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UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERU FACULTAD DE INGENIERIA QUÍMICA “OBTENCIÓN DE PULPA BLANCA A PARTIR DE PAPEL IMPRESO RECICLADO MEDIANTE EL PROCESO DE DESTINTADO ELECTROLÍTICO” TESIS Para optar el título profesional de Ingeniero Químico Presentado por: Bach. DE LA CRUZ YARASCA, Brian Marlon Bach. FUENTE CUENCA, Diego Aniello HUANCAYO - PERU 2013
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UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERU
FACULTAD DE INGENIERIA QUÍMICA
“OBTENCIÓN DE PULPA BLANCA A PARTIR DE PAPEL IMPRESO RECICLADO MEDIANTE EL PROCESO DE
DESTINTADO ELECTROLÍTICO”
TESIS
Para optar el título profesional de Ingeniero Químico
Presentado por:
Bach. DE LA CRUZ YARASCA, Brian Marlon
Bach. FUENTE CUENCA, Diego Aniello
HUANCAYO - PERU
2013
ii
ASESOR: Ms. Ing. SALAZAR MAURICIO, Demetrio Alipio
iii
DEDICATORIA
A mis padres Pablo e Isabel, por su
apoyo constante y a mis hermanos
Daniel, Jessica y Lizbeth por su
motivación en la realización de este
proyecto, sin los cuales la preparación
y ejecución de nuestro trabajo no
hubiera sido posible.
Brian
DEDICATORIA
A mis padres, Justina y Jorge,
por el apoyo incondicional en
todo momento; a mis hermanos
Isabel, Jorge y Nicolay, por sus
sabios y buenos consejos; ahora
me toca regresar un poquito de
todo lo inmenso que me han
otorgado. Con todo mi cariño
esta tesis se lo dedico a ustedes.
Diego
iv
AGRADECIMIENTO
A Dios por su grandeza de ser, por permitirnos la vida y cumplir con
nuestras metas trazadas desde nuestra niñez.
Al Ingeniero Luis Fernando Riccio Yauri, por su apoyo incondicional al
brindarnos el espacio del Laboratorio de Electroquímica, ambiente
necesario para realizar nuestras pruebas experimentales.
Al Dr. Salvador Bendezú Montes, por su eficiente colaboración en los
análisis espectrofotométricos, necesarios para el presente informe.
Al DEPARTAMENTO DE MANTENIMIENTO de la UNIVERSIDAD
NACIONAL DEL CENTRO DEL PERÚ, por su apoyo en trabajos
mecánicos y eléctricos, necesarios para el montaje del módulo.
A los docentes de nuestra GLORIOSA FACULTAD DE INGENIERÍA
QUÍMICA, que supieron inculcar los conocimientos necesarios para
nuestra formación académica, personal y profesional.
Los autores
v
INTRODUCCION
La globalización de la informática y el uso creciente de las impresoras de las
computadoras personales producen papel impreso del tipo láser y de chorro
de tinta, además los papeles impresos tradicionalmente y por fotocopiadoras
están provocando un incremento creciente de papel impreso, con el
consecuente aumenta de las cantidades de papel reciclado blanco que
presentan buenas perspectivas para su empleo en la composición de
diferentes tipos de papeles, por sus características semejantes en sus
propiedades físicas y alta disponibilidad, si se cuenta con un adecuado
sistema de tratamiento, evitando con ella la deforestación de árboles, tanto
de eucaliptus y pinos que son materia prima para la producción de papel
virgen.
La remoción de tinta es el mayor obstáculo técnico para aumentar el uso de
papel reciclado. Muchos de los procesos de destintado convencionales han
logrado la eliminación de las tintas, permitiendo obtener una pulpa apta para
su empleo en la producción de papel pero con el inconveniente de mayor
tiempo de tratamiento, mayor costo y no elimina la contaminación. Es por
esto que el destintado electrolítico es una técnica novedosa que apenas
empieza, pues en la literatura, se encuentran algunas pruebas. El proceso
electroquímico permite destruir una gran variedad de compuestos tóxicos y
peligrosos, aún a bajas concentraciones, persistentes a la degradación
natural, este proceso se ha desarrollado recientemente y ha probado ser
efectivo.
El presente trabajo está dividido en tres partes esenciales: la primera parte
presenta un marco teórico, el cual explica minuciosamente todos los
aspectos relacionados con el destintado químico (neutro y alcalino) y
enzimático, finalizando en los retos que hay por resolver en esta nueva
tecnología. La segunda parte muestra la fase experimental, donde se dará la
explicación de cómo se hizo el experimento, se mostraran los resultados
obtenidos y posteriormente se hará un análisis de los resultados del proceso
de destintado electrolítico.
vi
RESUMEN
La alta demanda de la pulpa blanca para fabricar papeles por efectos del
desarrollo de la informática y tecnología, y la ingente disponibilidad de papel
impreso como residuos sólidos del consumismo de la sociedad, que
agudizan problemas de disposición final en la ciudad.
Ante este panorama el estudio buscó obtener pulpa blanca a partir de papel
impreso reciclado mediante el proceso de destintado electrolítico con el
propósito de hacer uso como materia prima para la fabricación de papel.
Para el logro de este objetivo, se aplicó un diseño experimental factorial 2 x
3 con tres repeticiones, considerando como variables independientes la
diferencia de potencial, el tiempo y la distancia entre los electrodos, y
variable dependiente la remoción de la tinta.
La experimentación del destintado electrolítico refleja que las variables
manipuladas entre los niveles postulados, tienen una gran influencia en el
destintado electrolítico, alcanzándose remociones por encima de 72 %, que
comparado a otros procesos se considera un proceso potencialmente
eficiente.
Se ha demostrado que el destintado electrolítico, es un proceso con
resultados amigables con el ambiente y no genera deterioro a la pulpa
blanca obtenida como lo hacen otros métodos. Las remociones de tinta por
encima del nivel superior e inferior de las variables varía considerablemente
debido probablemente a los siguientes factores: primero, la difusión de la
tinta desde el interior de la pulpa hacia su superficie es la etapa que controla
la remoción; segundo, al ampliar la distancia de electrodos puede generar un
espacio mayor recorrido por la tinta en un medio cargado de sólidos, además
de su saturación; y el aumento de la diferencia de potencial puede
incrementar el costo del proceso, limitante de cualquier proceso.
Finalmente, este método queda abierto para ser estudiado considerando
otras variables como tipo de electrodo, otras alternativas de energía,
envejecimiento del papel impreso, tipos de impresión y otros que expliquen
de mejor manera el fenómeno.
vii
OBJETIVOS
OBJETIVO GENERAL:
Obtener pulpa blanca a partir de papel impreso reciclado mediante el
proceso de Destintado Electrolítico.
OBJETIVOS ESPECIFICOS:
Determinar curva patrón de la tinta.
Caracterizar al papel impreso reciclado.
Establecer las condiciones óptimas de diferencia de potencial,
distancia de electrodos y tiempo de proceso, para el destintado
electrolítico de la pulpa de papel impreso.
Evaluar la pulpa blanca de papel obtenido.
viii
NOMENCLATURA
: Fuerza electromotriz, volt
: Estado Energético Basal 1, joule.
: Estado Energético Excitado 2, joule.
: Intensidad entrante, adimensional.
: Intensidad saliente, adimensional.
: Intensidad transmitida, adimensional.
: Absorbancia, adimensional.
: Coeficiente de extinción, adimensional.
: Coeficiente de extinción Específico, adimensional.
Coeficiente de extinción Molar, adimensional.
: Longitud de Onda, metro.
: Potencial Eléctrico, volt.
peso de la tinta a la entrada del proceso, g
. peso de la tinta a la salida del proceso, g
peso del agua a la entrada y a la salida del proceso, g
peso de la tinta removida a la salida del proceso, g
peso de la tinta no removida a la salida del proceso, g
concentración de la tinta a la entrada del proceso, ppm
concentración de la tinta removida a la salida del proceso, ppm.
concentración de la tinta no removida a la salida del proceso,
ppm.
Peso de papel impreso a la entrada del proceso, g.
.
ix
INDICE DE CONTENIDO
CARATULA………………………………………………………………………………. i
ASESOR…………………………………………………………………………………. ii
DEDICATORIA…………………………………………………………………............ iii
AGRADECIMIENTO…………………………..………………………………………... iv
INTRODUCCIÓN………………………………………………………………............. v
RESUMEN……………………………………………………………………………...... vi
OBJETIVOS……………………………………………………………………………… vii
NOMENCLATURA………………………………………………………………………. viii
INDICE DE CONTENIDO…………………………………....................................... ix
CAPITULO I
ASPECTOS GENERALES DEL PAPEL
1.1 ANTECEDENTES…………………………………………………………. 1
1.1.1 A NIVEL MUNDIAL…………………………………………………….. 1
1.1.2 A NIVEL NACIONAL………………………………………………..…. 2
1.1.3 PRODUCCIÓN DE PAPEL…………………………………………... 4
1.1.4 CONSUMO DE PAPEL………………………………………………. 4
1.1.5 IMPORTANCIA ECONÓMICA………………………………………. 6
1.1.6 RECICLAJE DE PAPEL…………………………………………...…. 7
1.1.7 RECICLAJE DE PAPEL EN HUANCAYO…………..……………… 9
1.1.8 DESTINTADO…………………………………………………………. 9
1.2 ADELANTOS CIENTÍFICOS………………………………………….. 10
1.3 JUSTIFICACIÓN………………………………………………………… 11
1.4 PAPEL……………………………………………………………………. 12
1.4.1 HISTORIA………………………….…………………………………... 12
1.4.2 DEFINICION DE PAPEL……………………………………………... 14
1.4.3 PROCESO DE RECUPERACION DE PAPEL…………………….. 15
1.5 POBLACION Y MUESTRA……………………………………………... 16
1.5.1 DISEÑO DE INVESTIGACIÓN……………………………………….. 16
1.6 TINTA……………………………………………………………………... 17
1.6.1 PROPIEDADES GENERALES DE LAS TINTAS…….……………. 18
1.6.2 COMPOSICIÓN DE LA TINTA………………………………………. 19
1.6.3 TIPOS DE TINTA……………………………………….…………….. 20
x
1.7 IMPRESIÓN DE PAPEL………………………………………………... 21
A. Impresora de inyección…………………………………………………... 21
B. Impresora offset…………………………………………………………… 21
C. Impresora láser……………………………………………………………. 21
1.8 DESTINTADO DEL PAPEL…………………………………………….. 22
1.8.1 PROCESOS DE DESTINTADO……….…………………………….. 22
A. Pulpeado……………………………..……………………………………. 22
B. Curado………………………………….………………………………….. 23
C. Tamizado y Limpieza Centrífuga…………………….…………………. 24
D. Remoción de Tinta………………………………….………………........ 24
E. Flotación…………………………………..………………………………. 24
F. Lavado…………………………………….……………………………….. 26
G. Dispersión………………………………….……………………………… 27
H. Blanqueo…………………………………..………………………………. 28
1.8.2 TIPOS DE DESTINTADO…………………………………………….. 28
A. METODO QUIMICO………………………………………….…………... 28
B. METODO ENZIMATICO………………………………………….……… 31
1.8.3 BLANQUEO, PROCESO Y METODOS DE BLANQUEO………… 34
1.9 EQUIPOS PARA EL PROCESO ELECTROQUÍMICO…………..…. 37
1.9.1 CELDAS ELECTROLÍTICAS…………………….…………………... 38
1.9.2 CELDAS VOLTAICAS O GALVÁNICA…………………..………….. 39
1.9.3 CELDA ELECTROQUÍMICA…………………………….…………… 39
1.9.4 PROCESO DE TRATAMIENTO ELECTROQUÍMICO…….……… 40
1.9.4.1 Variables electroquímicas…...…..………………………………… 41
A. Electrodos…………………………………………………………………. 41
B. Potencial eléctrico………………………………………………………… 43
1.9.4.2 Requisitos para que circule la corriente eléctrica……………….. 44
A. Una fuente de fuerza electromotriz (FEM)…………………………….. 44
B. Conductor…………………………………………………………………. 44
C. Una carga…………………………………………………………………. 44
1.9.5 EQUIPOS EN EL PROCESO DE DESTINTADO ELECTROLITICO. 45
1.9.5.1 Cuba electrolítica……….……………………………….................. 45
A. Electrodos…..……………………..………………………………………. 45
B. Densidad de corriente…………………………………………………….. 45
xi
C. Electroflotación……………………….……………………….................. 46
1.9.5.2 Mecanismo del proceso de Destintado Electrolítico…………….. 46
1.10 ANALISIS COLORIMETRICO Y ESPECTROFOTOMETRICO DEL
PAPEL...............................................................................................
49
1.10.1 COLORIMETRÍA Y ESPECTROFOTOMETRÍA………………..…. 50
1.10.2 TRANSMITANCIA Y ABSORBANCIA………………………………. 50
1.10.2.1 La Transmitancia (T).………………………………...…………….. 50
1.10.2.2 La Absorbancia (A)……………………………...………………….. 51
1.10.3 LEY DE LAMBERT-BEER………………………………………….… 51
1.10.4 INSTRUMENTACIÓN PARA LA MEDICIÓN DE ABSORBANCIAS DE
LA LUZ VISIBLE Y ULTRAVIOLETA: ESPECTROFOTÓMETRO UV-
VISIBLE…………………………………………………………………..
55
1.10.5 CURVAS DE CALIBRADO..……………………………………….… 57
1.11. MARCO REFERENCIAL……………………………………………….. 58
CAPITULO II
PROCEDIMIENTOS EXPERIMENTALES
2.1 METODOLOGIA…………………………………………………………….. 60
2.1.1 DETERMINACIÓN DE LA LONGITUD DE ONDA Y LA CURVA DE
CALIBRACIÓN DE LA TINTA DILUIDA EN EL
ESPECTROFOTOMETRO UV-VISIBLE……………………………….
60
2.1.2 DETERMINACIÓN DE LA CONCENTRACION DEL PAPEL BLANCO
LIBRE DE TINTA………………………………………………………….
62
2.1.3 DETERMINACION DE LA CONCENTRACIÓN DEL PAPEL IMPRESO
A DESTINTAR……………………………………………………………..
62
2.1.4 PROCESO DE DESTINTADO………….………………………………. 63
2.1.5 PRUEBAS REALIZADAS PARA OBTENER PULPA BLANCA A
PARTIR DE PAPEL IMPRESO RECICLADO MEDIANTE EL
PROCESO DE DESTINTADO ELECTROLÍTICO…………………….
66
2.1.6 DETERMINACION DE LA CONCENTRACIÓN DE LA PULPA DE
PAPEL DESPUES DEL DESTINTADO……………………..…………
68
2.1.7 BALANCE DE MATERIA REALIZADO CON RESPECTO A LA TINTA 68
2.1.8 CONSTRUCCION DE LA PRUEBA ESTADISTICA T STUDENT CON
LA FINALIDAD DE HACER UNA PRUEBA DE HIPOTESIS………..
69
xii
CAPITULO III
RESULTADOS Y DISCUSIÓN DEL PROCESO DE DESTINTADO
ELECTROLÍTICO
3.1 LONGITUD DE ONDA Y CURVA DE CALIBRACION PATRON………… 70
3.2 CONCENTRACION DEL PAPEL BLANCO LIBRE DE TINTA…………… 71
3.3 CONCENTRACION DE PAPEL IMPRESO A DESTINTAR……………… 72
3.4 REMOCION DE LA TINTA DEL PAPEL IMPRESO MEDIANTE
DESTINTADO ELECTROLITICO……………………………………………
73
3.5 BALANCE DE MATERIA REALIZADO CON RESPECTO A LA TINTA… 82
3.6 TRATAMIENTO ESTADISTICO POR EL METODO T DE STUDENT
PARA REALIZAR LA PRUEBA DE HIPOTESIS………………………….
82
CONCLUSIONES…………………………………………………………………. 94
RECOMENDACIONES…………………………………………………………… 96
BIBLIOGRAFIA……………………………………………………………………. 97
ANEXOS…………………………………………………………………………… 99
xiii
INDICE DE CUADROS
Nº Descripción del cuadro pág.
1.1 Composición física de los residuos sólidos de Huancayo.………….. 9 1.2 Generación de Residuos Sólidos urbanos en Huancayo………........ 9
1.3 Niveles de las variables…………………………………………………. 16
1.4 Diseño de investigación…………………………………………………. 17
3.1 Resultados de absorbancias de las diferentes concentraciones de
tinta a una longitud de onda 567 nm……………………………………
70
3.2 Concentración del papel blanco libre de tinta…………………………. 72
3.3 Concentración del papel impreso a destintar…………………………. 72
3.4 Resultados de las 24 pruebas del proceso de destintado
electrolítico..........................................................................................
76
3.5 Valores promedio de variables y del porcentaje de remoción de la
tinta para cada muestra a las condiciones del estudio……………….
77
3.6 Absorbancias a una λ = 567 nm de las muestras de pulpa blanca
obtenidas en el proceso de destintado electrolítico…………………..
78
3.7 Análisis estadístico de la prueba “t” de Student Resultados de la
diferencia de potencial……………………………………………………
83
3.8 Datos estadísticos de la diferencia de potencial………………………. 83
3.9 Análisis estadístico de la prueba “t” de Student Resultados de la
intensidad de corriente…………………………………………………..
84
3.10 Datos estadísticos de la intensidad de corriente……………………… 85
3.11 Análisis estadístico de la prueba “t” de Student Resultados de la
distancia……………………………………………………………………
86
3.12 Datos estadísticos de la distancia……………………………………… 87
3.13 Análisis estadístico de la prueba “t” de Student Resultados del
tiempo de destintado……………………………………………………..
88
3.14 Datos estadísticos del tiempo…………………………………………… 88
3.15 Análisis estadístico de la prueba “t” de Student Resultados del %
removido de tinta………………………………………………………….
89
3.16 Datos estadísticos globales……………………………………………... 90
3.17 Resumen de los datos estadísticos globales…………………………. 91
3.18 Estadísticos para una muestra…………………………………………. 93
3.19 Prueba para una muestra……………………………………………….. 93
xiv
INDICE DE FIGURAS
N° Descripción de la figura pág.
