Baldomero Ponce Medina*
Abel López Márquez **
Gabriela López Murillo***
María Fernanda Ponce Guerra ****
Instituto Tecnológico de Ciudad Valles, México
baldo.ponce@hotmail.comRESUMEN
La realización del proyecto CAS-PET pretende mejorar el área de construcción ofreciendo una alternativa innovadora en este ramo. Debido a problemas extremos de la excesiva contaminación, en la que participan la fabricación de materiales para la construcción, nuestro proyecto trata la forma de introducir este nuevo producto CAS-PET el cual permitirá mitigar la explotación de nuestro entorno ecológico, utilizando materias primas consideradas desecho o deterioro ecológico, la cascarilla de arroz y polietileno de tereftalato, mejor conocido como PET, en este trabajo de investigación que se realiza en el laboratorio se busca obtener una mezcla homogénea representada por una combinación de operaciones unitarias para lograr la condición optima y obtener un producto innovador , que permita minimizar el impacto ambiental, sea accesible en costo, calidad, sustentable y de baja conductividad térmica que permita disminuir los climas extremos Además de mitigar los proceso actuales que se realizan para la construcción.
Palabras clave: Tabique ecológico, cascarilla de arroz, polietileno de tereftalato
ABSTRACT
The CAS-PET project aims to improve the construction area offering an innovative alternative in this field. Due to extreme problems of excessive pollution, involving the manufacture of building materials, our project is the way to introduce this new product CAS. PET which will mitigate the exploitation of our ecological environment, using raw materials considered waste or ecological deterioration, the husk of rice and polyethylene terephthalate, better known as PET, in this work of research carried out in the laboratory seeks to obtain a homogeneous mixture that is represented by a combination of unit operations to achieve condition optima and get an innovative product It allows to minimize the environmental impact, it is accessible in cost, quality, sustainable and low thermal conductivity, allowing to reduce the extreme climates as well as mitigate the process current qu...
Keywords: Ecological partition, rice husks, polyethylene terephthalate.
Para citar este artículo puede utilizar el siguiente formato:
Ponce Medina, B., López Márquez, A., López Murillo, G., & Ponce Guerra, M. (mayo de 2017): “Fabricación de tabique ecológico CAS-PET”, Revista TECTZAPIC, Volumen 3, Nº 1. En línea:
http://www.eumed.net/rev/tectzapic/2017/01/tabique-ecologico.html
http://hdl.handle.net/20.500.11763/tectzapic1701tabique-ecologico
INTRODUCCIÓN
En estos tiempos en los cuales la cultura por el aprovechamiento de los materiales reciclados ha crecido, han provocado que los materiales y métodos empleados para la construcción empiecen a cambiar surgiendo nuevos productos más resistentes y económicos.
Para abatir el calentamiento global el constructor ha buscado la forma de reciclar los materiales que se utilizan en la construcción, es decir, emplea materiales y sistemas que cumplen con los requerimientos técnicos para cada situación pero sin dejar atrás el aprovechamiento de materiales reciclados.
Un ejemplo de estos materiales es el tabique de Pet-cascarilla de arroz , que es un elemento prefabricado y que por sus características cumple con los requerimientos para la edificación; lamentablemente el alza en los precios de los materias primas tradicionales como el cemento, arcilla , grava, arena u otros componentes , elevan el precio provocando un impacto en su costo fabricación y venta , la finalidad de este proyecto de investigación es combinar materiales como el Pet y la cascarilla de arroz que puedan sustituir en forma parcial o total los materiales tradicionales ( cemento, grava, arena, arcilla u otros ) para la elaboración de tabiques , sin sacrificar su características principales de resistencia.
Antecedentes
Los materiales compuestos se han conocido desde tiempos remotos, como ejemplo el uso de fibras vegetales en la antigüedad, como la paja, para incrementar la resistencia de los ladrillos del adobe(Abelardo Prada, 2014)
Los materiales combinados son diversos y existen materiales de uso común que pueden considerarse compuestos por ejemplo el ladrillo, concreto, madera y hueso, también están los modernos sintéticos que existen en el mercado, como son los plásticos reforzados.
