Obtencion de Fibra Textil a a Partir de Polietileno Tereftalato Desecho Final

OBTENCION DE FIBRA TEXTIL A PARTIR DEL POLIETILENO TEREFTALATO DE DESECHO.

RESUMEN

El Polietileno Tereftalato (PET) es un plástico de poliéster empleado en la

fabricación de envases para alimentos y bebidas. Por sus propiedades tales como

su resistencia es apto reutilizarlo al convertirse en desecho. Se estableció un

proceso en el cual se obtuvo fibra textil a partir del PET de desecho, recolectado

en zonas urbanas. En esta tesis se proporciona información sobre el diseño del

proceso, como explicar cada etapa de este proceso, selección y cotizaciones de

los equipos, balances de materia y energía para que se lleve a cabo la obtención

de fibra textil de PET desecho.

PALABRAS CLAVE: PET DESECHADO, FIBRA TEXTIL DE POLIESTER.

ABSTRACT

DENISSE OLVERA CERVANTESMARISOL ROSAS LEÒN Página 1


The polyethylene Terephthalate it’s plastic polyester used to make food & drinks

bottles. It is for it´s properties, such as it´s high resistance that its suitable reuse it

when it becomes waste. A process in which ass been obtained textile fiber, has

been established, this by using reused PET, collected in urban areas. The obtained

PET fiber decreased large waste percentages that are found in the public roads,

landfills, etc. It is for this reason that the information about the process design to

obtain textile fiber from the reused PET, the equipment selection, mass & energy

balances and the characteristics of the final product are given In this report,

INDICE



Contenido Página

1. INTRODUCCIÓN 5

2. ANTECEDENTES 9

3. Hipótesis 13

4. Objetivos 13

5. MATERIAL Y MÉTODOS 14

6. OBTENCION DE LA FIBRA TEXTIL 21

6.1 Adquisición de materia prima 21

6.2 Pesado del PET 23

6.3 Transportación del PET 24

6.4 Molienda 25

6.5 Separación 27

6.6 Lavado 29

6.7 Secado

6.8 Extrusión

8. RESULTADOS

7.1 Balance de masa

7.2 Balance de la Etapa de Trituración

7.3 Balance de la Etapa de Separación de otros

31

32

36

36

37



Plásticos

7.4 Balance de la Etapa de Lavado

7.5 Balance de la Etapa de Secado

7.6 Extrusión

9. DISCUSION

CONCLUSIONES

REFERENCIAS

39

41

43

45

54

65

66

1. INTRODUCCION

En la actualidad, en México tiene un mal sistema de gestión de la basura esta

ocasiona un deterioro y depreciación del entorno debido a la contaminación del

aire, del agua y del suelo. Los plásticos ocupan el 45% de volumen de la basura,

el acumulado de basura es un grave problema debido que se talan áreas verdes



para instalar rellenos sanitarios, que a su vez producen una proliferación de

insectos, roedores y microorganismos patógenos.(Schwanse, 2007).

En México se producen anualmente 413,000 Toneladas de PET por año, de las

cuales 90 millones de botellas de refrescos y agua purificada, son lanzadas a las

vías públicas, bosques y playas de México. (INE, 2009).

El consumo de polietileno Tereftalato (PET) alcanza los 7.2 kilogramos por

persona por año. El tiempo que tarda en degradarse el polietileno Tereftalato es

de 100 a 1000 años, un material duro de degradar: los microorganismos no tienen

mecanismos para atacarlos. Por su lenta degradación y a su acumulación los

materiales plásticos son recuperables. La solución a esto es el reciclaje. Esto

impulsa el desarrollo social, económico y disminuirían los problemas de

contaminación. (CUIAGUA. 2011).

Un reúso nacional del PET no sólo es una medida urgente respecto de la limpieza

pública y de un manejo más eficaz de la gestión integral de residuos sólidos para

evitar el rebose de los rellenos sanitarios municipales. También es preciso crear

beneficios al medio ambiente y fundar un pensamiento hacia una economía

sustentable que ahorre materia prima y recursos energéticos. (Schwansee, 2007)



México sigue siendo un productor importante de fibras, pero si no utiliza el PET en

estos procesos, es por una cuestión cultural, ya que se piensa que son de poca

calidad, cuando no es así, afirmó Jorge Treviño, director de ECOCE.

Es por ello que se pretende reutilizar el PET para la fabricación de hilaturas

textiles. Algunos principales usos de la fibra de poliéster son en ropa, alfombras,

cortinas, sábanas y fundas de almohadas, cubiertas de pared, y relleno de fibra

para distintos productos como almohadas y muebles.

La fibra textil del reciclado de PET es de menor costo que a la elaborada con

resinas vírgenes. El reúso de PET es un negocio cada vez más rentable debido a

que este material se ha encarecido por el aumento de los precios del petróleo, el

reciclado de PET ha generado mil empleos directos y 5 mil 500 indirectos. (Zúñiga,

2005).

Santiago García, gerente de la Asociación para la Recuperación del PET, dijo que

en China, este energético se usa para la elaboración de fibras sintéticas, con las

que elabora prendas de vestir que exporta. Estas prendas son las terceras en

importación en México, tanto en valor como en volumen, y es precisamente China

el principal proveedor. (La Sección Sostenibilidad. Junio 3, 2011).



La cantidad de botellas de PET recuperados al año es aproximadamente 71,300

toneladas por año, del cual el 17.3% es para reciclaje y el 80% es exportado a

china. La cantidad disponible para la fibra textil seria el 80% entonces, si el peso

aproximado de una botella de PET es 0.050 Kg. Se obtendrían 3565 toneladas de

PET anualmente. Por cada kilogramo de PET se obtienen 900 g de fibra, por lo

tanto la cantidad de fibra que se obtendría será de 3208 toneladas por año.

