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Universidad de Carabobo Facultad Experimental de Ciencias y Tecnología

Departamento de Química Coordinación de Extensión y Pasantías

EVALUACIÓN DEL COMPORTAMIENTO DE LA VISCOSIDAD DE LA MEZCLA ASFÁLTICA

NOVACAPA EMPLEADA EN EL ÁREA UNICAPA DE LA EMPRESA CINDU DE VENEZUELA

Tutor Académico: Prof. María Carlota Villegas Br. Ramón Sarmiento Tutor Empresarial: Lic. Arelis González CI.- 18854075

Periodo de Pasantías: agosto- octubre de 2010.

Enero, 2011.

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RESUMEN

La evaluación del comportamiento de la viscosidad de la mezcla asfáltica producida para la

elaboración de los mantos y membranas de los productos Novacapa ® de la empresa CINDU DE

VENEZUELA fue el objetivo general de este trabajo de pasantías. Para ello, se dividió el tiempo

de duración de las 12 semanas del periodo de pasantías en 5 bloques o lapsos de trabajo. Es

estos se consideró la jornada de inducción al funcionamiento del departamento donde se

realizaron las pasantías y la empresa general, se tomaron los datos de las propiedades físicas

empleadas como parámetros de calidad de las materias primas involucradas en la fabricación

de la mezcla asfáltica analizada y se evaluó el desempeño de la misma en proceso mediante

una serie de mediciones de variables de proceso establecidas de igual forma como parámetros

de calidad. Esto se llevó a cabo con un plan de muestreo basado en un procedimiento de estudio

por lotes al azar según lo establecido por la norma COVENIN 598. Posteriormente se analizaron

los datos obtenidos en laboratorio y se compararon con el comportamiento de las variables

medidas por el departamento de control de calidad para los mantos asfalticos producidos. Se

encontró relación entre el porcentaje de sólidos en la mezcla empleada y la viscosidad de la

misma y que el comportamiento de la viscosidad de la mezcla Novacapa se encuentra dentro de

las especificaciones en un 95.83% de las mediciones realizadas durante los 3 meses del periodo

de pasantías

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INDICE

Introducción 4 Objetivos 5 Descripción de la empresa

Cindu de Venezuela S.A. 6 Misión 6 Visión 6 Valores Organizacionales 6 Departamento de I+D y Aseguramiento de la calidad. 7 Marco Teórico

Mantos Asfalticos 8 Filler 8 Asfalto 8 Composición del asfalto 9 Características y propiedades del asfalto 9 Caracterización de los diferentes asfaltos 11 Cronograma de actividades planteadas

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Descripción de las actividades realizadas Formación de las actividades del departamento de calidad

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Estudio de la viscosidad de la mezcla Novacapa 15 Otras actividades

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Conclusiones 22 Recomendaciones 23 Referencias Bibliográficas 24 Apéndices Equipos usados comúnmente en el laboratorio 25 Diagrama de la planta de oxidación de asfalto de la empresa 26 Diagrama del proceso de elaboración de los mantos asfalticos 27 Propuestas de diseño para los nuevos formatos de recolección de datos en el área de materia prima.

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INTRODUCCIÓN

Cindu de Venezuela S.A., es una empresa de origen venezolano dedicada a la elaboración de láminas termo-acústicas para techos y productos asfálticos. Entre sus principales productos en el mercado de muestro país, y con importante participación entre sus exportaciones, se encuentran los mantos y membranas asfálticas destinadas a la impermeabilización de techos., siendo los más destacados los pertenecientes a la línea Novacapa, como lo son NOVACAPA 270® y NOVACAPA 350®. Las membranas asfálticas, están compuestas, en general, de laminas asfálticas con una o varias armaduras de materiales como fibra de vidrio o poliéster con un recubrimiento asfaltico y con un material antiadherente como terminación. Dicho recubrimiento asfaltico está conformado por asfalto oxidado y puede ser modificado o no con polímeros para una mejora en su performance. El asfalto puede estar cargado con filler seleccionado, que permite mejorar la ecuación económica costo – beneficio del asfalto a utilizar para la obtención de membranas.

Dada la importancia de los productos ya mencionados y conociendo que uno de los

componentes fundamentales del mismo es la mezcla asfáltica, se hace necesario que esta cumpla diversos parámetros de control que permitan asegurar la calidad de la misma y del producto final, permitiéndole a la empresa de esta manera ofrecer productos de primera línea en el mercado venezolano e internacional. Para ello, el seguimiento de la viscosidad de la mezcla en cuestión como propiedad para el control de calidad se hace deseable, dado que permite establecer relación entre la interacción de sus componentes y su desempeño final en el proceso de producción; como consecuencia de que esta propiedad se ve influenciada directamente por las características y composición de la mezcla estudiada.

En función a esto, este trabajo de pasantía busca evaluar el comportamiento de la

viscosidad de la mezcla asfáltica del tipo Novacapa empleada en la elaboración de membranas asfálticas en la empresa CINDU de Venezuela, y establecer su relación con las características y porcentaje de composición de las materias primas empleadas para su fabricación, en concordancia a la fórmula establecida en los manuales de proceso de la empresa.

