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m Casa abierta al tiempo
UNIVERSIDAD AUTONOMA METROPOLITANA IZTAPALAPA
/ DEPARTAMENTO C.B.1
PROYECTO TERMINAL
JDISEÑO DE UNA PLANTA DE RECUPERACIÓN DE PET, CON CONTROL DE HUMEDAD DURANTE EL PROCESO DE LA MEZCLA PET-LLDPE
/RODRIGUEZ CONTERAS ABEL MA TRICULA 90224421
RODRIGUEZ ALMAZAN JACINTO MATRICULA 91222430
PARA LA OBTENCION DEL GRADO DE~NGENIERO QUIMICO
] ASESOR M.C. ANGEL ESCOBAR
OBJETIVOS.
1 .- Se hará una evaluación económica en la cual se determinarán los parámetros mas representativos que confirmaran si el proyecto es rentable.
2.- Realizaremos un estudio del efecto de la humedad en los parámetros mecánicos de la mezcla PET- LLDPE. Con la finalidad de optimizar el tiempo de secado de la mezcla.
3.- Se llevará acabo una revisión bibliográfica para conocer y evaluar todas las etapas del proceso tradicional del reciclamiento del pet. Con el propósito de argumentar la posible instalación de una planta recicladora de pet (con aplicación a una mezcla polimerica).
\
INDICE
CAPITULO I . PREELIMINARES
INTRODUCCION
1 . 1 .- Antecedentes de las mezclas polimericas
1.2.- La selección del PET.
1.3. -Humidificación.
1.4.-Secado del PET.
1.5.- Antecedentes de las tarimas de plástico.
1.6 .-Procesos alternativos para el tratamiento de desechos plásticos.
1.7.-Recuperación de plásticos en otros países.
CAPITULO II. PROPIEDADES DE LOS MATERIALES
2.1 .- Clasificación de los materiales según su estructura quimica.
2.2.- Propiedades de la madera y la tarima rusa.
2.3.- Propiedades del polietilentereflalato ( pet virgen ) cristalino.
2.4.- Clasificación de los plásticos reciclables.
CAPITULO 111.- ESTUDIO DE MERCADO
3.1 .- Producción nacional e internacional de los desechos sólidos.
3.2.- Producción de basura en México.
3.3.-Producción de basura por día en México.
3.4.- Producción mundial de basura.
3.5.- Producción de desechos Plásticos a nivel nacional.
3.6.- Panorama de los desechos Plásticos a nivel nacional.
3.7.- Generación de residuos Plásticos en el distrito federal.
3.8.- Producción nacional de los plásticos.
3.9.- Situación actual de la producción de plásticos
CAPITULO IV.- EXPERIMENTACION
4.1 .- Porcentaje de elongación.
4.2.- Esfuerzo a la ruptura.
4.3.- Módulo de young.
4.4.-Esfuerzo máximo.
4.5.- Conclusión a la parte experimental.
4.6.- Perspectivas para el diseño del secador
4.7.- Perspectivas para la determinación de la cinetica de secado.
CAPITULO V .- CAPACIDAD Y LOCALIZACION DE LA PLANTA
5.1 .- Capacidad de la planta
5.2.- Localización de la planta
CAPITULO VI.- EVALUACION DEL COSTO DE UNA PLANTA RECICLADORA DE PET-LLDPE
6.1 .-Proceso
6.2.- Dimensiones y costos de equipo.
6.3.-Costos de energía
6.4.-Costos de materia prima
6.5.- Costos de equipo de oficina
6.6.- Sueldo del personal
6.7.- Costos de construcción
6.8.-Analisis de rentabilidad.
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CAPITULO I
PREELIMINARES
CAPlTUlLO 1 .- PREELIMINARES
Se ha visto al reciclamiento como una de las alternativas ambientales y económicas mas favorables, para la reducción de residuos ,y es el aspecto económico el que impulso a desarrollar el reciclaje del plástico el cual ha tenido gran éxito en el mercado, comprobándose así su rentabilidad.
Algunas de las razones del reciclamiento del PET (POLIETILEN TEREFTALATO) son:
a).-Se ahorra hasta un 80% de la inversión que se utilizaría para producir material virgen.
b).-Confinamiento, ya que en los estados unidos se necesita 53 dólaredton por año para su confinamiento.
c).-Rehusar el mismo material y no estar usando el petróleo que se podría utilizar para producir materia prima más emergente como el caso de la producción de fármacos.
d).-.Es el desecho plástico más abundante utilizado.
Las desventajas que existen en el reciclamiento del plástico es que si esta sucio su reciclamiento es difícil y el producto obtenido es de mala calidad, ya que al ser procesado impide el llenado homogéneo de los moldes y provoca el tapamiento en el orificio de inyección o extrusión. Si los plásticos al ser recuperados están contaminados con otros materiales como pueden ser polvo, adhesivos, grapas etc. Pueden provocar problemas en la maquina procesadora,Si existe un exceso de tintas el proceso se dificulta , pues se generan gases que alteran las propiedades físicas del producto final, tales como: Resistencia al rompimiento, grado de fluidez y mal aspecto.
Un requisito esencial para el procesamiento del PET virgen como reciclado es el control cuidadoso del secado del material, ya que pequeñas cantidades de agua inducen cambios significativos en las propiedades físicas del PET. Como la temperatura de transición vitria (tg), y en la temperatura de cristalización (Tc).
Es por eso que la reducción de las propiedades mecánicas del pet han sido atribuidos a los efectos de plasticidad provocados por las moléculas de agua. Esto puede crear serios problemas en las aplicaciones industriales, por ejemplo de la alteración de la estabilidad dimensional de la manufacturación de los artículos.
Es por lo tanto que resulta interesante realizar un estudio en el cual se evaluarán las propiedades mecánicas del PET reciclado con el control de humedad.
1 .I .-ANTECEDENTES DE LAS MEZCLAS POLIMERICAS
En las dos ultimas decadas, el área de mezclas polimericas experimento un crecimiento extraordinario la aplicación del concepto de aleación, ampliamente utilizado en metalurgia, en materiales polimericos ha demostrado poseer suficientes atractivos tanto cientificos como practicos, a medida que se ha ido ganando una mejor compresión del proceso de mezclado en macromoleculas.
Se ha demostrado que la compatibilidad entre dos polimeros es más dificil de lograr que en substancias de bajo peso molecular.
Por lo general, si la mezcla fisica de dos polimeros es totalmente incompatibles se lleva acabo una separación de dos fases y, siendo la interación entre estas poca o nula, en la mayoria de los casos se obtiene propiedades fisicas en extremo pobres del producto resultante. Este problema es solucionado, considerando que el factor que controla la miscibilidad entre macromoléculas es la entalpía de mezclado, se ha encontrado numerosos pares de polimeros compatibles, buscando entre aquellos que por sus estructuras polares, potencialmente pueden presentar interaciones especificas y en consecuencia que el incremento de entalpía sea negativo.
Por otra parte se ha reconocido que aunque exista incompatibilidad termodinámica la aplicabilidad práctica de diversas aleaciones polimericas depende de que la cohesión mecánica interna de las mismas sea adecuada; en último grado, dicha cohesión es función de la adhesión entre las fases formadas. Entre otros métodos que permiten incrementar la cohesión mecánica es el uso de agentes compatibilizantes que han ampliado las posibilidades de aplicación de este tipo de mezclas.
1.2.- L A SELECC16N DEL PET
La importancia para el reciclamiento del PET es: su uso en una amplia gama de
aplicaciones, por ejemplo en la fabricación de botellas y envases en los que se
manejan gran variedad de productos como bebidas carbonatadas, licores,
cervezas, sidras, etc.
Lo que ha motivado una gran cantidad de desechos. E s por esto que se hace
necesario desarrollar un proceso en el cual se utilicen estos desechos.
Debido a que las propiedades mecánicas del PET se ven afectadas por la
absorción de agua de este polimero, lo cual se puede apreciar en el siguiente
fragmento I‘ La obtención de PET es mediante la formación de un “monomero”
(esterificación del ácido tereftalico con etilenglicol) el cual se somete a una
policondensación para obtener un polímero de cadena mas larga que contiene
cerca de 100 unidades repetidas de este monómero.
Conforme la cadena va alargándose, existe un aumento en el peso molecular, el
cual va acompañado por un aumento en la viscosidad, de masa y otras ventajas
asociadas proporcionando así una mayor resistencia mecánica. Por tal motivo el
presente proyecto se enfoca básicamente en determinar cual es el grado de
humedad máxima que debe tener el material para que no se vea afectado en sus
propiedades mecánicas. Con esto queremos decir que se busca un material
polimérico que tenga buenas propiedades mecánicas y que no sea muy costoso.
Para el presente proyecto se utiliza PET reciclado con la finalidad de disminuir
costos y evitar el gran volumen que se genera de estos desperdicios en la basura.
Para la producción de tarimas producidas con mezcla LLDPE-PET . Si nosotros
adicionamos un polímero que le dé características de elongación , se mejorarían
considerablemente la propiedades del material; el material al que nos referimos
específicamente es el polímero lineal de baja densidad (LLDPE), siendo necesario
determinar la humedad que absorberá el PET a diferentes tiempos, para poder
determinar los cambios en sus propiedades mecánicas y así poder decidir si es
necesario secar totalmente el PET , ya que para la aplicación que estamos
buscando no es necesario tener las propiedades de los componentes puros
totalmente secos, sino una combinación de las propiedades de ambos. El no secar
totalmente nos ahorraría energía lo cual representaría un ahorro en tiempo de
secado dentro del proceso de producción de tarimas.