(Instituto Nacional de Ecología, 2009)

Las fibras textiles que ahora se producen a partir de PET son gruesas, se

pretende obtenerlas delgadas, mediante el proceso de hilatura, se le darán

cualidades para poder confeccionar geotextiles tales como relleno de almohadas y

prendas térmicas.

Al evaluar las propiedades químicas del PET se mostró que con un kilo del

material se pueden producir 900 gramos de fibra; es de decir, casi se obtiene un

rehusó completo del material. (Schwanse, 2007).

La extrusión, el proceso de extrusión comienza con la llegada del plástico triturado

y procesado a la tolva de la extrusora, este plástico cae al cilindro principal donde

se encuentra el husillo, este gira concéntricamente en el cañón impulsado por el

motor eléctrico, El PET comienza a fundirse y fluir a través del cañón debido a las



elevadas temperaturas que este adquiere. Después de que el PET se extruye,

saldrá por una boquilla de monofilamentos hacia un baño de enfriamiento, El

monofilamento se pasa por rodillos tensores para el primer estiramiento. Los

segundos rodillos giran a mayor velocidad que los primeros, para que el PET

presente un estiramiento considerable. Después de los estiramientos los

monofilamentos pasan por rodillos a la devanadera donde simplemente se

embobinan en carretes para darles más torsión. (Ramos, 2007).

2. ANTECEDENTES

El polietileno Tereftalato fue producido por primera vez en 1941 por los científicos

británicos Whinfield y Dickson, quienes lo patentaron como polímero para la

fabricación de fibras. Esto surgió debido a la guerra, existía una apremiante

necesidad de buscar sustitutos para el algodón proveniente de Egipto. A partir de

1946 se empezó a utilizar industrialmente como fibra y su uso textil ha proseguido

hasta el presente. (J. Gacèn, 1983)



Durante la última década el uso del Polietileno Tereftalato (PET) en distintas

industrias se ha incrementado significativamente. Sin embargo, el uso de botellas

de PET ha generado un problema ecológico ya que estas, una vez utilizadas son

desechadas como basura, contaminando los campos y generando grandes

volúmenes de basura. Tirar las botellas de PET a la basura no es solo un

problema ecológico sino también económico, ya que éstas son elaboradas a base

de petróleo crudo, un recurso No Renovable. (TECNOLOGIA DEL RECICLAJE

S.A. de C.V. )

Existen talleres como RECIMEX que desarrolla proyectos, para la creación y

desarrollo de empresas de reciclaje de plásticos.

En México existen compañías que usan las botellas recuperadas de PET para

fabricar geotextiles (tela no tejida como ropa médica), fibra de relleno para

almohadas, chamarras, bolsas para dormir, peluches etc.

MorfoPlas es la primera fábrica de fibra corta de poliéster reciclado en México a

un nivel importante, le vende principalmente a Grupo Providencia, que hace

cobertores. (MorfoPlas, 2002).

Otra empresa dedicada a la producción de fibra textil a partir del PET reusado es

TECNOLOGIA DEL RECICLAJE ubicada en Tecámac, Estado de México, cuyo

propósito es generar valores agregados a la sociedad a partir de los residuos



plásticos. Actualmente transforma alrededor de 1000 toneladas al mes de

desechos de PET en la elaboración de productos de calidad mundial. Fabrica

Geosintéticos, Telas Punzonadas no Tejidas, Fibras Cortas de Poliéster para

Acojinamientos y Aislantes de Ruido. Además distribuye en el país los Sistemas

de Retención de Muros Mesa®, Geomallas Tensar®, Sistemas de Control de

Erosión de Suelos North American Green® y Geomembranas Poliflex®.

(TECNOLOGIA DEL RECICLAJE s.a de c.v., 2008)

Niké pionera en la tecnología deportiva, produjo uniformes hechos con botellas de

plástico PET. Diez selecciones de fútbol, equipos grandes como Brasil, Inglaterra,

Holanda, etc., jugaron la Copa del Mundo con uniformes hechos completamente

de material reciclado. La marca apunta que se necesitan ocho botellas de plástico

para producir un uniforme completo. Tanto las versiones para los equipos

nacionales como las de venta al público estarán confeccionadas con estos

materiales. La fabricación consiste en recolectar los envases en sus instalaciones

de reciclado y reparación de residuos, ubicadas en Japón y Taiwán. Se lavan las

botellas, se les retiran las etiquetas, y después se cortan en láminas que se

funden para crear un hilo delgado que sirve para el tejido de la ropa deportiva.

Nike reveló que ha reciclado 13 millones de botellas plásticas hasta el momento.

(Walter González, Febrero, 2010)

El Instituto Tecnológico de Aguascalientes inició una investigación de manera

conjunta con la Universidad Autónoma de Guadalajara para obtener a partir de



botellas de PET fibra de poliéster. El procedimiento empleado por los expertos de

ambas casas de estudio consiste en recolectar y clasificar las botellas, eliminar la

impureza mediante un sistema de lavado, y una vez limpio el material secarlo a fin

de formar hojuelas mediante trituración. (Énfasis PACKAGING, 2002)

El doctor Juan Carlos Tapia Picazo, profesor-investigador del Departamento de

Ingeniería Química y Bioquímica del Instituto Tecnológico de Aguascalientes,

explicó que al obtener las hojuelas el plástico es fundido, después se utiliza un

sistema de bombeo con el objetivo de pasar al proceso de hilatura, que es donde

se transforma el PET en filamento, es decir, en la fibra textil. Las fibra de textiles

que ahora se producen a partir de PET son gruesas, pero en este nuevo concepto

al producir más delgadas las fibras, mediante la hilatura, se puede dar cualidades

para confeccionar cobijas y playeras. La primera etapa de la investigación

consistió en diseñar el proceso, en la etapa piloto se construyen y diseñan los

equipos, capaces de producir 500 kilos de fibra poliéster por día. Se considera que

en escala industrial la producción alcanzará una tonelada diaria. (Énfasis

PACKAGING, 2002)



3. HIPOTESIS

Establecer un proceso para obtener una fibra textil a partir de del PET de

desecho que será empleada para industrias textiles.