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OBJETIVOS

General. Evaluar el comportamiento de la viscosidad de la mezcla asfáltica Novacapa empleada en el área unicapa de la empresa Cindu de Venezuela de acuerdo a las características de las materias primas empleadas en su fabricación como su desempeño en proceso. Específicos:

1. Aprender los ensayos de laboratorio realizados, de acuerdo a las normas ASTM Y COVENIN que apliquen, a las materias primas empleadas en la elaboración de la mezcla asfáltica Novacapa y a la mezcla propiamente, por el departamento de I+D & Aseguramiento de la Calidad.

2. Realizar mediciones de viscosidad, empleando un viscosímetro Brookfield, a diversas muestras de la mezcla Novacapa obtenidas diariamente durante el tiempo establecido para ello en el cronograma de actividades.

3. Ejecutar los ensayos de laboratorio que están establecidos como parámetros de calidad

a las materias primas empleadas en la elaboración de la mezcla Novacapa diariamente durante el tiempo establecido para ello en el cronograma de actividades.

4. Efectuar pruebas de caracterización de la mezcla Novacapa adicionales a la medición de viscosidad.

5. Evaluar el comportamiento de la mezcla Novacapa en proceso mediante la medición de

las variables de control de calidad establecidas para el mismo.

6. Analizar la data obtenida en el laboratorio y en proceso mediantes los ensayos realizados a las materias primas de la mezcla Novacapa y a esta misma así como las mediciones llevadas a cabo en planta.

7. Establecer las conclusiones pertinentes.

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DESCRIPCION DE LA EMPRESA

CINDU DE VENEZUELA S.A

Cindu de Venezuela S.A., es una empresa dedicada a la elaboración de Laminas termo

acústicas para techos y productos asfálticos, ubicada en el sector industrial Anauco- La Sorpresa, Puerto Cabello, Edo. Carabobo. Cindu de Venezuela hoy en día oferta sus productos en los mercados nacionales e internacionales, ofreciendo una alternativa segura y eficaz de calidad, brindando a sus clientes la mejor relación precio-valor y exportando sus productos a más de 30 países. Visión Cindu de Venezuela, tiene como norte ser la empresa líder en la innovación, desarrollo y el mercado de productos impermeabilizantes a nivel nacional, buscar horizonte en el ámbito internacional y adquirir nuevas tecnologías que le permita ser un proveedor seguro, confiable y competitivo en la rama de los productos asfálticos y laminas termoacusticas para techos. Misión La misión de Cindu de Venezuela, es la fabricación y el mercadeo de productos de excelente calidad, que contribuyen a mejorar el nivel de vida de nuestros clientes y a retribuir en forma razonable a los accionistas; lo que permite el desarrollo y progreso de la compañía, y el mantenimiento de programas que benefician a sus trabajadores y a la comunidad en general. El cumplimiento de su misión institucional se fundamenta en los siguientes principios corporativos: Operar como una organización dinámica. Pensar y actuar con sentido de progreso y de cambio. Hacer de la calidad total una meta empresarial para un mejor servicio. Actuar con sentido de responsabilidad y por tanto, manejar los recursos en forma

adecuada y prudente. La fuerza del mercado rige todas sus acciones. Creer en el trabajo en equipo y lo apoyarlo Sus relaciones con los trabajadores, clientes, proveedores y con el gobierno se rigen por

los más altos principios de ética y respeto. Ser conscientes de nuestra responsabilidad de progreso y sensibles a las necesidades

de nuestros colaboradores. Valores Organizacionales

1. Compromiso con el logro de la calidad y la satisfacción del cliente. 2. Sentido de pertenencia y responsabilidad en sus acciones. 3. Saben que su opinión se escucha. 4. Observan una conexión directa entre su labor y los objetivos de la firma 5. Estas actitudes y el hecho de compartir los mismos valores hacen que se presenten los

siguientes beneficios dentro del talento humano de la empresa:

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Moral Alta Confianza Colaboración Productividad Éxito Realización Ética Profesionalismo

DEPARTAMENTO DE ASEGURAMIENTO DE LA CALIDAD E INVESTIGACIÓN

El departamento de Investigación+Desarrollo y Aseguramiento de la Calidad tiene como finalidad la búsqueda constante de mejoras de productos e innovación con productos nuevos así como también la evaluación de los diferentes tipos de materia prima y productos terminados que se elaboran en la organización.

Objetivos de Calidad

Incrementar el nivel de satisfacción de nuestros clientes, por medio de la entrega de productos que cumplan los requisitos de calidad establecidos, dentro de los plazos y cantidades especificadas.

Mejorar la eficiencia y la productividad de nuestros procesos de manufactura, por medio de la normalización de operaciones, la implementación de acciones correctiva, preventivas y de mejora y la tecnificación de nuestras operaciones.

Reducir el nivel de reclamos y devoluciones de productos no conformes, por medio de la implementación de controles adecuados, la prestación de un servicio posventa amable y oportuno y la permanente asistencia técnica a nuestros clientes.

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MARCO TEORICO.

MANTOS ASFALTICOS

También conocidos como “membranas impermeabilizantes asfálticas”, las cuales son membranas prefabricadas, flexibles, conformadas por una o más mezclas de asfalto modificados con polímeros y fillers, reforzados con una o más láminas de diferentes materiales. Las membranas asfálticas, están compuestas, en general, de laminas asfálticas con una o varias armaduras de materiales como fibra de vidrio o poliéster con un recubrimiento asfaltico y con un material antiadherente como terminación.