Las características de ligereza, fuerza y rigidez son las que determinan el que sean elegidos para un uso en específico. Tales propiedades los sitúan dentro del grupo de materiales compuestos de alto desempeño, por lo general se componen de fibras de carbono y resinas epóxicas, entre otros
Las propiedades que se busca obtener de los materiales mezclados, son baja densidad, rigidez, y resistencia, entre otros. En la actualidad son muchos los usos de los materiales sintéticos, que se pueden encontrar en la vida diaria: automóviles, trenes, industria química, medicina, y en la construcción (Dr. Pino, s.f.)
Las propiedades mejoradas de los materiales compuestos son un hecho comprobado, sin embargo, existen limitaciones de tipo tecnológico y económico que detienen el desarrollo de estas técnicas.
Décadas atrás se inició la exploración en el uso de materias primas alternativas, diferentes a las que se usaban para producir los materiales. Tales materias alternativas son diversas, pero básicamente lo constituyen: Fibras vegetales, materias recicladas, y aglutinantes alternativos distintos a los de uso convencional.
Con dichos materiales realizan diversas pruebas de sustitución parcial o completa de los agregados para la elaboración de tabiques ecológicos, los que deberán cumplir con los requerimientos de resistencia, térmicos y económicos.
Por lo cual se detectó una oportunidad de darle un destino sustentable a un recurso considerado desecho que se trasforma en materia prima, para su aplicación en materiales para construcción de viviendas. Las características del nuevo material están dadas en bajo peso y buenas capacidades de aislamiento térmico en consecuencia, aptitud para ser utilizado en paneles de cerramiento y acondicionamiento de viviendas. (BERRETTA Horacio)
Problema
La sobrepoblación en San Luís Potosí es cada vez más excesiva, pues existen alrededor de 2.585,518 habitantes (INEGI 2013), esta demanda tan grande genera la realización de viviendas, las cuales causan la contaminación ambiental y un deterioro ecológico por los materiales utilizados para su construcción, como lo es el tabique de arcilla y el block, además de su uso en la construcción no reducen el consumo de electricidad por no contar con propiedades térmicas aceptables. Es por eso que el tabique CAS-PET tiene consigo una propuesta alternativa de mejora y solución , primeramente por su fabricación ya que es elaborado con materiales de desecho , como la cascarilla de arroz y el PET , nuestro proyecto pretende aprovechar todas las características que ofrece un producto elaborado con un proceso sencillo el cual disminuirá la contaminación de los procesos actuales , mitigar la temperaturas extremas que van desde los 8° C a 50° C , a través de una baja conductividad térmica, reduzca los consumos de energía y no altere los ecosistemas.
En México se producen 263 028 toneladas de arroz por ser una de las gramíneas más consumidas (INEGI, 2009), cada tonelada de arroz genera 200 Kg. de cascarilla, la cascarilla es desperdiciada o utilizada para cama de pollos o como biocombustible lo que genera CO2.
El PET es un material que tarda en degradarse 500 años, el principal problema del PET es su disposición, se estima que en México se consumen alrededor de 800 mil toneladas de PET al año, con un crecimiento anual de 13%, el principal uso de los envases de PET lo llevan las botellas de refresco, con más de 50%, seguido del agua embotellada (17%), del total de residuos que se reciclan, el plástico representa tan solo el 0.5% .(movimiento lubizha. (s.f.)., s.f.)
Justificación
Las principales aportaciones que genera esta investigación es demostrar las bondades del reciclar materiales ( PET- CASCARILLA DE ARROZ ) que en combinación nos proporcionen una mezcla para el desarrollo de tabiques ecológicos para la construcción, lo cual nos proporcionará beneficios al medio ambiente y por lo consecuente con la población en general para poder abatir la marginación con empleos en la recolección de desechos sólidos para la elaboración de tabiques (Conteo Nacional de Población, CONAPO 2010).