4. OBJETIVOS

Objetivo general:

Diseñar una planta piloto para la obtención de fibra textil a partir del

polietileno Tereftalato (PET) de desecho.

Objetivos específicos:



Establecer el proceso de obtención de fibra textil a partir del PET de

desecho.

Seleccionar el equipo adecuado para el proceso de obtención de fibra textil

a partir del PET de desecho.

Realizar los balances de materia y energía dentro del proceso.

Cotizar los equipos para el proceso de obtención de fibra textil a partir del

PET de desecho

5. MATERIAL Y METODOS

5.1 Polietileno Tereftalato (PET)

Es un tipo de plástico derivado del petróleo muy usado en envases de bebidas y

textiles. El PET es un polímero que se obtiene mediante una reacción de

policondensación entre el ácido tereftálico y el etilenglicol en presencia de un

catalizador de antimonio. La reacción se lleva a cabo a altas temperaturas y de

vacío para alcanzar el peso molecular alto necesidad de formar fibras útiles.

Pertenece al grupo de materiales sintéticos denominados poliésteres. Es un

polímero termoplástico lineal con un alto grado de cristalinidad.



Las propiedades físicas del PET y su capacidad para cumplir diversas

especificaciones técnicas han sido las razones por las que el material haya

alcanzado un desarrollo relevante en la producción de fibras textiles y en la

producción de una gran diversidad de envases, especialmente en la producción de

botellas, bandejas, flejes o zunchos y láminas.

Propiedades principales:

Cristalinidad y transparencia, aunque admite cargas de colorantes

Buen comportamiento frente a esfuerzos permanentes

Alta resistencia al desgaste

Buena resistencia química

Buenas propiedades térmicas

Muy buena barrera a CO2, aceptable barrera a O2 y humedad.

Totalmente reciclable

Aprobado para su uso en productos que deban estar en contacto

con productos alimentarios.

Alta rigidez y dureza.

Altísima resistencia a los esfuerzos permanentes.



Superficie barnizable.

Gran indeformabilidad al calor.

Muy buenas características eléctricas y dieléctricas.

Alta resistencia a los agentes químicos y estabilidad a la

intemperie.

Alta resistencia al plegado y baja absorción de humedad que lo

hacen muy adecuado para la fabricación de fibras.

(Universidad de Valladolid, 2010).

EL PRINCIPAL USO DE LA RESINA PET ES LA FABRICACIÓN DE ENVASES

PARA:

Refrescos

Agua purificada

Aceite comestible

Alimentos

Medicinas

Productos de limpieza

Productos de aseo personal

Cosméticos, entre otros

LAS LINEAS DE PRODUCTOS DE PET SON TRES:



PET de grado textil: Es utilizado para fabricar fibras sintéticas,

principalmente poliéster en sustitución de algunas como algodón o lino. Ya

sea como filamento continuo o como fibra cortada, el PET encabeza a los

polímeros textiles. Se emplea para la producción de fibras de confección y

para rellenos de edredones o almohadas, además de manufacturarse con

él tejidos industriales de sustentación para cauchos, lonas, bandas

transportadoras y otros numerosos artículos.

PET de grado botella: Es utilizado para fabricar botellas debido

principalmente a que el PET ofrece características favorables en cuanto a

resistencia contra agentes químicos, gran transparencia, ligereza, menores

costos de fabricación y comodidad en su manejo. Aunque comúnmente se

asocia con el embotellado de las bebidas gaseosas, el PET tiene infinidad

de usos dentro del sector de fabricación de envases.

PET de grado film: El PET se utiliza también en gran cantidad para la

fabricación de film: en la práctica, todas las películas fotográficas, de rayos

X y de audio están hechas de PET.

Como se puede apreciar, la gama de productos que incluyen al PET es muy

grande, y por consecuencia de los grandes niveles de consumo, la generación

de residuos sólidos es considerable.

DATOS ESTADÍSTICOS SOBRE EL PET EN MÉXICO



A NIVEL NACIONAL

Demanda de PET 413,000 toneladas por año

Envases de PET recuperados 71,300 toneladas al año

Porcentaje recuperado para reciclaje 17.3%

Puede decirse que aproximadamente un 54% del PET se encuentra:

En almacén para su distribución o venta

Dispuesto inadecuadamente en calles, rellenos sanitarios etc.

El PET es el cuarto plástico más utilizado por la industria:

Plásticos de mayor demanda en la industria (en miles de toneladas):

Polietileno de baja densidad (PEBD) = 1314 t

Polietileno de alta densidad (PEAD) = 1022 t

Polipropileno (PP) = 974

Tereftalato de polietileno (PET) = 633

Poliestireno (PS) = 389

Policloruro de vinilo (PVC) = 535

TOTAL = 6424 t

(Instituto Nacional de Ecología, 2009).



Propiedades del PET

Tabla1: Propiedades del polietileno tereftalato. (Universidad de Valladolid, 2010).