FILLER

El asfalto puede estar cargado con filler seleccionado, que permite mejorar la ecuación económica costo – beneficio del asfalto a utilizar para la obtención de membranas. El filler debe estar limpio y no formar grumos cuando mezcla con el asfalto. Se recomienda que el filler esté seco, no húmedo, salvo la humedad relativa al ambiente. Se recomienda la utilización de las siguientes sustancias: * Talco * Cenizas de alto horno siderúrgico * Carbonato de Calcio * Limo * Bentonita

En todos los casos de fillers a utilizar la relación de densidad entre el inerte / asfalto no debe superar a 3 y el tamaño de partícula no debe superar a tamiz # 200, de manera de no opacar las propiedades de la mezcla asfáltica empleada. Las concentraciones de fillers a utilizar deberán probarse de acuerdo a los ensayos finales de fabricación y test de membranas asfálticas, sugiriéndose valores de entre un 20 y un 80% de fillers sobre la masa asfáltica original en peso. ASFALTO

Es un material bituminoso de color negro, pegajoso, sólido o semisólido que presenta propiedades cementantes a temperaturas ambientales normales. Está constituido principalmente por asfáltenos, resinas y aceites; elementos que proporcionan características de consistencia, aglutinación y ductilidad. El elemento aglomerante activo que constituye un asfalto es el bitumen. Con el objeto de establecer una distinción entre ambos términos, se definen de la siguiente manera: Asfalto: Material aglomerante de consistencia variable, de color negro o café oscuro, cuyo constituyente predominante es el bitumen; se encuentra en yacimientos naturales o se obtiene por refinación del petróleo. Bitumen: Mezcla de hidrocarburos pesados, obtenida en forma natural o por diferentes procesos físicos o químicos, con derivados de consistencia variable y con características aglutinantes e impermeabilizantes.

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COMPOSICIÓN DEL ASFALTO

Los asfaltos están constituidos principalmente por dos grupos:

Asfáltenos: Son compuestos de alto peso molecular, principalmente de naturaleza aromática con pocas ramificaciones. Se encuentran en sus cadenas, en cantidad apreciable, elementos como oxígeno, azufre y nitrógeno. Los asfáltenos le dan las características de dureza al asfalto, por ello un incremento en los asfáltenos produce un incremento del punto de reblandecimiento y viscosidad, pero disminuye la penetración. Se encuentran disueltos en los máltenos. Máltenos: Los máltenos están ligados a las propiedades elásticas del asfalto. Estos a su vez se subdividen en resinas, aceites y aromáticos:

1. Resinas: Moléculas aromáticas de bajo peso molecular, sólidos o semisólidos de color negro y solubles en heptano. Al igual que los asfáltenos su composición es de hidrogeno, azufre y oxigeno. Debido a su naturaleza polar, son fuertemente adhesivas.

2. Aceites: Moléculas de peso molecular menor a las resinas, comprenden una cadena lateral o ramificada de hidrocarburos asfálticos, junto con radicales cíclicos y algunos aromáticos.

3. Aromáticos: Son hidrocarburos cíclicos líquidos y viscosos de color negro. Están compuestos por ciclo alcanos de bajo peso molecular, en el asfalto representan la mayor proporción como medio de dispersión para los asfáltenos peptizados, éstos constituyen de un 40 a 65 % del total del asfalto.

En general los asfáltenos le dan las características de dureza al asfalto mientras que los máltenos están ligados con sus propiedades elásticas. Entre estas propiedades solubilizantes de los componentes de peso molecular más bajo del sistema se incluye la elasticidad y la variación de la viscosidad con la velocidad del deslizamiento.

CARACTERÍSTICAS Y PROPIEDADES FÍSICAS DEL ASFALTO

Para los estudios técnicos hay varias características o propiedades importantes a considerar: Consistencia: Esta propiedad se define como el grado de fluidez, o plasticidad de un material asfáltico, a una temperatura dada. También se define como su resistencia a la deformación a una temperatura determinada, y esta propiedad está íntimamente ligada con la estabilidad de una mezcla asfáltica. Comúnmente, para especificar y medir la consistencia de un asfalto se usa ensayos de viscosidad y/o de penetración. Durabilidad: Esta es una de las propiedades más importantes, y se define como la habilidad para mantener sus propiedades originales cuando se somete a los procesos iniciales de mezclado con los agregados, compactación en campo, y luego los efectos del clima y trafico de acuerdo a su aplicación final. Dicha propiedad no se mide directamente a través de ensayos sino del comportamiento del material al aplicarse. La pérdida de durabilidad al transcurrir el tiempo se denomina “envejecimiento”. El envejecimiento se manifiesta como una tendencia al endurecimiento al transcurrir el tiempo de servicio de una mezcla asfáltica, y en él participan una serie de factores tales como la oxidación, volatilización, polimerización, tixotropía, separación, sinéresis, entre otros.

