traspaso de la información procesada y analizada al documento final.
7. METODOLOGÍA
7.1. Tipo de Investigación
El siguiente estudio será una investigación de tipo exploratorio de acuerdo a la
clasificación establecida por Dankhe (1986) y sugerida por Hernández Sampieri
(1997). El objetivo es identificar y observar el comportamiento de las distintas
variables requeridas en los diferentes procesos, de tal manera que se pueda asegurar
cual es el proceso productivo en el cual, la adición de este subproducto sea el más
rentable y beneficioso tanto para la industria que lo reciba como para la que lo
produce y en un futuro lo comercializaría.
7.2. Hipótesis
47
El subproducto de rechazo producido durante el proceso de manufactura del papel
reciclado pueden ser reincorporado al ciclo productivo como materia prima para algún
tipo de industria, muy probablemente materiales para construcción, artesanías, entre
otros bienes de consumo.
7.3. Categorización de las Variables
Una variable es un atributo o característica manifiesta de un objeto o fenómeno. Se le
llama así porque un número de valores o categorías. Se dividieron las variables según
constantes o variables, dependientes e independientes, al igual que en cuantitativas y
cualitativas, así
Tabla 2. Variables categorizadas
Variable Variable cualitativa Variable
cuantitativa
Observaciones
Humedad (I)2 x variable
% Cenizas(I) x variable
% Sólidos(I) x variable
pH(I) x variable
Alcallinidad(I) x variable
2 Variable independiente
48
[ ]3 Sulfatos(I) x variable
Uso en bloques de
construcción (D)4
x Cte
Combustible (D) x cte
Artesanías (D) x cte
Cemento (D) x cte
7.4. Recolección de datos
Se ha realizado un análisis estadístico por medio del cual se busca sacar un valor
representativo de cada una de las variables antes descritas, humedad, pH, cenizas,
DBO, DQO, entre otras. y así poder generar una ficha técnica del producto.
Igualmente a través de la observación de los diferentes procedimientos industriales en
los cuales, tentativamente, a sido introducido el sub-producto tales como la fabricación
de bloques de cemento, ladrillos, cenizas para agregados klinker y combustión entre
otros.
7.5. Procedimiento de Muestreo
3 Concentración en ppm4 Variable dependiente
49
7.5.1. Variables y tamaño de la muestra
El siguiente es el cuadro que resume las actividades desarrolladas hasta hoy.
Tabla 3. Tipos de variables a evaluar
Variable Variable cualitativa Variable
cuantitativa
Observaciones
Humedad (I)5 x variable
% Cenizas(I) x variable
% Sólidos(I) x variable
pH(I) x variable
Alcallinidad(I) x variable
[ ]6 Sulfatos(I) x variable
Uso en bloques de
construcción (D)7
x Cte
Combustible (D) x cte
Artesanías (D) x cte
Cemento (D) x cte
5 Variable independiente6 Concentración en ppm7 Variable dependiente
50
7.5.2. Equipos y métodos utilizados
Botellas de Oxitop (Figura 7)
Mufla (Figura 8)
Horno
Agitador magnético
Incubadora (Figura 9)
51
Turbidímetro (Figura 10)
pHmetro (Figura 11)
Desecador (Figura 12)
Estufa eléctrica (Figura 13)
Licuadora
Cronómetro (Figura 14)
52
Equipo de destilación de agua (Figura 15)
7.5.3. Muestreo (Caracterización)
53
Una vez identificado el producto a analizar, se procedió a tomar una muestra puntual
de aproximadamente 500 g en las horas de la mañana inmediatamente el sólido
abandonaba el filtro prensa, se envasaba en recipientes de material plástico, y se
transportaba hasta el laboratorio de manera inmediata tratando de tocar o maltratar la
muestra lo menos posible.
Una vez en el laboratorio, se tomaba una muestra de 30 gramos y se realizaba la
técnica de humedad y cenizas respectivamente y posteriormente se realiza una
dilución al 0.1 y 0.01% para poder desarrollar los demás análisis. Esta actividad era
ejecutada 2 veces por semana en promedio.