Debido a la importancia que tiene la absorción de humedad de acuerdo a lo
descrito anteriormente es necesario conocer el comportamiento cinético de
absorción de humedad del PET, lo cual a sido dado a conocer por deferentes
autores los cuales describen bajo que condiciones de humidificación el PET
absorbe humedad mas rápidamente , y así poder obtener los porcentajes de
absorción de agua en periodos de tiempos cortos y con esto poder caracterizar
nuestra mezcla.
Por otra parte para el proceso de secado es necesario conocer también
parámetros que nos permitan optimizar el tiempo de secado, por lo tanto se
recurrirá también a la bibliografía generada por diferentes autores.
I .3 HUMIDIFICACI~N
La humidificación o absorción de agua por el PET es incrementada a medida que
se aumenta la temperatura, el tamaño del chips o la humedad relativa del medio
ambiente. En la gráfica 1 se muestra la absorción de agua para dos tamaños de
chips.
1 .o
0.8
0.6
O .4
0.2
0.0
ABSORC16N DE AGUA POR EL PET A 20 "C
0 /- =-
I / / I I I I I I I I
O 20 40 60 80 1 O0
GRAFICA 1 . VARIAC16N DE LA ABSORC16N DE HUMEDAD POR DOS
TAMAÑOS DIFERENTES DE CHIPS A DIFERENTES HUMEDADES RELATIVAS
fuente: Celanese Mexicana S.A.
Resina Pet " Qué es y como se fabrica"
febrero 1986
La velocidad de absorción depende de cuatro factores para un tamaño especifico
de recorte.
Estos son ; tiempo, temperatura, humedad atmosférica (punto de rocío) y la
cristalinidad del chip.
El PET amorfo absorbe humedad mas rápidamente que le PET cristalino, tal y
como se muestra en la figura 2.
ABSORCION DE HUMEDAD DEL PET
I I I I I I I I I
O 5 10 15 20 25 30
TIEMPO (DIAS)
FIG 2 ABSORCldN DE HUMEDAD
fuente: Celanese Mexicana S.A.
Resina Pet “ Qué es y como se fabrica”
febrero 1986
La figura 3 ilustra la influencia de la temperatura y la humedad del medio ambiente
sobre la humedad absorbida.
% AGt
INFLUENCIA DE LATEMPERATURA SOBRE 1 LA HUMEDADABSORBIDA
80% H.R. 120°C 80% H. R. 20°C -
/ 50% H.R. 25% c I /
0 2
/ 20% H.R. 25OC
/ "I /
/ /
I 1 O 5 10 15 20 25 30
TIEMPO (DIAS)
FIG 3 INFLUENCIA DE LA TEMPERATURA EN EL PET
fuente: Celanese Mexicana S.A.
Resina Pet " Qué es y como se fabrica"
febrero 1986
El PET seco y caliente puede ganar humedad a una velocidad de 5 a 10 ppm por
segundo en contacto con el aire ambiental, por lo cual es esencial que el manejo
del chip seco se efectúe con aire cuyo punto de rocío no sea mayor al que tiene
el aire de secado. Por lo anterior se recomienda contar con algún equipo de prueba
para determinar el contenido de humedad retenida en el material.
1 . 4 . SECADO DE PET
Un requisito esencial en el procesamiento del Polietilen Tereftalato (PET) en la
manufacturación de diversos artículos, es el cuidadoso control de secado del
material ya que pequeñas cantidades de agua, inducen cambios significativos en
las propiedades físicas del PET, creando serios problemas en las aplicaciones
industriales.
El PET en forma sólida, absorbe humedad del medio ambiente (semejante a un
desecante); sí durante el almacenaje del PET se deja que el polímero absorba
humedad del medio ambiente hasta alcanzar el equilibrio puede llegar a absorber
hasta 0.8% en peso. En la practica el PET no absorbe niveles de humedad
mayores a 0.25% en peso siempre y cuando se mantenga cubierto y durante
periodos cortos de tiempo almacenado.
Sin embargo, para fabricar un buen producto de PET, se requiere reducir la
humedad a menos de 0.004% en peso (40 partes por millón) y de ser posible hasta
30 ppm.
La razón para esto, es que a temperaturas arriba del punto de fusión del agua
presente, hidroliza el polimero, reduciendo su peso molecular así como sus
propiedades características.
En el caso del PET, la humedad contenida no solo se encuentra en la superficie
sino que también es absorbida por el granulo al introducirse en el interior de este
por difusión, de aquí que el secado del PET difiera de otros procesos, donde sólo la humedad superficial tiene que ser eliminada.
Debido a esta penetración de la humedad, se requiere un tiempo relativamente
largo de secado a temperaturas elevadas de operación.
Por otro lado, la estructura y el tamaño del granulo, influyen en la velocidad del
secado. Esto se debe a que el paso que controla el proceso de deshumidificación
es el de difusión de agua a través del chip hasta su superficie el cual se puede
minimizar con un tamaño y con un diseño que aumente el área superficial de
contacto del chip con el aire de secado. Los otros tipos de transferencia de masa
que ocurren en le secado de PET son:
1 ) La transferencia de agua a través del sistema binario sólido / gas.
2) La difusión de vapor de agua dentro de la atmósfera o medio que la rodea.
Requerimientos claves para un buen secado (pelet's)
1 ) Temperatura correcta de secado.
La temperatura del chip deberá estar entre 145 y 150°C.
2) Temperatura correcta del aire de secado.
Esta no debe exceder de 180°C medido a la entrada de aire del secador.
Debido a lo anterior se requiere un equipo (para el secado) capaz de generar un
gas (aire o nitrógeno) con un bajo punto de rocío, con control de temperatura
utilizando un proceso mecánico que garantice una mínima variacibn de
temperatura entre el granulo individual y el contacto efectivo gas /sólido.
1.5 ANTECEDENTES DE LA FABRICACION DE TARIMAS DE PLASTIC0
A pesar de que no existen empresas que se dediquen a la fabricación de tarimas
de la mezcla LLDPE-PET, se tiene antecedentes de empresas que se dedican al
reciclamiento de pet y de empresas que se dedican a la fabricación de tarimas con
otro tipo de polimeros.
Entre las empresas que se dedican al reciclamiento de pet se encuentran:
Crisol textil. La División Reclicados realiza el acopio, limpieza y procesamiento de
botellas de PET, que se utilizan como materia prima reciclada para las industrias
del plástico y textiles. Tiene una capacidad de producción de 1500 toneladas por
mes de hojuelas de botellas de PET. Parte de la producción de hojuelas se
consume para la fabricación de poliester fibra corta, que posteriormente es
utilizado para la elaboración de telas no tejidas, y poliéster cardado. También
comercializa hojuelas como tal.
Avanguard es una empresa que se especializa en el acopio o recolección a un
nivel nacional de plásticos postconsumo recuperados de tiraderos, los cuales
clasifica y hace pacas, preparando el producto como materia prima para el
reciclador. Cuenta con 23 centros de acopio en toda la república, donde tiene
equipos para compactar. En el caso de botellas de PET acopian de 1000 a 1500
toneladas al mes.
Recimex. Tiene una capacidad de reciclamiento de PET(botel1a) de 12000
toneladas por año. Esta planta muele y limpia las botellas recolectadas
principalmente en la Ciudad de México y vende las hojuelas a fabricantes
nacionales de fibra y también al mercado de exportación.
El proceso de reciclamiento de PET de esta empresa es el que se describe a
continuación:
a) La adquisición de materia prima para su posterior uso se da por la compra de
pacas de botellas de PET de desecho.
b) La selección de botellas se realiza mediante una selección manual para
garantizar que solo se procesara botellas de PET.
c) La limpieza de las botellas es realizado mediante un sistema de lavado de agua
caliente con detergente a presión, con el objeto de retirar Iodos, grasas, etiquetas y
demás sustancias que se encuentren en su superficie.
d) La molienda de las botellas es realizada a un nivel que permite obtener hojuelas
de un tamaño aproximado a 5mm, lo cual permite un mejor manejo de estas que si
fuera polvo.
e) El secado que se realiza es primordialmente para eliminar cualquier cantidad de
agua que contenga las hojuelas en su superficie.
Del proceso anterior la implementación que realizaremos es incluir un secador tipo
tolva cuyo funcionamiento de secado es apartir de aire caliente, también se
implementará un equipo del procesamiento final que pude variar de una inyectora,
extrusor o una prensa con molde de tarima.
Del proceso anterior la implementación que realizaremos es incluir un secador tipo
tolva cuyo funcionamiento de secado es apartir de aire caliente, también se
implementará un equipo del procesamiento final que puede variar de una inyectora,
extrusor o una prensa con molde de tarima. El diagrama de flujo del proceso se
muestra en la figura 1 .
Entre las empresas que se dedican a la producción de tarimas tenemos RUSA,
S.A. de C.V.