1.1 Reacciones Químicas………………………………………………………. 38
1.2 Celda electrolítica…………………………………………………………… 38
1.3 Celda electrolítica – Movimiento de iones……………………………….. 39
1.4 Celda electroquímica – Fuente de voltaje………………………………... 40
1.5 Circuito eléctrico…………………………………………………………….. 44
1.6 Elementos que intervienen en un destintado electrolítico……………… 47
1.7 Movimiento de los iones hacia los electrodos…………………………… 48
1.8 Diagrama de niveles de energía en una molécula……………............ 50
1.9 Rango de Longitud de Onda………………………………………........... 52
1.10 Partes de un Espectrofotómetros UV-Visible……………………........... 54
1.11 Ejemplo de un Espectro de Absorción……………………………………. 55
1.12 Espectrofotómetro…………………………………………………………. 57
3.1 Curva de calibración de la Tinta………………………………………….. 71
3.2 Curva de calibración de la tinta y concentración de la muestra a
destintar……………………………………………………………………..
73
3.3 Gráficas de Diferencia de Potencial Vs Porcentaje Removido………. 78
3.4 Gráfica de distancia entre electrodos Vs Porcentaje Removido………. 80
3.5 Gráfica del tiempo de destintado Vs % Removido……………………… 81
3.6 Histograma de la diferencia de potencial………………………………… 84
3.7 Histograma de la Intensidad de corriente………………………………… 86
3.8 Histograma de la distancia………………………………………………… 87
3.9 Histograma del tiempo…………………………………………………….. 88
3.10 Histograma del % removido de tinta……………………………………… 91
1
CAPITULO I
ASPECTOS GENERALES DEL PAPEL
1.1. ANTECEDENTES
1.1.1. A NIVEL MUNDIAL.-
La fabricación de pasta, papel y derivados alcanza cifras que sitúan
esta industria entre las más importantes del mundo, la principal fuente
de fibra para la elaboración de pasta en los últimos años ha sido la
madera, procedente en primera instancia de los bosques de coníferas;
aunque también se llegan a utilizar los bosques tropicales y boreales
en algunos lugares del mundo. La composición química de la madera
es muy variable, pero se compone en su mayor parte por: celulosa,
lignina, hemicelulosa y un porcentaje muy bajo de otros materiales.
Parte del proceso básico para hacer celulosa y papel consiste en la
eliminación de la lignina.
La lignina es un compuesto constituyente de la madera y que actúa
como cemento en su estructura, para mantener juntas las fibras de
celulosa; científicamente es un polímero aromático muy complejo
asociado a los polisacáridos de la pared celular vegetal, su estructura
irregular y amorfa hacen de esta una molécula muy particular y difícil
de degradar; la lignina representa entre un 15 % y 30 % del peso
según el tipo de madera. Industrialmente es necesario quitarla de la
madera para poder fabricar papel.
2
En el medio ambiente existen diferentes agentes o microorganismos
asociados a la descomposición de la madera, pero hasta ahora los
únicos que son capaces de degradar la lignina en forma eficiente son
los hongos basidiomicetes llamados de pudrición blanca.[5]
1.1.2. A NIVEL NACIONAL.-
La industria papelera representa el 5,5 % del PBI manufacturero y el
0,8 % del PBI total. La industria contribuye con US$ 431 millones a los
US$ 7824 producidos anualmente por el sector manufacturero.
El Perú es uno de los países con menor consumo de papel en
América Latina, con sólo 13 kg per cápita al año, mientras que Chile y
Argentina presentan consumos de 53 kg y 49 kg, respectivamente. La
industria peruana podría cubrir sin mayores problemas un eventual
aumento en la demanda adicional por sus productos. De hecho, su
elevado nivel de capacidad instalada ociosa le permitiría duplicar su
producción sin mayores inversiones.
La industria papelera, particularmente la que utiliza el bagazo como
materia prima, se encuentra integrada verticalmente desde la
producción de pulpa de papel. Dicha integración le ofrece ventajas
competitivas que le permiten diversificar sus ventas e incrementar el
valor agregado de su producción.
El aumento de la eficiencia en la industria azucarera, de la que se
obtiene el bagazo como subproducto, así como el eventual reemplazo
del petróleo por el gas como fuente de energía de los calderos de sus
ingenios, supondrá una mejora en la competitividad del sector
papelero local.
El principal problema de la industria es su falta de control sobre la
cotización de su principal materia prima: la pulpa de papel importada o
el bagazo, cuyo precio se fija en función del costo del petróleo.
Esto hace vulnerables a las empresas ante alzas en el precio de
dichos insumos, ya que el mayor costo no se puede trasladar
3
completamente a los consumidores finales debido al bajo nivel de
ingresos de la población.
La elevada competencia al interior de la industria y el bajo valor
agregado de sus productos hacen que las empresas obtengan
reducidos márgenes de utilidad e inclusive pérdidas.
Adicionalmente, el sector muestra un elevado grado de
apalancamiento. Consecuentemente, la industria precisa un mayor
nivel de capitalización para afrontar los requerimientos de inversión y
crecimientos futuros. [6]
Este sector contribuye con el 0,8 % del PBI y se encuentra dentro del
rubro manufacturero, el que a su vez contribuye con el 14,5 % del PBI
total, según datos del lNEI a 1999. En términos de valor bruto de
producción, la industria contribuye con US$ 431 millones de los US$
7824 millones generados por el sector manufacturero. La producción
total de papel se estima asciende a 140 000 toneladas y el consumo a
300 000 toneladas.
La industria produce diversos bienes, como papel periódico, papel
para imprimir y escribir, papel higiénico, toallas, servilletas, pañuelos,
sacos, bolsas, etc. Asimismo, genera demanda a otros sectores como
la industria maderera y azucarera, que le proveen de las fibras
vegetales que forman el papel, y la industria química, que le provee
de insumos como blanqueadores y otros solubles.
De otra parte, los productos fabricados por el sector se utilizan en la
industria de envases y cajas de papel y cartón, en la industria del
tabaco, en las imprentas, entre otras. Los empaques (Iiner y
corrugado) son los derivados de mayor importancia, con una
participación de 39 % de la producción total en el Mundo, seguidos de
otros empaques y "tissue" (papel higiénico, servilletas, toallas, etc.)
con 34 %, y papeles de imprenta y escritura con 16 %. Sin embargo,
en lo que a consumo aparente se refiere (producción + importaciones-
exportaciones), los papeles de imprenta y escritura impresas
4
representan el 38 % del total, seguidos por los empaques (Iiner y
corrugado) y otros empaques y "tissue" con 15 % cada uno.
Consecuentemente, los productos extranjeros de mayor relevancia en
el mercado local son los papeles de imprenta y escritura con el 52 %
del total de importación, y los papeles para prensa o papel periódico
con el 31 %. [6]
1.1.3. PRODUCCIÓN DE PAPEL.-
Las fuentes de papel más empleadas son los árboles de madera dura,
como el roble y el arce, que se utilizan para el papel destinado a
escribir. En tanto, las especies de madera blanda se usan para papel
de empaquetar y cartón, por ejemplo. Un 15 % de los árboles
utilizados con ese fin se plantan en bosques que vuelven a
replantarse, o sea que la producción se regenera y los árboles no se
pierden.
Sin embargo, el resto de la madera empleada para la producción de
papel proviene de bosques que no se regeneran, que sencillamente
son talados sin tener en cuenta el desarrollo de una producción
sostenible. Esto quiere decir que una vez extraídos los árboles los
bosques mueren, pasando a incrementar los complejos problemas
que acarrea la deforestación en todo el planeta.
También se usa el material de desecho, como por ejemplo el aserrín,
que se obtiene de las sobras generadas por las madereras. En tanto,
la opción más ecológica para la producción de papel es el reciclado
de productos ya utilizados. Sin embargo, el porcentaje de papel
reciclado y de la producción que proviene de bosques explotados en
forma sostenible es aún muy escaso. [7]
1.1.4. CONSUMO DE PAPEL.-
La industria papelera representa el 5,5 % del PBI manufacturero y el
0,8 % del PBI total. La industria contribuye con US$ 431 millones a los
US$ 7824 producidos anualmente por el sector manufacturero.
5
El Perú es uno de los países con menor consumo de papel en
América Latina, comparado a Chile y Argentina.
La industria peruana podría cubrir sin mayores problemas un eventual
aumento en la demanda adicional por sus productos. De hecho, su
elevado nivel de capacidad instalada ociosa le permitiría duplicar su
producción sin mayores inversiones. La industria papelera,
particularmente la que utiliza el bagazo como materia prima, se
encuentra integrada verticalmente desde la producción de pulpa de
papel. Dicha integración le ofrece ventajas competitivas que le
permiten diversificar sus ventas e incrementar el valor agregado de su
producción.
El aumento de la eficiencia en la industria azucarera, de la que se
obtiene el bagazo como subproducto, así como el eventual reemplazo
del petróleo por el gas como fuente de energía de los calderos de sus
ingenios, supondrá una mejora en la competitividad del sector
papelero local.
El principal problema de la industria es su falta de control sobre la
cotización de su principal materia prima: la pulpa de papel importada o
el bagazo, cuyo precio se fija en función del costo del petróleo.
Esto hace vulnerables a las empresas ante alzas en el precio de
dichos insumos, ya que el mayor costo no se puede trasladar
completamente a los consumidores finales debido al bajo nivel de
ingresos de la población.
La elevada competencia al interior de la industria y el bajo valor
agregado de sus productos hacen que las empresas obtengan
reducidos márgenes de utilidad e inclusive pérdidas. Adicionalmente,
el sector muestra un elevado grado de apalancamiento.
Consecuentemente, la industria precisa un mayor nivel de
capitalización para afrontar los requerimientos de inversión y
crecimientos futuros. [6]
6
1.1.5. IMPORTANCIA ECONÓMICA.-
La fabricación de pasta, papel y derivados del papel alcanza cifras
que sitúan esta industria entre las más grandes del mundo.
Hay fábricas en más de 100 países repartidos por todo el mundo, con
más de 3,5 millones de personas directamente empleadas.
Los mayores productores de pasta y papel son Estados Unidos,
Canadá, Japón, China, Finlandia, Suecia, Alemania, Brasil y Francia
(todos ellos con cifras superiores a 10 millones de toneladas en 1994).
Todos los países son consumidores. La producción mundial de pasta,
papel y cartón fue de unos 400 millones de toneladas en 1993. A
pesar de las predicciones de disminución del consumo de papel ante
el auge de la era electrónica, desde 1980 se observa un crecimiento
razonablemente constante de la tasa anual de producción del 2,5 %.
Además de sus ventajas económicas, el consumo de papel tiene el
valor cultural inherente a la función que desempeña en el registro y
difusión de la información. Por esta razón, la tasa de consumo de
pasta y papel se ha utilizado como indicador del desarrollo
socioeconómico de una nación.
La principal fuente de fibra para la producción de pasta en este siglo
ha sido la madera procedente de los bosques de coníferas, aunque
más recientemente ha aumentado la utilización de bosques tropicales
y boreales.
Como las regiones forestales tienen generalmente una baja densidad
de población, tiende a producirse en el mundo una dicotomía entre las
zonas de producción y las de utilización.
La presión ejercida por los grupos ecologistas para la conservación de
los recursos forestales, manifestada en la defensa del empleo de
papel reciclado, de cultivos agrícolas y de bosques de plantación de
rápida rotación como fuentes de la materia prima, puede modificar la
distribución de las instalaciones de producción de pasta y papel en
todo el mundo en las próximas décadas.
7
Otras necesidades, como el incremento del consumo de papel en los
países desarrollados y la globalización, también influirán en la
redistribución de la industria. [8]
1.1.6. RECICLAJE DE PAPEL.-
El papel se recicla reduciéndolo a pasta de papel y combinándolo con
nueva pasta procedente de la madera. Dado que el proceso de
reciclaje provoca la ruptura de las fibras, cada vez que se recicla
papel la calidad del mismo disminuye, lo que quiere decir que se
deben añadir un elevado porcentaje de nuevas fibras, o será sinónimo
de productos de menor calidad. Cualquier escrito o coloración del
papel se debe primero retirar mediante decoloración. Casi cualquier
tipo de papel se puede reciclar hoy en día, aunque algunos resultan
más difíciles de tratar que otros. Los papeles cubiertos con plástico o
aluminio, y los papeles encerados, pegados o engomados
normalmente no se reciclan por el elevado costo del proceso. Los
papeles de regalo tampoco pueden reciclarse debido a su ya de por sí
pobre calidad.
En ocasiones, las plantas de reciclaje piden que se retiren los brillos
de los periódicos, dado que son de un tipo de papel diferente.
Tienen un recubrimiento de arcilla que algunas fábricas no pueden
trabajar. La mayoría de la arcilla se retira de la pasta reciclada como
lodos. La industria del papel supone un efecto en el medio ambiente,
tanto con las actividades previas (donde se adquieren y procesan las
materias primas), como en las posteriores (impacto de eliminación de
residuos). El reciclaje del papel reduce este impacto.
Actualmente, el 90 % de la pasta de papel está fabricada con madera.
La producción de papel representa aproximadamente 35 % de árboles
talados, suponiendo el 1,2 % del volumen de producción mundial total.
Reciclar una tonelada de papel de periódico ahorra aproximadamente
una tonelada de madera, mientras que reciclando una tonelada de
8
papel impreso o de copias se ahorra algo más de dos toneladas de
madera.
Esto se debe a que la fabricación de pasta requiere el doble de
madera para retirar la lignina y producir fibras de mayor calidad que
con los procesos mecánicos de fabricación. La relación entre las
toneladas de papel reciclado y el número de árboles salvados no es
banal, dado que el tamaño de los árboles varía enormemente y es el
factor principal en la cantidad de papel que se puede obtener de un
determinado número de ellos. La mayoría de los fabricantes de pasta
de papel llevan a cabo una reforestación para asegurar un continuo
abastecimiento de papel.
En Canadá, el programa para la Aprobación de la Certificación
Forestal y el Consejo de Manejo Forestal certifican que el papel hecho
de los árboles talados se ajusta a las guías de actuación, asegurando
buenas prácticas forestales. Se estima que reciclar la mitad del papel
mundial evitaría la tala de 20 millones de hectáreas (81000 km²)
forestales. A modo de resumen, algunas razones para reciclar papel
son el ahorro de:
17 árboles adultos.
2,5 metros cúbicos de desperdicios.
1000 litros de agua.
1440 litros de aceite.
4100 kilowatt-hora (14 700 mega joules) de energía.
27 kilogramos de contaminantes.
Por cada tonelada de papel reciclado, en comparación con la
producción de esa misma tonelada de papel virgen. [9]
Todos estos antecedentes ya sea a nivel Internacional o nacional
hacen recapacitar que nos encontramos en una situación que el papel
es parte del adelanto de la ciencia y tecnología, por lo tanto implica
directamente en la economía de un país.
9
1.1.7. RECICLAJE DE PAPEL EN HUANCAYO.-
Cuadro 1.1 Composición física de los residuos sólidos de Huancayo.
Componente Porcentaje (%)
Papel y Cartón 5,9 Metal 3,2 Vidrio 2,3 Plásticos 6,6 Huesos 0,9 Madera 0,7 Materia Orgánica 64,7 Textiles 3,6 Toallas Higiénicas y afines 2,9 Otros ( tierra, polvo) 9,1 Total 100
Fuente: Elaboración Ecolab S.R.L. Febrero de 2012.
Cuadro 1.2 Generación de residuos sólidos urbanos en Huancayo.
DISTRITO (Ton/día)
Chilca 48,6 Huancayo 69,7 El Tambo 102,8 Total 221,1
Fuente: Elaboración Ecolab S.R.L. Febrero de 2012.
Considerando la producción de 221,1 toneladas por día de residuos
sólidos en Huancayo, detallado en Cuadro 1.2, el 5,9 % es de papel y
cartón y de esta consideramos que el 10 % sea la composición de
papel blanco impreso, se tiene 1,305 toneladas diarias que pueden
considerarse como materia prima para poder destintar y obtener de
esta forma pasta de papel como materia prima para la producción de
papel.
1.1.8. DESTINTADO.-
La fibra secundaria juega un papel importante en la producción
mundial de papel, con mayor importancia en países cuya política
forestal no está en equilibrio con su entorno o con las políticas
mundiales que procuran alcanzar acuerdos internacionales en los que
10
se respeten los intereses de todos, se proteja la integridad del sistema
ambiental y de desarrollo mundial, así en el marco del proceso de
reciclado de papel se busca profundizar en el conocimiento de las
reacciones químicas que se desarrollan en el proceso de destintado.
Se detectó el impacto y consumo de productos químicos como sosa,
silicato de sodio bajo las condiciones propias del proceso. El
conocimiento de los fenómenos físicos y químicos que suceden
durante el destintado permite controlar el proceso y mejorar
resultados de destintado. [10]
Por toda esta información podemos mencionar que el destintado del
papel impreso reciclado se realizan por métodos químicos y
enzimáticos, mientras que el método de destintado electrolítico en la
actualidad no es empleado en ninguna fabrica que utiliza papel
reciclado en el Perú y en América, solo existen información de
trabajos exploratorios recientes de este tipo de trabajos a nivel de
investigación en el laboratorio por lo que existe poca información
acerca de las características químicas y físico - químicas de los
residuos de tinta obtenidos en el proceso de destintado, y de la tinta
remanente posterior a este proceso, que pueden contribuir a la
formación de impurezas aniónicas. El inconveniente del proceso de
destintado químico es que produce grandes cantidades de aguas
residuales contaminadas, mientras que el destintado enzimático es
muy costoso su aplicación, por ambos métodos se han oxidado y
eliminado las tintas láser y chorro de tinta, permitiendo obtener una
pulpa destintada apta para su empleo como materia prima para la
producción de papel.
