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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 1

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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.

30

Page 31: Tesis UNIBOL 2.doc

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

31

Page 32: Tesis UNIBOL 2.doc

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

32

Page 33: Tesis UNIBOL 2.doc

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

Page 34: Tesis UNIBOL 2.doc

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

Page 35: Tesis UNIBOL 2.doc

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

Page 36: Tesis UNIBOL 2.doc

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

Page 37: Tesis UNIBOL 2.doc

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

Page 38: Tesis UNIBOL 2.doc

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

Page 39: Tesis UNIBOL 2.doc

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

Page 40: Tesis UNIBOL 2.doc

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

Page 41: Tesis UNIBOL 2.doc

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

Page 42: Tesis UNIBOL 2.doc

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

Page 43: Tesis UNIBOL 2.doc

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

Page 44: Tesis UNIBOL 2.doc

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

Page 45: Tesis UNIBOL 2.doc

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

Page 46: Tesis UNIBOL 2.doc

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

Page 47: Tesis UNIBOL 2.doc

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

Page 48: Tesis UNIBOL 2.doc

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

Page 49: Tesis UNIBOL 2.doc

[ ]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

Page 50: Tesis UNIBOL 2.doc

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

Page 51: Tesis UNIBOL 2.doc

7.5.2. Equipos y métodos utilizados

Botellas de Oxitop (Figura 7)

Mufla (Figura 8)

Horno

Agitador magnético

Incubadora (Figura 9)

51

Page 52: Tesis UNIBOL 2.doc

Turbidímetro (Figura 10)

pHmetro (Figura 11)

Desecador (Figura 12)

Estufa eléctrica (Figura 13)

Licuadora

Cronómetro (Figura 14)

52

Page 53: Tesis UNIBOL 2.doc

Equipo de destilación de agua (Figura 15)

7.5.3. Muestreo (Caracterización)

53

Page 54: Tesis UNIBOL 2.doc

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

Page 55: Tesis UNIBOL 2.doc

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

Page 56: Tesis UNIBOL 2.doc

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

Page 57: Tesis UNIBOL 2.doc

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

Page 58: Tesis UNIBOL 2.doc

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

Page 59: Tesis UNIBOL 2.doc

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

Page 60: Tesis UNIBOL 2.doc

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

Page 61: Tesis UNIBOL 2.doc

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

Page 62: Tesis UNIBOL 2.doc

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

Page 63: Tesis UNIBOL 2.doc

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

Page 64: Tesis UNIBOL 2.doc

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

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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

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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.

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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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Page 72: Tesis UNIBOL 2.doc

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.

JAMES, C.. 1999.Pulpa y papel , Química y tecnología química, Volumen 1.

Aprovechamiento de Lodos Primarios de las Fábricas de Papel , Universidad

Pontificia Bolivariana , Medellín

PARKSON CORPORATION. Manual de Operación Belt Press.

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Page 73: Tesis UNIBOL 2.doc

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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