Esta empresa se dedica a la producción de tarimas con polietileno de baja
densidad, estas tarimas son bicomponente es decir están compuestas de
polietileno de baja densidad y madera, esta empresa realiza este tipo de tarima
para abatir la diferencia que existe entre las diferentes densidades que tiene la
madera con el polietileno de baja densidad, estas tarimas son usadas como
soportes.
Por lo tanto es necesario tener en cuenta las propiedades que tiene la madera y
las tarimas hechas de polietileno lineal para poder elegir la mezcla LLDPE-PET
que se apróxime a las propiedades de tensión, y dureza para las cuales se ocupa
la madera para la producción de tarimas, y también aprovechar las propiedades
de elongación que proporciona el polietileno lineal . Para al final producir tarimas
resistentes y que duren al impacto al suelo.
1.6.-PROCESOS ALTERNATIVOS PARA EL TRATAMIENTO DE DESECHOS PLASTICOS.
Existen tres procesos para el reciclamiento de plástico los cuales son:
a).-Incineración b).-Pirolisis c).-Reciclado A continuación se mencionan las ventajas y desventajas de los procesos de reutilización y recuperación :
INCINERACION
Como ventajas se tienen las siguientes: el proceso de incineración es rápido, permitiendo reducir en forma muy considerable el volumen de los desechos, pues finalmente, se generan cenizas y gases. Sólo es necesario separar los materiales no combustibles, como vidrio, cerárnicos, metales, etc. La recuperación de energía eléctrica y energía calorífica del vapor es cada vez más importante, contribuyendo para ello la creciente proporcibn de plásticos. Puede agregarse también como ventajas el evitar contagios y problemas de toxicidad en el manejo de los desechos sólidos municipales.
PlROLlSlS
La pirólisis es un proceso endotermico que se lleva a cabo calentando a alta temperatura (350 a 1100 O C ) y en ausencia o con poco oxígeno, materiales orgánicos como madera, papel, plástico y hule, los cuales experimentan rompimiento en sus estructura química, resultando gases como CO, C02, H2 y CH4; aceites y líquidos orgánicos como acetona y metanol, así como carbón y diversos sólidos que acompañan a la materia prima que se alimenta a los reactores pirolitícos.
Existen varios tipos de sistemas pirolitícos, tales como el de fusión y gasificación, el de gasificación de lecho móvil, el sistema de horno rotatorio y el de lecho fluidizado. Este ultimo consta de dos torres, una pirolítica, donde se producen combustibles y una torre de combustión que usa los productos pirolíticos. En este último sistema pirolítico es posible tratar tanto plásticos municipales como industriales.
Como ventajas se pueden mencionar: la molécula polímera no se destruye completamente, ya que los productos son líquidos, gases y también sólidos utilizables:. La producción de gases contaminantes NOx, SOX y HCI es pequeña comparada con los procesos de incineración. Podría pensarse que los países que carecen de tecnología para incineración deberían de considerar la pirólisis como alternativa, pues los sistemas anticontaminantes prácticamente se reducirían a la captación de polvos. Otra ventaja importantes es que los metales pesados quedan atrapados en sólidos muy estables como la escoria.
Como desventajas importantes se tienen: el proceso es muy lento comparado con la incineración, teniéndose compuestos clorados, nitrogenados y de azufre en los líquidos obtenidos, debiéndose utilizar de preferencia desechos plásticos que carezcan de esos elementos. La separación sería costosa y poco práctica. Otra desventaja es que el volumen de desechos sólidos, como la escoria, mayor que el volumen de cenizas resultado de la incineración. Cuando se tienen productos gaseosos, los valores de poder calorífico son muy variables.
Como ventajas fundamentales pueden considerarse: no se destruye la molécula del polímero se tienen muchas alternativas en el reprocesamiento, tanto por los productos como por los equipos de procesamiento. El costo es relativamente bajo si resulta simple el proceso de separación de los materiales plásticos; este proceso resulta práctico, sobre todo tratándose de desechos plásticos industriales.
Como desventajas se puede anotar: incompatibilidad de los diferentes plásticos, dando productos de mala calidad al reprocesarse, debiéndose desarrollar mezclas especiales con esos desechos para lograr buenas propiedades. La separación y limpieza hasta ahora resulta relativamente costosa. Sin embargo, ya se han desarrollado procesos industriales en algunos países desarrollados y también en México; los cuales ofrecen buenas perspectivas económicas para el futuro, siempre y cuando sea resuelto apropiadamente el problema de la recolección de los desechos plásticos Con el fin de comparar las soluciones que actualmente están llevando a cabo las tres regiones mas desarrolladas a nivel mundial conviene mostrar la siguiente tabla.
Región Reprocesamiento Incineración Disposición de plásticos en y otros
Europa Occidental 50 %
4 % 70 % 26 % Japón 13 % 14 % 73 % Estados Unidos 20 % 30 %
relleno sanitario
1.7.-RECUPERACION DE MATERIALES PLASTICOS EN OTROS PAISES.
Recuperación de termoplásticos en E.U.A.
En E.U. los termoplásticos que se reciclan en mayor proporción son el PET. y PEAD. El reciclamiento de PET. se realiza en varias industrias recicladoras, una de estas es el Departamento de Tecnología convencional para reciclamiento, en la cual se recuperan materiales para la obtención de resina de PET.
El método que utilizan es la despolimerización química de las botellas de PET con el cual se obtienen las resinas de Etilen-glicol y ácido Tereftálico, las cuales son componentes primarios para la producción de resina virgen de PET, a su ves estas se vuelven a polimerizar para obtener resina de alta calidad, que se utilizan en la producción de envases de bebidas ligeras.
Recuperación de termoplásticos en Alemania.
En Alemania se han desarrollado métodos que permiten el reciclaje de plásticos, en pocos pasos. La recuperación de termoplásticos se puede realizar a partir de materiales sucios y en algunos casos sin granular, la mayor parte de los procesos tienden a transformarlos directamente en productos finales, principalmente para aplicaciones estructurales, con vida útil relativamente larga.
La compañía Remaplan de Munich Alemania, ha desarrollado el reprocesamiento de materiales termoplásticos( excepto PVC ) directamente en productos terminados. La técnica consiste en un proceso de inyección y compresión sin necesidad de un pelletizado.
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CAPITULO I1 PROPIEDADES
DE LOS MATERIALES
CAPITULO 11.-PROPIEDADES DE LOS MATERIALES
La materia está constituida por moleculas que pueden ser de tamaño normal o moleculas gigantes llamadas polimeros. Los polimeros se producen por la unión de cientos o miles de moleculas pequeñas denominadas monomeros que forman enormes cadenas de las formas mas diversas. Lo que distingue a los polimeros de los materiales constituidos por moleculsas de tamaño normal son sus propiedades mecanicas . En general los polimeros tienen excelente resistencia mecanica debido a que las grandes cadenas polimericas se atraen. La estructura quimica define cuatro clasificaciones: comportamiento al calor, morfologia, presencia de monómeros y tacticidad.
De la anterior clasificación la más importante para nuestro estudio es la de comportamiento al calor, ya que clasifica todos los polimeros en dos grandes grupos: termoplasticos y termofijos.
Los termoplasticos son los plasticos que se reblandecen a se funden por la acción del calor para formar un articulo, pero si se les vuelve a aplicar calor tienen la posibilidad de fundirse nuevamente y moldear un producto igual o diferente ; aunque el proceso sea repetitivo no sufren alteración quimica en su estructura molecular, pero si sufren una alteración fisica (cambios en Tg y Tc). Otras de sus caracterizticas es su solubilidad.
Los termofijos o termoestable son aquellos plásticos que una vez han sido transformadas en un articulo, por calor o presión , al aplicarles nuevamente calor no son susceptibles al ablandamiento, debido a que hubo un cambio químico (degradándose) durante el calentamiento y por lo tanto es muy dificil reprocesar el mismo material.
TERMOFIJOS
Resinas Epoxi Resinas ( Baquelita ) Resinas Ureicas
TERMOPLASTICOS PET(POL1ESTER) Poliamidas (Nylon) Polimerizados fluorados Polioximetileno Poliestireno
(Urea Formaldehído) Poliolefinas P.V.C Acetatos de Celulosa Poliacrilato
2.2-PROPIEDADES DE LA MADERA Y LA TARIMA RUSA
Muchas de las características del comportamiento de la madera pueden explicarse
mediante la comparación con un conjunto de tubos de paredes delgadas. En las
referencia de los apéndices, se dan una tabulación detallada de las propiedades
mecánicas y los esfuerzos de trabajo en las condiciones de secado al aire y las verdes o
de corte reciente. Asimismo, en la National Manufacturers Associatión pueden
conseguirse información sobre los esfuerzos de trabajo.