Resistencia a la tracción hasta la deformación (MPa). 59

Resistencia a la tracción hasta la rotura (MPa). No rompe

Alargamiento hasta la rotura. No rompe

Modulo de elasticidad en tracción (MPa). 2,420

Resistencia a la flexión (MPa). 86

Resistencia al impacto Charpy. No rompe

Dureza Rockwell (escala M/R). 111

Dureza a la presión de la bola. 117

Relación de Poison. .37-.44

Densidad (g/cm3). .85

5.2 HOJUELA



Las hojuelas de PET se obtienen de botellas recolectadas previamente

seleccionadas, las cuales son trituradas y lavadas a altas temperaturas para poder

ser utilizadas directamente en procesos de extrusión de plásticos, donde

nuevamente se someten a temperaturas de 245 C. Se garantiza que solamente

son hojuelas de PET y no combinaciones de otros materiales.

Las aplicaciones de la hojuela son:

Fibras de Poliéster

Laminas de PET

Embalaje

Escobas plásticas

Termo formados de PET

Botella plástica

Plásticos extruidos

Juguetes

(Recicladora de plástico Por un mundo mejor, 2008)



Imagen 1: Aplicaciones de fibras terxtiles de PET Fuente: Tecnología del reciclaje S.A.

de C.V. http://www.tecnologiadereciclaje.com

6. OBTENCION DE LA FIBRA TEXTIL

6.1 ADQUISICION DE MATERIA PRIMA

Las botellas de PET recolectadas se adquieren en almacenes y fuentes de acopio

de materiales reciclables, se venden por pacas de 100 kg, en este caso se

estableció una condición en el momento de la compra: el PET recolectado debe

ser transparente y sin residuos dentro, por el motivo de que los pigmentos que

tienen las botellas de color pueden afectar durante el proceso. En algunos

almacenes donde se vende el PET limpio no se lleva a cabo la separación de

otros plásticos y es de mayor costo.

El lugar elegido para disponer del PET se llama Administración de Reciclado, S.A.

de C.V., que se encuentra en Ediberto Jara # 238, Colonia Ejido. La persona a

tratar es con Feliz Marin Pulido.

Los precios de venta son $ 6.50 mn el kilogramo de PET sin prensar y con

prensado el kg de PET cuesta $ 7.00 mn.



Imagen 2: Trabajadores recolectando el PET comprado. Periódico La jornada Guerrero,

2011.



6.2 PESADO DE PET

Es la acción de cuantificar la masa del material que entrara al proceso

dependiendo del requerimiento de las maquinas o de producción. Se utilizo 4 taras

de 25 kg para pesar el PET en la báscula. Esta báscula tiene una capacidad de 1

tonelada (1,000 kg).

Se ingreso 100 kg de botellas de PET al proceso.

Imagen 3: Báscula industrial. Tomada de www.oxl.com



6.3 TRANSPORTACION DEL PET

Las cintas transportadoras son elementos auxiliares de las instalaciones, cuya

misión es la de recibir un producto de forma más o menos continua y regular para

conducirlo a otro punto. Por otra parte, las cintas son elementos de una gran

sencillez de funcionamiento, que una vez instaladas en condiciones suelen dar

pocos problemas mecánicos y de mantenimiento. Son aparatos que funcionan

solos, intercalados en las líneas de proceso y que no requieren generalmente de

ningún operario que manipule directamente sobre ellos de forma continuada.

(Pedro Sabate Carreras,2011)

Después de que el PET pase por las etapas de trituración, separación-lavado y

secado, se irá desplazando por medio de estas bandas.

Los motores para impulsar a los transportadores son por lo general trifásicos de 60

hz y de 220 V; 220/440 V; 550 V y de 4 cables a 208 V. Sin embargo se procede

usar un motor de jaula de ardilla con unidades motrices de hasta 7,457 kw (10 hp).

El control del transportador será un computador que programara la capacidad

nominal dentro de las tolerancias. (Manual del Ing. Quimico, Perry, pag 21-14,

séptima edición, 2010)



6.4 MOLIENDA

Figura 1. Diagrama de la etapa de molienda

Consiste en reducir las botellas adquiridas en hojuelas no mayores de 14 mm de

tamaño. Esta acción se realiza por medio de una trituradora de plásticos. Es

importante triturar la botella sucia completa con la tapa rosca y etiqueta, debido a

que ya obtenidas las hojuelas se facilita su lavado y separación de otros plásticos

como el polietileno de baja densidad (LDPE) y PVC que provienen de las tapa


PET SUCIO

TRITURACIONPOLVOS Y MATERIAL FINO

HOJUELAS PET SUCIAS Y SIN SEPARACION


roscas y las etiquetas. El tamaño de la hojuela deberá es importante para que el

extrusor no tenga ningún problema de fundición. (Guillermo Barguño Jane, 2009)

Después del pesado se vacían de manera manual a la trituradora, hasta llegar a

los 100 kg de botellas. Se pierden en promedio en la 2 % del peso que se ingreso

a debido a los polvos finos que se forman. (Ing. Rolando Cosio Romero, 2009).

Deben de estar 2 personas a cargo para inspeccionar la cantidad de botellas para

vaciarlas a la tolva de la trituradora e ir recolectando las hojuelas resultantes.



6.5 SEPARACIÓN

Figura 2. Diagrama de la etapa de separación

Se separa el PET adquirido de otros como los plásticos PVC y LDPE que

provienen de las tapas y etiquetas. Se realiza en un equipo de sistema de

separación-lavado. La separación se lleva a cabo en un tanque rectangular antes

del lavado, utiliza la técnica de flotación y hundimiento que se basa en la

diferencia de densidades que influye en la separación, los otros plásticos se retiran

de manera manual y sencilla al flotar estos y llegar la superficie mientras que el

plástico PET que tiene una densidad cercana a la del agua cae al fondo.