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La oxidación es el proceso principal para alterar la composición química del asfalto confiriéndole características necesarias para ciertos usos especiales como: fabricación de productos impermeables para techos y láminas termoacústicas. Como su nombre lo indica, es una reacción de algunos componentes de este con el oxigeno del aire o del agua. Los componentes que reaccionan son las resinas, que se transforman en asfáltenos y estos mismos se transforman en carbones. En la reacción del asfalto con el aire ocurren tres etapas: Etapa 1: Ocurre un incremento del peso molecular debido al aumento de asfáltenos, dando como consecuencia un consumo del 60% de oxigeno. En este paso, la energía de activación se encuentra por debajo de los 148 ºC (Ea = 25 kcal/gmol). Aquí se descomponen los peróxidos para formar radicales libres, iniciando así la reacción en cadena. Etapa 2: No se incrementa el tamaño molecular y se forman hidrocarburos cíclicos por medio de la deshidrogenación del agua como producto lateral.En este paso, la temperatura se encuentra entre 148 ºC y 190 ºC, donde la energía de activación es relativamente baja, casi cero, lo que implica que estaría ocurriendo la difusión del oxigeno hacia el seno del líquido. Etapa 3: Ocurren reacciones en donde el peso molecular decrece, además produce una separación de un destilado del asfalto como producto lateral. La temperatura se encuentra entre 190 ºC y 232 ºC, apareciendo una energía mayor de 32 kcal/gmol, la cual responde a la reacción de deshidrogenación.

1221 RROHOHRRH (I)

La oxidación a materiales asfálticos produce una estructura molecular que comunica al material plasticidad y elasticidad que son útiles cuando es indispensable el deslizamiento líquido. Este es el principal método que se dispone para reducir la tendencia a reblandecerse a temperaturas elevadas y hacerse quebradizo a temperaturas bajas. Pureza: Esta propiedad se relaciona con el grado de carencia de materias no solubles en bisulfuro de carbono que debe presentar un material asfáltico. Los asfaltos productos de la refinación son, generalmente, más del 99,5% solubles en bisulfuro de carbono, y por lo tanto casi betunes puros. Normalmente el cemento asfáltico, cuando sale de la refinería está libre de humedad pero puede haberla en los tanques de transporte. Si hay agua inadvertida, esta provoca espumas cuando se calienta por encima de los 100 ºC. Adherencia: Se define como la habilidad de un material asfáltico para pegarse y mantenerse unido al agregado aún en presencia de agua. Se mide mediante la resistencia a separarse del agregado durante un ensayo de inmersión de la mezcla asfalto-agregado en agua, o por la pérdida de estabilidad de la mezcla después de la inmersión, referida a una estabilidad normalizada. Susceptibilidad a la temperatura: La viscosidad de cualquier asfalto, no importa cuál sea el origen del crudo o el proceso de refinación, disminuye cuando aumenta la temperatura. La rata a la cual cambia la consistencia con una variación en la temperatura se denomina “susceptibilidad a la temperatura”. Se requiere la medición de la viscosidad por lo menos a dos temperaturas diferentes con el fin de establecer la susceptibilidad del mismo. Esta relación de temperatura-viscosidad varía con cada asfalto en particular, y es de enorme importancia en el diseño y construcción de las mezclas asfálticas el conocer como varía la consistencia con los cambios de temperatura, ya que en función de las viscosidades se

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determinan las condiciones de trabajo. El asfalto debe ser suficientemente fluido a elevadas temperaturas para que se logre el adecuado cubrimiento de cada partícula de los agregados, y para que las partículas se acomoden entre ellas en el momento de la compactación. Pero debe entonces, a temperatura ambiente, ser suficientemente viscoso para mantener las partículas unidas entre sí después de haber sido compactada la mezcla. Seguridad: La espuma puede constituir un riesgo para la seguridad, por lo tanto las normas requieren que el asfalto no forme espuma hasta temperaturas de 175 ºC (347 ºC). El cemento asfáltico, si se le somete a temperaturas suficientemente elevadas, despide vapores que arden en presencia de una chispa o llama. La temperatura a que esto ocurre, normalmente es más elevada que la de trabajo en obras de pavimentación, se debe conocer el punto de inflamación del asfalto. A pesar de las excelentes propiedades impermeabilizantes del asfalto de penetración, hoy en día se plantea una nueva técnica para la mejora de sus propiedades geológicas y mecánicas. La modificación del asfalto es una nueva técnica utilizada para el aprovechamiento efectivo del mismo. Esta técnica consiste en la adición de aditivos poliméricos (resinas) o no poliméricos (aceites, fillers) a los asfaltos convencionales con el fin de mejorar sus características mecánicas, es decir, su resistencia a las deformaciones por factores climatológicos y del tránsito en el caso de pavimentación. Los objetivos que se persiguen con la modificación de los asfaltos, es contar con ligantes más viscosos a temperaturas elevadas para reducir las deformaciones permanentes (ahuellamiento), aumentando la rigidez. Por otro lado disminuir la formación de fisuras por efecto térmico a bajas temperaturas y por fatiga, aumentando su elasticidad y finalmente contar con un ligante de mejores características adhesivas. CARACTERIZACIÓN DE LOS DIFERENTES ASFALTOS. Viscosidad. Es la propiedad que define la resistencia de fluir del material. También conocida como la fuerza con la que una capa de fluido en movimiento arrastra consigo a las capas adyacentes. La viscosidad disminuye con el aumento la temperatura. En el laboratorio se mide la viscosidad a través de un viscosímetro de Brookfield, en el cual se coloca la muestra dentro de una cánula de acero inoxidable y ésta es insertada en el agujero del termo-contenedor, una vez alineado el viscosímetro se inserta la aguja seleccionada en la muestra y se efectúa la medición según la norma COVENIN 5577 y el método ASTM D-4402. Para la caracterización por viscosidad: se aplica la norma ASTM D- 3381 (Clasificación Estándar por Grado de Viscosidad para Cementos Asfalticos Utilizados en Pavimentación) que clasifica los asfaltos en base a su viscosidad absoluta a 60°C. El poise (P) es la unidad normal de medida. Dependiendo de esta, los asfaltos se clasifican en: • AC- 5 (500 ± 100): utilizado en la fabricación de emulsiones asfálticas para riego de impregnación, riego de liga, en estabilizaciones y en mezclas asfálticas en caliente. • AC- 10 (1000 ± 200): utilizado en la fabricación de emulsiones asfálticas para carpetas y morteros de mezcla en frío. • AC- 20 (2000 ± 400): utilizado en la fabricación de mezclas en caliente, emulsiones asfálticas usadas en morteros y carpetas de mezclas en frío. • AC- 30 (3000 ± 600): utilizado en la fabricación de mezclas en caliente, emulsiones para carpetas y mezclas en frío.