Cargas flexionales. Por lo común, la madera reacciona con la mayor resistencia cuando
se somete a cargas de flexión. Las fallas debidas a las cargas de flexión se producen casi
siempre por compresión o tensión en las fibras más externas. Las vigas que soportan
cargas flexionales fallan también debido al esfuerzo de corte que se ejerce a lo largo del
grano, cerca de las fibras centrales. También pueden producirse fallas por compresión a
contrafibra, en zonas de esfuerzo normal concentrado bajo una carga concentrada o en
los puntos de apoyo. Los esfuerzos proporcionales fibrosos de limitación para madera
en la condición de secado al aire ( 12 por ciento de humedad ), van de alrededor de
4,800 lb/ plg2
para el cedro blanco a 12800 lb/plg2, para el algarrobo. Puesto que los nudos ejercen un
efecto debilitante bajo cargas de tensión, las vigas, hasta donde sea posible, deberán
colocarse de tal modo que los nudos estén sometidos a un esfuerzo de compresión
Cargas de comprensión. La madera reacciona también muy favorablemente cuando se
somete a cargas de comprensión que actúan a lo largo del grano. Las fallas de las
columnas cortas, sujetas a cargas de comprensión, se deben a la compresión de las
fibras o el corte a contrafibra. Las columnas largas y esbeltas pueden fallar también, al
pandearse. En las condiciones de secado al aire, los esfuerzos en el límite de
proporcionalidad para la comprensión ejercida a favor o a lo largo del grano, van de
2630 lb/ plg2 para el cedro blanco, a 6800 lb/plg2 para el algarrobo.
La resistencia a la comprensión a contrafibra es baja, como lo sería en un conjunto de
tubos. Los esfuerzos de corte a lo largo del grano y en las conexiones de los extremos.
Puesto que la resistencia a los esfuerzos de corte que se ejercen a lo largo del grano es
baja, la capacidad de la madera para recibir cargas de tensión pura se encuentra limitada
por esa condición. La resistencia máxima a los esfüerzos de corte , a lo largo del grano,
en la condición de secado al aire, varía de entre 7 1 O lb/plg2 para el abeto balsamífero
hasta cerca de 2480 lb/ plg2 para el algarrobo. La resistencia a la tensión de la madera ,
a lo largo del grano, es probablemente más elevada que su módulo de ruptura por
flexión.
El módulo de elasticidad de la madera varía de 0.8 x lo6 lb/plg2 , para una variedad de
cedro, a 2.18 x lo6 'lb/plg2, para el algarrobo, en las condiciones de secado al aire.
Ya mencionamos el efecto de la humedad sobre las propiedades mecánicas. Las
propiedades de la madera verde son aproximadamente un veinte a un veinticinco por
ciento más bajas que las de la madera secada al aire.
Es importante el efecto de las cargas aplicadas durante largo tiempo, en comparación
con las ejercidas durante espacios cortos de tiempo. Por ejemplo, bajo cargas
prolongadas, las vigas fallan con esfuerzos de menos de las dos terceras partes de la
resistencia final. Si se retira una carga después de haber permanecido aplicada durante
mucho tiempo, las piezas de madera tenderán a recuperar su forma original; pero no
siempre estará asegurada una recuperación completa. Si una viga o una columna sigue
deformándose lentamente, durante un período prolongado de tiempo, estará soportando,
probablemente, una carga excesiva.
Las pruebas de fatiga en la madera indican una reducción considerable de las
propiedades mecánicas. Las pruebas giratorias de las vigas, han producido fallas con
esfuerzos de un cuarto a un tercio del valor de la resistencia final de ruptura estática.
Las temperaturas elevadas y prolongadas tienen un efecto dañino sobre las propiedades
de la madera. La exposición a temperaturas de hasta 320 ' F ( 160 ' C ), durante
periodos de 16 horas, no afecta gravemente a las propiedades; sin embargo, la
exposición durante once meses a 215 OF ( 102 ' C ) produce reducciones considerables
en las propiedades.
Debido a lo expuesto anteriormente se puede afirmar que el plástico es mejor (para
nuestro propósito) que la madera ya que puede soportar esfuerzos por largo tiempo sin
que empiece a deformarse y que puede soportar temperaturas mayores de 102' C, sin
que pierda sus propiedades y no se degrada con la humedad como la madera. A
continuación se dan algunas de las principales propiedades de la madera la tarima o
placa rusa y el PET para poder comparar y tener presente dentro de que rangos deben de
estar las propiedades que queremos manejar
ESPECIE
ABEDUL
ROBLE
ABETO
PINO
MODULO DE
YOUNG
MPa.
14479.5
11032
13100.5
13790
RES. A LA
COMPRESI~N
Mpa.
57.23
48.27
51.023
57.91
TABLA 1 .Propiedades mecanicas de la madera.
RES. AL CORTE
Mpa.
13.79
13.10
7.58
10.34
DENS
gr/cm3
0.707
0.771
0.577
0.638
FUENTE: A.SANCHEZ. Ciencias de materiales. 7 .390,410 (1970).
PLACA RUSA.
PRESENTACI~N DEL PRODUCTO.- PLACA RECICLADA,
VIRGEN (NATURAL) Y COLOR (PIGMENTADA ).
MATERIA PRIMA .- POLIETILENO DE BAJA DENSIDAD.
MEDIDAS .- GRUESO 9/16 " ( 1.429 cm) HASTA 3 % " ( 8.89cm)
ANCHO HASTA 0.62 M.
LARGO HASTA 3.85 M.
RESULTADOS DE PRUEBAS MECANICAS.
DENSIDAD
CONTRACCION LINEAL
MODULO DE YOUNG
RESISTENCIA A LA
COMPRENSI~N
RESISTENCIA AL IMPACTO
0.910-0.9250 gr/cm3
0.0381- 0.127 cm
4.1370-15.8585 M Pa.
90 Yo
225 kg/ cm
.no se rompe ~~ ~
I
TABLA 2. Propiedades de la tarima rusa.
Fuente: Rusa s.a de C.V. (1997).
2.3.-PROPIEDADES DEL POLIETILENTEREFTALATO ( PET ) VIRGEN
CRISTALINO.
El PET es un polímero condensado obtenido del DMT y EG, usando un proceso continuo de Polimerización con fase de fundición, seguido por un proceso de Polimerización del estado sólido que genera pellets altamente cristalinos provistos de un peso molecular final y de una viscosidad final intrínseca. El procesado de estado sólido, genera un polímero con bajo contenido de acetaldheído
El PET cristalino tiene dureza, baja rugosidad, y transparencia, además de ser resistente a ácidos, bases y muchos solventes, pero estas propiedades pueden ser afectadas drásticamente por valores mayores de 30 PPM de humedad en este plástico.
Características
Densidad
Unidades
1.36 g/ cm3 viscosidad intrínseca
0.97
modulo de young 1800 Mpa.
YO a la elongación 300
Resistencia a la tensión 0.053 Mpa.
Resistencia a la flexión
1.04 Mpa.
Resistencia a la comprensión
1.27 Mpa.
Al comparar el módulo de young de la madera, la placa rusa y el pet cristalino, podemos observar que la madera tiene alrededor de 7 veces mayor que el PET cristalino y 1000 veces mayor que la placa rusa. Esto quiere decir que la madera está sobrada para el uso que se le da como tarima, esta comparación se hace basandose en los resultados de Rusa. sa.cv, en sus reportes técnicos, como observamos la diferencia en 1000 veces menor de módulo comparado con la madera, nos hace suponer que esta sobrada en propiedades mecánicas. Por lo cual nosotros intentamos proporcionar con la mezcla un módulo de young 100 veces mayor apróximadamente que la proporcionada por placa rusa, y agregarle un porcentaje de elongación mayor.
2.4.- CLASIFICACION DE LOS PLASTICOS RECICLABLES. En el medio ecológico como comercial se necesitaba identificar de manera practica los diferentes plásticos que contienen los envases, para esto se invento la siguiente clasificación. Hay un símbolo, que indica el reciclado, con un numero en el centro y unas iniciales al pie del símbolo. Con esto se indican 7 tipos diferentes de los cuales los seis primeros son los más susceptibles de reciclarse por su abundancia y valor. Estos polimeros son:
1
PET o PETE
Polietilentereftalato.
HDPE Polietileno de alta densidad
PVC Cloruro de polivinilo
LDPE Polietileno de baja densidad
PP Polipropileno
PS
Poliestireno El mercado para estos plásticos puede ser el mismo que para los productos en los que se utilizaron originalmente pero es muy importante señalar que hay que llenar varios requisitos críticos siendo los más importantes los relativos a la calidad y al precio.
Después de ese mercado que podemos considerar del campo natural del plástico reciclado, se dan otros mercados en los que las propiedades de los polimeros y su costo hacen factible su aprovechamiento. El reciclamiento de plásticos se ha ido integrando en forma continua a la corriente principal de la economía de EUA, Japón y algunos países de Europa derivado de las utilidades que se genera.
m Casa abierta al tiempo
CAPITULO 1 1 1 ESTUDIO DE MERCADO
CAPITULO Ill.- ESTUDIO DE MERCADO
México es un país eminentemente productor de desechos plásticos derivados del petróleo, con los nuevos proyectos de instalación de nuevas plantas productoras de polimeros, se incrementara la producción de artículos plásticos, este es el caso de la producción de PET con las dos nuevas instalaciones que funcionaran en 1998, una aportada por celanese, y otra por eatsman chemical.
3.1.- PRODUCCION NACIONAL E INTERNACIONAL DE LOS DESECHOS SOLIDOS
En México como en el mundo se genera una cantidad de residuos y desechos que debido a una mala planeación se produce una gran cantidad de basura la cual produce un desequilibrio ecológico, aparte de que se provoca un gran consumo de recursos renovables y no renovables, ya que muchos de los productos producidos se usan momentáneamente y después pasan a formar grandes cantidades de basura.