(Guillermo Barguño Jane, 2009)



SEPARADO

SOLO HOJUELAS DE PET SUCIAS

ETIQUETAS Y TAPAS: LDPE Y PVC


Las hojuelas de PET por medio de un sistema de tornillos transportadores llegan

a la sección de lavado. En esta operación se desechan aproximadamente el 9 %

de peso que representan las etiquetas, tapas y otros plásticos. (Ing. Rolando

Cosio Romero, 2009)

Se encargaran 2 personas para que ingrese al equipo las hojuelas de PET.



6.6 LAVADO

Figura 3. Diagrama de la etapa de lavado

La limpieza que consiste en la fricción de las hojuelas de PET ya separadas de

otros plásticos que se lleva a cabo en las paredes y movimiento rotatorio con agua

caliente (60°C). (Ing. Rolando Cosio Romero, 2009) .En este proceso se involucra

la velocidad (rpm del tambor) y la gravedad. Solo se retira el pegamento y

suciedad que podrían tener las hojuelas.

En este caso no se utiliza detergente ni hidróxido de sodio (NaOH) en el lavado

porque el almacén donde se compran las pacas de PET retiran la basura que

podrían tener las botellas adentro de manera manual y sencilla vaciando cualquier

liquido que podrían contener. No hay proliferación de bacterias porque las hojuelas


SOLO HOJUELAS PET SUCIAS

LAVADO

HOJUELAS DE PET LIMPIAS

ETIQUETAS Y PEGAMENTO. AGUA

AGUA


pasan por altas temperaturas en el extrusor. El proceso de reciclaje que

realizamos es totalmente mecánico no se necesita un agente químico por el

motivo que el uso del PET reciclado no es para envases alimenticios.

(Ing. Rolando Cosio Romero, 2009)

6.7 SECADO



Figura4. Diagrama de la etapa de secado.

Este proceso consiste en eliminar la humedad del las hojuelas de PET limpias. Se

realiza mediante una secadora centrifuga que está diseñada para extraer el agua y

la humedad a través de sus paredes. Las hojuelas de PET limpias ya separadas,

se vacían a la secadora y se introducen en el tambor, este gira a una velocidad

considerable impulsado por el motor lo cual genera una fuerza centrífuga

suficiente para expulsar el agua hacia el exterior y dejar el plástico seco. La

pérdida del agua representa el 2 % en peso de las hojuelas que entran al secado.

(Ing. Rolando Cosio Romero, 2009)

6.8 EXTRUSIÓN


HOJUELAS DE PET LIMPIAS CON HUMEDAD

SECADO

HOJUELAS DE PET LIMPIAS SECAS

AGUA



Figura 5. Diagrama de la etapa de extrusión.

El proceso de extrusión comienza con la llegada del plástico triturado y procesado

a la tolva de la extrusora con aditivos para fortalecer su resistencia. El plástico cae

al cilindro principal donde se encuentra el husillo, este gira concéntricamente en el

cañón impulsado por el motor eléctrico, el PET comienza a fundirse y fluir a través

del cañón debido a las elevadas temperaturas que este adquiere (normalmente

por la acción de resistencias eléctricas). La temperatura que se alcanza es a 260

°C, por especificaciones del diseño de la maquina y es la temperatura de fusión

del PET.

(Guillermo Barguño Jane, 2009)

Después de que el PET se extruye, saldrá por un boquilla de monofilamentos

hacia un baño de enfriamiento, este consiste en pasar los monofilamentos a una


ADITIVOS


tina con agua a 30 °C. El monofilamento se pasa por rodillos tensores a 2 baños

alternados de agua caliente de 285°C (esta temperatura indica que el PET

presenta ablandecimiento) para el primer estiramiento. Los segundos rodillos giran

a mayor velocidad que los primeros, para que el PET presente un estiramiento

considerable que a su vez producirá una fuerza de tensión.

Después de los estiramientos los monofilamentos pasan por rodillos a la

devanadera donde simplemente se embobinan en carretes para darles más

torsión. (Ramos, 2007)

Finalmente los monofilamentos pasan a otra seria de rodillos a un horno de aire

caliente (180°C) donde se lleva a cabo el termofijado. En este proceso se pretende

llegar a una estabilidad dimensional del material, tacto, peso final y aspecto. No se

presenta un encogecimiento del 10 % porque la hilatura tuvo estiramientos durante

su elaboración.

Los aditivos son esenciales debido a que fortalecen la estructura del PET al pasar

al proceso de fundición, para que la fibra tenga una consistencia más rígida. No

generan más volumen ni peso.



Imagen 7 y 8: fibra textil obtenida del PET reusado.

Fuente: Tecnología del reciclaje S.A. de C.V. Representación de la fibra de PET

después del proceso http://www.tecnologiadereciclaje.com


TRITURADO

LAVADO

BOTELLAS DE PET

LDPE Y PVCAGUA

POLVOS FINOS


Envases Plásticos del Centro S.A. de C.V

Figura 6. Diagrama del proceso para la obtención de fibra textil a partir

del PET de desecho.

7. RESULTADOS

7.1 BALANCE DE MASA

Se estableció la cantidad de kg de PET que entran al proceso estimando las

pérdidas que se presenta durante el proceso. Los equipos se escogieron con

respecto a las dimensiones aptas en la producción, para evitar costos mayores y

permitir que este proyecto sea viable.


SEPARACION DE OTROS PLASTICOS

SECADO

EXTRUSION

PEGAMENTO Y OTROS RESIDUOS Y

AGUA RESIDUAL

AGUA

FIBRATEXTIL DE PET

ADITIVOS


Para elaborar el balance de masa se tomo 100 kg de PET.

7.2 BALANCE DE LA ETAPA DE TRITURACION

Esta máquina reduce las botellas a .014 mm de tamaño para sea más fácil su

extrusión. Se establece una perdida promedio del 2 % de la cantidad de PET que

ingresa al proceso, este 2 % representa el polvo y material fino que se produce

durante esta etapa.