1.2. ADELANTOS CIENTÍFICOS.-
En los últimos años se ha acentuado la tendencia a que las empresas
fabricantes de pasta y de papel pasen a formar parte de grandes
compañías integradas de productos forestales. Estas compañías
controlan las operaciones de recolección forestal, la fabricación de
11
pasta y de papel, y los procedimientos de transformación. Una
estructura así planteada les garantiza una continua fuente de fibra,
una utilización eficaz de los residuos de la madera y unos
compradores asegurados, todo lo cual favorece un aumento de su
cuota de mercado. La integración se ha desarrollado en conjunción
con la creciente concentración y mundialización, derivada de la
orientación de las empresas hacia las inversiones internacionales. La
carga financiera derivada del establecimiento de plantas industriales
estimula esta tendencia para permitir economías de escala.
Algunas empresas han alcanzado ya niveles de producción de 10
millones de toneladas, semejantes a la capacidad total de países con
la máxima producción. Muchas son multinacionales, y algunas tienen
fábricas en 20 o más países de todo el mundo. Con todo, aun cuando
muchas de las empresas y fábricas más pequeñas estén
desapareciendo, la industria aún cuenta con centenares de
miembros.[14]
1.3. JUSTIFICACIÓN.-
El reciclado de papel es una actividad casi nula en nuestra cultura, es
de suma importancia empezar a crear conciencia de esto en nuestra
sociedad y mantener vivo el espíritu de contribuir a la mejora de
nuestro ambiente. El lugar donde vivimos es rico en deshechos de
papel y cartón, todas las comunidades utilizan productos que vienen
empacados en cartón, las envolturas son tiradas a la basura y no se
han puesto a pensar en los usos que se les puede dar.
El uso de residuos o de papel reciclado como materia prima para la
preparación de pasta ha aumentado en el transcurso de las últimas
décadas, hasta el punto de que algunas papeleras dependen casi
completamente del papel de desecho. En algunos países, este último
se separa del resto de los residuos domésticos, en origen, antes de su
recogida. En otros se realiza una separación por clases (por ejemplo,
12
cartón ondulado, papel prensa, papel de calidad, papel mezclado) en
plantas especiales de reciclaje.
1.4. PAPEL.-
1.4.1. HISTORIA.-
Fue hacia el año 105 d.C, cuando Cai Lun o Tsai-lun, como era
conocido el eunuco de la corte Han oriental del emperador chino Hedo
o Ho Ti, fabricó por primera vez papel utilizando materiales como
corteza de morera, tejidos de seda y trapos de ropa vieja y un molde
fabricado de tiras de bambú. El emperador le había encomendado la
misión de buscar nuevos materiales para escribir. Los primeros
antecedentes que se tienen datan del año 150 d.C. Durante 500 años
la técnica de cómo fabricar papel estuvo sólo en conocimiento de
China. En el año 610 d.C se introdujo por primera vez en Japón y en
el 750 d.C en Asia Central. Posteriormente, por el año 800 d.C
apareció en Egipto, iniciándose su fabricación 100 años después. Los
egipcios usaron material vegetal en la fabricación de papiros y piel de
cabra y oveja para los pergaminos. El papiro alcanza entre uno y tres
metros de altura. Las hojas son largas y los tallos son blandos y de
sección triangular. La parte inferior del tallo es tan gruesa como un
brazo humano. La médula del papiro era consumida hervida pero su
principal uso fue en la elaboración de un material parecido al papel.
La fabricación era a partir de capas de la médula dispuestas
longitudinal y transversalmente. Todo esto se impregnaba de agua, se
prensaba y se secaba. Tras el secado el papiro se frotaba contra una
pieza de marfil o una concha lisa. El tamaño fluctuaba entre los 12,5
cm x 12,5 cm y entre los 22,5 cm x 37,5 cm. Cada "papel" se unía a
otro formando rollos de entre 6 metros y 9 metros. Los egipcios
escribían sobre el papiro en columnas de 7,6 cm de ancho, tamaño de
la prosa literaria y en la poesía las columnas eran más anchas. Los
griegos, según algunos antecedentes conocían la técnica egipcia de
la fabricación del papiro desde principios del siglo V a.C. En Europa el
13
papel fue introducido por los árabes, quienes en el siglo VIII hicieron
prisionero en el Turquestán a soldados chinos conocedores de su
fabricación. El primer ejemplar escrito en papel es una carta árabe
que data del año 806 que se conserva en la Biblioteca Universitaria de
Leyden. Los musulmanes mejoraron la técnica de producción del
papel utilizando materiales como algodón, lino y cáñamo. Entre las
fábricas más antiguas de Europa figuran las de Játiva (siglo XII,
Fabriano, Italia siglo XIII) y la de España instalada en el año 1150.
Con el pasar los siglos las técnicas se extendieron a otros países
europeos. El papel podía ser confeccionado en grandes cantidades y
a bajo precio. Las características de este nuevo material era que a
simple vista tenía aspecto algodonoso, tenía menos cuerpo y se
desgarraba con facilidad. En comparación al pergamino, el papel es
más ligero, suave y de superficie rugosa. En un principio el papel fue
utilizado como borrador de cartas, para tomar apuntes, prohibiéndose
su empleo en documentos oficiales.
Los cultivos de cáñamo y lino se extendieron por toda Europa. Se
perfeccionaron las técnicas del encolado y se mejoraron las
máquinas, hitos que significaron la masificación de su uso. Era tan
beneficioso que los mercaderes italianos lo dieron a conocer por todas
sus rutas hasta que finalmente el pergamino fue reemplazado por el
papel. Aquellos edictos que prohibían su uso en documentos oficiales
fueron dejándose de lado y progresivamente comenzó su empleo en
documentos notariales y de cancillería. [11]
En el siglo XIII los holandeses inventaron una máquina que entregaba
una pasta de mejor calidad, más refinada y en menos tiempo.
A mediados de siglo XV se inventó la imprenta y se conocieron los
tipos móviles. Este hito significó el abaratamiento de la impresión de
libros y estimuló la fabricación del papel. El uso del papel aumentó en
los siglos XVII y XVIII provocando una escasez de trapos, única
materia prima conocida por los impresores europeos. Buscaron
14
múltiples sustitutos pero ninguno alcanzó interés comercial.
Simultáneamente, se intentó reducir el costo del papel por medio de
una máquina que reemplazara el proceso de moldeado a mano en la
fabricación del papel.
En 1798 el francés Nicholas Louis Robert inventó una máquina que
abarataría los precios, y fue mejorada por los hermanos ingleses
Henry y Sealy Fourdrinier en 1803. Producir una materia prima barata
era, hasta ese entonces, uno de los grandes problemas. Sin embargo,
por 1840, se inventó la primera máquina que tenía por objetivo triturar
la madera para fabricar pulpa. Diez años después se conoció el
proceso químico para éste fin. En 1844 Federico Gottlob Keller
consiguió por primera vez, mediante procedimiento mecánico, la pasta
de madera. Por 1852 Meillier descubrió la celulosa y Tilghman patentó
el procedimiento mediante el cual se obtenía celulosa de la madera a
base de bisulfito de calcio.
De aquí en adelante los futuros mecanismos sólo buscarían la
perfección de la maquinaria existente, la utilización de nuevos
materiales y la disminución de los tiempos productivos. La industria
papelera siempre ha estado en constante desarrollo y durante el siglo
XX alcanzó elevados niveles de producción. Estados Unidos y
Canadá son los mayores productores mundiales de papel, pulpa y
productos papeleros. [11]
1.4.2. DEFINICIÓN DE PAPEL.-
Podemos definir al papel como un material constituido por una
delgada lámina elaborada a partir de pulpa de celulosa, una pasta de
fibras vegetales molidas y diluidas en agua, generalmente
blanqueada, y posteriormente secada y endurecida, a la que
normalmente se le añaden sustancias como polipropileno o polietileno
con el fin de proporcionarle características especiales. Las fibras que
lo componen están aglutinadas mediante enlaces por puente de
hidrógeno.
15
Otra definición considera al papel como un material hecho con pasta
vegetal molida y blanqueada, el cual se dispone en finas láminas y se
lo usa para escribir, para dibujar, entre otros usos. En tanto, el
mencionado material puede proceder ya sea de la madera, la paja,
entre las principales fuentes que la proveen. Y entonces, luego, a las
mismas se las somete a un proceso de molido en primer lugar, tras
ello se les practica un blanqueamiento y desleído en agua,
culminando con el secado y el endurecimiento a través de diferentes
mecanismos. [12]
1.4.3. PROCESO DE RECUPERACIÓN DE PAPEL.-
El reciclaje de papel es el proceso de recuperación de papel ya
utilizado para transformarlo en nuevos productos de papel.
Existen tres categorías de papel que pueden utilizarse como materia
prima para ser reciclado: molido, desechos de pre-consumo y
desecho de post-consumo. El papel molido son recortes y trozos
provenientes de la manufactura del papel, y se reciclan internamente
en una fábrica de papel. Los desechos pre-consumo son materiales
que ya han pasado por la fábrica de papel, y que han sido rechazados
antes de estar preparados para el consumo. Los desechos post-
consumo son materiales de papel ya utilizados que el consumidor
rechaza, tales como viejas revistas o periódicos, material de oficina,
guías telefónicas, etc. El papel que se considera adecuado para el
reciclaje es denominado "desecho de papel".
El papel se recicla reduciéndolo a pasta de papel y combinándolo con
nueva pasta procedente de la madera. Dado que el proceso de
reciclaje provoca la ruptura de las fibras, cada vez que se recicla
papel la calidad del mismo disminuye, lo que quiere decir que se
deben añadir un elevado porcentaje de nuevas fibras, o será sinónimo
de productos de menor calidad. Cualquier escrito o coloración del
papel se debe primero retirar mediante decoloración.
16
Casi cualquier tipo de papel se puede reciclar hoy en día, aunque
algunos resultan más difíciles de tratar que otros. Los papeles
cubiertos con plástico o aluminio, y los papeles encerados, pegados o
engomados normalmente no se reciclan por el elevado costo del
proceso. Los papeles de regalo tampoco pueden reciclarse debido a
su pobre calidad.
En ocasiones, las plantas de reciclaje piden que se retiren los brillos
de los periódicos, dado que son de un tipo de papel diferente. Tienen
un recubrimiento de arcilla que algunas fábricas no pueden trabajar.
La mayoría de la arcilla se retira de la pasta reciclada como lodos. [11]
1.5. POBLACION Y MUESTRA.-
1.5.1. DISEÑO DE INVESTIGACION.-
El diseño experimental que se empleó en el desarrollo del presente
trabajo de investigación, es el diseño factorial 23, es decir un
experimento factorial con 3 factores y 2 niveles, con tres repeticiones.
A. VARIABLES DEPENDIENTES:
Se consideró en el presente trabajo de investigación:
- Diferencia de potencial (V).
- Tiempo (minutos).
- Distancia entre electrodos (centímetros).
B. VARIABLE INDEPENDIENTE:
- % Porcentaje de tinta removida.
C. NIVELES DE LAS VARIABLES:
Los niveles de las variables son mostrados en el Cuadro 1.3.
Cuadro 1.3 Niveles de las variables
VARIABLES
Diferencia de potencial (V)
Tiempo (minutos) Distancia (centímetros)
NIVELES
11 15 2 6 30 3 4 - -
Fuente: Elaboración propia.
17
D. MATRIZ DE EXPERIMENTOS:
Los niveles de las variables han sido combinados en base al
diseño de investigación y de acuerdo al diseño factorial 23, es
decir un experimento factorial con 3 factores y 2 niveles, con tres
repeticiones, mostrando los resultados en el Cuadro 1.4:
Cuadro 1.4 Diseño de Investigación N° de
experimentos
Variables independientes Variable
dependiente
Diferencia
de potencial
(V)
Tiempo
(minutos)
Distancia
(centímetros)
% de tinta
1 11 15 2 -
2 6 30 3 -
3 4 - - -
Fuente: Elaboración propia.
1.6. TINTA.-
La tinta es un líquido que contiene varios pigmentos o colorantes
utilizados para colorear una superficie con el fin de crear imágenes o
textos. Comúnmente se considera que la tinta es utilizada en
lapiceros, bolígrafos o pinceles; sin embargo, es utilizada
extensivamente en toda clase de impresiones.
Las tintas de impresión son productos formados por sustancias
complejas y de naturaleza diversa que varían según el proceso de
impresión al que se destine y en función de determinadas exigencias
(depende el sistema de impresión) cualquier tinta, de imprimir, tiene
que cumplir unas funciones concretas en un proceso de impresión.
Las tintas pigmentadas contienen otros componentes como barnices
para asegurar la adhesión del pigmento a la superficie y prevenir
que sea removida por efecto de abrasión mecánica. Generalmente
son resinas (en tintas solventes) o aglutinantes (en tintas al agua).
18
Los colorantes, sin embargo, son generalmente mucho más fuertes
y pueden producir más color de una densidad dada por unidad de
masa, porque el tamaño de partícula es menor que el del pigmento.
Sin embargo, debido a que los colorantes son disueltos en una fase
líquida tienen una tendencia a ser absorbidos por el papel. Por ello
son fabricadas con solventes como el toluol (metil benceno) y xilol
(dimetil benceno) que hacen su secado mucho más rápido ya que el
punto de ebullición de estos solventes es menor. [12]
1.6.1. PROPIEDADES GENERALES DE LAS TINTAS.-
Viscosidad: Los líquidos que fluyen rápidamente se dice que
poseen una baja viscosidad, mientras que los que lo hacen
lentamente poseen alta viscosidad. Depende mucho de la
temperatura. A mayor temperatura menor viscosidad. Puede llegar
a cambiar la viscosidad incluso un 10 % por cada grado
centígrado de diferencia.
Tensión superficial: Es una propiedad de las tintas líquidas a las
cuales se les suelen añadir tensoactivos como son el jabón y el
agua. La tensión superficial es la fuerza que ofrece un líquido al
separarse sus moléculas. Con plastificantes se realiza la
operación contraria, endurecer el líquido. En tintas grasas se
habla más bien de cohesión, que es la atracción entre moléculas
que mantiene unidas las partículas de una sustancia. La cohesión
es distinta de la adhesión; la cohesión es la fuerza de atracción
entre partículas adyacentes dentro de un mismo cuerpo, mientras
que la adhesión es la interacción entre las superficies de distintos
cuerpos.
Tiro: También se le llama Tack, y es la resistencia que opone una
película de tinta a dividirse en dos partes. Un sinónimo de tiro
sería "pegajosidad". Es la característica más importante en las
tintas offset ya que de él depende el arrancado del papel, fallos en
19
la salida del papel, defectos de aceptación de una tinta sobre otra,
etc.
Densidad: Densidad o peso por unidad de volumen, viene definida
por el peso en kg de un litro de tinta. No se suele considerar este
aspecto en la mayoría de las tintas de artes gráficas y, si se
calcula, será para saber el número de impresos que se pueden
realizar con una cantidad de tinta concreta, conociendo el espesor
de tinta sobre el soporte a imprimir y la superficie de la imagen.
Trapping: El trapping o atrapado de las tintas, es la propiedad por
la cual una tinta fresca ya impresa es capaz de atrapar una capa
de otra tinta que se imprime en segundo lugar. Para minimizar la
influencia del trapping, hay que imprimir una secuencia de tintas
en orden decreciente de tiro.
1.6.2. COMPOSICIÓN DE LA TINTA.-
Los componentes de la tinta pueden diferir en sus componentes de
fabricación; a continuación presentamos los componentes más
comunes:
Pigmentos: Se trata de partículas sólidas mencionadas en la
definición, insolubles en el vehículo en el cual se encuentran en
suspensión. Otorgan a la pintura el poder cubriente, el color, el
brillo y son uno de los responsables de la duración de la película,
ya que al absorber parte de la luz, impiden que ésta se deteriore.
En algunos casos poseen otras propiedades especiales como, por
ejemplo, los pigmentos anticorrosivos.
Cargas: Son componentes que, si bien no intervienen en forma
importante en otorgar a la pintura su color y poder cubriente,
sirven, específicamente, para brindar otra variedad de propiedades
especiales como ser: porosidad, estructura adecuada para evitar la
sedimentación, pintabilidad, facilidad de lijado, además de
intervenir como destacado factor en el brillo del acabado.
20
Vehículo: Denominado también polímero resina, es el medio fluido
en el que, como dijimos, se encuentran dispersas las partículas de
pigmentos. Es el responsable de la formación de la película, así
como de las propiedades de la misma.
Solvente: Se trata de un líquido volátil cuyas principales funciones
son las de solubilizar el vehículo, conferir al conjunto la viscosidad
adecuada para la aplicación y contribuir a su nivelación y secado,
pero no interviene en la película una vez seca ya que un buen
solvente no debe quedar retenido en la misma.
Aditivos: Estos comprenden una variada gama de sustancias que
actúan como importantes auxiliares mejorando las propiedades
generales antiespumantes, regulación del secado, etc.
Auxocromo: son grupos cargados positivamente que intensifican
una sustancia o cromóforo en la síntesis de colorantes.
Cromóforo: es la parte o conjunto de átomos de una molécula
responsable de su color. También se puede definir como una
sustancia que tiene muchos electrones capaces de absorber
energía o luz visible, y excitarse para así emitir diversos colores,
dependiendo de las longitudes de onda de la energía emitida por el
cambio de nivel energético de los electrones. [13]
1.6.3. TIPOS DE TINTA.-
Una tinta es una mezcla homogénea de materia colorante, resinas,
disolventes y algunos aditivos cuya finalidad es reproducir una
imagen sobre un soporte mediante un proceso de impresión.
La composición en cantidad y variedad de los componentes será
función del tipo de tinta y del sustrato donde se va a llevar a cabo la
impresión. Habrá que tener en cuenta las propiedades de tinta y
sustrato. Los ingredientes utilizados en la fabricación de las tintas de
imprentas, se pueden dividir en tres grupos principales:
Fase continua: barnices.
Fase dispersa: pigmentos. [14]
21
1.7. IMPRESIÓN DE PAPEL.-
Existen 2 tipos definidos de impresión de papel que son:
A. Impresora de inyección:
Funcionan pulverizando tinta sobre el papel, tienen un cabezal de
impresión con muchas diminutas boquillas que esparcen la tinta
sobre el papel.