La basura aparte de ser un problema de contaminación puede ser fuente de diversas enfermedades.En 1982 por ejemplo, se produjeron aproximadamente 48,000 toneladas diarias de basura en México, en 1990 fueron 62,000 toneladas diarias y se estima que para el año 2000 serán 100,000.0 toneladaddía.
Se puede observar que alrededor del 30 % de la basura que se genera en la República Mexicana se encuentra localizada en el área metropolitana ocupando un volumen equivalente a 3 veces la magnitud del Estadio Azteca cuando se acumula durante un mes, es decir, 3 millones de metros cúbicos mensuales.
En el mundo, el total de basura producida es de 775 millones de toneladas por año, siendo los países más industrializados y las ciudades de mayor explosión demográfica los mayores aportadores con una generación percapita al día que va desde 0.5 kilogramos los países de menor población hasta 2 kilogramos en los países altamente industrializados.
De igual forma como varía la generación percapita de basura también varía la composición de la misma dependiendo de los factores como son el estrato social, costumbres de la población, ubicación geográfica, sistemas de servicios de limpia y principal actividad económica.
Los plásticos representan menos de 6% en la basura y equivocadamente se piensa que son los materiales más peligrosos para el medio ambiente sin darnos cuenta de todos los beneficios que anteriormente han provocado en todos los sectores industriales y a la humanidad en general.
Si bien es cierto que los desechos plásticos provenientes de envases como bolsas, botellas, películas, vasos desechables, jeringas, causan problemas en el manejo de la basura por ocupar grandes volúmenes debido a su baja densidad, también es muy cierto que si estos se separan representan una valiosa fuente de materias primas que a su vez presentan una gran oportunidad para el desarrollo de nuevas industrias para su reciclamiento puesto que los plásticos son materiales “reciclables” y este tipo de negocios son altamente rentables
3.2. PRODUCCION DE BASURA EN MEXICO
Las estadísticas muestran que la producción de basura en México va incrementandose hasta el año de 1998 , pero en el año 2000 se espera un decremento en la producción de la basura, ésto debido a los proyectos de reciclamiento que se espera poner en práctica durante este periodo, como se ve en la tabla 3.1.1.
Tabla 1. Representación de la producción de basura por año en México.
AÑOS Millones de Ton. 1982
18.25 1984 17.6
11 986 I 1 9.35 . - ."
1 1988 120.8
~ ~.
I1 990 122.6 -1 11 992 124.1 I
1998 2000 26.3
Fuente, ENEGI, 1997
1982 1986 1990 1994 1998
Grafica 1 .- Representación de la producción de basura por año en México.
Fuente, ENEGI, 1997
3.3.- PRODUCCION DE BASURA POR DIA EN MEXICO
En México la producción de basura por habitante es grande, y sabiendo que es una de las ciudades más pobladas, esto trae como consecuencia una gran generación de basura por día .
Las estadísticas nos muestran que para el año 2000 habrá un aumento en la producción de basura que llegará a ser de 100,000 toneladas por día.
Tabla 2.-.Produc ' 82 al año 2000.
1982 , 48
Fuente. ENEGI, 1997.
Grafica 2.-Representación de la produccion de basura en México
I i
1 O0
90
80
70
5 60
2 50
m 40
," 30 I
20
10
O
'D m
S
W
m
Aiios
Fuente. ENEGI, 1997.
3.4.- PRODUCCION MUNDIAL DE BASURA
Los paises más industrializados como U.S.A. son los mayores generadores de basura, además los países poco industrializados también tienen cierta aportación de basura que no deja de ser importante, ya que sumando las producciones de basura de los pequeños paises , la cantidad de basura total se ve incrementada grandemente..
Tabla 3. Estadística de la producción mundial de basura durante el año 1996.
,TAIWAN ' 16 CANADA 7.6
" -. , ~ ."~" ". ""I
FUENTE. ENEGI, 1997 Gráfica 3.- Representación de la producción mundial de plásticos
3 200 -
180
3 160
140
2 120 9 100 t i
80 z E 60
40
20 z O 0 I
FUENTE. ENEGI, 1997
Actualmente se ha desplazado el vidrio, la madera y ciertos metales, por productos plásticos lo que ha llevado a un aumento en la producción y el consumo de éstos. Tambien el gran consumo de bebidas envasadas, de productos alimenticios y otros productos que son envasados en productos plásticos aumenta cada vez más, produciendo grandes cantidades de desechos plasticos entre los que se encuentran el PVC, PET y otros plásticos.
3.5. PRODUCCIÓN DE DESECHOS PLASTICOS A NIVEL MUNDIAL.
Como se ha venido observando U.S.A. siempre está entre los países más consumidores de productos plásticos y como consecuencia el más grande productor de desperdicios de éstos. Por consiguiente se ve en la necesidad de ser el primer país en implementar tecnicas de reciclado. Tabla 4.-.Producción de millones de toneladas de desperdicios plásticos en el mundo.
PA1 S
11.2 CHINA 1.8 ITALIA 2.7 ALEMANIA 3 JAPON 12 U.S.A. Millones Ton
(REINO U. li_f 1 FRANCIA KOREA SUR 1.2 TAIWAN CANADA
1.3 BRASIL 0.5
FUENTE. ENEGI, 1997
Grafica 4.-. Representación de la producción mundial de plasticos.
12
10
l a I
6
4
2
O
FUENTE. ENEGI, 1997
3.6.PANORAMA DE LOS DESECHOS PLASTICOS A NIVEL NACIONAL
Debido a que el consumo de plásticos esta orientado en México principalmente al sector de envases ocupando este el 47% el cual a su vez tiene un período de utilización muy corto de menos de un año, en la actualidad en éI se centran los mayores problemas. En México, como en otras partes del mundo la principal fuente de desechos
plásticos son las familias aportando el 70 % segundo las industrias con un 20% y finalmente comercios e instituciones con el 10% dando un total de 625,000 Toneladas al año. Analizando el consumo total de plásticos. Que es de 1 270,000 Ton. Se puede observar que el 49% de este se convierte en Basura quedando en vida útil el 51 % en aplicaciones de sectores como el de la construcción, Eléctrico - Electronico, Muebles, Automotriz. En el año de 1990 únicamente se registro un reciclaje de materiales plásticos en general de 140,000 toneladas que equivale al 11 % del consumo total y cuyas fuentes principalmente provienen de los propios transformadores de plásticos. En general de los desperdicios plásticos están básicamente formados por Polietileno de baja densidad, Polietileno de Alta Densidad, PVC, Polipropileno, Poliestireno y PET.
GRAFICA 5-SITUACION GLOBAL DE LOS PLASTICOS A NIVEL NACIONAL.
VIDA UTlL
OTROS 48%
FUENTE. ENEGI, 1997
GRAFICA 6.-.- PORCENTAJE DE PLASTICOS EN LA BASURA
F€BD 46%
22 % wc !=? 8% 11% 9%
FUENTE. ENEGI, 1997
GRAFICA 7- CONTRIBUCION DE DESECHOS PLASTICOS
I FAMlLlAS 70%
INWSTRlA 10% 20%
FUENTE. ENEGI, 1997
3.7.-GENERAClON DE RESIDUOS SOLIDOS PLASTICOS EN EL DISTRITO FEDERAL
En los muestreos de residuos sólidos domésticos que se han realizados en el distrito federal por diversas dependencias se ha obtenido un promedio de 1 .O kg./hab/día de residuos sólidos generados, con un peso volumétrico aproximado de 180 a 220 Kg/m3 con un porcentaje de humedad de 50%, para estimar la cantidad de residuos plásticos que se generan en el D.F. , y en municipios conurbados, se consideran los residuos de casa habitación, de servicios, comercios y los residuos de áreas públicas.
De acuerdo a la siguiente tabla los residuos sólidos domésticos representan el 49.9% de la generación total para el D.F. por lo tanto, el total de los residuos generados diariamente para el D.F. es de 11493 ton /día
FUENTE. ENEGI, 1997
Tabla 5.- GENERACION DE RESIDUOS POR SECTOR1
De las 11493.1 ton generadas diariamente en el D.F, se recolectan diariamente 9194.5 ton/día considerando un 80% de cobertura del servicio y de esta se recolectan aproximadamente 151.4 ton /día de envases de PET (FUENTE. ENEGI, 1997) de las 189.26 ton al día generadas.
3.8.-.PRODUCCION NACIONAL DE PLASTICOS
La producción de plásticos en México creció 9 por ciento durante 1996, debido principalmente a la nueva capacidad instalada de lndelpro y de Petróleos Méxicanos en polipropileno, así como de la Eastman Chemical y de Celanese Mexicana en la producción de polietilen tereftalato (PET) para envases. Ahora, con tres nuevas plantas en Altamira que arrancaran en 1997 y 1998 -dos
de BASF y una de Shell- se estima que el crecimiento de esta industria será de 10 por ciento en 1997 y del 7 por ciento en 1998.
Hay alrededor de 2770 transformadoras de plástico en el país, sin contar 20 mil empresas que son usuarios no integrados a la cadena productiva.
3.9.- SlTUAClON ACTUAL DE LA PRODUCCION DE PLASTICOS A NIVEL NACIONAL. México ocupa el octavo lugar como productor de petróleo y la decimoséptima
como productor de plásticos. Sólo 2 % de las empresas nacionales del ramo del plástico están en los negocios de alta tecnología. Se han dado casos en que por economías de escala y mejores tecnologías los coreanos han hecho que se cierren operaciones nacionales . Así, 65% del consumo está en solo 7 tipos de plásticos por falta de difusión de altas tecnologías.