PET SUCIO

TRITURACION

M1= 100 KG


Figura 8. Diagrama del balance de materia de la etapa de trituración del proceso

M1= Cantidad de alimentación de PET de desecho al proceso en kg.

M2= Cantidad de polvos y material fino provenientes del proceso de trituración del

PET desecho en hojuelas en kg.

M3= Cantidad de hojuelas de PET de desecho en kg que se obtuvieron.

Donde:

M1= M2 + M3………………………………………………..Ecuación 1.

M2= .02*M1………………………………………………….Ecuación 2

M1= M3 + .02*M1

M3= M1-.02*M1……………………………………………..Ecuación 3


POLVOS Y MATERIAL FINO



M3= M1*(1-.02)

M3= 100 KG (1-.02)= 98 KG

Por lo tanto:

M2= 2 KG

7.3 BALANCE DE LA ETAPA DE SEPARACION DE OTROS PLASTICOS

La operación de separación y lavado se realiza en el mismo equipo. Se estima una

pérdida del 9 % del peso, ya que representa los otros plásticos como el LDPE y

PVC provenientes de las tapas y las etiquetas.

Se establece una relación del agua caliente que entra al equipo de 12:1 con

respecto a la cantidad de PET que ingrese. La temperatura del agua caliente es de

60 °C.



Figura 9. Diagrama del balance de materia de la etapa de separación del proceso.

M3= Cantidad de hojuelas de PET de desecho en kg que se obtuvieron.

M4= Cantidad de etiquetas y tapas en kg que son retiradas del proceso.

M5= Cantidad de hojuelas sucias de PET de desecho ya separado de los otros

plásticos.

Donde:

M3= M4 + M5……………………………………………………………..Ecuación 4

M4= M3*.09……………………………………………………………....Ecuación 5

M5= M3-M4……………………………………………………………….Ecuación 6



SEPARADO

SOLO HOJUELAS DE PET SUCIAS

ETIQUETAS Y TAPAS: LDPE Y PVC

M3= 100 KG

M4= 8.82 KGM5= 89.18 KG


M5=M3-M3*.09

M5= M3*(1-.09)

M5= 98 KG*(1-.09) = 89.16

Por lo tanto

M4 = 8.82 KG

7.4 BALANCE DE LA ETAPA DE LAVADO

En esta etapa se retiran el pegamento y suciedad que pudieran tener las hojuelas,

representa el .1%.


SOLO HOJUELAS PET SUCIAS

LAVADO

HOJUELAS DE PET LIMPIAS

ETIQUETAS Y PEGAMENTO. AGUA

AGUA

M5= 89.18 KG

M6= 1,070.16 KG

M7= 1,048.85 KG DE AGUA RESIDUALM8= 110.49 KG


Figura 10. Diagrama del balance de materia de la etapa de lavado.

M5= Cantidad de hojuelas sucias de PET de desecho separado de los otros

plásticos.

M6= Cantidad de agua en kg necesaria para la etapa de lavado.

M7= Cantidad de etiquetas, pegamento y agua residual en kg que son retiradas

del proceso.

M8= Cantidad de hojuelas limpias en kg provenientes de la etapa de lavado.

Donde:

M5 + M7= M8 + M6………………………………………………………..Ecuación 7

M6 = .001*M5+.98*M7…………………………………………………....Ecuación 8

M7= 12*M5………………………………………………………………….Ecuación 9

M8= M5+ M7 – M6

M8= M5 + 12*M5 – (.001*M5 + .98*12*M5)……………………………….Ecuación 10

M8= M5*(1 + 12 -.001 +.98*12)

M8 = 89.18 KG * (1 + 12 –( .001 + .98*12))= 110.49 KG



Por lo tanto:

M6= 1,048.85 kg M7 = 1,070.16 KG

7.5 BALANCE DE LA ETAPA DE SECADO

En esta etapa se retira la humedad que pudiera tener las hojuelas de PET

después del proceso de l separación y lavado. Es importante retirar toda la

humedad de las hojuelas antes de que se ingresen al extrusor. Ya secas las

hojuelas se pondrán en taras para que se vacíen en la tolva del extrusor.


HOJUELAS DE PET LIMPIAS CON HUMEDAD

SECADO


AGUA

M8= 110.49 KG

M9= 21.4056 KGM10= 89.18 KG


Figura 11. Diagrama del balance de materia en la etapa de secado.

M8= Cantidad de hojuelas limpias en kg provenientes de la etapa de lavado.

M9= Cantidad de agua residual en kg provenientes del proceso de secado

M10= Cantidad de hojuelas de PET limpias provenientes secas.

Donde:

M8= M9 + M10……………………………………………………………Ecuación 11

M9= M7-M8………………………………………………………………Ecuación 12

M9= 12*M5 - .98*12*M5= 21.4056 KG

M10= M9 – M10…………………………………………………………. Ecuación 13

M10= (110.49 – 21.4056) KG= 89.18 KG



7.6 EXTRUSIÓN

Figura 12. Diagrama del balance de materia en la etapa de extrusión. Representa

la cantidad de fibra de PET en kg.



EXTRUSION

FIBRA DE PET

ADITIVOS

M11= 89.18 KG

M12= 89.18 KG


M11= Cantidad de hojuelas en kg que entran al proceso de extrusión.

M12 = Cantidad de fibra de PET obtenida.

En esta etapa no disminuye la cantidad de materia. Cabe mencionar que los

aditivos no afectan en el peso de las hojuelas extruidas. Estos aditivos funcionan

para fortalecer resistencia en tracción para que la fibra sea resistente.