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Punto de Inflamación. Se denomina así la temperatura mínima a la cual, vapores de hidrocarburos que se desprenden, forman con el aire que se encuentra sobre el líquido, una mezcla que se inflama al acercársele una llama. El objetivo de este ensayo, es medir la temperatura del cemento asfáltico, a partir de la cual habrá peligro en su manipulación, debido a la inflamación de sus vapores. Para este ensayo se utiliza el método de copa abierta Cleveland, para ello se llena una copa limpia y seca, con la muestra; se coloca un termómetro en posición vertical con el fondo del bulbo localizado en un punto intermedio entre el centro y un extremo de la copa. Se enciende la llama de prueba a través del centro de la copa, ángulo recto al diámetro que pasa por el termómetro. Se toma como punto de inflamación la temperatura a la cual se han desprendido suficientes gases volátiles como para inducir una inflamación fugaz (chispa). Esta propiedad se mide según la norma COVENIN 372 y el método ASTM D-92. Penetración. El ensayo de penetración determina la dureza o consistencia relativa de un asfalto, midiendo la distancia que una aguja normalizada penetra verticalmente en una muestra del asfalto en condiciones especificadas de temperatura, carga y tiempo. Cuando no se mencionan específicamente otras condiciones especificadas, se entiende que la medida de penetración se hace a 25 °C, que la aguja está cargada con 100 g y que la carga se aplica durante 5 seg. Para efectuar este análisis en el laboratorio se emplea un penetrómetro, donde a 25 °C, se baja el cabezal hasta el punto que la aguja de penetración se encuentre dentro de 1/8 plg de la superficie de la muestra durante 5 s, tiempo después del cual se libera el disparador y se mide la longitud que penetró la aguja en el asfalto en dmm. Se fundamenta en la norma COVENIN 1105 y el método ASTM D-5. Punto de Ablandamiento. Temperatura a la cual el asfalto presenta un estado determinado de fluidez en el que la mezcla puede fluir con la ayuda de una pequeña bola de metal en un baño de glicerina. Tal método se conoce como ensayo de Ring & Ball. Se determina colocando en un recipiente con glicerina, a una determinada temperatura y altura sobre el fondo, un anillo de dimensiones fijas que se ha rellenado previamente con asfalto, sobre el mismo se coloca una bola de acero. Se calienta el baño a velocidad constante. La temperatura del baño, en que la muestra que circunda la bola toque la chapa del fondo se denomina punto de reblandecimiento anillo y bola del asfalto ensayado; todo esto en concordancia a la norma COVENIN 419 y el método ASTM D-36.

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CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES PLANTEADO

Nº de Semana Fecha Actividad

1 09/08/10 al 13/08/10

Semanas de Inducción en departamento de I+D&Aseg. De la calidad. Aprendizaje de los diferentes ensayos realizados. Familiarización con los procesos productivos de la empresa. 2

16/08/10 al 20/08/10

3 23/08/10 al 27/08/10 Realización de mediciones de las propiedades físicas

a la materia prima empleadas en la elaboración de la mezcla asfáltica usada en el área de UNICAPA. Ejecución de actividades diversas en el laboratorio relacionadas con el funcionamiento cotidiano del mismo.

4 30/08/10 al 03/09/10

5 06/09/10 al 10/09/10

6 13/09/10 al 17/09/10 Evaluación del desempeño de la mezcla asfáltica

usada en en el área de UNICAPA en proceso. Elaboración de cambios en la formula de la mezcla (de ser necesarios) y análisis de los resultados obtenidos en función a esto. Ejecución de actividades diversas en el laboratorio.

7 20/09/10 al 24/09/10

8 27/09/10 al 01/10/10

9 04/10/10 al 08/10/10

Análisis estadístico de los datos y resultados obtenidos. Elaboración de las tablas, gráficos y diagramas para la presentación de estos. Actividades diversas en el laboratorio 10