Por el lado positivo, las exportaciones de materias primas plásticas han mantenido un crecimiento superior a 10% anualmente desde 1994, siendo el PVC el plástico más importante por su volúmen, seguido del PET y del polipropileno. No obstante, México tiene un déficit comercial en 39 % en términos volumétricos en el comercio de los plásticos.
El análisis del IMP1 indica que México importó 660000 toneladas de plásticos en 1996, mientras que exportó 400,000 toneladas. Las expectativas para el año 1997 son de 770,000 y 460,000 respectivamente. El IMP1 prevé que las importaciones seguirán creciendo debido a las tendencias de expansión de los sectores automotriz y electrodomésticos que requieren plásticos especiales como el policarbonato, acetales, poliamidas y poliéster termoplástico. El consumo nacional de plásticos en 1996 creció en 6.5 % con respecto a 1995, aumentando de dos millones 65 mil toneladas por año a dos millones 200 mil. De ese total, 915 mil se destinaron a la fabricación de envases, 405 mil al mercado de productos de consumo, 330 mil a la construcción y 155 mil al mercado mueblero. El valor de ese consumo es cercano a 3000 millones de dólares al año.
Remontándonos 45 años atrás, la industria del plástico es una industria joven, que ha evolucionado más rápidamente que el producto interno bruto (PIB), creciendo a un ritmo -promedio de 6.5 % anualmente en ésta década. Hoy, se producen en México los plásticos más importantes a nivel comercial, como son polietileno, polipropileno, PVC, poliestireno y PET entre otros.
La capacidad instalada de México de resinas plásticas creció 6% en 1996 con respecto a 1995, pasando de dos millones 330 mil toneladas por año a dos millones 450 mil toneladas. El crecimiento es atribuible al inicio de operaciones de Eastman Chemical para producir 120 mil toneladas anuales de PET de grado envase en Cosoleacaque Veracruz.
Grafica 8.-de capacidad de producción de plásticos durante los últimos años en México.
CAPACIDAD INSTALADA DE PLÁSTICOS
2800
2700
2600
U - m 2500 a,
5 2400
a, c,
2300
cn - Q) 2200 "
2 21 O0
2000 t + + 1995 1996 1997 1998
Año
Hasta el año de 1992 se estimarón cifras sobre la produción de plástico en México, siendo el PEBD el más producido con el 29.2% de la producción nacional, y el PET ocupa el noveno lugar en producción, éstos datos se muestran en la tabla 6.
Tabla 6.- Porc , . ducidos.
TOTAL 1300 1 O0
Tabla 7.-Consumo de plásticos en México Miles de toneladas.
PLASTIC0
2.7 380 370 PEBD 4.0 1117 10.75 COMODITIES
I+ó @E , 1.992 199.1
I PEAD I 250 I 260 I 4.0 I PVC
8.8 185 170 PP 1 .o 192 190
m& Casa abierta al tiempo
CAPITULO IV EXPERIMENTACION
PET
4.1 PORCENTAJE DE ELONGACION A LA RUPTURA. El porcentaje de elongación al rompimiento se refiere a la relación entre la longitud inicial de la muestra , entre la máxima longitud que alcanza a estirarse la muestra cuando es sometida a una fuerza, multiplicado por cien. En los resultados de la gráfica 4.1.1.Se
observa que el PET virgen pierde esta propiedad de elongación hasta un 60 % para humedades igual o abajo de 0.0021 %, se observa también la disminución de esta propiedad para las diferentes mezclas cuando la humedad se va incrementando.
Es importante hacer notar que en las mezclas 20 /80 y 30 / 70 la propiedad de porcentaje de elongación bajo drásticamente, siendo el material muy quebradizo. La mezcla 10/90 bajo su propiedad desde 339.8 hasta 337.9% para las humedades de O hasta 0.002 1 % respectivamente “considerablemente nada”, pero después de 0.002 1 % de humedad decreció drásticamente hasta 13.76 % para un contenido de humedad de 0.0029 %. Esto se puede observar en la gráfica 4. l . l .
G R A F I C A 3 . - P O R C E N T A J E D E E L O N G A C I O N v s
% D E H U M E D A D P A R A L A M E Z C L A L L D P E - P E T
a 400 - 1 0 I 9 0
1
0 , 0 0 0 0 0 , 0 0 0 5 0 , 0 0 1 0 0 , 0 0 1 5 0 , 0 0 2 0 0 , 0 0 2 5 0 , 0 0 3 0
% D E H U M E D A D
O ; 550 , 337.9 ~ 14.28 ~ 19.68 , 0.0021 . . ... .. . .” 174.6 t339.8 ,3.061 15.15 ~
I I
0.0025 ~ 117.6 ~ 57.33 ‘2.536 /:::;:8 ~
0.0029 [68:64 j 13.76 . 1.536 . .. ~~~ ~.
, . . ~ . - “
. . ~ ~ . .
TABLA 4.1.1 .-PORCENTAJE DE ELONGACION A LA RUPTURA
4.2.-ESFUERZO A LA RUPTURA
El esfuerzo a la ruptura se refiere a la fuerza que se aplica sobre unidad de área transversal de la muestra en el momento de romperse. En la gráfica 4.2.1 se observa que la humedad no contribuye de manera fuerte ha deteriorar esta propiedad en el PET puro, ya que la gráfica se mantiene casi constante en el rango (21.68-21.21) Mpa = (220.99-216.20) kgf / cm2. En la mezcla 10 /90 la propiedad decreció desde 11.27 hasta 2.56 Mpa para contenidos de humedad de O hasta 0.0032% respectivamente. esta mezcla mantiene estable la propiedad de esfuerzo a la ruptura hasta un contenido de humedad de 0.0029 %, pero cuando se le incrementa la humedad hasta 0.0032 % la propiedad decae hasta 2.561 Mpa=25.58 kgf / cm2. En mezcla 20 180 se nota como decrece la propiedad drásticamente para luego presentar tendencia a subir con la humedad, no parece lógico pero valdría la pena repetir este experimento. Para la mezcla 30 170 se observa un comportamiento casi constate, es decir no se perciben cambios significativos en el intervalo de humedad que se manejan. Cabe hacer notar que la observación general sobre el efecto de la humedad sobre la mezcla es mínimo en comparación con los cambios de concentración de LLDPE, es decir si comparamos el esfuerzo a la ruptura del PET puro con alguna mezcla observamos que difieren hasta un 50% como mínimo en la propiedad.
2
a U 3 t R 3 U a
a O N CL W 3 L L v)
W
4 0 l G R A F I C A 4 . - E S F U E R Z O A L A R U P T U R A
v s % . D E H U M E D A D
o I 1 0 0
TABLA 4.2.1 .- YO DE HUMEDAD VS ESFUERZO A LA RUPTURA(MPA) DE LA MEZCLA
LLDPE-PET.
4.3.-MODULO DE YOUNG
El modulo de Young es otra propiedad importante en los plásticos, ya que es
la relación entre el esfuerzo-deformación en el rango de elasticidad de un
material. La tabla 4.3.1 presenta los resultados de la caracterización del
modulo de young con respecto a % de humedad contenida para cada mezcla.
Para las mezclas 20/80 y 30/70 tienen un menor modulo de Young y como
se analizó anteriormente no son buenos candidatos para mejorar esta
propiedad. En éste análisis sigue siendo la mezcla 10/90 la más adecuada para mejorar la propiedad analizada.
G R A F I C A 2.- M O D U L O D E Y O U N G V S % D E H U M E D A D D E L A M E Z C L A L L D P E - P E T
1 6 0 0 1
3
> o 1200
W 1000 n
----" --""" 30 / 7 0 200 .""/Y'
O , ~ O O O 0 . 0 0 0 5 O , O O I O 0.0015 0 , 0 0 2 0 0 , 0 0 2 5 0 , 0 0 3 0
Yo, D E H U M E D A D E N P E S O
GRAFICA 4.3. l . % DE HUMEDAD CON RESPECTO AL MODULO DE YOUNG(MPA) DE LA MEZCLA LLDPE-PET
O I
0.0021
0.0025 i
0.0029 j
0.0032 ! .. j
1531
960.3
932.1
928.8
862.0
71 1 .l 536.5
I 690.3 175.0 i
i
i 3.g..5.
i - 377.5 i ,58,3"
384.3 I
L~ 1 1 - 350.0 I ! 255.3 j 459.1 I
Tabla 4.3.1, % de humedad con respecto a e l modulo de Young. i
4.4. ESFUERZO MAXIMO.
El esfuerzo máximo es una medida de resistencia del material, para que
nuestro material reúna todas las características anteriores, también es
necesario que reúna esta propiedad, ya que es una consecuencia de las
anteriores. La tabla 3.4.1. presenta los datos obtenidos del comportamiento del
esfuerzo máximo con respecto a % de humedad contenida en cada una de las
mezclas obtenidas.