Base de cálculo 100 kg de PET


TRITURADO

SEPARACION

LAVADO

SECADO

EXTRUSION

100 KG DE PET PERDIDAS: 2KG DE POLVO Y MATERIAL FINO

98 KG DE HOJUELAS

DE PET SUCIAS Y SIN SEPARACION

PERDIDAS: 8.82 KG DE PLASTICOS LDPE Y PVC

89.18 KG DE HOJUELAS DE PET SUCIAS

PERDIDAS: .08 KG DE PEGAMENTO Y EQTIQUETAS Y 1,048.84 KG DE AGUA RESIDUAL

1,070.16 KG DE AGUA

110.49 KG DE HOJUELAS DE PET LIMPIAS CON HUMEDAD

PERDIDAS: 21 KG DE AGUA RESIDUAL

89.18 KG DE HOJUELAS DE PET SECAS Y LIMPIAS MAS ADITIVOS


Figura 7. Diagrama del balance general de materia proceso de obtención de fibra

textil a partir del PET de desecho.

9. BALANCES DE ENERGIA

Se estimo la energía necesaria de los motores de los equipos en relación a su

capacidad y la cantidad de materia que se procesa. No hay reacciones químicas

en ninguna de las etapas que liberen grandes cantidades de energía, el calor

suministrado en el equipo de separación-lavado y extrusión están calculados de

acuerdo a las especificaciones del diseño.

Trituradora

E = 14.914 kw

Capacidad: 350 kg/hr

T = (100kgdebotellas de PET )∗1hr

350 kg=.2857hr

E = P*T

E=(14.914kw )∗( .2857hr )∗3,600kj

1kwh=15,339.39kj



Sistema de separación-lavado

E = 40 kw

Capacidad: 1,000 kg/hr

T = (89.18kgde hojuelasde PET sucias )∗1hr

1,000kg=.0891hr

E = P*T

E=(40kw )∗( .0891hr )∗3,600kj

1kwh=12,841.92kj

Secadora

E = 11 kw

Capacidad: 1,500 kg/hr

T = (110.92kgde hojuelasde PEt limpiasconhumedad )∗1hr

1,500kg=.0739hr

E = P*T



E=(11kw )∗( .0739hr )∗3,600 kj

1kw h=2,926.44kj

Sistema de extrusión:

Tabla 5.Partes del sistema de extrusión

Aparato auxiliar E (hp)

Ventilador .75

1° Calentador 24.13

1° motor de accionamiento 25

Reductores de bomba 1


2° calentador 21.45

3° motor de accionamiento 7.5

Horno de aire caliente 24.13




5° Motor de accionamiento 5

Horno de termofijado 26.82

Total 150 hp=111.855 kw

Sistema de extrusión

E = 111.855 kw

Capacidad: 50 kg/hr

T = (89.18kgde hojuelasde PEt limpias ysecas )∗1hr

50kg=1.7836hr

E = P*T

E=(111.855 kw )∗(1.7836hr )∗3,600kj

1kw h=718,216.48 kj



Calor suministrado al PET para su fundición

En la etapa de extrusión se realiza una fundición del PET desecho, esto es

provocado por el calentador del extrusor que le añade calor a las hojuelas

de PET de desecho.

Figura 13. Diagrama del balance de energía en la etapa de extrusión.

Cp del PET = 0.25kcalkg°C

Q=mCp(t 2−t 1)



EXTRUSION


ADITIVOS

Q= 5,917.78 kj


Q=89.18∗0.25 kcalkg° C

(290 °C−25 °C )

Q=5,908.175 kcal∗( 4.1868kj1kcal )=5,917.78kj



10. DISCUSION

Se selecciono el equipo adecuada con las especificaciones que concretan al

proceso para la obtención de fibra textil a partir del PET.

TRITURADO

Se selecciono este porque se acondiciona a la cantidad de PET a triturar. El

equipo de triturado es diseñado para procesar plásticos: PET, LDCP, PVC, etc.

Está equipada con 6 cuchillas rotatorias y 4 cuchillas fijas, hechas de acero con

manganeso para mayor duración. Este equipo es de capacidad pequeña en el

mercado a comparación de otros equipos. Es de fácil mantenimiento. Su función

es reducir las botellas de PET sucias en hojuelas de 12mm,

Sus características son:

Dimensiones: 1.8 x 1.6 x 1.5 mts.

Dimensiones de apertura: .65 x .40 mts.

Peso: 900 kg.

Potencia del motor: 20 hp = 14.914 kw.

Capacidad: 350 kg de plásticos por hora.

Costo: $ 78,500.00 mn

(OLX, 2007)



Imagen 9: Trituradora

Fuente: Ilustración tomada del catalogo de ventas de equipo industrial.

www.oxl.com.

BANDAS TRANSPORTADORAS


http://www.oxl.com/


Se selecciono esta banda porque se acondiciona a la cantidad de hojuelas a

transportar en los demás equipos. El PET se tiene que desplazar en cada etapa

durante el proceso, no se necesitan más hombres para la carga y evitar que haiga

desgastes en el cuerpo. Estas bandas están diseñadas por Imeltra una empresa

mexicana que se dedica al diseño de maquinas de elevación y transporte. Tienen

un costo promedio de $ 14,000.00 mn porque son diseñadas para peso ligero.

Especificaciones

Fabricados en HR, CR o inoxidable

Velocidades entre 5 m/min y 80 m/min, con unidad motriz central o unidad

motriz de extremo.

Longitudes variables de 3mts de largo y 1metro de ancho.

(Imeltra, 2011)

Imagen 10: Banda transportadora.Tomadadel catalogo de ventas de equipo industrial.

www.oxl.com

EQUIPO DE LAVADO Y SEPARACION



El sistema de lavado-separación incluye:

Tanque de agua caliente.