11/10/10 al 15/10/11

11 18/10/10 al 22/10/12 Elaboración del informe técnico de trabajo de

pasantías. Ejecución de Actividades diversas en el laboratorio

12 25/10/10 al 29/10/13

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DESCRIPCION DE LAS ACTIVIDADES REALIZADAS I.- Formación en las actividades del departamento de I+D y Aseguramiento de la Calidad. Las actividades realizadas en el departamento de I+D y Aseguramiento de la calidad de la empresa CINDU de Venezuela estuvieron distribuidas en principalmente en 2 aspectos: 1.- Formación como analista de materia prima y producto terminado en el laboratorio de Calidad. Esta actividad es primordial ya que el laboratorio es el espacio físico donde se efectúan los ensayos tanto a las materias primas que se reciben en la empresa para ser empleadas en las diferentes líneas productivas como a los productos semielaborados y terminados ya listos para su venta y distribución. Para ello es necesario que el analista conozca los diferentes ensayos que se realizan a diario, ya sea por lote, batch o tipo de producto elaborado; las normas COVENIN y ASTM bajo la cual estas pruebas se realizan, donde y como registrar la data obtenida y, finalmente, como elaborar los informes estadísticos pertinentes que permiten realizar las evaluaciones necesarias a los diferentes procesos productivos, todo esto con la finalidad de mejorar e incrementar la calidad de los productos elaborados en CINDU. 2.-Formacion como analista de calidad en las líneas productivas:

El mismo tuvo una duración tres semanas, en las cuales se aprendieron todos los análisis visuales y prácticos que se le realizan a los productos de las diferentes líneas de producción de la empresa, sirviendo de apoyo a los analistas de aseguramiento y control de calidad. De forma continua se ejecutaban rondas en intervalo de tiempo definidos en función de la línea y producto elaborado por cada línea de producción; supervisando que los productos elaborados cumpliesen con los requerimientos establecidos por el departamento de calidad así como los requerimientos internos de la empresa, llenándose un formato determinado con todas las especificaciones y observaciones necesarias. Dichas líneas de producción son las siguientes:

- Línea de Aluminio: ésta estaba compuesta por dos áreas, en las cuales se

llenaban los formatos correspondientes para cada una. Basándose en las bobinas de aluminio generadas se observaban físicamente las características de las mismas además de realizarles ensayos de gramaje una muestra de las mismas.

- Línea de Laminas: ésta comprende varias áreas de producción cada una para un tipo de lámina diferente, y la elaboración de las mismas dependía de las exigencias del consumidor. En esta línea se realizaban las medidas de los parámetros físicos dimensionales de las láminas además de verificar visualmente las características de las mismas para llenar los respectivos formatos de control de calidad establecidos para ello.

- Línea de Unicapa: en esta se elaboran los mantos o membranas asfálticas, allí se realizaba un estudio visual de los mantos elaborados así como también, se tomaban medidas para verificar que los parámetros físicos dimensiónales establecidos para cada tipo de manto se estuviesen cumpliendo. Se llenaba el formato correspondiente con toda la información de los mismos y observaciones adicionales que pudiesen suscitarse.

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El trabajo de pasantía empleo los conocimientos adquiridos en las dos labores como analista. Para el caso del estudio de la mezcla Novacapa®, empleada en la línea Unicapa, en el laboratorio se le realizan análisis de viscosidad, penetración, punto de ablandamiento y porcentaje de sólidos a una muestra de cada uno de los Batch producidos en planta; esto ocurre de forma diaria. En proceso se miden las variables de temperatura de los tanques de mezclado, que es donde se elabora la mezcla como tal; temperatura de cuba, que es donde se carga la mezcla para ser usada directamente en la elaboración de las membranas asfálticas; espesor y peso de las membranas producidas. La primera parte corresponde a analista de materia prima y la segunda al analista de calidad en la línea productiva. Posteriormente en ambos casos se registran los datos para su posterior análisis. II.- Estudio de las características de la mezcla Novacapa.

La mezcla Novacapa se puede caracterizar midiendo 4 propiedades principales:

1. Viscosidad: las especificaciones para la mezcla se encuentran en el rango de 2500-6000 cP. Se emplea el procedimiento de calidad P-Q-025, basado en la norma ASTM D-4402, en la que se mide la viscosidad mediante el empleo de un viscosímetro Brookfield.

2. Punto de Ablandamiento: El valor establecido por control de calidad para esta variable es 151±2 ºC. Se realiza bajo el procedimiento de calidad P-Q-013, de acuerdo a la norma ASTM D-36. El montaje se corresponde al diseño de Ring and Ball.

3. Penetración: con especificación de 9±2 mm. El procedimiento de calidad corresponde a P-Q-020, en concordancia a la norma ASTM D-5.

4. Porcentaje de sólidos: El valor de control se ubica en 35±2 %. Se basa en un procedimiento gravimétrico simple de diferencia de pesos, fundamentado en la norma COVENIN 1429.

Durante 5 semanas se llevaron a cabo los análisis de laboratorio descritos a la mezcla analizada, y, para asegurar que la calidad de la misma estuviese dentro de los estándares establecidos. De igual forma se procedió a realizar ensayos a la materia prima empleada en la elaboración de esta, todo esto partiendo de la premisa de que “el control de calidad comienza desde la base”. Para ello, se realizaban los chequeos a cada cargamento traído o elaborado en planta de los componentes empleados de acuerdo a la formulación de la mezcla, que son:

1. Asfalto de penetración A-20. 2. Asfalto Oxidado tipo IV 3. Filler o carga mineral de relleno. 4. Polímero X 5. Componente PX

Cada uno de estos componentes presenta una serie de características que son empleadas para realizar los diferentes ensayos que permiten asegurar la calidad del producto y, por ende, obtener una mezcla de óptimas propiedades. Las diferentes características medidas y sus valores de control se muestran en la tabla siguiente:

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Tabla 1: Propiedades medidas, especificaciones, procedimientos y normas usadas para los diferentes ensayos que se le practican a las materias primas empleadas en la elaboración de la mezcla NOVACAPA®.