Polietileno de tereftalato
Para llevar a cabo nuestro producto es necesario que las materias primas tengan características que las hagan valiosas para la fabricación del tabique y que las mismas cuenten con posibilidades de ser rentables, todo esto para que el cliente se encuentre satisfecho con la adquisición del producto.
Como algunos de los aspectos positivos que hallamos para el uso de este material, principalmente empleado en envases de productos destinados a la venta, podemos destacar:
Que actúa como barrera para los gases, como el CO2, humedad y el O2
Es transparente y cristalino, aunque admite algunos colorantes
Irrompible
Liviana
Impermeable
No tóxica, a cierto grado, ya que todos los plásticos tienen cierto grado de toxicidad
Inerte (al contenido)
Resistencia esfuerzos permanentes y al desgaste, ya que presenta alta rigidez y dureza
Alta resistencia química y buenas propiedades térmicas, posee una gran indeformabilidad al calor
Totalmente reciclable
Estabilidad a la intemperie
Alta resistencia al plegado y baja absorción de humedad que lo hacen muy adecuado para la fabricación de fibras.(movimiento lubizha. (s.f.).
Cascarilla de arroz
La cascarilla de arroz es un tejido vegetal constituido por Celulosa y Sílice. La composición inmediata de una sustancia es el contenido (porcentaje en masa) de carbono fijo, volátiles, humedad y cenizas, en la tabla 1 y 2 se muestra el análisis próximo de la cascarilla de arroz. Los volátiles tienen un papel importante durante la ignición en las etapas iniciales de la combustión de la biomasa. Tanto en el caso de la composición elemental como de la composición inmediata se debe determinar la humedad de la muestra.
Tabla 1. Se observa claramente que el porcentaje de carbono fijo se encuentra entre 12.40 – 25.10%, Las cenizas entre 16.92 – 24.6 % y el material volátil entre 51.98 – 67.7 % para las diferentes variedades utilizadas. El análisis próximo de la cascarilla colombiana tabla 2, está dentro de los rangos encontrados a nivel mundial, teniendo mucha similitud con los resultados obtenidos por la Universidad de California.
Tabla 2. Las siguientes composiciones elementales de la cascarilla de arroz se basan en los diferentes porcentajes de humedad analizadas en estudios previos. La composición elemental del combustible Tabla 2, expresa el por ciento en masa de Carbono, Hidrógeno, Oxígeno, Nitrógeno, Cenizas y Humedad y se puede referir a:
Masa de trabajo
Masa analítica (Sin humedad externa)
Masa seca (Sin humedad)
Masa Combustible (Sin humedad y cenizas).
Marco teórico
Con el tiempo, el cuidado por el medio ambiente en el que habitamos así como la necesidad de vivienda digna y sustentable han adquirido mayor fuerza, generando una variedad de propuestas de materiales en el área de la construcción, con el propósito de cubrir las necesidades básicas del diseño bioclima tico, permitiendo un aprovechamiento de recursos.
La dinámica de aprendizaje y utilización supera la naturaleza, las tendencias degeneración y regeneración de la naturaleza y las repercusiones de esto en la sociedad es lo que hoy conocemos como el problema ambiental. En la actualidad se cuenta con un sinfín de elementos que en su creación tuvieron sus ventajas y desventajas. Por lo que se pretende realizar procesos de manera más eficiente.
La tendencia de conservar el medio ambiente y ayudar a generar espacios dignos en el que todos los seres humanos podamos habitar es una de las prioridades para todo profesionista y ser humano de la actualidad que desean un mundo lleno de vida para todos.
Materiales
Polietileno de tereftalato
Al realizar TABIQUE CAS-PET se estaría resolviendo una problemática muy fuerte que es la de la producción excesiva del tereftalato de polietileno, el cual es una de las 2 materias primas que se utilizan para la fabricación del tabique.