Estanque de separación de etiquetas y tapas por proceso de flotación.

Deposito de lavado por fricción.

Transportador.

Sistema de desagüe.

Este equipo fue seleccionado por las condiciones de lavado y separación. Por

su potencia y cantidad de material a procesar es posible aumentar más

cantidad de hojuelas de PET desecho y no tendrá ningún problema

Su principal función es retirar tapas y etiquetas así como pegamentos. Evitando

que entren materiales que alteren la calidad del producto final. Es un equipo

completo que es diseñado para plantas procesadoras de reciclaje de plásticos. No

requiere la utilización de detergentes ni agentes químicos en el proceso. (SHCB,

2011)

Especificación del equipo:

Su potencia del motor es de 40 Kw. La relación de la cantidad de agua que se

necesita es un relación en la limpieza es de 12:1 con respecto a la cantidad de las

hojuelas del PET.) Tiene una capacidad de producción de 1,000 kg de hojuelas de

PET. Su costo es de $1,000,000.00mn.



Imagen 11: Sistema de lavado y separación de hojuelas de PET

Fuente: “Producto: Secadora Cnetrifuga”, Zhejiang Un Shun Pettechs Fibre

Co., Ltd.

SECADORA CENTRIFUGA



Se selecciono este equipo por sus aptas características y su método de secado,

sus funciones no requieren de ningún calentador para secar. En esta operación se

lleva a cabo la deshidratación de humedad del material del lavado y

separación. El equipo tiene un diseño sencillo preciso que evita niveles altos de

vibración y ruido durante el proceso. El agua ya utilizada se ira al drenaje.

Especificaciones del equipo:

Dimensiones (L x W x H): 2.235 x 1.160 x 1.754 m.

Volumen: 4.78 m3.

Potencia del motor: 11kW.

Diámetro de rotación: 600m / m

Rotación: 1.450 rpm

Capacidad: 1,500 kg de hojuelas de PET limpias con humedad.

Costo: $ 350,000.00 mn

(Zhejiang Un Shun Pettechs Fibre, 2010)



Imagen 12: Secadora centrifuga.Imagen tomada de Zhejiang Un Shun Pettechs Fibre,

2010



EXTRUSION-TERMOFIJADO

Se selecciono este extrusor porque es un equipo completo y equipado para

producir monofilamentos muy finos. El extrusor tiene un diámetro de 50 mm. Antes

de su operación se debe tomar un tiempo de calentamiento de 30 minutos. Su

boquilla tiene 150 orificios de un diámetro de .5 mm. Durante el proceso se

presentan distintas temperaturas como:

Husillo: 290°C

Agua de enfriamiento: 30°C

Primer calentador: 280 °C

Segundo calentado: 290°C

Horno de aire caliente: 180 °C

Especificaciones del equipo:

Potencia de los motores: 111.855 kw

Ventilador para enfriamiento de barril

Bañera de agua para enfriamiento

Rodillos transportadores y de tensión

2 Baño de agua caliente

Reductores de bomba

Devanadera

Horno de aire caliente

Capacidad: 50 kg de hojuelas de PET.

Costo: $ 2,000,000.00 MN



(Jenn Chong Plastics Machinery Works 2011)

Imagen 13: sistema de extrusion y debanado de monofilamento.Imagen tomada de Jenn

Chong Plastics Machinery Works 2011

COSTO DEL EQUIPO



Tabla 6: Costo total del equipo.

EQUIPO CANTIDAD COSTO ($ / MN)

TRITURADORA 1 $ 78,500.00

SISTEMA SEPARACION-LAVADO 1 $ 1,000,000.00

SECADORA 1 $ 350,000.00

SISTEMA DE EXTRUSION 1 $ 1,200,000.00

TOTAL $ 2,628,500.00

Se hizo una consideración en el proceso de extrusión durante el primer

estiramiento después del enfriamiento de agua, que por cada metro que saliera de



la boquilla del equipo al pasar por el tanque de agua y el rodillo se estirares en una

proporción de 1:4 m en longitud.

La fibra textil final debe de realizarse una evaluación de medición de diámetro y

tracción. La medición de diámetro consiste en medición de diámetro por cada 10

cm de fibra mediante un pie de rey digital. La tracción determina la resistencia de

deformación durante el estiramiento de la fibra, se lleva a cabo mediante una

maquina de tracción horizontal que muestra por gráficos cuanta fuerza aplicada es

necesaria para la deformación del diámetro de la hilatura.

También se debió determinar y medir su denier que es una relación entre el peso y

la longitud del filamento. La base es de 9,000 metros por 1 gramo. Por lo tanto se

debe cuantificar cuánto pesa 9,000 metros de esta fibra. Es importante obtener

este dato con el motivo que es una especificación que exige el comprador o el

adquiridor para que tenga definido en que producto final será empleado.

Esta fibra si se emplea para textiles tejidos como trajes de seguridad, ropa, etc.,

debe de pasar por un proceso de coloración, sin embargo no se enfoco en ese

aspecto.

CONCLUSIONES

Con las consideraciones detalladas sobre el proceso y sus operaciones unitarias

es posible obtener una fibra poliéster adecuada para ser empleada en textiles



tejidos y no tejidos, tales como relleno de almohadas, prendas térmicas, zapatos e

hilos. Se considera que esta fibra puede someterse a cualquier método de tintura,

para que obtenga un color deseado.

La fibra de PET desecho se considera que tiene un de .6 mm., debido a que las

los diámetros de la salida del extrusor son de esa medida.

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Documents

Obtencion de Fibra Textil a a Partir de Polietileno Tereftalato Desecho Final