Para ello, utilizan dos cartuchos que contienen el líquido, uno para la
tinta negra, y otro para la tinta de color, formada por los colores
primarios, cian, magenta y amarillo. Como media, una impresora de
inyección de tinta puede imprimir unas 100 copias antes de que sea
necesario recargar o cambiar alguno de sus cartuchos
B. Impresora offset:
La impresión offset (a menudo castellanizado como 'ófset',
proveniente del inglés offset: indirecto) es un método de reproducción
de documentos e imágenes sobre papel o materiales similares, que
consiste en aplicar una tinta, generalmente oleosa, sobre una plancha
metálica, compuesta generalmente de una aleación de aluminio.
Constituye un proceso similar al de la litografía.
La plancha se moja con agua que repela la tinta en las zonas de no
imagen (zona hidrófila), para que el resto de la plancha tome la tinta
en las zonas donde hay un compuesto hidrófobo o apolar con la forma
del motivo a imprimir previamente grabado en la plancha, sea por
métodos manuales o por fotograbado; la diferencia con la litografía
tradicional es que la imagen o el texto se trasfieren a la superficie a
imprimir no de forma directa, sino a través un cilindro cubierto en su
superficie por un material flexible (mantilla), generalmente caucho o
silicona, que recibe la imagen para transferirla, por presión, a la
superficie impresa, generalmente papel.
C. Impresora láser:
El funcionamiento de una impresora láser es parecido al de una
fotocopiadora. Una forma sencilla de explicar es: el aparato contiene
22
un tóner con tinta, no cartuchos; esta tinta está formada por
pigmentos que han sido triturados y convertidos en polvo, un poco
aceitoso.
El proceso de impresión consiste en que un láser graba en un cilindro
fotosensible el contenido que debe copiar mediante una carga
electroestática. Este cilindro pasa por el depósito del tóner, los
pigmentos se le pegan, y cuando el papel llega y entra en contacto
con el cilindro, el polvo le “cae” como si fuera una lluvia de tinta. Un
rodillo con calor fija definitivamente la tinta al papel. [15]
1.8. DESTINTADO DEL PAPEL.-
1.8.1. PROCESOS DE DESTINTADO.-
El destintado es el proceso de remoción de contaminantes (tinta
impresa materiales determinación aplicados), de la fibra de celulosa
reutilizable del papel. Básicamente, se puede dividir el proceso en
dos grandes etapas: la desintegración del papel impreso, en la cual
se produce el desprendimiento de la tinta y otros contaminantes, y la
separación de los mismos de la suspensión fibrosa. Las principales
etapas a considerar son:
A. Pulpeado:
Esta etapa es de vital importancia en todo el proceso, y las
condiciones que en ella se establezcan influirán directamente sobre la
efectividad de todo el sistema. La separación de la tinta en este
proceso se ve afectada por tres aspectos energéticos: uno mecánico
(agitación), uno térmico (temperatura) y uno químico. La función del
pulper en la operación del destintado es el de desfibrar el papel y
desprender las partículas de tinta desde las fibras. El objetivo de esta
etapa es romper los enlaces fibra-fibra, por medio de la energía
mecánica (agitación fuerte); química, utilizando reactivos que
producen un hinchamiento de las fibras, y térmica que facilita la
separación de la tinta. Aunque no se ha logrado determinar de
manera precisa los tipos de enlaces que existen entre la tinta y la
23
superficie de la fibra, se sabe que están influenciados por muchas
variables como: tipo de papel, relación entre la cantidad de tinta y tipo
de impresión utilizado, edad del papel impreso y las condiciones
ambientales a las que ha sido expuesto antes de llegar al proceso de
destintado. Un resumen de los mecanismos involucrados en el
proceso de desfibrado son:
Dispersión mecánica de conglomerados de fibras y partículas de
tinta.
Hinchamiento de las fibras de celulosa bajo la acción alcalina
produciendo deformaciones.
Humectación de la interface fibra-tinta por penetración del
surfactante
Emulsificación de las resinas y aceites saponificables que puedan
contener las partículas de tinta y como resultado su
desintegración en partículas finas.
Despegue del contacto fibra-tinta por combinación del efecto
surfactante que debilita la adhesión y de la energía mecánica que
provee el arrastre. La mayor parte de los reactivos químicos
utilizados en el proceso de flotación son agregados en la etapa de
desfibrado, algunos para ayudar a separar la tinta de las fibras, otros,
para mantener las condiciones de operación, como pH y
concentración de iones metálicos. Entre las variables involucradas en
esta etapa se destacan las siguientes: tiempo y consistencia de
pulpeo, concentración de reactivos, pH y temperatura.
B. Curado:
En algunos sistemas se incorpora esta etapa, en la cual se
proporciona un tiempo adicional de acción de los reactivos químicos
sobre la pasta obtenida en el pulpeado. La temperatura y el tiempo
de curado son variables que pueden afectar el resultado obtenido,
además de la concentración de los reactivos agregados en el pulper.
24
C. Tamizado y Limpieza Centrífuga:
La limpieza por medios mecánicos de la pasta se realiza en una
variedad de equipos diseñados específicamente para remover los
distintos tipos de contaminantes que pueden estar presentes. De
acuerdo al mecanismo que opera en la separación se pueden dividir
entre aquellos que separan por diferencias de tamaño y los que
separan por diferencia de densidad. Entre los primeros se encuentran
los tamices, ya sean de agujeros o ranuras, presurizados o no, de
alta o baja consistencia, etc. En el segundo grupo están los
limpiadores centrífugos o hidrociclones, de los cuales existe gran
variedad de diseños. Por ejemplo limpiadores para eliminar
contaminantes más livianos que la pasta o para contaminantes más
pesados.
D. Remoción de Tinta:
La remoción de tinta se da por dos métodos, la flotación y el lavado.
La diferencia en estos dos procesos está dada básicamente en la
forma que arrastran las partículas de tinta, la flotación se basa en el
carácter hidrofóbico de las partículas de tinta, mientras que el lavado
se basa en el carácter hidrofilico adquirido a partir de los surfactantes
vertidos en el proceso.
E. Flotación:
Este método de destintado se basa en la flotación selectiva de las
partículas de tinta, como consecuencia de la diferencia entre sus
propiedades físicas y fisicoquímicas de superficie y las
correspondientes a las fibras de celulosa.
Actualmente esta tecnología es considerada un componente esencial
de cualquier nueva planta de destintado. El proceso se lleva a cabo
en celdas de flotación, en las cuales las partículas de tinta
saponificadas y emulsionadas son arrastradas hacia la superficie por
burbujas que se forma a partir de una corriente de aire inyectada en
su parte inferior. Para lograr la flotación selectiva de las partículas de
25
tinta del resto de la suspensión, es necesaria la acción de un colector.
Este agente químico, agregado en la etapa de pulpeado o previo a la
etapa de flotación, ayuda a la aglomeración de las partículas de tinta
y modifica las características de la superficie de las mismas
haciéndolas hidrofóbicas. De esta forma, las partículas aumentan su
afinidad por las burbujas de aire y se adhieren a las mismas,
lográndose un agregado de menor densidad que asciende y forma
una capa de espuma sobre la superficie de la celda. Esta nueva fase
debe tener la estabilidad necesaria para evitar que las partículas de
tinta vuelvan a incorporarse a la suspensión de pasta. El proceso se
completa con la evacuación de la celda de dicha espuma y posterior
tratamiento para su disposición final, recuperación de agua y de
fibras que representarían pérdidas del proceso.
Para que la flotación suceda con éxito se debe cumplir:
Primero, las partículas deben colisionar con las burbujas de aire.
Esta etapa es gobernada por fuerzas hidrodinámicas, de tal
forma que la probabilidad de que las partículas pequeñas
colisionen con las burbujas de aire es pequeña (la colisión
burbuja-partícula es una etapa importante que determina la
velocidad). Las partículas menores a 4 nm tienden a seguir la
línea de corriente alrededor de las burbujas en vez de colisionar
con ellas.
A continuación, la colisión debe conducir a una ruptura de la
delgada película liquida entre la superficie de la partícula y el aire
en la burbuja. Para que esto suceda la partícula y la burbuja no
se deben repeler debido a las fuerzas coloidales.
Este método es efectivo en la remoción de partículas de tinta
cuyo tamaño se encuentra en el rango de 210 nm-500 nm. Entre
las variables involucradas en esta etapa se destacan las
siguientes: consistencia de la suspensión fibrosa, tiempo de
26
flotación, rpm (aireación), concentración de colector, pH,
temperatura, presión y número de etapas de flotación.
F. Lavado:
Esta técnica de destintado se basa esencialmente en la diferencia
de tamaño existente entre las partículas de tinta y las fibras de
celulosa. Se agregan surfactantes para hacer a las partículas de tinta
hidrofílicas y se hace pasar la suspensión a través de tamices de
dimensión de malla apropiada, que permiten el paso de las partículas
de tinta y retienen las fibras. Este método es más efectivo en la
remoción de partículas de tinta cuyo tamaño es menor que 15 nm. La
mayoría de los sistemas de lavado comerciales se basan en el flujo
de agua a contracorriente para minimizar el consumo de agua e
incrementar el rendimiento en fibras. La separación fibra-partículas
de tinta no es total, puesto que, en la práctica, el manto fibroso
formado actúa como un filtro, reteniéndolas parcialmente
(dependiendo de su tamaño, dispositivo de lavado y consistencia de
descarga) y reduciendo la eficacia de la eliminación. Por otra parte,
fenómenos físico-químicos crean ciertas adhesiones (redeposición)
fibras-tinta cargas que, sumándose a una individualización no
necesariamente completa después de la desintegración inicial en el
pulper, impiden la eliminación teórica. Los sistemas de lavado por si
solo serán efectivos para el destintado en sus comienzos, cuando
existían pocos tipos de tintas (de formulación menos compleja),
recubrimientos y adhesivos diferentes. Actualmente, los sistemas de
lavado son considerados una parte esencial de las plantas de
destintado, pero por si mismos son insuficientes para manejar la
variedad de desechos de papel existentes. El lavado exige un gran
consumo de agua (hasta100 m3/ton en el caso de la técnica a baja
consistencia) y, en consecuencia, proporciona un efluente
considerable y muy cargado. La desventaja del lavado es que los
rendimientos en pasta son muy bajos, del orden del 70 % al 85 %;
27
sus ventajas son la estabilidad del funcionamiento y el poder eliminar,
si fuera necesario, una parte importante de cargas minerales.
Las plantas modernas de destintado emplean flotación y lavado
combinados. En algunas se realiza el lavado antes de la flotación, y
en otras a la inversa. Dado que la química del lavado requiere hacer
a las partículas de tinta hidrofílicas y la química de la flotación hacer
las hidrofóbicas, se debe balancear cuidadosamente la transición
entre un sistema y el otro.
Los sistemas de lavado procuran reducir el tamaño de las partículas
de tinta, maximizando así el tamaño diferencial entre tinta y fibras. La
dispersión debida a la cizalla dura durante el pasteado, despastillado
y bombeo puede ser beneficiosa, especialmente con impresiones
duras en composiciones estucadas; sin embargo, la consecución de
una dispersión suficientemente fina para lograr un lavado efectivo
con composiciones comunes (papel prensa, revistas, etc.) es función,
principalmente, de una correcta elección de los productos químicos y
temperatura en el pulper. La dureza del agua se debe mantener en
niveles bajos para hacer un lavado eficiente.
Entre las variables involucradas en esta etapa se destacan las
siguientes: concentración de dispersante, tamaño de tamiz, número
de lavados y pH.
G. Dispersión:
En algunos casos la calidad requerida para el producto final no es
alcanzada con las etapas ya descritas, especialmente en relación con
las pintas de tinta visibles. Por lo tanto, se hace necesario incorporar
una etapa que permita su reducción hasta niveles aceptables. Con
este objetivo, se ha desarrollado un proceso consistente en la
reducción del tamaño de las pintas por medio de esfuerzos de cizalla
mecánicos a alta temperatura hasta hacerlas imperceptibles para el
ojo humano. Los equipos utilizados son similares a los refinadores
utilizados para la pasta, donde por medio de discos se somete a la
28
misma a tales esfuerzos. Existen diversos diseños, distinguiéndose
entre aquellos que trabajan a alta consistencia (aprox. 30 %) y los
que lo hacen a consistencias medias. Los primeros presentan la
ventaja de requerir un menor consumo de vapor, medio por el cual
se logra el calentamiento, dado que el volumen tratado es mucho
menor. Por otra parte se puede combinar fácilmente con una etapa
posterior de blanqueo también de alta consistencia. Dado que la tinta
no es separada de la pasta por este mecanismo, si bien se logra
eliminar o reducir la cantidad de pintas visibles, se reduce también el
grado de blanco, lo cual puede no ser aceptable dependiendo
nuevamente de la calidad de producto requerido. En ese caso, una
solución utilizada últimamente es agregar una flotación posterior para
eliminar las partículas de tinta resultantes que ahora tienen un
tamaño conveniente. Finalmente, como otra alternativa, es posible
contrarrestar la disminución de grado de blanco resultante de la
dispersión mediante un blanqueo final de la pasta.
H. Blanqueo:
Así como la pulpa virgen es blanqueada como etapa final para su
utilización en productos que así lo requieran, la pulpa destintada
puede ser sometida al mismo tratamiento. Sin embargo, esta última
presenta la ventaja de ya haber sido blanqueada por lo menos una
vez, partiendo de la base de que se está utilizando la materia prima
adecuada para los fines propuestos.
Por lo tanto, el consumo de reactivos químicos es normalmente
menor que para la pulpa virgen. El proceso de blanqueo se realiza
en torres, operadas tanto a corriente como a contra-corriente. [3]
1.8.2. TIPOS DE DESTINTADO.-
A. METODO QUIMICO.-
Neutro.- En la actualidad este tipo de destintado no es utilizado
con frecuencia, pero debido al grado de economía que arroja el
uso de tintas flexográficas y su problema de destintabilidad
29
mediante el método convencional o alcalino ha sido necesario
estudiar este tipo de destintado. Aunque el proceso es
equivalente al tradicional sus principales variaciones se pueden
apreciar en los tipos de reactivos utilizados y condiciones de
operación.
Las principales ventajas de utilizar este método para destintar papeles
impresos con tintas flexográficas son:
Poca dispersión de las tintas. El tamaño de partícula obtenido
después del pulpeo es aproximadamente 1,3 µm, mientras que
para este tipo de tintas en una etapa alcalina se obtienen diámetros
muchos menores a 1,3 µm. Esta situación se ve reflejada en la
blancura final de la pulpa luego de seguir un proceso de destintado
en serie neutro-alcalino.
Menores demandas de reactivos aniónicos o catiónicos para
ayudar a la liberación de la tinta del papel en la etapa de pulpeo.
Mientras para la etapa alcalina son necesarios 30 meq/kg, en la
etapa neutra se necesita 1 meq/kg, para obtener los mismos o
mejores resultados.
Existe poca redeposición de la tinta sobre la fibra. Las resinas
ácidas presentes en la tinta son neutralizadas y precipitadas en
forma de grandes partículas de tinta para ser flotadas
posteriormente.
Alcalino.- Este tradicional tipo de destintado permite la eliminación
de tintas Offset. En condiciones alcalinas, es necesario mantener el
pH del medio próximo a 11, de esta forma se favorece la
destrucción del papel y los posibles contaminantes como agentes
de encolado y ligantes mientras que los pigmentos de la tinta y
componentes del vehículo se dispersan y se saponifican en
algunos casos. Los productos químicos esenciales utilizados son
los agentes alcalinos y tensoactivos.
30
Como agente alcalino se usa básicamente hidróxido de sodio (NaOH),
aunque en algunos casos es posible combinarlo con carbonato sódico
(Na2CO3), ya que el proceso así es menos severo, se produce una
menor degradación de la fibra y un menor amarillamiento de la pulpa;
el NaOH, promueve la separación de tinta de la pulpa, pero reduce la
fragmentación de la tinta en partículas más pequeñas.
Para este tipo de destintado es necesario utilizar silicato de sodio
como agente quelante y particularmente cuando se usa peróxido de
hidrógeno (H2O2) para evitar el amarillamiento de la pulpa por acción
del grupo álcali. El peróxido de hidrógeno se utiliza como agente
blanqueante pero no afecta la separación de la tinta, además cataliza
algunas reacciones hidrolíticas que permiten la dispersión de las
tintas. Se considera que la relación entre el hidróxido de sodio y el
peróxido de hidrógeno son determinantes en la obtención de alta
blancura. Para el destintado de tintas offset a concentraciones del 1 %
de NaOH y 1 % de H2O2, temperatura de 40 °C, consistencia de
pulpeo de 8 % y un tiempo de pulpeo de 25 min, se obtienen
condiciones de blancura satisfactorias.
En este tipo de destintado son importantes tres tipos de tensoactivos:
Detergentes (humectantes-penetrantes) para eliminar las tintas de
las fibras.
Dispersantes para mantener las partículas de tinta dispersas e
impedir su redeposición sobre las fibras.
Agentes Espumantes para reducir la tensión superficial del agua,
expandir la superficie líquida y promover la formación de espuma
(colectores). En el proceso de flotación los agentes químicos claves
son los espumantes y los colectores. Como espumante se utilizan
tradicionalmente jabones y como colectores se utilizan agentes
tensoactivos sintéticos de tipo no iónico los cuales pueden
estropear la flotación si se utilizan en concentraciones elevadas ya
que actúan como dispersantes.
31
Específicamente el proceso de flotación que ocurre en medio alcalino
se sintetiza de la siguiente manera: las partículas de tinta adquieren
un potencial zeta negativo, incluso sin la adición de jabón, debido a
la presencia de ácidos orgánicos en su formulación, cuando se
adiciona el surfactante, éste se absorbe por su parte hidrofóbica
sobre la partícula de tinta, mostrando su parte hidrofílica hacia el
agua. Como resultado de esto, las partículas de tinta presentan en su
parte externa, una capa hidrofílica que favorece la separación de la
fibra. Una vez separadas de las fibras, las partículas de tinta se
mantienen dispersas, debido a su estabilización electrostática en el
medio alcalino que a su vez impide su unión a las burbujas de aire
presentes. Mediante la acción del ión calcio, la tinta se une a las
burbujas, éste ión precipita el jabón disminuyendo el potencial zeta y
le comunica a las partículas las propiedades superficiales
hidrofóbicas del jabón cálcico, presentando una fuerte tendencia a
adherirse a las burbujas. Como los iones calcio reducen la carga
existente sobre las partículas, la repulsión entre ellas disminuye y se
forman pequeños agregados que tienen mejor flotabilidad y más
probabilidad de chocar con las burbujas de aire.