Materia Prima Ensayo Valores de

especificaciones Procedimiento

de calidad Norma

Asfalto de penetración A-20

Punto de Ablandamiento

48-58 ºC P-Q-013 COVENIN 419 ASTM D-36

Viscosidad Brookfield

600-800 cP P-Q-025 COVENIN 577 ASTM 4402

Penetración 60-70 mm P-Q-020 COVENIN 1105

ASTM D-5

Punto de Inflamación

260 ºC min. P-Q-022 COVENIN 372

ASTM D-92

Asfalto Oxidado tipo IV

Punto de ablandamiento

99-107 ºC P-Q-013 COVENIN 419 ASTM D-136

Viscosidad Brookfield

2500-5000 cP P-Q-025 COVENIN 577

ASTM 4402

Penetración 6-10 mm. P-Q-020 COVENIN 1105

ASTM D-5

Filler Granulometría 85 P-Q-036 ASTM D-1238

% de Humedad 0.25 máx. COVENIN 1429

Polímero X Índice de Fluidez 5.6-9.9 g/10min P-Q-021 ASTM D-1238

% de Cenizas 3 máx. COVENIN 1429

En función de esto, se llevaron a cabo las mediciones de las propiedades ya mencionadas tanto para las materias primas como para la mezcla analizada. Para esta, se observo el siguiente comportamiento de la viscosidad:

Figura 1: Comportamiento de la viscosidad de la mezcla Novacapa durante el mes de agosto de 2010.

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

02

-ago

03

-ago

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Figura 2: Comportamiento de la viscosidad de la mezcla Novacapa durante el mes de septiembre de 2010.

Figura 3: Comportamiento de la viscosidad de la mezcla Novacapa durante el mes de Octubre de 2010.

Como podemos apreciar, durante el comportamiento de los tres meses se aprecia que la viscosidad de la mezcla Novacapa se encuentra dentro de las especificaciones, indicadas anteriormente, en un 95.83% de las mediciones realizadas. Solo el 4.17% se encuentra por debajo del límite inferior del rango de control, lo cual se considera aceptable. El valor promedio de la viscosidad de la mezcla Novacapa fue de 2972.22; 2759,90 y 2928,57 para los meses de agosto, septiembre y octubre respectivamente. Esta variabilidad en la viscosidad se debe sin duda a las características de la formulación de la mezcla, y a las diferencias entre las cargas de cada uno de los componentes involucrados en dicha fórmula, lo cual puede evidenciarse al evaluar el comportamiento del porcentaje de sólidos y punto de ablandamiento de la mezcla de Novacapa, tal como se observa en los gráficos siguientes:

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Figura 3: Comportamiento del punto de ablandamiento de la mezcla Novacapa durante el mes de septiembre de 2010.

Figura 4: Comportamiento del porcentaje de sólidos de la mezcla Novacapa durante el mes de septiembre de 2010.

Al comparar las graficas del porcentaje de sólidos con la de la viscosidad de la mezcla Novacapa, se aprecian que hay un comportamiento similar. Esto es totalmente comprensible dado que al haber una mayor cantidad de sólidos presentes en la mezcla asfáltica, las interacciones entre las partículas se hacen mayores, lo cual disminuye el movimiento de las mismas, ocasionando un incremento en la viscosidad de la mezcla resultante. En este caso también se debe considerar la presencia del componente “polímero X”, que aporta características como flexibilidad que también incrementa la viscosidad de la mezcla en cuestión. En el caso del punto de ablandamiento, aunque responde en gran parte a la viscosidad de la mezcla, también es cierto que esta característica depende en su mayoría del componente PX, que aumenta la resistencia a la deformación en caliente y la afinidad entre los asfaltos. De esta manera podemos afirmar que la viscosidad depende principalmente del porcentaje de sólidos que se coloca en la mezcla, siendo estos principalmente el Filler y el polímero X, dado que en la presentación del polímero se presenta en su composición una pequeña cantidad de CaCO3.

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En el caso de los asfaltos involucrados, el asfalto A-20 y el asfalto Oxidado, se observo lo siguiente:

Figura 4: Comportamiento de la viscosidad del asfalto oxidado durante el mes de septiembre de 2010.

Como se ve la variabilidad en las mediciones de viscosidad del asfalto oxidado se encuentra en un valor de 17.91%. De las mediciones realizadas durante el mes de noviembre el 24.39% de estas se encuentran fuera de las especificaciones para esta materia prima. No obstante, se aprecia que los días en los que la viscosidad de esta se encuentran en valores alto, se aprecia el mismo comportamiento para la mezcla Novacapa. Para el caso del polímero, se aprecia que los lotes recibidos de los dos proveedores presentaban valores del índice de fluidez dentro de especificaciones. Figura 5: Índice de fluidez de los lotes recibidos de polímero X durante el mes de septiembre de 2010; Evaluado para los dos proveedores de dicha materia prima.

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De esta manera, al evaluar los principales factores que influyen en la viscosidad de la mezcla Novacapa es posible decir que estos son las cantidades cargadas al mezclador del Filler, de polímero X y de asfalto oxidado, influyendo este último dada la variabilidad de su propia viscosidad. Como consecuencia de esto, al evaluar la mezcla en proceso es posible afirmar que esta tiene un buen desempeño, dado que al tener en promedio una viscosidad adecuada, permite que la misma se impregne de manera uniforme en el refuerzo empleado para la elaboración del manto. En la grafica del espesor del manto se observa que el 72% de las mediciones esta dentro de especificaciones, debiéndose la variabilidad de este a problemas de tipo mecánicos, como se verificó directamente por visualización en planta.