8. RESULTADOS
8.1. Caracterización
54
Tabla 5. Resultados de contenido de DBO5
Tabla 6. Resultados de contenido de
humedad
Tabla 4. Resultados de contenido de
alcalinidad
55
Alcalinidad
semanas mg CaCO3/l
29/04/2004 40
04/05/2004 35.84
10/05/2004 53.76
18/05/2004 44.5
28/05/2004 58.24
Humedad
semanas %
05/05/2004 74.64
10/05/2004 75.42
18/05/2004 97
27/05/2004 70
DBO5
semanas g/l
20/04/2004 8
27/04/2004 5.5
04/05/2004 4.5
11/05/2004 6
PH
Semanas valores H+
23/04/2004 9.4
29/04/2004 8.5
04/05/2004 9.3
11/05/2004 8.2
18/05/2004 8.9
Semanas %
05/05/2004 19.11
10/05/2004 21.6
18/05/2004 20.3
27/05/2004 25.96
02/06/2004 25.05
DQO
semanas mg/lt
22/04/2004 3.44
29/04/2004 1.64
04/05/2004 0.72
15/05/2004 1.28
Tabla 9. Resultados de contenido de pH
Tabla 8. Resultados de contenido de
DQO
Tabla 7. Resultados de contenido de
cenizas
Tabla 10. Resultados de contenido de sulfatos
8.2.
Ensayos Industriales
Los resultados obtenidos de las distintas pruebas desarrolladas fueron mixtos:
ArtesaníasArtesanías. Los resultados fueron mixtos, se produjeron molduras con un acabado aceptable y ligeros de peso pero presentaron mal olor.
Molduras de YesoMolduras de Yeso. Los productos finales de este ensayo no fueron los esperados, el acabado del bloque experimental, aún bajo diferentes proporciones yeso:agua:subproducto generó un tiempo de fraguado más lento y un acabado indeseable.
56
Semanas [ ] mg/lt
23/04/2004 1800
29/04/2004 3650
04/05/2004 2600
10/05/2004 2000
19/05/2004 1800
Tabla 11. Resultado resistencia bloques de cemento
Fotografía 1: Molduras en yeso
LadrillosLadrillos. No se obtuvieron resultados satisfactorios, debido a una mala conexión ladrillera – investigadores, a la mezcla se le excluyó totalmente el contenido de arena, lo cual arrojó un ladrillo con una resistencia muy baja y deformidades en su acabado.
Fotografía 2. Ladrillos
Bloques de CementoBloques de Cemento. Los resultados fueron muy gratos, los bloques realizados con la mezcla N° 1 presentaron una resistencia igual a la del bloque estándar y su peso se redujo en aproximadamente 20%. Las proporciones fueron:
1 bolsa cemento 3 latas Tomasina 15 bloques de entrepiso3 latas subproducto
2 latas Mambo2 latas Sierra Vieja
57Resistencia bloques
bloque Lb
mezcla 1 10200
Fotograf?a 3. Bloques de cemento
Fotograf?a 4. Bloques a base de subproducto y aglomerantes
naturales
Bloques con aglomerantes naturalesBloques con aglomerantes naturales. Si bien los bloques obtenidos presentaron las características esperadas (livianos, resistencia aparente, bajo costo) presentaron un tiempo de fraguado muy alto, de hasta más de 5 días.
9. APLICACIONES DE LOS RESULTADOS
El objetivo principal de este proyecto de grado era el de buscar una aplicación directa
de los subproductos sólidos primarios de la planta papelera de UNIBOL S.A. según las
investigaciones realizadas la tendencia es la utilización en materiales de construcción.
58
La mejor aplicación fue la fabricación de bloques de cementos y entre pisos llevada
a cabo en escala industrial. se realizaron otras aplicaciones a escala de laboratorio
con evaluación principalmente cualitativa, tales como molduras con base de lodo,
bloques con aditivos naturales y otros bloques de cementos con arena y ladrillos.
El uso de bloques de algún tipo para construcción es tan antiguo o mas que la
memoria escrita de la humanidad; sus cualidades y su bondad siempre pasaron la
prueba del tiempo pero hoy, en todo el mundo, se ha visto la necesidad de examinar la
vigencia de los materiales que se utilizan en su manufactura con el fin de desplazar su
actual permanencia y empezar a introducir nuevos materiales preferiblemente de
desechos que se pueda acoplar y, si es posible, que mejore sus características,
aprovechadas entonces la actual coyuntura que se vive en cuestiones ambientales y
así implementar el uso de desechos industriales.