En la actualidad el proceso de destintado combina métodos con dos
etapas de flotación, algunas industrias consideran conveniente
utilizar dos etapas alcalinas o en algunos casos dos etapas neutras;
pero los resultados más satisfactorios se presentan cuando se
utilizan inicialmente una etapa de pulpeo y flotación en condiciones
neutras y una segunda etapa de pulpeo (ayudado por el blanqueo del
peróxido de hidrógeno) y flotación en condiciones alcalinas.
B. METODO ENZIMATICO.-
El destintado enzimático es el proceso que se efectúa utilizando
enzimas, las cuales pueden atacar el papel o en algunos casos las
partículas de tinta dependiendo de su función.
32
Para el destintado enzimático, las más comunes son las celulasas,
las cuales degradan la celulosa liberando las partículas de tinta que
están aferradas al papel, y posteriormente puedan ser removidas,
dando como resultado un papel con cantidades menores de tinta.
Estas enzimas pueden ser ayudadas en algunos casos por los
surfactantes.
Enzimas: Las enzimas son proteínas que actúan como
catalizadores enormemente efectivos en los procesos biológicos,
es decir actúan disminuyendo la energía de activación haciendo
que las reacciones se hagan más rápido; actúan en cantidades
pequeñísimas y permanecen inalteradas al final de la reacción.
Muchas enzimas son proteidos, y constan de una fracción proteica
o apoenzima y un grupo prostético o coenzima; la sustancia sobre
la que actúa la enzima se llama sustrato. La enzima actúa
formando un complejo con el sustrato; la parte de la proteína que
se une a este es el centro activo; en la mayoría de los casos la
acción de la enzima depende de la coenzima, y la especificidad
para el sustrato, de la apoenzima. Por lo general las enzimas son
altamente específicas y catalizan la reacción en una sola dirección
de las varias posibles. Las coenzimas suelen ser comunes a
varias enzimas y no actúan propiamente como catalizadores, pues
se transforman al final de la reacción y es necesaria la acción de
una nueva enzima para restituirlas a su forma original. La acción
de las enzimas, a causa de su naturaleza proteica depende de la
conservación de su estructura terciaria, pues la desnaturalización
suprime sus propiedades Biológicas.
Su actividad está estrechamente relacionada con el pH: solo
pueden actuar entre unos límites de éste, y lo hacen con máxima
eficacia a un valor determinado o pH óptimo, las enzimas son
inhibidas por algunas sustancias, que generalmente bloquean el
33
sustrato (inhibición competitiva). Las enzimas se forman en el
ergatoplasma de las células, y la ordenación específica de sus
aminoácidos depende de la “información” contenida en el ácido
ribunocleico “mensajero” fijado en los ribosomas; esta información
depende en el último término de la contenida en el ácido
desoxiribonucleico del material hereditario.
Enzimas usadas en el destintado enzimático:
Las enzimas más usadas en el destintado incluyen a las
lipasas, estearasas, pectinasas, hemicelulasas, celulasas y
enzimas lignolíticas. La mayoría de la literatura sobre destintado
se ha desarrollado con celulasas y hemicelulasas.
Los ataques enzimáticos son de dos tipos uno a la tinta, y otro a
la superficie de la fibra. Las lipasas y las estearasas pueden
degradar las tintas basadas en aceites vegetales. Las
pectinasas, hemicelulasas, celulasas y enzimas lignolíticas
alteran la superficie de la fibra. Los investigadores Coreanos
resaltan que las enzimas hidrolizan parcialmente y
depolimerizan la celulosa entre las fibras, liberándose unas de
otras.
Las partículas de tinta son desalojadas de las fibras en el
pulpeo. Algunos investigadores creen que los tratamientos
enzimáticos debilitan los enlaces, probablemente por el
incremento de la fibrilación o la remoción de las capas
superficiales de las fibras individuales. Woodward sugiere que
la hidrólisis catalítica puede no ser esencial, desde que las
enzimas puedan remover la tinta bajo condiciones no óptimas.
Solo la enzima rodea la fibra y rompe la superficie logrando así
la liberación de la tinta.
Los efectos enzimáticos pueden ser indirectos, removiendo
microfibrilos y finos, con lo cual se aumenta la liberación de tinta
34
facilitando el lavado. El contenido de finos, sin embargo, no
siempre se reduce durante el destintado enzimático. Welty
Dinus asegura que se manejan nueve mecanismos para el
destintado enzimático, sin embargo, la importancia relativa de
cada mecanismo podría ser dependiente del sustrato de la fibra,
composición de la tinta y de mezcla de enzima. [3]
1.8.3. BLANQUEO, PROCESO Y METODOS DE BLANQUEO.-
1.8.3.1. BLANQUEO.-
El blanqueo de la pulpa de papel es llevado a cabo en varios ciclos.
En las fábricas modernas, el blanqueo comienza con la
deslignificación con oxígeno, para reducir el consumo de
blanqueadores químicos más costosos y disminuir la carga de
efluentes de la planta de blanqueo.
El objetivo de blanquear la pasta de papel es retirar la lignina,
sustancia resinosa que se adhiere a las capas de celulosa, puesto
que su presencia tiende a hacer que el papel sea débil, menos
brillante y envejezca antes. Se han venido utilizando casi de forma
generalizada compuestos de cloro (gas de cloro, dióxido de cloro o
hipoclorito) para desempeñar esta labor (además de las ventajas
económicas que suponía aprovechar el cloro obtenido de la
electrólisis de la sal común) puesto que separa eficazmente la lignina
dejando las fibras de celulosa prácticamente intactas.
No obstante, la utilización de derivados del cloro presenta un
problema medioambiental y de salud, puesto que al ser sustancias
muy reactivas, un porcentaje del cloro que se utiliza reacciona con las
moléculas orgánicas contenidas en la madera generando compuestos
organoclorados de alta toxicidad, que terminan en los vertidos
residuales de la papelera.
Respondiendo a la demanda del mercado de papel, a la creciente
sensibilización medioambiental o por imposiciones legales, un
importante número de empresas en todo el mundo (más de 60
35
industrias) han sustituido total o parcialmente sus procesos por
sistemas libres de cloro.
1.8.3.2. PROCESO DE BLANQUEO.-
En un proceso químico típico de kraft (proceso más comúnmente
utilizado a nivel mundial), la madera sin corteza y troceada se
introduce al digestor, donde se cuece con sosa cáustica, sulfato
sódico y carbonato cálcico, a 200 °C y alta presión para reducir los
trozos a una pulpa. Después de la cocción, se separan los gases
sulfúricos para ser tratados (generalmente son incinerados), y el resto
de la mezcla es filtrada por diferentes mecanismos para retirar los
trozos que no se han degradado durante la cocción. La pulpa es
enjuagada con agua para arrastrar los líquidos de cocción y recuperar
los compuestos químicos utilizados. La pasta es filtrada y espesada al
quitarle agua.
Después es conducida a la unidad de blanqueo, cuyo objetivo es
aumentar el brillo y la resistencia de la pulpa. Esto se consigue
retirando al máximo la lignina y abrillantando las fibras. El proceso
consiste en fases de blanqueo alternadas con fases de lavado con
sosa cáustica que tiene cualidades de extracción. Entre las diferentes
fases la pulpa es lavada para retirar la lignina.
Tradicionalmente se utiliza gas cloro, por su eficacia en separar la
lignina selectivamente conservando las fibras de celulosa
prácticamente intactas. No obstante, su elevada reactividad favorece
la generación de miles de compuestos organoclorados al reaccionar
con estructuras de carbono presentes en la madera.
Aproximadamente el 10 % del cloro se convierte en compuestos
organoclorados adsorbibles (el 0,5 % se queda en la pasta y el 90 %
se transforma en iones de cloruro).
Otros compuestos que han sustituido al cloro han sido dióxido de
cloro e hipoclorito sódico, pero que no eliminan el problema de los
compuestos organoclorados.
36
1.8.3.3. METODOS DE BLANQUEO.-
El proceso de blanqueo en la fabricación de papel está ligado
directamente a la eliminación de la lignina por que estas se oxidan y
dan coloraciones oscuras al oxidarse.
Los agentes blanqueantes son:
Hiposulfito de sodio o calcio.
Hipoclorito de calcio
Gas cloro
Peróxido de sodio
Agua oxigenada
Ozono
Para evitar la contaminación se realiza con los dos últimos.
El papel reciclado ya no tiene lignina esta ha sido retirada en la
producción.
Las fibras del papel reciclado han sido disminuidas por el proceso de
destintado por lo tanto la pasta blanca obtenida no se utiliza para
papeles de alta calidad solo se puede utilizar para papeles de uso
comercial.
Blanquear la pasta destintada con peróxido o hidrosulfito de sodio no
es un proceso que se utilice para papel prensa estándar. Este proceso
se utiliza principalmente en el blanqueo de pasta con un alto grado de
brillo con el fin de obtener calidades mejoradas de papel.
• El blanqueo de pequeñas cantidades de papel producido para
imprimir por chorro de tinta mezclado con otros, es un paso
necesario para el proceso de destintado de papel prensa
existente. Esto redundaría en costos adicionales y un aumento del
impacto medioambiental debido a la adición de químicos
• El resultado de las etapas adicionales de proceso como el
blanqueo, debería llevarnos a conseguir objetivos más altos,
como el destintado SCORECARD ERPC. Los requisitos de
37
calidad de otras calidades de papel distintas al papel prensa
estándar no pueden obtenerse en las Fábricas de papel.
Alternativas a los métodos de blanqueo:
- Oxigenación. Este es un proceso de aplicación previo al blanqueo
para reducir significativamente la lignina.
- Ozono. El ozono es un agente blanqueador eficaz, pero no muy
estable, al tender a degradarse a oxígeno. Este sistema se basa en
un circuito cerrado para recuperar el oxígeno y regenerar ozono.
- Peróxido. El peróxido de hidrógeno sirve únicamente para
incrementar el brillo de la pulpa, y no para separar la lignina
adicional. Esto representa un beneficio al mejorar la calidad de la
pulpa y reducir los costes del blanqueo.
- Enzimas. Se están investigando diferentes enzimas que ayudan a
la descomposición de la madera. Las xilanasas tienden a degradar
los enlaces químicos que unen la lignina a la madera.
Una de las opciones más atractivas desde el punto de vista
tecnológico, y parece ser la más comercializada, es la combinación de
una fase previa de deslignificación con oxígeno seguida de diferentes
fases de blanqueo con peróxido de hidrógeno y ozono. [20]
1.9. EL PROCESO ELECTROQUÍMICO.-
La electroquímica estudia los cambios químicos que producen una
corriente eléctrica y la generación de electricidad mediante reacciones
químicas. Es por ello, que el campo de la electroquímica ha sido
dividido en dos grandes secciones. La primera de ellas es la
electrólisis, la cual se refiere a las reacciones químicas que se
producen por acción de una corriente eléctrica.
Un resumen de las reacciones químicas que ocurren en un proceso
electroquímico se muestra en la Figura 1.1:
38
Figura 1.1 Reacciones Químicas,
Fuente: Tesis BAUTISTA S, Luciano
1.9.1. CELDAS ELECTROLÍTICAS.-
Son aquellas en las cuales la energía eléctrica que procede de una
fuente externa provoca reacciones químicas no espontáneas
generando un proceso denominado electrólisis. Las celdas
electrolíticas constan de un recipiente para el material de reacción,
dos electrodos sumergidos dentro de dicho material y conectados a
una fuente de corriente directa como se muestra en la Figura 1.2. [4]
Figura N° 1.2 Celda electrolítica
Fuente: Tesis BAUTISTA S, Luciano
REACCIONES QUIMICAS
GALVANICAS ELECTROQUIMICAS
CELDAS
PRODUCEN ENERGIA
CONSUMEN ENERGIA
PROCESOS REDOX
39
1.9.2. CELDAS VOLTAICAS O GALVÁNICAS.-
Son celdas electroquímicas en las cuales las reacciones
espontáneas de óxido-reducción producen energía eléctrica. Las dos
mitades de las reacciones de óxido-reducción, se encuentran
separadas, por lo que la transferencia de electrones debe efectuarse
a través de un circuito externo.
En todas las reacciones electroquímicas hay transferencia de
electrones y por tanto, son reacciones de óxido reducción (redox)
soluciones electrolíticas, observándose en la Figura 1.3 el
movimiento de los iones. [4]
Figura 1.3 Celda electrolítica – movimiento de iones
Fuente: Tesis BAUTISTA S, Luciano
1.9.3. CELDA ELECTROQUÍMICA.-
Todas las reacciones electroquímicas comprenden la transferencia
de electrones, son reacciones de óxido-reducción. Las superficies de
oxidación y reducción se llaman electrodos y están constituidos
físicamente, por un ánodo y un cátodo respectivamente.
Una celda electroquímica es un dispositivo para generar energía
eléctrica a partir de una reacción redox espontanea, cuya imagen se
detalla en la Figura 1.4. [4].
40
Figura 1.4 Celda electroquímica – fuente de voltaje
Fuente: Tesis BAUTISTA S, Luciano
1.9.4. PROCESO DE TRATAMIENTO ELECTROQUÍMICO.-
Es una tecnología basada en la degradación oxidativa de compuestos
químicos a través de reacciones anódicas. Las reacciones anódicas
se utilizan normalmente para generar de forma artificial una película
protectora de óxido en el ánodo. Se caracterizan por el
desprendimiento de hidrógeno en el cátodo, el cual es inatacable y la
inexistencia de desprendimiento alguno en el ánodo, lo que implica la
formación de la película.
La naturaleza del electrolito presente en la disolución, que confiere a
ésta carácter conductor, con gran importancia sobre los fenómenos
que se desarrollan en la superficie anódica. Se pueden señalar dos
tipos de reacciones anódicas en función del electrolito presente en la
disolución.
Electrolito que no tiene acción disolvente sobre la capa de óxido: en
este caso se forma una película muy adherente y no conductora. El
crecimiento de la película se realiza hasta que su resistencia eléctrica
es tan elevada que impide la circulación de la corriente hacia el
ánodo. Se forma entonces una capa llamada capa barrera electrolito
41
que tiene una acción disolvente sobre la capa de óxido: si el metal
mismo es disuelto y si los productos de reacción son solubles en
electrolito, no se forma capa de óxido.
En general se puede decir que la oxidación electroquímica
(depuración electroquímica) se produce mediante reacciones
anódicas en las que el oxígeno es transferido desde el disolvente a
los productos que deben oxidarse.
(1.1)
Al aplicar una intensidad de corriente determinada, el agua se oxida a
O2, obteniéndose como intermedio de reacción radicales OH,
radicales reactivos que atacan al componente orgánico a destruir y
que se generan directamente en la superficie del ánodo, quedando
adsorbido en él.
(1.2)
(1.3)
1.9.4.1. Variables Electroquímicas.-
A continuación se nombra las variables electroquímicas, variables
que pueden suceder en un cambio de acuerdo a los intereses que se
busque obtener. Las variables electroquímicas son:
A. Electrodos.-
Los electrodos son superficies en las cuales tienen lugar las semi-
reacciones de oxidación o de reducción, y puede no participar en las
reacciones. Los electrodos que no reaccionan reciben el nombre de
electrodos inerte y su contraparte recibe el nombre de electrodos
activos. Sin importar el tipo de celda, electrolítica o voltaica, los
electrodos se identifican de la manera siguiente:
42
Cátodo: Es el sitio donde sucede la reducción, donde la especie
electroactiva gana electrones.
Ánodo: Superficie donde ocurre la oxidación, donde la especie
electroactiva pierde electrones. [4]
Electrodos de grafito.-
El comportamiento cinético del par Cl2/Cl en electrodos de grafito fue
investigado por Krishtalik, quien consideró primeramente el proceso
anódico. Los autores examinaron la influencia del pH en el sobre
potencial de evolución del cloro (ha) y encontraron que al variar la
concentración del NaCl permanecía constante, excepto que conforme
se acercaban a un valor determinado de pH, denominado por ellos
como umbral, el valor del sobrepotencial (ha) se disparaba
abruptamente. Ellos explicaron que esto se debía principalmente a la
adsorción de oxígeno que se formaba en el ánodo y que causaba que
la energía de adsorción del cloro atómico se incrementara y además
alteraba las condiciones de la doble capa.
En relación a la independencia del valor del sobrepotencial anódico
del pH, Krishtalik explicó que se debía a la formación de CO2 con el
oxígeno que se producía en el ánodo. Con respecto a los parámetros
cinéticos (a y jo) Krishtalik y Rotenberg encontraron que a bajas
densidades de corriente (j < 0,01 A/cm2) el valor de la pendiente de
Tafel es de 0,06 V/dec y para valores de j > 0,01 A/cm2 y que la
pendiente de Tafel es de 0,110 V/dec a 0,120 V/dec. Los autores
explicaron que la formación del cloro adsorbido ocurre como una
descarga lenta sin barrera y una descarga normal es j > 0.01 A/cm2
(a = 0,5).
Electrodos de platino.-
La cinética de oxidación del cloro es fuertemente dependiente del
intervalo de potencial del ánodo como lo muestran claramente Littauer
y Shreir, quienes citan que existe una relación lineal entre Log (j) y el
43
potencial eléctrico (Ea) para dos distintos intervalos de potencial, en
Ea < 1,6 V (ENH) y en Ea > 2 V (ENH).
Considerando los coeficientes de Tafel y las densidades de corriente
de intercambio, los mecanismos de reacción parecen cambiar
principalmente debido a la fuerte variación de la cantidad de oxígeno
adsorbido. De hecho, a potenciales Ea > 2 V (ENH), la reacción es
común que se lleve a cabo sobre una superficie completamente
oxidada, cuyas propiedades catalíticas son muy diferentes
comparándolas con las del metal. Además, los datos disponibles en la
literatura son para potenciales anódicos menores a 1,6 V. [16]
B. Potencial eléctrico.-
El potencial eléctrico de un punto en el espacio se define como el
trabajo realizado para traer la unidad de carga positiva desde el
infinito, donde el potencial eléctrico es cero, hasta el punto en
cuestión.