I I O I 55.08 1 34.06 1 29.98 1 31.32 1
~ 0.0032 ~ 47.76 1 5.74 1 7.816 1 20.25 1 I
Tabla 4.4.1
La gráfica 4.4.1. representa el esfuerzo máximo con respecto a el porcentaje a
la humedad, en la cual la curva 1 ( del PET), se mantiene constante con
respecto a la humedad contenida, pero en las pruebas anteriores no era el
mismo caso ya que se veía afectado por el grado de humedad contenida. La
curva 2 (mezcla 10/90), mantiene un buen rango de esfuerzo máximo y casi se
mantiene constante con respecto a la humedad contenida, sólo a partir de
0.0029% de humedad decae esta propiedad.
Para las curvas 3 y 4 (mezclas 20180 y 20/70, respectivamente) el esfuerzo a la
ruptura es menor y se ve afectado por la humedad contenida.
Concluyendo la mezcla 10/90 es la más adecuada, ya que reúne las cuatro
propiedades analizadas anteriormente con un grado de humedad de 0.0021 %. GRAFICA 5.-ESFUERZO MAXIM0
VS % DE HUMEDAD
MEZCLA LLDPE-PET
o 1100
50 ‘. n
f? 40 I v
O
9 30 2 20 O N
3
co LL
E 10
w o I I I I I I I I 1
0,0000 0,0005 0,0010 0,0015 0,0020 0,0025 0,0030 0,0035
%, HUMEDAD
Gráfica 4.4.1. esfuerzo máximo vs. % de humedad
4.5. CONCLUS16N DE LA ETAPA EXPERIMENTAL.
AI recopilar toda la información de los datos experimentales se concluye
que el rango de humedad adecuada para el material generado es 0.0021%
debido a que dentro de este rango de humedad las propiedades mecánicas no
se ven afectadas drásticamente. Las propiedades mecánicas a las que nos
referimos son: % de elongación, esfuerzo a la ruptura, esfuerzo máximo y
modulo de Young.
La mezcla óptima para tener las mejores propiedades mecánicas es la
mezcla 10/90, la cual comparando con la placa rusa ( producida por RUSA,
S.A. de C.V.)tiene una elongación de 3.8 veces mayor que la placa rusa que
tiene un 90 % de elongación y la mezcla 10/90 tiene 330% de elongación. El
modulo de Young obtenido para la mezcla 10/90 es de 700 MPa y la placa rusa
tiene 4.13-15.85 MPa, claramente se observa que se mejora notablemente
esta propiedad, con respecto a el esfuerzo a la ruptura y a el esfuerzo máximo
no se pudo hacer comparación ya que no se encontraron estos datos para la
placa rusa.
La temperatura de proceso de reciclamiento del PET es de 245OC, a esta
temperatura este polímero puede fluir sin que se descomponga.
AI mezclar el LLDPE con PET se mejoran notablemente las propiedades
mecánicas de la mezcla, debido a que el LLDPE tiene un gran % de
elongación y esto ayuda a que el esfuerzo de ruptura aumente.
El torque aplicado en el extrusor debe ser de 15 N*m y la velocidad
adecuada es de 40 r.p.m.
No es necesario llegar a un secado total de la mezcla ya que a 0.0021 % de
humedad se obtienen buenas propiedades mecánicas, si se pretendiera secar
totalmente la mezcla se necesitaría una mayor cantidad de energía, lo cual se
ve reflejado en inversión en equipo y por consiguiente aumentaría los costos
de producción.
4.6.PERSPECTIVAS PARA EL DISEÑO FINAL DEL PROCESO.
Hasta ahora se ha cubierto la parte que se refiere a la determinación del
grado óptimo de humedad en la mezcla seleccionada para no cambiar
drásticamente las propiedades del material generado. Para implementar
nuestro sistema de producción, aun falta determinar la cinética de secado, para
esto es preciso hacer varias muestras con la mezcla seleccionada (mezcla
10/90). Posteriormente se procederá a determinar la cinética de secado, las
condiciones necesarias de proceso y la caracterización de las muestras del
proceso de secado para que éste proceso se lleve a la mejor conclusión.
4.7. PERSPECTIVAS PARA LA DETERMINACION DE LA ClNETlCA DE
SECADO
En esta etapa se pretende acondicionar un secador de tolva como el que se
ilustra en la figura en el extrusor y medir los tiempos de secado para cada
muestra con estos tiempos se determinará la cinética del secador y
posteriormente con estos datos escalar el secador para la planta de proceso
que se implementará.
Para la evaluación de la cinetica de secado se tendra que contar con un sensor
de temperatura, un higrometro digital, un anenometro y un aparato preciso
para determinar la humedad del PET que se ha metido a secar a diferentes
tiempos, se contara con un geometria particular de tolva de secado, con el fin
de poder sacar correlaciones empiricas para poder escalar.
Se corroborará si la mezcla de LLDPEIPET (10/90), es necesariamente la
adecuada o puede existir otra mezcla que contenga menor cantidad de LLDPE
que reporte mejores propiedades a el presente proyecto y se caracterizarán
mediante el instron para determinar sus propiedades mecánicas. Se
determinarán las condiciones de secado y las condiciones de proceso.
m Casa abierta al tiempo
CAPITULO V CAPACIDAD Y
LOCALIZACIóN DE LA PLANTA
PET
5.1 .- CAPACIDAD DE LA PLANTA
CAPACIDAD. Se estableció la capacidad de la planta en función de con sumo dando como resultado $ .El cálculo de la capacidad máxima se establecio pensando en cubrir el % de la capacidad de PET que esta disponible a ser reciclado, pensando que será un producto relativamente nuevo para la industria nuevo para la industria
5.2.- LOCALIZAC16N DE LA PLANTA LOCALIZACI6N .- La decisión respecto a dónde debe instalarse una planta industrial tiene, frecuentemente, una influencia decisiva en el éxito o fracaso de la operacón de la empresa. La naturaleza e importancia de los factores que influyen en la ubicación varian segun la industria y sus condiciones técnicas y económicas. Algunas industrias tienden a situar sus plantas en las cercanías de sus mercados potenciales , otras se establecen alrededor de sus fuentes de energía, otras más se erigen donde epstán sus abastecedores de materias primas. De vez en cuando, suSrgen nuevos factores que condicionan los criterios normales en que se basa la ubicación de la planta.
Los factores que determinan la localizaci6n pueden describirse como tangibles e intangibles. Los primeros inciden directamente en el renglón de costos y los intangibles son los que se refieren a aspectos como el medio ambiente, las facilidades recreativas, el desarrollo de la comunidad, etc. Se pueden citar como factores tangibles los insumos básicos, tales como materias primas , costos de transporte, mano de obra, combustibles, etc. La evaluación de los factores tangibles e intangibles determina la localización optima de una planta.
Siguiendo el método acontinuación Se ubicará la planta en la zona industrial de la delegación iztapalapa
1) PROXIMIDAD DEL MERCADO. La presión para que una planta se sitúe en las cercanías de un mercado potencia1,es muy relevante cuando sus produetos son muy perecederos y cuando la fabricación del producto añade un peso adicional. Este rubro no es muy relevante para la producción de tarimas ya que no es un producto perecedero si se almacena adecuadamente y el peso corresponde exactamente al producto. Si fuera por el mercado se tendría la posibilidad de hubicarse cerca de zonas
en construcción
2.-CERCANIA DE LAS MATERIAS PRIMAS. Es muy importante si el proceso de fabricación elimina peso y es de importancia secundaria cuando el costo del transporte es pequeño en relación con el valor del insumo por su cercanía a los dos basureros mas importantes por su capacidad
de deposito de basura.
UBICAC16N DE LA PLANTA EN LA ZONA METROPOLITANA
ZONA METROPOLITANA
Una vez que se ha determinado la región, la ubicación de la planta se reducirá a la de una localidad en particular. La eleccíon de ella debe tomar en cuenta los siguientes factores: a)Disponbbilidad de mano de obra b) Escala de salarios c) Otras empresas que existan en el lugar d) Actitud de la comunidad hacia la industria e) Sistemas impositivos y legal f ) Condiciones y nivel de vida
m Casa abierta a1 tiempo
CAPITULO VI EVALUACIO DEL COSTO DE UNA
PLANTA RECICLADORA DE LA MEZCLA PET-LLDPE
PET CAPITULO 6.-EVALUACION DEL COSTO DE UNA PLANTA RECICLADORA DE PET-LLDPE
6.1.- PROCESO Del estudio que se realizó para encontrar la cantidad aproximada de PET de desecho disponible en la ciudad de México, se propone realizar el análisis del costo de reciclar el 75% de las 34.25 ton diarias. Con el objetivo de implementar un proceso en el cual se generen productos con mezcla PET- LLDPE.
Se desea recuperar 34.25 (0.75)=25.68 aproximadamente 26 ton diarias. Para lo cual se propone el siguiente proceso fig 3.
1
- -
25.38 V lsecado ton " Z0
T 0.050 tonldia 4 27.90 tonldia
extrusion m PRODACT0 117
FIGURA 3.- DIAGRAMA DE FLUJO
1 .-En este diagrama de flujo se sintetiza el proceso de reciclado que consiste en: una área distinada a separación de las botellas de diferentes plásticos o materiales extraños, esto se realiza a mano
2.- después se transportan las botellas a una maquina trituradora , saliendo de la trituradora se coloca un detector de metales que separa los metales que puedan llevar las botellas, ya sean grapas o birutas.
3.-Una vez que el material es separado se procede a lavarlo en una lavadora a base de jabón con suficiente agua, se recircula la agua para aprovecharla lo máximo posible.