Por estas razones se intenta incorporar el uso de los lodos papeleros en la
elaboración de materiales de construcción en particular en la fabricación de bloques
de cemento.
La fabricación de ladrillos implica el manejo de múltiples variables, que de no ser
controladas milimétricamente, sería difícil sopesar la incidencia de estas en relación
59
con las propiedades del producto final, esto implica el porque de los rangos tan
amplios que resultan y se admiten en los parámetros evaluativos de este producto
terminado.
Posiblemente no hay ninguna propiedad o característica medible u observable en el
ladrillo que no se pueda relacionar en mayor o menor grado con su comportamiento
ante la humedad; y todas ellas obviamente dependen del material empleado y de sus
procesos.
9.1. Elaboración de Bloques de Cemento
La referencia del bloques de cemento es 20 x 35 x 60 cm
La composición estandarizada para realizar los bloques de cemento son:
1 bolsa de cemento8 Latas Tomasina 18 bloques de
cemento
7 Latas Mambo
6 Latas Sierra vieja
Para la muestra 1 se utilizó :
60
1 bolsa de cemento3 Latas Tomasina 14 bloques de
cemento
3 Latas Lodo
2½ Latas Mambo
2 Latas Sierra vieja
Para la muestra 2 se utilizó:
1 bolsa de cemento 8 latas Tomasina15 bloques de
cemento
7 Mambo
6 Lodo
9.2. Elaboración del Ladrillo
La referencia de ladrillo es 40 x 12.5 x 20cm
Se realizo una mezcla de arcilla y subproducto de fabricación en las siguientes
61
proporciones:
Estándar:
Arcilla 4 partes
Arena 1 partes
Prueba 1
Arcilla 4 partes
Subproducto 1 partes
10. ANÁLISIS DE RESULTADOS
10.1. Análisis de la Caracterización del Producto
De los resultados arrojados por el subproducto de fabricación de la industria UNIBOL
62
S.A. se logró analizar que su contenido es en su mayoría agua (un volumen mayor al
75%), lo que es un indicador inequívoco de que, sometido a un correcto proceso de
secado, el material puede ser reducido a casi un 20% de su tamaño original, no
obstante dada la composición química del papel y su altas propiedades de retención
de humedad este sería un proceso costoso y muy probablemente, con una baja
eficiencia. Sin embargo, en el momento de escribir estas palabras, UNIBOL S.A. se
encuentra en conversaciones con la empresa Ladrillera Verona los cuales proponen
un procedimiento de secado económico y, en teoría, con una eficiencia aceptable, que
consistiría en comprimir el material en un cubo con un volumen aproximado de
30x30x50 cm3 (tamaño promedio de un bloque de construcción) el cual sería
prensado para que, a través de una serie de orificios laterales para dejar escapar el
líquido desalojado, el subproducto pueda ser utilizado posteriormente como
combustible en hornos de carbón.
Posteriormente, se estableció que el material tiene una tendencia a pH alto (tendencia
alcalina) y una concentración de CaCO3 de aproximadamente 52 mg/lt, lo que indica
que no es apto para consumo animal ya que puede tener reacciones catárticas en el
organismo (laxantes) trayendo consigo bajo peso para los animales y reduciendo su
valor comercial.
63
También se logró discernir que la biodegradabilidad del desecho (DBO5:DQO) tuvo un
valor de 9 es decir, que de cada 9 partes de DBO5 hay 1 parte de DQO, indicando que
el material es biológicamente biodegradable en sus condiciones originales, sin
embargo, debe considerarse que se trata netamente de celulosa y que como tal,
aunque sus proporciones de lignina son ínfimas, su degradación es compleja, no
obstante la humedad ayuda a la acción bacteriana para la descomposición biológica;
esto deja paso para iniciar investigaciones para su tratamiento en reactores
anaerobios, para su posterior transformación a etanol (C2H5OH).