La corriente eléctrica fluye del ánodo al cátodo por la diferencia de
energía potencial que existe entre ambos. Este flujo de electricidad es
similar a la caída de agua en una cascada debido a la diferencia de
energía potencial de gravedad, o el fluir de un gas de una zona de
elevada presión a una de baja presión. La diferencia de potencial
eléctrico entre el ánodo y el cátodo se mide con un potenciómetro,
donde la lectura (volt) es el potencial electroquímico impuesto de la
celda. Este también tiene el término de fuerza electromotriz o Fem (E)
como también potencial de celda. [2]
C. Corriente Eléctrica.-
Lo que se conoce como corriente eléctrica no es otra cosa que la
circulación de cargas o electrones a través de un circuito eléctrico
cerrado, que se mueven siempre del polo negativo al polo positivo de
la fuente de suministro de fuerza electromotriz (FEM). En un circuito
eléctrico cerrado la corriente circula siempre del polo negativo al polo
44
positivo de la fuente de fuerza electromotriz, como se observa en la
Figura 1.5:
Figura 1.5 Circuito eléctrico
Fuente: CHANG, R. “Electroquímica”
1.9.4.2. Requisitos para que circule la corriente eléctrica.-
Para que una corriente eléctrica circule por un circuito es
necesario que se disponga de tres factores fundamentales:
A. Fuente de fuerza electromotriz (FEM).-
Como, por ejemplo, una batería, un generador o cualquier otro
dispositivo capaz de bombear o poner en movimiento las cargas
eléctricas negativas cuando se cierre el circuito eléctrico
B. Conductor.-
Un camino que permita a los electrones fluir, ininterrumpidamente,
desde el polo negativo de la fuente de suministro de energía eléctrica
hasta el polo positivo de la propia fuente.
C. Carga.-
Consumidor conectado al circuito que ofrezca resistencia al paso de
la corriente eléctrica. Se entiende como carga cualquier dispositivo
que para funcionar consuma energía eléctrica. [2]
45
1.9.5. EQUIPOS EN EL PROCESO DE DESTINTADO
ELECTROLITICO.-
1.9.5.1. CUBA ELECTROLITICA.-
A. Electrodos.-
Un electrodo es un conductor eléctrico utilizado para hacer contacto
con una parte no metálica de un circuito, por ejemplo un
semiconductor, un electrolito, el vacío (en una válvula termoiónica), un
gas (en una lámpara de neón), etc. La palabra fue acuñada por el
científico Michael Faraday y procede de las voces griegas elektron,
que significa ámbar y de la que proviene la palabra electricidad; y
hodos, que significa camino.
Un electrodo en una celda electroquímica. Se refiere a cualquiera de
los dos conceptos, sea ánodo o cátodo, que también fueron acuñados
por Faraday. El ánodo es definido como el electrodo en el cual
los electrones salen de la celda y ocurre la oxidación, y el cátodo es
definido como el electrodo en el cual los electrones entran a la celda y
ocurre la reducción. Cada electrodo puede convertirse en ánodo o
cátodo dependiendo del voltaje que se aplique a la celda. Un
electrodo bipolar es un electrodo que funciona como ánodo en una
celda y como cátodo en otra. [17]
B. Densidad de corriente.-
Se define como una magnitud vectorial que tiene unidades
de corriente eléctrica por unidad de superficie, es decir, intensidad por
unidad de área.
(1.4) Dónde:
I es la corriente eléctrica en amperios A
es la densidad de corriente en A/m2
S es la superficie de estudio en m²
46
C. Electroflotación.-
La electroflotación es uno de los variados procesos electroquímicos
en el tratamiento de diferentes soluciones, que cada vez están
adquiriendo mayor importancia por su versatilidad, reducido tamaño y
capacidad de automatización. La electroflotación es un interesante
proceso desarrollado para el tratamiento de suspensiones diluidas. En
él se generan electrolíticamente burbujas de gas en el interior de la
suspensión que se unen a las partículas sólidas provocando el
ascenso de las mismas a la superficie. Como las burbujas son muy
pequeñas, tienen una elevada superficie especifica siendo por tanto
muy eficaces para suspensiones de partículas finas. Este método ha
sido desarrollado para el tratamiento de efluentes industriales diluidos,
incluyendo suspensiones y coloides, sobre todo aquellos que
contienen pequeñas cantidades de materiales orgánicos. Permite
separar las suspensiones diluidas en una suspensión concentrada y
un líquido claro y, al mismo tiempo, permite la oxidación en el
electrodo positivo de materia orgánica no deseada.
El proceso de electroflotación es un proceso simple por el cual los
contaminantes flotan en la superficie del agua adsorbidos sobre las
pequeñas burbujas de hidrógeno y oxígeno generadas en el cátodo y
en el ánodo en el proceso de descomposición electrolítica del agua.
La eficiencia del proceso de flotación está determinada por el tamaño
de las burbujas generadas, son preferibles las burbujas pequeñas ya
que proporcionan una mayor superficie de contacto para la adsorción
de las partículas a eliminar. [2]
1.9.5.2. Mecanismo del proceso de Destintado Electrolítico
El proceso electrolítico consiste en hacer pasar una corriente eléctrica
a través de un electrolito, entre dos electrodos conductores
denominados ánodo y cátodo, donde los cambios ocurren en los
electrodos.
47
Cuando conectamos los electrodos con una fuente de energía
(generador de corriente directa), el electrodo que se une al polo
positivo del generador es el ánodo y el electrodo que se une al polo
negativo del generador es el cátodo.
Una reacción de electrólisis puede ser considerada como el conjunto
de dos medias reacciones, una oxidación anódica y una reducción
catódica.
Figura 1.6 Elementos que intervienen en un destintado electrolítico
Fuente: Tesis BAUTISTA S, Luciano
Los electrones del cátodo están en un estado de elevada energía
potencial. El ion sodio tiene carga positiva, esto significa que atrae
electrones y que un electrón de un átomo de sodio tendría una menor
energía potencial que un electrón del cátodo. Por lo tanto los
electrones del cátodo se desplazan hacia el catión, por diferencia de
energía potencial. En el cátodo los iones de sodio se convierten en
átomos de sodio por adición de un electrón. Este es un cambio
químico y puede representarse con la siguiente ecuación:
Nae
Na
0 (1.5)
Este cambio químico representa una ganancia de electrones, por lo
tanto el sodio se redujo y pasó a estado metálico, en consecuencia, el
cambio químico que siempre ocurre en el cátodo es de reducción.
48
El ánodo es positivo ya que la fuente le bombea electrones fuera de él
y además atrae iones cloruro (-) o aniones. En el ánodo los electrones
poseen baja energía potencial. En cambio los electrones externos del
ion cloruro se encuentran en un estado de potencial elevado. Cuando
los iones cloruro llegan al ánodo le proporcionan electrones a este.
Los electrones pasan de un estado de energía potencial elevada a
uno de baja energía potencial. El cambio ocurrido en el ánodo puede
representarse con otra ecuación:
2Cl Cl 2e
(1.6)
Los iones cloruro pierden electrones transformándose en átomos de
cloro, los cuales a su vez forman moléculas de cloro gaseoso. La
reacción anódica siempre es de oxidación.
Las reacciones de oxidación y reducción ocurren simultáneamente,
pero por separado, pues ocurren en diferentes puntos. La fuente no
produce electrones, sólo los transporta de un lugar a otro, así los
electrones que la fuente suministra al cátodo, provienen del ánodo. La
función de la fuente es elevar la energía potencial de los electrones
del cátodo.
Estas reacciones de electrodo se llaman semi-reacciones, y la
reacción global de la electrólisis del cloruro de sodio es:
2Na2Cl
2Na
0 Cl2 (1.7)
Figura 1.7 Movimiento de los iones hacia los electrodos.
Fuente: Tesis BAUTISTA S, Luciano
49
1.10. ANÁLISIS COLORIMETRICO Y ESPECTROFOTOMETRICO DEL
PAPEL.-
1.10.1. Colorimetría y Espectrofotometría.-
La espectrofotometría UV-visible es una técnica analítica que permite
determinar la concentración de un compuesto en solución. Se basa en
que las moléculas absorben las radiaciones electromagnéticas y a su
vez que la cantidad de luz absorbida depende de forma lineal de la
concentración. Para hacer este tipo de medidas se emplea un
espectrofotómetro, en el que se puede seleccionar la longitud de onda
de la luz que pasa por una solución y medir la cantidad de luz
absorbida por la misma.
El fundamento de la espectroscopía se debe a la capacidad de las
moléculas para absorber radiaciones, entre ellas las radiaciones
dentro del espectro UV visible.
Las moléculas pueden absorber energía luminosa y almacenarla en
forma de energía interna. Esto permite poner en funcionamiento ciclos
vitales como la fotosíntesis en plantas y bacterias. Cuando la luz
(considerada como energía) es absorbida por una molécula se origina
un salto desde un estado energético basal o fundamental, E1, a un
estado de mayor energía (estado excitado), E2, como se observa en la
Figura 1.8. Y sólo se absorberá la energía que permita el salto al
estado excitado. Cada molécula tiene una serie de estados excitados
(o bandas) que la distingue del resto de moléculas. Como
consecuencia, la absorción que a distintas longitudes de onda
presenta una molécula esto es, su espectro de absorción constituye
una seña de identidad de la misma. Por último, la molécula en forma
excitada libera la energía absorbida hasta el estado energético
fundamental. [18]
50
Figura 1.8 Diagrama de niveles de energía en una molécula
Fuente: ABRIL DÍAZ, N. “Espectroscopia”
En espectroscopia el término luz no sólo se aplica a la forma visible de
radiación electromagnética, sino también a las formas UV e IR, que
son invisibles. En espectrofotometría de absorbancia se utilizan las
regiones del ultravioleta (UV cercano, de 195 nm-400 nm) y el visible
(400 nm-780 nm).
1.10.2. TRANSMITANCIA Y ABSORBANCIA.-
Cuando un rayo de luz de una determinada longitud de onda de
intensidad incide perpendicularmente sobre una disolución de un
compuesto químico que absorbe luz o cromóforo, el compuesto
absorberá una parte de la radiación incidente (Ia) y dejará pasar el
resto (It), de forma que se cumple:
(1.8)
1.10.2.1. Transmitancia (T).-
De una sustancia en soluciones la relación entre la cantidad de luz
transmitida que llega al detector una vez que ha atravesado la
muestra, It, y la cantidad de luz que incidió sobre ella, Io, y se
representa normalmente en tanto por ciento:
(1.9)
La transmitancia nos da una medida física de la relación de intensidad
incidente y transmitida al pasar por la muestra. La relación entre %T y
la concentración no es lineal, pero asume una relación logarítmica
inversa.
51
1.10.2.2. Absorbancia (A).-
Es un concepto más relacionado con la muestra puesto que nos indica
la cantidad de luz absorbida por la misma, y se define como el
logaritmo de1/T, en consecuencia:
(1.10)
Cuando la intensidad incidente y transmitida son iguales (Io=It), la
transmitancia es del 100 % e indica que la muestra no absorbe a una
determinada longitud de onda, y entonces A vale log1=0.
La cantidad de luz absorbida dependerá de la distancia que atraviesa
la luz a través de la solución del cromóforo y de la concentración de
éste. [18]
1.10.3. LEY DE LAMBERT-BEER.-
Los métodos espectroscópicos de análisis están basados en la
medida de la radiación electromagnética que es absorbida o emitida
por una sustancia. En función de ello se clasifican en:
Métodos de absorción: Se basan en la disminución de la potencia
de un haz de radiación electromagnética al interaccionar con una
sustancia.
Métodos de emisión: Se basan en la radiación que emite una
sustancia cuando es excitada previamente por medio de otro tipo
de energía (térmica, eléctrica).
Métodos de fluorescencia: Se basan en la radiación que emite la
sustancia cuando es excitada previamente por un haz de radiación
electromagnética.
Otras clasificaciones de los métodos espectroscópicos se establecen
en función de la región del espectro electromagnético que interviene
en la técnica.
En la Figura 1.9 pueden verse las regiones del espectro
electromagnético, en función de los valores de la longitud de onda (λ):
52
Figura 1.9 Rango de Longitud de Onda
Fuente: ABRIL DÍAZ, N. “Espectroscopia”
En esta figura puede también observarse como la luz visible para
el ojo humano constituye únicamente una pequeña parte del espectro
electromagnético.
Dado que los primeros métodos espectroscópicos desarrollados
corresponden a la región del visible recibieron la denominación de
métodos ópticos, la cual se utiliza todavía con frecuencia. A
continuación, se ofrece una breve información sobre la ley de
Lambert-Beer y la espectrofotometría de absorción en la región visible
del espectro. Si se considera que se dispone de una fuente de
radiación que hace llegar a la muestra un haz de radiación, de
longitud de onda previamente seleccionada, cuya potencia es P0, la
muestra de espesor b absorbe una parte de esa radiación incidente,
de forma que la potencia del haz disminuye después de atravesar la
muestra siendo su nueva potencia P. El cociente entre la potencia de
la radiación que sale de la muestra y la de la que incidió sobre ella, se
define como transmitancia: T=P/P0.
La transmitancia también puede expresarse en tanto por ciento,
multiplicando el cociente anterior por 100. Es más frecuente utilizar el
concepto de absorbancia, o densidad óptica, que se define como el
logaritmo de la transmitancia cambiado de signo:
(1.11)
53
De acuerdo con estas expresiones, si la muestra no absorbe
radiación, y coinciden, por lo tanto = 0, y se transmite toda la
radiación =1 (100 % de transmitancia). Si, en otro caso, se transmite
solo un 1 % de radiación ( = 0,01), = /100, la absorción de
radiación que ha tenido lugar corresponde a = 2.
Al incidir radiación electromagnética visible sobre la materia puede ser
totalmente absorbida o totalmente reflejada. Puesto que nosotros
percibimos los objetos por medio de la luz reflejada, si hacemos incidir
un haz de luz blanca (que contiene todas las longitudes de onda)
sobre un objeto, éste absorberá ciertas longitudes de onda y reflejará
otras, siendo éstas últimas las responsables del color. Se dice que
este color (observado) es complementario del que se percibiría si la
luz absorbida se pudiera detectar. Dado que en la parte experimental
de esta práctica las medidas van a realizarse con espectrofotometría
visible, es conveniente conocer para qué longitud de onda tiene cada
color su máxima absorción. Para medir los valores de absorbancia y
transmitancia de una disolución se utilizan espectrofotómetros UV-Vis,
que, como puede verse en la Figura 1.10:
Fuente de radiación que suele ser una lámpara de filamento de
wolframio
Un monocromador que permite seleccionar una longitud de onda
determinada originando un haz monocromático.
Una cubeta fabricada con un material que permite el paso de la
radiación en la región del espectro de interés. Suelen ser de vidrio,
plástico o cuarzo. El espesor de la cubeta más habitual es 1 cm.
Un detector que convierte la energía radiante en una señal
eléctrica.
Una pantalla de visualización.
54
Figura 1.10 Partes de un Espectrofotómetros UV-Visible.
Fuente: González-Pérez, C. Introducción al análisis instrumental.
La absorbancia está relacionada con la concentración de la sustancia,
c, por la ley de Lambert-Beer, que se resume con la ecuación: A = ε b
c , donde c se expresa en mol/L, b es la longitud del camino óptico
(anchura de la célula que contiene la disolución de la sustancia) y se
expresa en cm, y ε es la absortividad molar, propiedad característica
de cada sustancia correspondiente a la cantidad de radiación que
absorbe a una longitud de onda determinada por unidad de
concentración, siendo sus unidades L mol-1cm-1(téngase en cuenta
que la absorbancia no tiene unidades.
Para poder aplicar la ley de Lambert-Beer es necesario seleccionar
previamente una longitud de onda puesto que tanto A como ε
varían con ella. Para ello se obtiene previamente el espectro de
absorción de la sustancia, que consiste en una representación de los
valores de absorbancia frente a la longitud de onda expresada en
nanómetros (nm). Del espectro de absorción puede seleccionarse el
valor de longitud de onda para el cual la absorbancia es máxima. La
Figura 1.11, muestra dos ejemplos de espectro de absorción.
55
Figura 1.11 Ejemplo de un Espectro de Absorción.
Fuente: González-Pérez, C. Introducción al análisis instrumental.
Si bien la ley de Lambert-Beer indica que a una representación gráfica
de la absorbancia frente a la concentración le correspondería una
línea recta, esto sólo tiene lugar para disoluciones diluidas, por ello,
no es conveniente utilizar la expresión matemática directamente, sino
construir en cada caso la recta de calibrado que confirme que la
ecuación de Lambert-Beer se cumple en el intervalo de
concentraciones en el que se trabaja. Esta recta se construye
midiendo la absorbancia de una serie de disoluciones de
concentración perfectamente conocida. [19]
1.10.4. INSTRUMENTACIÓN PARA LA MEDICIÓN DE
ABSORBANCIAS DE LA LUZ VISIBLE Y ULTRAVIOLETA:
ESPECTROFOTÓMETRO UV-VISIBLE.-
La medición de absorbancia de la luz por las moléculas se realiza en
unos aparatos llamados espectrofotómetros. Aunque pueden variar en
diseño, en especial con la incorporación de ordenadores para el
análisis de datos, todos los espectrofotómetros constan de:
(obsérvese la Figura 1.12).
Una fuente de energía radiante: lámpara de deuterio y tungsteno.
56
Un monocromador para la selección de radiaciones de una
determinada longitud de onda: filtros, prismas, redes de difracción.
Un compartimento donde se aloja un recipiente transparente
(cubetas o tubos) que contenga la muestra Pueden ser de vidrio,
cuarzo o plástico transparente. Para medir en UV se deben usar
las de cuarzo o sílice fundido, porque el vidrio no transmite la
radiación UV.
Un detector de luz y un amplificador convertidor de las señales
luminosas en señales eléctricas.
Un registrador o sistema de lectura de datos.
Desde el punto de vista operativo, el primer paso es seleccionar la
fuente de luz y longitud de onda a la que se va a realizar la medida.