4.-En la sección de secado se utiliza un secador a base de aire caliente con sistema de drenado, con el fin de quitar la humedad superficial, es decir la humedad que el material tiene depositada en la superficie.
5.-Una vez limpio el material y secado se procede a molerlo finamente con el fin de poderlo mezclar lo más homogéneamente posible con el LLDPE, También previamente molido.
6.-La penúltima etapa del proceso consiste en un secado intensivo del PET, la cual consiste en un secador a base de aire caliente y basados en las especificaciones de secado previamente mencionadas, esta etapa es la mas importante por que requiere secar el material hasta un porcentaje de 0.0030% , la cual requiere la más importante inversibn en el gasto de energía eléctrica.
7.-La última etapa del proceso consiste en un mezclador que bien puede ser adaptado al extrusor o bien puede estar separado.
TI ,T2,T3 y T4 se refiere a los contenedores o tanques de almacenamiento del material en las diferentes etapas del proceso.
En este diagrama se ponen los balances de masa de PET, que consisten principalmente en perdidas en las diferentes etapas.
6.2.- DIMENSIONES Y COSTOS DE EQUIPO La evaluación de los costos de los diversos equipos se realizó, mediante la consulta de libros, cotizaciones de precios a diversas empresas y revistas. Estas evaluaciones se hicieron teniendo en cuenta las necesidades de producción de la planta para el primer equipo de planta tenemos un triturador de pet lo cual implica que requiere un volumen de 0.784 m3, el costo del equipo es de 25000 dólares y tiene un consumo de energía de 7642 watts.
EXTRUSOR:
Para el extrusor se hizo en base a la producción deseada. Para un flujo de 1200 kg/h se necesitarán 20 extrusores con una capacidad de procesamiento de 60 kg/h cada una, los costos de éstos equipos se obtuvieron directamente del provedor.
MEZCLADOR:
Se realizo con base a un balance de masa con entradas, salidas, tiempo de residencia y densidad de la mezcla.
flujo de entrada: 20 kg/min flujo de salida: 20 kg/min tiempo de residencia: 5 min Densidad de mezcla. 0.9*1360kg/m3 + 0.1*780 kg/m3.
TANQUES DE ALMACENAMIENTO 1 Y 2 Los volúmenes de estos tanque son iguales y se calcularon en base a la densidad del PET molido y una ecuación dada por la referencia.
Masa almacenada: 4800 kg/4 h 2
ecuación . V=n LD /I2 Relación: L= 0.4D
SECADOR INTENSIVO
Se realizo con base a un balance de masa con entradas, salidas, tiempo de residencia y densidad de la mezcla.
flujo de entrada: 1200 kglh flujo de salida: 1200 kg/h tiempo de residencia : 4h
Densidad de la mezcla: 1360 kg/m3 MOLIN0:Se realizó con base de una masa con entradas, salidad, tiempo de
Flujo de entrada: 1200 kglh flujo de salida: 1200 kg/ h tiempo de residencia : 5 min Densidad de la mezcla : 1360 kg / m3
residencia y densidad de la mezcla.
TANQUES DE ALMACENAMIENTO 3 Y 4 Los volúmenes de estos tanques son iguales y se calcularon en base a la densidad del PET molido y a una ecuación dada en la referencia.
Densidad del PET : 1360 kg/m3 Masa almacenada: 90 kg/5min ecuacion . V=n LD /12
SECADOR SUPERFICIAL Se realizo con base a un balance de masa con entradas, salidas, tiempo de residencia y densidad de la mezcla.
Flujo de entrada: 90 kg/ 5min Flujo de salida. 90 kg/min Tiempo de residencia: 1 min Densidad de la mezcla : 1360 kg/m3
FILTRO Se realizó en base a el flujo de agua que sale del lavador, para limpiar el agua de partículas sólidas y poder rehusarse.
flujo de agua: 450 kg/5 min.
LAVADOR Se realizó en base a el flujo de materia que es necesario lavar, mas 5 veces el
mismo flujo de agua. Flujo de materia prima: 90 kg/5 min flujo de agua: 450 kg/min.
SEPARADOR DE METALES En base a las necesidades se obtuvo directamente del proveedor, Flujo másico: 18 kg/ min.
TRITURADOR Se realizó con base a un balance de masa con entradas, salidas, tiempo de residencia y densidad de la mezcla.
Flujo de entrada: 18 kg/min flujo de salida : 18 kg/min Tiempo de residencia : 0.5 min
Densidad de la mezcla: 1360 kg/ m3En la tabla 3. Se resumen las diversas las características de los diferentes equipos
1080 ~ . ~. 1.080""~
0.784
o13165 25,000
31,250 . - . ." ....... " ...
SEPARADOR DE
METALES
25,000 LAVADOR
FILTRO
2 TANQUES
. .
___ "" "
0.5 2,612 i I
1080
5400 0.45 18,750 2,612 ~
"" - ............. i -~ .........
0.31 65 1080 2,500
62 , 500
25,500
22,500
_ _ _ _ - ~ "
.
..................
18,656 MOLINO 1080
1080 -~ ""
. '1 b80" 2 TANQUES
SECADOR
SUPERFICIAL
SECADOR
INTENSIVO
MEZCLADOR
20 EXTRUSORES
." .___" ~- . " ....
......... "" . ." . . . . . .
- .. . . . .
12 . "
0.633 2,238
1200 12 62,000 7,642
1200
1200 - ........
12 10,000
625,000
25,000
......... " .....
..... "" .. - ....
5,970
149,253
7,6427
_" "-
-~
0.394 ............ " . .
MOLINO "" " .. .....
1,562 9,701
Resultando el costo total de todos los equipos de 936562.00 Dólares
6.3.- COSTOS DE ENERGíA El balance energético se realiza considerando el gasto total por año, resultando un total de 150,972 Dólares. En la tabla 3 se ilustra los consumos individuales de energía por equipo ,y los costos anuales por equipo.
LTRITURADOR -. . . . ___ __ I SEPARADOR DE 1-
I 5,304 i I ,060
Costo anual de energia= 150,972 DLS.
6.4.- COSTOS DE MATERIA PRIMA Para las necesidades de producción de la planta tenemos que los: requerimientos de PET son de 9,460,800 ( kglaño).
La compra del PET de reciclamiento se llevara acabo mediante centros de acopio a un costo de PET = $0.50 kg.
Lo cual implicaría un costo anual de PET: $4,730,400.00 Se requiere de LLDPE : 1,051,200 (kg/año) Esto implica un costo de LLDPE virgen = $13.00 kg Con un costo anual de LLDPE : $13,665,600.00
Resultando un costo anual de materia prima de : $ 18,396,000/ año.
6.5.- COSTOS DE EQUIPO DE OFICINA Los requerimientos mínimos de mobiliario para poder laborar correctamente dentro de las oficinas se presentan enseguida denotando agroso modo los costos.
i 4 SILLONES ~ GIRATORIOS . ." ." . .. "" 3200.00 "" "" , 4 ESCRITORIOS EJECUTIVOS ~ 8000.00
1500.00
I i .l"Esc~R~i~To~o."s~E~c~R.E.T~A~R~iA~L -1 . . . . " "" - - . - . . . .. ." - . - - -
4 ARCHIVEROS "" "" 3200.00 4 CALCULADORAS I 2000.00 1 COMPUTADORA 1500.00 8 SILLONES "~ 6400.00 TOTAL $44200.00
". ". +. ~ "" ~-
~ _____ .. - 1 ." "" . . " .~ . "" . . ~ . . . ..~ ""
". .. ~. . . . _. . . . . . "~ "_.
~ ~
6.6.-SUELDOS DEL PERSONAL
24000.00 j JEFE DE ALMACEN 4500.00 j JEFE DE COMPRAS e - .- ""
i JEFE DE VENTAS . - .. - ." . . .. 31 " 00.00 "_
31 00.00 i
6000.00 " -1
, ~ . " ~ ~ .
"" "" ~ ~ i
. - . .. - "" ~ i I C~NTADOR
. ~. ~ . .. . .. "~ .~ ~.. "" ." . ." ~~ .. .
I
6.7.-COSTOS DE CONSTRUCCION La superficie total de terreno a ocupar será de 3000 m2 con un costo de
Material de construcción con un costo de 1,500,000.00 Mano de obra de 1,500,000.00
1500,000.00
Las ventas netas del producto serán calculadas de acuerdo a que se supone un peso de producto igual a 20 kg, si en total se procesaran 27.90 kg entonces se tendrán 1300 artículos con precio tentativo a venta de $50.00 este precio esta supuesto en condiciones muy desventajosas. Por lo tanto se tendría 1395 *50*365=$25,458,750.00 al año.
6.8.-ANÁLISIS DE RENTABILIDAD En el anexo existe una tabla que resume los valores que generan la viabilidad del proceso. El análisis de mercado completo para poder establecer la factibilidad del proceso se basa en todos los costos, prestamos, intereses, inflación, y ventas.
En base al análisis de los flujos netos obtenidos se determino la TIR la cual fué del 49 Oh, la trema se propone para este proyecto es:
TIIP= 21.43 %
RIESGO = 20 TREMA = 41.43 % por lo tanto el proyecto es factible recuperandose la inversibn a los 7 años.
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