En la actualidad, nuestro país es el principal consumidor de bebidas embotelladas. Se estima que en México se consumen alrededor de 800 mil toneladas de PET al año, con un crecimiento anual de 13%.
En México, el principal uso de los envases de PET lo llevan las botellas de refresco, con más del 50%, seguido del agua embotellada (17%).
Una vez que son consumidos, la mayoría de los envases de PET son dispuestos en rellenos sanitarios, cauces, calles o tiraderos clandestinos. Los residuos de PET representan entre el 2-5% del peso y 7-10% del volumen en los rellenos sanitarios, y entre 25 y 30% de los residuos sólidos municipales generados en el país.
El principal problema ambiental del PET es su disposición, ya que una vez que se convierte en residuo, es notoria su presencia en los cauces de corrientes superficiales y en el drenaje provocando taponamiento y dificultades en los procesos de desazolve, facilitando inundaciones, así como en las calles bosques y selvas y el océano generando “basura”.
Se sabe que cada año se producen alrededor de 9 mil millones de botellas de PET, que representan casi una tercera parte de la basura doméstica generada en México. Anualmente 90 millones de botellas de refrescos y agua purificada son lanzadas a las vías públicas, bosques y playas. Una botella de PET tarda hasta 500 años en degradarse.
Se sabe que el 54% del PET en México se encuentra en almacenes para su distribución y en cauces, calles o tiraderos clandestinos; el resto está en centro de acopio para su reciclaje o en rellenos sanitarios.
Esto representa un problema de disposición de residuos, considerando el potencial de reutilización que tiene el PET. Además, en México del total de residuos que se reciclan, el plástico representa tan solo el 0.5%.
Impulsar el reciclaje nacional del PET es una medida urgente, primero por lo que respecta a la limpieza pública y el manejo eficaz de la gestión integral de los residuos para evitar su acumulación en los rellenos sanitarios, sino también porque es preciso transitar hacia una economía sustentable que ahorre materia prima y recursos energéticos. (movimiento lubizha. (s.f.)
Por lo que al realizar este proyecto reduciríamos la problemática que causa este polímero, y lograríamos de él un producto rentable y de alta calidad.
Cascarilla de arroz
La otra materia prima a utilizar es la cascarilla de arroz la cual es el desecho de la producción de arroz, muchas vez es usada como biocombustible lo cual provoca contaminación como se mostró cuando Organizaciones ambientales y molineros de arroz examinaron los problemas que generan la quema de la cascarilla y llevaron a cabo el comprometieron de no entregar ese producto a personas particulares para su incineración. (ELTIEMPO, 2003)
La ingestión puede causar irritación, náuseas, vómitos y hemorragias en el tracto digestivo. La inhalación del gas que produce la quema de esta materia prima produce asfixia y la exposición puede ser peligrosa. (Wikipedia, 2010) Se incluye dentro del grupo de gases y sustancias que generan el efecto invernadero). (Margarita Caballero, 10 de octubre 2007). También la cascarilla de arroz es utilizada de camas para la producción porcícola o avícola. (Abelardo Prada, 2014))
Objetivos
El objetivo de esta investigación sigue la tendencia de los materiales ecológicos, que es encontrar un material de uso común en la vida diaria que pueda ser reciclado para sustituir parcial o totalmente los agregados utilizados en la elaboración de tabiques como el Pet y la cascarilla de arroz
Objetivo general
Determinar el material alternativo para la elaboración de un tabique ecológico utilizando materias primas como el PET (polietileno de tereftalato ) y la cascarilla de arroz, que presente la condición optima de resistencia y permita minimizar el uso de recursos naturales el impacto ambiental que causan ambos desechos , y darle un uso sustentable.
Objetivos específicos
METODOLOGÍA
Para las fases de experimentación utilizamos materiales como:
NOTA: los procesos que se realizaron son de tipo artesanal experimental, realizados en el laboratorio química y de máquinas convencionales, no se dispone de materiales y herramientas industriales, sin embargo al establecer una empresa se pretenden bajar fondos de financiamiento a través de los programas INADEM y las PyME´S
La metodología aplicada es de experimentación para llegar a la mezcla ideal, mencionando el procedimiento aplicado.