Hay espectrofotómetros de un solo haz (con una sola celdilla para
alojar la cubeta con la muestra) y de doble haz (con dos celdillas para
dos cubetas); en el presente caso, se trabajará con los de un solo haz.
Se mide primero la absorbancia del disolvente (conocido como blanco)
y al que se le asigna el valor de cero mediante el ajuste del mando, de
forma que la intensidad incidente y transmitida sean iguales (Io= It), y
por tanto la absorbancia es cero. A continuación se pone en la celdilla
la cubeta con la muestra y se lee la absorbancia de ésta.
57
Figura 1.12 Espectrofotómetro
Fuente: ABRIL DÍAZ, N. “Espectroscopia”
1.10.5. CURVAS DE CALIBRADO.-
Para obtener una curva de calibrado de un compuesto se preparan
soluciones de diferentes concentraciones del mismo, determinándose
para cada una de ellas el valor de absorbancia a λmáx. Estos valores
de absorbancia se representan en el eje de abscisas (eje de y) y los de
concentración en el eje de ordenadas (eje de x).
Se observará que, a bajas concentraciones, el aumento de
concentración se corresponde con un incremento lineal en la
absorbancia (zona de cumplimiento de la ley de Lambert-Beer). A
concentraciones altas la linealidad se pierde y se observa que la línea
se aplana, por lo que las medidas son poco fiables.
La representación de Lambert-Beer, A=ε·b.c, nos permitirá calcular el
valor del coeficiente de extinción molar, que corresponde a la
pendiente de la recta. [18].
58
1.11. MARCO REFERENCIAL.-
Escalona, H. y Melo, R. (2012),
Determinó el efecto de la carga de zeolitas de procedencia regional en
el proceso de destintado de papel prensa reciclado.
El destintado se realizó mediante una combinación de reactivos
químicos que cumplen diferentes tareas y el trabajo fue definida en
dos etapas: el desprendimiento de la tinta y la eliminación de ésta.
Las variables que más influyeron en el desempeño global de las
características de la pasta destintada en presencia de zeolita natural
fueron: la concentración de zeolita, la concentración de surfactante y
el tiempo de desintegración en el pulper.
Como resultado del presenta trabajo se obtuvo una eficiencia de
destintado del 54,61 %.
Alvarez, R. y Bidegaray, F. (2001)
El presente proyecto evaluó la posibilidad del destintado de papel de
desecho para lograr un producto sustitutivo de la celulosa virgen.
La calidad de la pulpa, a partir del papel de desecho seleccionado y
con el método de destintado empleado, es aceptable para su
utilización en mezclas con pulpa virgen, en proporciones acorde a los
requerimientos del producto final.
El proceso de destintado empleado debe incluir etapas adicionales
que reduzcan el grado de suciedad de la pulpa para aumentar su valor
agregado, teniendo en cuenta las consideraciones económicas
pertinentes.
Finalmente, los efluentes generados presentan metales pesados
potencialmente contaminantes que deberán ser tenidos en cuenta a la
hora de su disposición final. Es muy importante destacar que no debe
considerarse esto como un inconveniente propio del proceso de
destintado, ya que estos metales forman parte del papel de desecho.
Los valores alcanzados según el grado de blanqueo de la pulpa son
muy buenos para el nivel utilizado, obteniendo una pulpa con un 90 %
59
de blancura, superando ampliamente las especificaciones
correspondientes a distintas pulpas vírgenes comerciales entre 83 % y
87 %.
Pastor, J. y Gallardo, O. (2004)
Caracterizaron una lipasa bacteriana y analizaron su potencial
aplicable en la industria papelera. A partir de la cepa lipolítica Bacillus
sp. BP-7, aislada en nuestro grupo, se ha clonado y caracterizado la
lipasa EstA1 con gran actividad enzimática. La secuenciación del gen
codificante indica que el enzima es homólogo a las lipasas de la
subclase bacteriana de carboxilesterasas del tipo B. La enzima
presenta máxima actividad lipolítica a 45 °C y pH 7,5, mostrando un
nivel alto de actividad a pH 8,4. El enzima permanece estable al
menos durante 8 horas a 45 °C y pH 7,5. Estas características
permiten su utilización en las condiciones del proceso de destintado
del papel reciclado.
Como resultado de este trabajo, se clonó y caracterizó la lipasa EstA1
que pertenece a la subclase bacteriana de carboxilesterasas del tipo
B. La enzima presenta un tamaño molecular aparente de 53 kDa y un
punto isoeléctrico de 5,1. La lipasa caracterizada muestra elevada
actividad en las condiciones del proceso de destintado del papel
reciclado.
Hoyos, J. y Lopez, G. (2006)
Evaluaron las variables más influyentes en el destintado enzimático de
papel impreso por el método offset, posteriormente se optimizó las
condiciones de las variables encontradas con miras a la
implementación industrial.
Las enzimas utilizadas fueron: celulasa, Alfa-amilasa, y una mezcla de
las dos (con una composición del 50 % en celulasa).
60
CAPITULO II
PROCEDIMIENTOS EXPERIMENTALES
2.1. METODOLOGIA.-
2.1.1. DETERMINACIÓN DE LA LONGITUD DE ONDA Y LA CURVA DE
CALIBRACIÓN DE LA TINTA DILUIDA EN EL
ESPECTROFOTOMETRO UV-VISIBLE.-
A. Preparación de las soluciones patrón de tinta diluida para
obtener la longitud de onda y la curva de calibración patrón
en el equipo de espectrofotometría UV-visible:
a. Materiales.-
5 Vasos de Precipitación de 250 ml.
5 fiolas de 25 ml.
1 varilla de vidrio.
50 g de tinta de impresión.
5 lunas de reloj.
1 pisceta.
1 litro de Alcohol de 96°.
b. Equipos.-
Balanza analítica de 4 dígitos.
c. Procedimiento.-
Para la preparación de las soluciones patrón que serán
analizadas en el equipo de Espectrofotometría UV-visible, se usó
tinta en polvo junto a agua común.
61
Estas soluciones fueron analizadas en el Espectrofotómetro UV-
visible para obtener la longitud de onda de la tinta y la curva de
calibración patrón.
Solución 1: Se pesó 0,1 g de tinta y se aforó en una fiola de 100 ml
(
) (
)
Solución 2: Se pesó 0,0125 g de tinta y se aforó en una fiola de 25 ml
(
)(
)
Solución 3: Se pesó 0,0075 g de tinta y se aforó en una fiola de 25 ml
(
)(
)
Solución 4: A partir de la solución 1, se preparó 25 ml de una
solución de 200 ppm,
( ) ( ) ( ) ( )
Luego, se aforó finalmente hasta un volumen de 25 ml
Solución 5: A partir de la Solución 2, se preparó 25 ml de una
solución de 100 ppm, aforando finalmente hasta un volumen de 25 ml.
( ) ( ) ( ) ( )
62
2.1.2. DETERMINACIÓN DE LA CONCENTRACION DEL PAPEL
BLANCO LIBRE DE TINTA.-
A. Preparación de muestra para el cálculo de la concentración
de papel blanco libre de tinta:
a. Materiales.-
1 Vaso de Precipitación de 250 ml.
1 varilla de vidrio.
200 g de papel blanco.
1 l de agua.
b. Equipos.-
Triturador de papel o licuadora.
c. Procedimiento.-
Consideramos una muestra 1 a la dilución de papel blanco diluido,
colocando los 200 g de papel blanco en 1 l de agua y llevando a
trituración (licuado). Dejamos en reposo la muestra hasta
envejecer y ser llevado a lectura en el equipo de
Espectrofotometría UV visible.
2.1.3. DETERMINACION DE LA CONCENTRACIÓN DEL PAPEL
IMPRESO A DESTINTAR.-
A. Preparación de muestra para el cálculo de la concentración
de papel impreso a destintar:
a. Materiales.-
1 Vaso de Precipitación de 250 ml.
1 varilla de vidrio.
200 g de papel impreso reciclado.
1 l de agua.
b. Equipos.-
Triturador de papel o licuadora.
63
c. Procedimiento.-
Consideramos una muestra 2 a la dilución de papel impreso
reciclado, colocando los 200 g de papel impreso en 1 l de agua y
llevando a trituración (licuado).
2.1.4. PROCESO DE DESTINTADO.-
a. Materiales.- 1 Tanque circular de borosilicato de 2000 ml.
3 Vasos de Precipitación de 250 ml.
3 Fiolas de 25 ml.
10 l de agua común.
2 Varillas de vidrio.
2 kg de papel de imprenta reciclado.
Recipientes medianos de almacenamiento.
b. Reactivos.- NaCl.
c. Equipos.- Electrodo de grafito de forma rectangular de 10cmx8cmx1cm.
Cocodrilos metálicos.
Soporte metálicos.
Cables eléctricos N° 14 Indeco.
Triturador de papel o licuadora. (Marca REXEL modelo
MERCURY 1223, corte en tiras ancho 5,8 mm, boca de
Alimentación 220 mm, Hasta 12 hojas a la vez, capacidad del
papelero 190 Hojas, dimensiones 380 cm x 270 cm x 390 cm).
d. Instrumentos.- Multímetro Marca PRASEK Modelo PR-75.
Fuente Reguladora de tensión eléctrica marca PRASEK
Modelo LLAS-1200CN.
Agitador Magnético con Plancha de Calentamiento Marca
KYNTEL Modelo 88-1.
64
Especificaciones técnicas:
Superficie de calefacción de acero inoxidable
Incluye sonda de temperatura
Incluye barra de agitación de 0,9 cm x 3,8 cm
Energía de agitación: 30 W
Rango de temperatura de 300 °C
Velocidad de agitación: 2000 RPM
Medidas
Diámetro del platillo 15 cm
Medidas 27,5 cm x 15 cm x 10 cm
Peso 4,5 kg
e. Procedimiento.-
El proceso de destintado consiste en realizar los siguientes pasos:
e.1) Recolección y selección de Papel Reciclado.-
Se realizó una recolección y selección de papel reciclado, tomando
como modelo el papel de imprenta, formato A4, de 75 g/m2, impresas
por una cara en procesador de textos Microsoft Word 2007-2010, tipo
Arial 12 con 40 líneas por página como promedio y márgenes de 3,0
cm, teniendo en cuenta que los tóner de las impresoras modelo HP
Laser Jet serie 1100, están constituidos por partículas de 50 % de
copolímero estireno–acrilato y 50 % de óxido férrico, de tamaño
promedio de 7 micras. Las hojas se dejaron envejecer por 15 días
antes de emplearse en el trabajo. La selección de papel reciclado se
muestra en el Anexo Figura A.1.
e.2) Preparación de la Muestra.-
El papel seleccionado se cortó en pedazos de 2 cm2 antes de su
dispersión en agua.
Se procedió a añadir agua tomando en cuenta la relación de
formación de pulpa de papel, el cual es de 200 g papel/1000 ml agua.
Tomando en cuenta la relación, se preparó 2 kg papel/10 l agua, que
fue sometido a un proceso de trituración del papel impreso para
65
convertirlo en pulpa de papel (pulper), haciendo uso de un motor
eléctrico (licuadora) de 600 watts de potencia, obteniendo la pulpa de
papel requerida para el proceso de destintado. La pulpa de papel
obtenida se llevó a reposo por un espacio de 48 horas. La preparación
de la muestra lo podemos observar en el anexo figuras A.2 y A.3.
e.3) Acondicionamiento de la Cuba Electrolítica.-
Para el acondicionamiento de la cuba electrolítica, se acondiciono un
tanque circular de 2000 ml de capacidad de material de borosilicato
con el fin de tener transparencia para observar el proceso de
destintado electrolítico. Se acondicionó un soporte especial en la parte
superior para en el colocar las celdas electrolíticas de grafito, de
manera que queden en el interior del tanque de borosilicato,
conectadas a una fuente reguladora de voltaje analógica, que varía de
0 V a 30 V. Finalmente se implementó un sistema de agitación en la
parte inferior del tanque con su respectivo agitador magnético, con el
fin de obtener agitación continua que oscile desde los 0 rpm hasta
2000 rpm.
e.4) Distancia entre Electrodos.-
La distancia entre los electrodos es variante de acuerdo a las pruebas
experimentales a realizar. Se acondicionó un soporte especial en la
parte superior del tanque de borosilicato para en él, de manera que
colocar los electrodos de grafito queden en el interior del tanque de
borosilicato. De esta manera se tiene la facilidad de variar la distancia
entre los electrodos de grafito según las pruebas experimentales.
e.5) Cerrar el Circuito Electrolítico.-
Para poder cerrar el circuito electrolítico se acondiciono una fuente
reguladora de tensión eléctrica (convertidor de tensión de corriente
alterna a corriente continua), la cual va conectada a los electrodos de
grafito para transferir la corriente eléctrica.
66
e.6) Activar el Agitador Magnético.-
Una vez conectada la fuente regulador de tensión eléctrica, se
procedió a encender el equipo de agitación magnética (sistema de
agitación ubicada en la parte inferior del tanque con su respectivo
agitador magnético) con el fin de obtener agitación continua que oscile
desde los 0 rpm hasta 2000 rpm y homogenizar la mezcla y evitar la
formación de gases de hidrogeno en la celda electrolítica (anión).
e.7) Proceso de Destintado Electrolítico.-
El proceso de destintado electrolítico empieza cuando es
acondicionado el tanque de borosilicato, el sistema de agitación, la
pulpa de papel colocado en el interior y los electrodos de grafito con
su respectivo soporte y conectadas a la fuente reguladora de voltaje
analógica. Es desde ese momento que se empezó a observar el
fenómeno y realizar las pruebas experimentales para obtener datos
representativos que nos ayuden a interpretar el fenómeno.
2.1.5. PRUEBAS REALIZADAS PARA OBTENER PULPA BLANCA A
PARTIR DE PAPEL IMPRESO RECICLADO MEDIANTE EL
PROCESO DE DESTINTADO ELECTROLÍTICO.-
A. 1° Prueba: Se tomó 50 ml de pulpa de papel impreso, agregando
100 ml de agua y 2 g de NaCl. Se aplicó una distancia entre
electrodos de 3 cm, una diferencia de potencial de 11,62 V y una
intensidad de corriente de 1,68 A. Se tomó un tiempo de 15
minutos observando el fenómeno.
B. 2° Prueba: Se tomó 50 ml de pulpa de papel impreso, agregando
100 ml de agua y 2 g de NaCl. Se aplicó una distancia entre
electrodos de 3 cm, una diferencia de potencial de 9,01 V y una
intensidad de corriente de 1,56 A. Se tomó un tiempo de 15
minutos observando el fenómeno.
C. 3° Prueba: Se tomó 50 ml de pulpa de papel impreso, agregando
100 ml de agua y 2 g de NaCl. Se aplicó una distancia entre
67
electrodos de 3 cm, una diferencia de potencial de 6,36 V y una
intensidad de corriente de 1,54 A. Se tomó un tiempo de 30
minutos observando el fenómeno.
D. 4° Prueba: Se tomó 50 ml de pulpa de papel impreso, agregando
100 ml de agua y 2 g de NaCl. Se aplicó una distancia entre
electrodos de 3 cm, una diferencia de potencial de 4,73 V y una
intensidad de corriente de 1,62 A. Se tomó un tiempo de 30
minutos observando el fenómeno.
E. 5° Prueba: Se tomó 50 ml de pulpa de papel impreso, agregando
100 ml de agua y 2 g de NaCl. Se aplicó una distancia entre
electrodos de 2 cm, una diferencia de potencial de 11,37 V y una
intensidad de corriente de 1,59 A. Se tomó un tiempo de 15
minutos observando el fenómeno.
F. 6° Prueba: Se tomó 50 ml de pulpa de papel impreso, agregando
100 ml de agua y 2 g de NaCl. Se aplicó una distancia entre
electrodos de 2 cm, una diferencia de potencial de 9,5 V y una
intensidad de corriente de 1,67 A. Se tomó un tiempo de 15
minutos observando el fenómeno.
G. 7° Prueba: Se tomó 50 ml de pulpa de papel impreso, agregando
100 ml de agua y 2 g de NaCl. Se aplicó una distancia entre
electrodos de 2 cm, una diferencia de potencial de 6,6 V y una
intensidad de corriente de 1,74 A. Se tomó un tiempo de 30
minutos observando el fenómeno.
H. 8° Prueba: Se tomó 50 ml de pulpa de papel impreso, agregando
100 ml de agua y 2 g de NaCl. Se aplicó una distancia entre
electrodos de 2 cm, una diferencia de potencial de 4,5 V y una
intensidad de corriente de 1,61 A. Se tomó un tiempo de 30
minutos observando el fenómeno.
68
2.1.6. DETERMINACION DE LA CONCENTRACIÓN DE LA PULPA DE
PAPEL DESPUES DEL DESTINTADO.-
A. Preparación de muestra para el cálculo de la concentración
de la pulpa de papel después del destintado.-
a. Materiales.-
1 Vaso de Precipitación de 250 ml.
1 varilla de vidrio.
200 ml de pulpa de papel destintado.
b. Equipos.-
Triturador de papel o licuadora.
c. Procedimiento.-
Consideramos una muestra a la dilución de papel impreso
destintado obtenido después de realizado el proceso de
destintado electrolítico. Para obtener dicha muestra, se separó la
tinta que fue flotada mediante el proceso de destintado
electrolítico, haciendo uso de unas paletas. Seguido a esto, se
sometió a un filtrado obteniendo finalmente la muestra deseada.
2.1.7. BALANCE DE MATERIA REALIZADO CON RESPECTO A LA
TINTA.-
Se realizó el balance de materia con la finalidad de tener una visión
integral del comportamiento cuantificado de la tinta en el proceso de
destintado electrolítico. El balance de materia con respecto a la tinta
se resumió en un gráfico con corrientes de entrada y de salida.
Se hizo un análisis previo para realizar los cálculos manuales
necesarios para el balance de materia, tomando las siguientes
consideraciones:
Nuestra base de cálculo a considerar en el balance de materia es:
2 l de pulpa de papel.
El balance de materia se realizó con respecto a la masa y
concentración de la tinta a la entrada y a la salida del proceso.
69
El peso del agua es constante durante todo el proceso es decir la
cantidad de agua a la entrada es igual a la cantidad de agua a la
salida.