Figura 6: Comportamiento del espesor del manto Novacapa 350 ® medido en planta durante el mes de septiembre de 2010.

Figura 7: Comportamiento del espesor del manto Novacapa 350 ® medido en planta durante el mes de Octubre de 2010.

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III.- Otras actividades realizadas durante las pasantías.

1. Elaboración de informes estadísticos mensuales de evaluación de características de la materia prima empleada en las áreas de aluminio, lámina y unicapa durante los meses de agosto, septiembre y octubre de 2010.

2. Elaboración del informe anual de devoluciones correspondiente al año 2010. 3. Diseño y montaje de un experimento para la estimación del tiempo de decantación del

agua contenida en el condesado producto del proceso de oxidación del asfalto. 4. Elaboración de un método colorimétrico para determinar la dureza del agua empleada en

las torres de enfriamiento del área de láminas de forma empírica. 5. Diseño de nuevos formatos para la recolección y registro de los ensayos realizados a las

materias primas de las áreas de aluminio, laminas y unicapa. 6. Ensayos de la materia prima empleada en el área de láminas. 7. Ensayos de chequeo de calidad y elaboración de certificados a las lacas elaboradas en

el área de tintas.

22

CONCLUSIONES.

1. El comportamiento de la viscosidad de la mezcla Novacapa se encuentra dentro de las especificaciones en un 95.83% de las mediciones realizadas durante los 3 meses del periodo de pasantías.

2. El valor promedio de la viscosidad de la mezcla Novacapa fue de 2972.22; 2759,90 y 2928,57 para los meses de agosto, septiembre y octubre respectivamente.

3. El valor promedio del porcentaje de sólidos de la mezcla Novacapa fue de 36,647;

36,261 y 36, 034% para los meses de agosto, septiembre y octubre respectivamente

4. Existe relación entre la viscosidad de la mezcla Novacapa y el porcentaje de sólidos presentes en dicha mezcla.

5. La variabilidad de la viscosidad del asfalto oxidado influye en la viscosidad de la mezcla Novacapa.

23

RECOMENDACIONES

1. Se recomienda evaluar el volumen teórico de los tanques mezcladores y verificar que la cantidad de asfalto, filler y polímeros empleados en la preparación de la mezcla asfáltica representan el valor establecido por las especificaciones de la empresa.

2. Realizar un estudio más detallado de la mezcla, partiendo de sus componentes y propiedades físicas y químicas, que permita estudiar los cambios experimentados por esta durante su elaboración como consecuencia de las variaciones de temperatura.

3. Establecer formatos únicos y organizados que permitan ubicar la información dentro del departamento con mayor facilidad.

4. Realizar distribuciones del trabajo equitativamente dentro del personal, con labores y funciones definidas que permitan optimizar el trabajo ejecutado por el departamento.

24

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

1. BACCHETTA GUSTAVO: Obtención de Asfaltos Oxidados para la Fabricación de Membranas Asfálticas a partir de Crudos Mexicanos. Disponible en www.easfalto.com.ar/trabasf/mexico03.pdf

2. GARCIA GEIBY: Evaluación del consumo de materia prima del área de unicapa en la empresa Cindu de Venezuela, s.a. Informe de Pasantías. Facyt-Química. Noviembre 2009

3. Manual de Aseguramiento de la Calidad. Áreas: Unicapa, Aluminio y Láminas. CINDU de Venezuela. Julio 2007.

4. Norma COVENIN 372. Productos Derivados del Petróleo. Determinación de los puntos de Inflamación y Fuego. Método Cleveland de Copa Abierta. 1997.

5. Norma COVENIN 419. Materiales Bituminosos. Determinación del Punto de reblandecimiento. Método de Anillo y Bola. 2007.

6. Norma COVENIN 577. Determinación de la viscosidad por el método de Brookfield. 7. Norma COVENIN 598. Planes de Muestreo Único Doble y Múltiple con Rechazo.1987. 8. Norma COVENIN 1105. Materiales Bituminosos. Método de Ensayo para determinar la

Penetración. 1981. 9. Norma COVENIN 1152. Termoplásticos. Determinación del Índice de Fluidez Másico y

Volumétrico. 2008. 10. PADRON, MARIA F: Desempeño como analista de materia prima en el departamento de

aseguramiento de La calidad e investigación de Cindu de Venezuela s.a. Informe de Pasantías. Facyt-Química. Marzo 2009.

25

APENDICES

1.- Equipos que se emplean en los análisis de laboratorio comúnmente.

A. - Montaje de Ring and Ball B. - Penetrómetro

B. - Plastómetro.

26

2.- Diagrama de planta de oxidación de asfalto en Cindu de Venezuela S.A.

27

3.- Diagrama de elaboración de mantos en la linea Unicapa. 4.- Nuevos formatos propuestos para el registro de los resultados de los ensayos realizados a la materia prima empleada en la línea Unicapa.

4.1.- Registro de control de especificaciones para el polímero X

28

4.2.- Registro de control de especificaciones para las mezclas asfálticas empleadas en la línea Unicapa.

4.3.- Registro de control de especificaciones para el asfalto oxidado tipo IV.