Otro ítem a considerar es el porcentaje de cenizas que componen esta sustancia, este
fue uno de los análisis que mejor resultado produjo debido a que uno de los posibles
usos es su posible aplicación como aditivo de la mezcla de cementos (clinker)8, dado
que si llegase a consumirse dentro de este proceso industrial las bajas proporciones
que el subproducto posee haría posible que se consumiera toda, incluso no sólo el
producido de UNIBOL S.A. sino igualmente en todas las plantas de fabricación de
papel a nivel nacional, lo que eventualmente tendría un efecto no solo en un mejor
manejo de los residuos sólidos, sino también reducciones en la producción del
anhídrido carbónico (CO2)9. Otro posible uso es como acondicionador de suelos
8 No desarrollado en este proyecto de grado por delimitaciones temporales.9 http://www.gem.es/MATERIALES/DOCUMENT/DOCUMEN/g05/d05201/d05201.htm
64
agrícolas10.
10.2. Análisis de Resultados de los Ensayos Industriales
Fueron numerosos los ensayos realizados a fin de lograr encontrar un uso práctico
para este subproducto. Inicialmente las molduras y bloques hechos por el artesano
Abraham Berdugo aunque la forma y peso fueron satisfactorios, presentaron un olor
nauseabundo11 y con un color amarillento, diferente al blanco que originalmente era,
demostrando que si bien esta es una posibilidad válida, se necesita desarrollar
estudios posteriores para investigar métodos para evitar la descomposición del
material a largo plazo.
Posteriormente se realizaron conexiones con las empresas Madeflex y Pizano y con la
primera la inserción del material fue viable pero su eficiencia se redujo por lo que se
detuvo la experiencia, y con la segunda compañía el material no llenó los
requerimientos del proceso de manufactura desarrollado en la industria.
Durante este periodo igualmente se realizaron en los predios de Unibol varios intentos
de bloques con aglutinantes naturales tales como el almidón de maíz, de yuca y hasta
una solución de la fruta del uvito (Cordia dentata) pero todos presentaron un tiempo
10 http://www.ciderebiobio.cl/cenizas.htm11 Descomposición anaerobia
65
de fraguado muy lento por lo que se descartaron, sin embargo una vez seco el peso y
la resistencia fueron bastante aceptables; no obstante presentaron una oxidación
fuerte debido a su secado a la intemperie (rayos solares). También se realizaron el
mismo tipo de bloque con cemento, arena, adiciones de lodo y agua teniendo acabado
interesantes y resistencia muy cercanas a las de un bloque estándar.
Al finalizar este estudio valorativo, los mejores resultados fueron aquellos generados
por los bloques de cemento, es de resaltar como el peso fue reducido en un 20%
aproximadamente mientras que la resistencia de área bruta no se vio afectada, siendo
esto un indicador de que este material es altamente factible para su uso en
construcción. Las aplicaciones de ladrillos y demás no generaron ningún tipo de
resultado satisfactorio: los ladrillos dada la mezcla sin arena las propiedades
fisicomecánicas de la misma no pudieron ser remplazadas por el subproducto de
papel, no produciendo ningún tipo de insumo deseable. El mismo caso se presentó
con las molduras de yeso en las cuales, el papel retrasó su tiempo de fraguado y dio
una apariencia “sucia” a la mezcla.
66
11. PRESUPUESTO
Los siguientes son análisis aproximados realizados a partir de los costos que se dan
actualmente en la disposición del subproducto generado por el filtro prensa que recibe
las aguas blancas del proceso de fabricación de la empresa UNIBOL S.A.
Item Actividad Costo unitario
Unidad Costo total Unidad
1 Transporte $500.000 $/mes $ 6’000.000 $/año2 M.O. $500.00012 $Operario/mes $ 24’000.000 $/año3 Costo Amb. $8.000.00
013T.R./mes $ 96’000.000 $/año
4 Eficiencia 4.5 Ton celulosa/ 12 Trabajan 3 operarios y un conductor de l camión que transporta el material hasta el sitio de disposición final .13 Valor tanteado tomado a partir del cálculo de tasa retributiva para disposición de aguas residuales, si bien, son dos conceptos totalmente distintos, aumentando el valor debido a la concentración en un 400% se obtiene esta cifra aprox.
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de producción
$100.000 día $ 36’500.000 $/año
Total anual $162’500.000
Sin embargo, estos gastos pueden ser amortiguados e incluso, con una adecuado
manejo financiero/técnico, recuperados.