Se realizaron diferentes pruebas experimentos, con diferentes características de la materia prima:
1.- Cascarilla de arroz entera (40 grs.) , mezclada con PET (170 grs.) (Trozos grandes de 5.* 5 cm) fundido a una temperatura de 200 ° C a 300 ° C.
2.- Cascarilla de Arroz Triturada ( 35 grs ) mezcla con PET Triturado ( 150 grs ) ( Trozos tamaño hojuelas de 0.5 *0.5 cm ) fundido a 250 ° C , mezclado con un tiempo de 5 min., vaciado en moldes y llevado a un enfriamiento rápido de 20 ° C,
Hipótesis:
Se espera que la mezclas combinadas de las materias primas, nos proporciones las propiedades esperadas, textura, resistencia, conductividad térmica, permeabilidad, costo, y que en juntos formen las cualidades esperadas que hagan de este producto el tabique perfecto para la construcción...
La reutilización del PET (polietileno de tereftalato) y la cascarilla de arroz, traerá consigo una disminución de residuos sólidos generados y que por consiguiente habrá un impacto ambiental positivo lo cual generara empleos y trabajo colaborativo. Además de que será una empresa con alta rentabilidad.
Se generara aún más la conciencia ambiental al lanzar al mercado productos amigables con el medio ambiente.
RESULTADOS
Prueba de resistencia a la compresión
La resistencia a la compresión es de 76.25 kg/cm2 para un área de 760 cm2 que es lo que marca la norma oficial mexicana NMX-C-404-ONNCCE- 2012
La siguiente tabla muestra la Velocidad de Transferencia de Calor y lo compara con un tabique de arcilla y CASPET
Costos:
El precio de venta de cada tabique con las medidas establecidas es de $6.53. La siguiente tabla muestra como resultado de la tasa interna de retorno, que por cada peso invertido se tiene un retorno de inversión de 0.33 centavos
Tabla que muestra el cálculo del valor presente del proyecto hasta el día de hoy
CONCLUSIONES
La realización de este proyecto tiene un fin, que nuestro producto pueda ser utilizado como una alternativa para la construcción logrando mantenerlo bajo condiciones de seguridad y calidad y de: Alta Resistencia a la compresión, ligero Someterlo a más pruebas, bajo costo, Permeables, térmico, con un acabado estético aceptable, .Disminución en el consumo de energía (en el proceso), Ser amigable con el medio, proceso sencillo. Nuestro resultado será ingresarlo en el mercado y competir con los materiales convencionales en el ramo de la construcción
BIBLIOGRAFÍA:
., P. A. (1986). Tesis de Doctorado. Elaboración de métodos para la eliminación de sustancias de hierro y manganeso del agua. Moscú. Rusia 1986.
Abelardo Prada, C. E. (2014). LA DESCOMPOSICIÓN TÉRMICA DE LA CASCARILLA DE ARROZ: UNA ALTERNATIVA DE APROVECHAMIENTO INTEGRAL. Orinoquia.
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Pérez Báez Sebastián y Antonio Gómez Gotor, Ingeniería de las reacciones químicas, sistemas heterogéneos, editor Dirección General de Universidades e Investigación, 1997
C.J. Geankoplis, Proceso de Transporte y Operaciones Unitarias, 3ª Ed., Editorial CECSA, México, 1998.
** Profesor de tiempo Completo. Instituto Tecnológico de Ciudad Valles. Abel.lopez@tecvalles.mx
*** Alumna del 7° semestre de la carrera de Ingeniería Ambiental. Instituto Tecnológico de Ciudad Valles, gaby.lomu@hotmail.com
**** Alumna del 5° semestre de la carrera de Ingeniería Industrial. Instituto Tecnológico de Ciudad Valles, mariifer_ponce@hotmail.com
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