Entre las propuestas que fueron exploradas en este proyecto de investigación, la que
mayor éxito y viabilidad presentó fue la fabricación de bloques de cemento con
introducción en la mezcla del subproducto celulósico estudiado, el cual, como se
expuso en páginas anteriores, produjo una resistencia igual al bloque estándar.
Bajo esta premisa, se hace un análisis de flujo de ingresos/egresos, desarrollando un
cálculo aproximado para la producción total diaria de subproducto en la fabricación
exclusiva del bloque de cemento,
Ítem Actividad Unidad Costo unitario
Cantidad Costo total
1 cemento Bolsa $18.000 67 $ 1’206.0002 Tomasina Lata $100 200 $ 20.0003 Sierra vieja Lata $200 134 $ 26.8004 Mambo Lata $100 167 $ 16.7005 Mano obra Operario $2.500 15 $ 37.5006 Subproducto Lata - 200 $ 0.000TOTAL DIARIO14 $ 1’307.00015
14 Asumiendo que se consuma el 100% del material producido (subproducto).15 Este cálculo se realizó bajo las equivalencias
1 lata = 0.045m3
Se asume un tiempo de trabajo de 45 min por tanda de trabajoProducc. Beltpress/día= 9m3
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TOTAL ANUAL $ 470’520.000
Este cálculo aplica para un total de 1005 bloques de entrepisos/día, dado un precio
neto por bloque de $1.30716, un 20% menos que el precio actual del mercado con las
mismas características de resistencia y un peso menor en aproximadamente un 20 –
25%.
Incluso si no se vendiera el producto terminado (bloques de cemento), sino que
fuesen vendidos a precio de costo como parte de un programa para viviendas de
interés social, no se producirían pérdidas, se contrataría mano de obra no calificada
desempleada, se tendría un aumento positivo en la imagen empresarial social y
financieramente y, obviamente, la no disposición de este sub-producto como un
residuo, sino su aprovechamiento como materia prima.
Además, cabe igualmente la posibilidad de llegar a un acuerdo con el Gobierno de
manera que los contratistas o las casas constructoras que trabajen con este tipo de
prefabricado reciban deducciones de impuestos o incentivos de algún tipo de manera
que se logre más fácilmente su inserción en el mercado.
16 La empresa CasaBlock vende este ítem en $1.625 aproximadamente
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12. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
A partir de la investigación desarrollada se llegó a las siguientes conclusiones:
Este subproducto tiene grandes posibilidades de ser utilizado dentro del campo
de la mampostería y la construcción en general; es importante resaltar que este
es una posible materia prima de muy bajo costo y grandes beneficios
potenciales para esta industria.
El material tiene aptitudes para ser usado como material de combustión en
calderas (los “lodos” papeleros son convenientes para la incineración o para
otro procesos térmicos).
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No debe ser utilizado para el consumo animal debido que tiene un alto
contenido micótico y microbiano, si bien de carácter inocuo, no dentro de las
normas sanitarias requeridas para estos casos.
Es pertinente que se continúe esta investigación ya que como quedo planteado
en este documento, las posibilidades de reuso son altas y los beneficios
consecuentes debido a este factor son muy positivos no sólo a nivel
empresarial interno sino a nivel nacional para todas las plantas productoras de
papel que posean un su diario quehacer el manejo, almacenamiento y/o
disposición de estos tipos de sustancia. Su explotación como materia prima
para la producción industrial del etanol es una posibilidad factible e inexplorada
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BIBLIOGRAFIA
VERGEL CABRALES, G. 2002. Metodología: Un Manual para la Elaboración de
Diseño y Proyecto de Investigación. Barranquilla
FLOREZ, A. Mayo 1981. Obtención de pulpa y papel a partir de la Enea,
UNIVERSIDAD DEL ATLANTICO, facultad de ing. Química.
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Pontificia Bolivariana , Medellín
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http://www1.ceit.es/asignaturas/ecologia/trabajos/papel/Proc(b).htm
http://www.papelnet.cl/celulosa/
ABREVIATURA
Demanda bioquímica de oxigeno al cinco día DBO5
Demanda química de oxigeno DQO
PH )(
1H
long
Sulfatos SO-24
Libras Lb
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