El peso del papel es constante durante todo el proceso es decir la
cantidad de papel a la entrada es igual a la cantidad de agua a la
salida.
2.1.8. CONSTRUCCION DE LA PRUEBA ESTADISTICA T STUDENT CON
LA FINALIDAD DE HACER UNA PRUEBA DE HIPOTESIS.-
Procedimiento.-
Como punto de partida, se tuvo las hipótesis del trabajo de
investigación:
Ho: (Hipótesis nula): La obtención de la pulpa blanca a partir de
papel impreso reciclado mediante el proceso de destintado
electrolítico NO dependerá de la diferencia potencial, intensidad de
corriente, distancia entre electrodos y tiempo.
Hi: (Hipótesis de investigación): La obtención de la pulpa blanca
a partir de papel impreso reciclado mediante el proceso de
destintado electrolítico SI dependerá de la diferencia potencial,
intensidad de corriente, distancia entre electrodos y tiempo.
Se definió la prueba estadística adecuada para realizar nuestra
prueba de hipótesis con el grado de confiabilidad para aceptar o
rechazar la hipótesis nula o la hipótesis de investigación, ya que
nuestros datos obtenidos son datos cuantitativos. Por este motivo,
se definió la prueba T-Student para realizar la prueba de hipótesis.
Se implementó el software SPSS a un ordenador, para usarlo como
fuente en los cálculos necesarios para la prueba de hipótesis. El
software SPSS en especialista en pruebas estadísticas y obtener
resultados estadísticos de acuerdo a lo necesario.
Se alimentó los datos al software y se realizó los cálculos
necesarios de acuerdo a los comandos específicos del programa,
para obtener los resultados requeridos.
70
CAPITULO III
RESULTADOS Y DISCUSION DEL PROCESO DE
DESTINTADO ELECTROLITICO
3.1. LONGITUD DE ONDA Y CURVA DE CALIBRACION PATRON.-
3.1.1. Longitud de onda.-
La longitud de onda óptima para la lectura de la absorbancia de la
tinta, se procedió a la medición de diferentes concentraciones de tinta,
en el rango que se da en el Cuadro 3.1, recolectándose los datos para
la construcción de la curva patrón.
Cuadro 3.1 Resultados de absorbancias de las diferentes concentraciones de tinta a una longitud de onda 567 nm
Concentración (ppm) Abs. λ (nm)
0 0 0
100 0,0790 567
200 0,1570 567
300 0,2600 567
500 0,3940 567
1000 1,0260 567
Fuente: Elaboración Propia
La representación gráfica de los datos del Cuadro 3.1 que es la
herramienta más útil para realizar la conversión, se detalla en la
Figura 3.1:
71
Figura 3.1 Curva de calibración patrón de la Tinta
Fuente: Elaboración propia
El comportamiento de la concentración de tinta mostrado como puntos
azules en la Figura 3.1, frente a la absorbancia refleja una tendencia
casi lineal con una pendiente casi concordante con la Ley de Lambert
– Beer particularizado por la ecuación:
(3.1)
y representada por el trazo negro lleno en la figura, hace confiable la
herramienta a utilizar para la conversión de unidades de índice de
absorbancia a concentración en ppm.
3.2. CONCENTRACION DEL PAPEL BLANCO LIBRE DE TINTA.-
Siguiendo el procedimiento detallado en ítem 2.1.2, preparada la
muestra, se sometió al espectrofotómetro, obteniendo los siguientes
datos mostrados en el Cuadro 3.2:
C=1241xAbs R² = 0.9955
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
0.35
0.4
0.45
0.5
0 100 200 300 400 500 600
Abs.
Concentracion (ppm)
PATRON Lineal (PATRON)
72
Cuadro 3.2 Concentración del papel blanco libre de tinta.
Muestra Concentración (ppm) Abs. λ (nm)
1 0 0 567
2 0 0 567
Fuente: Elaboración propia
El papel bond en blanco utilizado tiene una calidad adecuada por el
reflejo de la lectura del índice de absorbancia 0, lo que indica que no
contiene tinta. Este dato nos servirá para hallar los análisis
comparativos de la pulpa blanca obtenida después del destintado.
3.3. CONCENTRACION DE PAPEL IMPRESO A DESTINTAR.-
Siguiendo el procedimiento detallado en ítem 2.1.3, la muestra
sintética fue sometida a la medición en el espectrofotómetro
reportándose los resultados que se observan en el Cuadro 3.3:
Cuadro 3.3 Concentración del papel impreso a destintar.
Muestra Concentración (ppm) Abs. λ (nm)
1 0.3600 567
2 0.3680 567
Prom. 0.3640 567
Fuente: Elaboración propia
Al representar esta concentración promedio, se observa que se ubica
sobre la curva patrón, confirmando lo confiable de la curva patrón en
las conversiones de unidades. Al ubicar índice de absorbancia leído
en la muestra conocido su concentración sobre la curva patrón de la
Figura 3.2, se observa que cae sobre la curva de Lambert-Beer.
73
Figura 3.2 Curva de calibración de la tinta y concentración de la muestra a destintar
Fuente: Elaboración propia
Donde la absorbancia determinada por el espectrofotómetro UV
visible es 0,364 y por la ecuación de concentración en función de la
absorbancia se obtiene la concentración equivalente a 451,72 ppm
que es coincidente al usar la curva patrón.
3.4. REMOCIÓN DE LA TINTA DEL PAPEL IMPRESO MEDIANTE
DESTINTADO ELECTROLITICO.-
Siguiendo el procedimiento detallado en ítem 2.1.4, y considerando la
matriz de experimentos, se efectuaron las corridas, reportándose los
datos para cada prueba experimental:
3.4.1. 1° Prueba
50 ml de pulpa de papel impreso
100 ml de agua
2 g de NaCl
Diferencia de potencial V= 11,62 V
Intensidad de corriente A = 1,68 A
Distancia entre electrodos: 3 cm
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
0 200 400 600 800 1000
Abs.
Concentracion (ppm)
PATRON MUESTRAS
C=1241xAbs. Chi-Square 0.00043
74
Tiempo: 15 minutos
Porcentaje de tinta removida = 65,88 %
3.4.2. 2° Prueba
50 ml de pulpa de papel impreso
100 ml de agua
2g de NaCl
Diferencia de potencial V = 9,01 V
Intensidad de corriente A = 1,56 A
Distancia entre electrodos: 3 cm
Tiempo: 15 minutos
Porcentaje de tinta removida = 59,33 %
3.4.3. 3° Prueba
50 ml de pulpa de papel impreso
100 ml de agua.
2 g de NaCl.
Diferencia de potencial V = 6,36 V
Intensidad de corriente A = 1,54 A
Distancia entre electrodos: 3 cm
Tiempo: 30 minutos.
El cátodo de grafito presenta partículas de tinta en sus
paredes.
Porcentaje de tinta removida = 51,27 %
3.4.4. 4° Prueba
50 ml de pulpa de papel impreso
100 ml de agua.
2 g de NaCl.
Diferencia de potencial V = 4,73 V
Intensidad de corriente A = 1,62 A
Distancia entre electrodos: 3 cm
Tiempo: 30 minutos.
Porcentaje de tinta removida = 33,54 %
75
3.4.5. 5° Prueba
50 ml de pulpa de papel impreso
100 ml de agua y 2 g de NaCl
Diferencia de potencial V = 11,37 V
Intensidad de corriente A= 1,59 A
Distancia entre electrodos: 2 cm
Tiempo: 15 minutos.
Porcentaje de tinta removida = 72,52 %
3.4.6. 6° Prueba
50 ml de pulpa de papel impreso
100 ml de agua.
2 g de NaCl.
Diferencia de potencial V = 9,5 V
Intensidad de corriente A = 1,67 A
Distancia entre electrodos: 2 cm
Tiempo: 15 minutos.
Porcentaje de tinta removida = 66,26 %
3.4.7. 7° Prueba
50 ml de pulpa de papel impreso
100 ml de agua.
2 g de NaCl.
Tensión de corriente V = 6,6 V
Intensidad de corriente A = 1,74 A
Distancia entre electrodos: 2 cm
Tiempo: 30 minutos.
Porcentaje de tinta removida = 59,66 %
3.4.8 8° Prueba
50 ml de pulpa de papel impreso
100 ml de agua.
2 g de NaCl.
Tensión de corriente V= 4,5 V
76
Intensidad de corriente A= 1,61 A
Distancia entre electrodos: 2 cm
Tiempo: 30 minutos.
Porcentaje de tinta removida = 55.21 %
Los datos de las repeticiones de las tres corridas experimentales se
muestran en el Cuadro 3.4, observándose ligeras variaciones a los
niveles propuestos en la matriz de experimentos en la caída de
potencial e intensidad de corriente debido a las fluctuaciones de la
caída de tensión e intensidad propias de la entrega de energía del
sistema eléctrico.
Cuadro 3.4 Resultados de las 24 pruebas del proceso de destintado electrolítico
Muestras V A Distancia Tiempo % tinta
1 11.5 1.4 3 15
1 11.4 1.5 3 15
1 11.9 1.6 3 15
PROM 11.6 1.50 3 15 65.88
2 9.1 1.7 3 15
2 9.2 1.6 3 15
2 8.7 1.4 3 15
PROM 9 1.57 3 15 59.33
3 6.5 1.3 3 30
3 6.7 1.5 3 30
3 6 1.8 3 30
PROM 6.4 1.53 3 30 51.27
4 4.8 1.5 3 30
4 4.5 1.6 3 30
4 4.8 1.8 3 30
PROM 4.7 1.63 3 30 33.54
5 11.5 1.4 2 15
5 12 1.7 2 15
5 11.7 1.6 2 15
PROM 11.73 1.57 2 15 72.52
6 9.6 1.6 2 15
6 9.8 1.8 2 15
6 8.7 1.5 2 15
77
PROM 9.37 1.63 2 15 66.26
7 6.6 1.74 2 30
7 6.5 1.6 2 30
7 6.8 1.8 2 30
PROM 6.63 1.71 2 30 59.66
8 4.5 1.6 2 30
8 4.3 1.4 2 30
8 4.8 1.7 2 30
PROM 4.53 1.57 2 30 55.21
Fuente: Elaboración Propia
Los resultados del Cuadro 3.4, fueron promediados aritméticamente
para evitar mayores errores por las fluctuaciones, datos que se
detallan en el Cuadro 3.5:
Cuadro 3.5 Valores promedio de variables y del porcentaje de remoción de
la tinta para cada muestra a las condiciones del estudio
Nº Muestra
Vol. pulpa (ml)
Vol. agua (ml)
Masa NaCl (g)
Dif. Potenc.
(V)
Int. Corrien.
(A)
Dist. Elect. (cm)
Tiempo Proc. (min)
% Remov
1 50 100 2 11,62 1,68 3 15 65,88 2 50 100 2 9,01 1,56 3 15 59,33 3 50 100 2 6,36 1,54 3 30 51,27 4 50 100 2 4,73 1,62 3 30 33,54 5 50 100 2 11,37 1,59 2 15 72,52 6 50 100 2 9,5 1,67 2 15 66,26 7 50 100 2 6,6 1,74 2 30 59,66 8 50 100 2 4,5 1,61 2 30 55,21
Fuente: Elaboración Propia
Para determinar la remoción de la tinta, se procedió a la lectura de la
concentración de la pulpa blanca obtenida luego del proceso de
destintado, recopilándose los datos mostrados en el Cuadro 3.6:
78
Cuadro 3.6 Absorbancias a una λ = 567 nm de las muestras de pulpa blanca obtenidas en el proceso de destintado electrolítico.
Muestra Abs. Concentración (ppm)
1 0,124174 154,1
2 0,147301 182,80
3 0,177357 220,10
4 0,241902 300,2
5 0,1000 124,1
6 0,122804 152,4
7 0,146817 182,2
8 0,163014 202,3
Fuente: Elaboración Propia
Para analizar los efectos de cada una de las variables independientes, a
continuación se muestra la influencia de cada uno de ellos:
a) Efecto de la diferencia de potencial en el porcentaje de remoción de
la tinta.-
Para el análisis del efecto de la diferencia de potencial en el porcentaje
removido de tinta, se mantiene agitación constante de la pulpa y los
parámetros utilizados son el tiempo de destintado y la distancia entre
electrodos. La representación gráfica se muestra en la Figura 3.3:
Figura 3.3 Gráficas de Diferencia de Potencial Vs % Removido
Fuente: Elaboración Propia
0
10
20
30
40
50
60
70
80
4 6 8 10 12 14
% Remo.
DIif. Potencial (V) D=3 cm t=15 min D=3 cm t=30 min
D=2 cm t=15 min D=2 cm t=30 min
79
Del gráfico se deduce que, a mayor diferencia de potencial y en menor
tiempo se logra una alta remoción, en contraste al otro nivel dado un
mezclado homogéneo de la pulpa de papel; se supone que la acción de la
diferencia de potencial es para mejorar la separación de la tinta por
electrodeposición de la misma en el cátodo. La limitación de la aplicación de
los niveles de la diferencia de potencial aplicadas al estudio, se sustentan en
el sentido que por encima del nivel superior se saturen los electrodos en una
forma muy rápida debido a que solo se capturaría la tinta superficial de la
pulpa en tratamiento y no la que se encuentra en los interiores de su masa,
por lo que reduciría la eficiencia de remoción; en tanto que, en el nivel
inferior se reduce su eficiencia por que no alcanza a facilitar la
electrodeposición de la tinta en el cátodo.
Por tanto, la diferencia de potencial usada en el presente proceso de
destintado electrolítico, en su nivel más alto es un ¨aliado eficiente¨, debido a
que mostró efectos favorables para el proceso de destintado, obteniéndose
altos porcentajes de remoción de tinta; de modo que al compararse con
otros métodos de destintado, como el destintado enzimático que usa zeolita
que en un proceso es considerado como un “colaborador eficiente, pero
ciego”, en razón de que este alumino-silicato presenta una estructura porosa
(gran área específica) que permite aumentar la reactividad de “todos los
compuestos involucrados” que complican su desorción, el destintado
electrolítico es potencialmente ventajoso en eficiencia, en bajo costo de
operación, no se requiere de maquinaria sofisticada, ya que todos los
instrumentos, materiales y equipos se pueden implementar en un
escalamiento a nivel industrial.
b) Efecto de la distancia de los electrodos en el porcentaje de remoción
de tinta.-
Para el análisis del efecto de la distancia entre los electrodos en el
porcentaje removido de tinta, se considerado que la agitación de la pulpa es
constante y los parámetros utilizados son el tiempo de destintado y la
80
diferencia de potencial. La visualización grafica de los datos se muestra en la
Figura 3.4:
Figura 3.4 Gráfica de distancia entre electrodos Vs % Removido
Fuente: Elaboración Propia
Considerando la distancia de electrodos para el proceso de destintado
electrolítico de acuerdo a las condiciones establecidas, se mejora la
remoción de tinta al experimentar la distancia entre los electrodos en el nivel
mínimo, debido a que hay mayor contacto entre los agentes contaminantes y
la superficie de los electrodos, y a su vez se obtiene mayor intercambio
iónico. Al compararlo con el uso de la zeolita en el destintado enzimático, se
mejora la remoción de tinta debido a que formaría grandes conglomerados
con las partículas de contaminante, favoreciendo con ello la flotación y
eliminación de éstas.
Por otro lado, es posible que el efecto para esta mejora sea el tipo de
electrodo usado, de grafito, porque según reporta la literatura especializada
otros tipos de electrodo como Cu, Fe, Zn y Al son poco eficientes para
remover la tinta
c) Efecto del tiempo de destintado.-
Para el análisis del efecto del tiempo de destintado en el porcentaje
removido de tinta, la agitación de la pulpa es constante y los parámetros
20
30
40
50
60
70
80
1.5 2 2.5 3 3.5
% Remo.
Distancia (cm)
D=3 cm D=2 cm
81
utilizados son la distancia entre electrodos y la diferencia de potencial. La
gráfica de los datos a analizar se muestra en la Figura 3.5:
Figura 3.5 Gráfica del tiempo de destintado Vs % Removido
Fuente: Elaboración Propia
De acuerdo al proceso, podemos discutir el hecho de que a más tiempo
transcurre, la tinta separada de la pulpa es más notoria en función de la
distancia de los electrodos ya que a menor distancia entre los electrodos, se
observa más % removido de tinta. Sin embargo, de acuerdo a lo observado
se puede postular que el tiempo es importante solo hasta cuando se llega a
un estado estático de saturación, es decir, que por más que se siga con la
electrólisis, ya no se logra remover más tinta.
0
10
20
30
40
50
60
70
80
0 5 10 15 20 25 30 35
% Remo.
Tiempo (cm)
D=3 cm D= 3 cm D= 2 cm D= 2 cm
82
3.5. BALANCE DE MATERIA REALIZADO CON RESPECTO A LA
TINTA.-
Base de cálculo: 2 l de pulpa de Papel
Tinta: Tinta:
Papel:
Agua:
Tinta:
Papel:
Agua:
(
) (
)
(
)
(
) (
)
3.6. TRATAMIENTO ESTADISTICO POR EL METODO T DE STUDENT
PARA REALIZAR LA PRUEBA DE HIPOTESIS.-
Se realizó la prueba estadística haciendo uso del software SPSS
Stadistics, aplicando la prueba estadística ¨t¨ de Student,
Para realizar la prueba estadística, se llevó a cabo el siguiente
procedimiento:
REACTOR
83
3.6.1 Análisis estadístico de la diferencia de potencial.-
Los datos obtenidos se muestran en el Cuadro 3.7:
Cuadro 3.7 Análisis estadístico de la prueba “t” de Student Resultados de la diferencia de potencial
Frecuencia Porcentaje Porcentaje
válido
Porcentaje
acumulado
Válidos
4,50 1 12,5 12,5 12,5
4,70 1 12,5 12,5 25,0
6,40 1 12,5 12,5 37,5
6,60 1 12,5 12,5 50,0
9,00 1 12,5 12,5 62,5
9,40 1 12,5 12,5 75,0
11,60 1 12,5 12,5 87,5
11,70 1 12,5 12,5 100,0
Total 8 100,0 100,0
Fuente: SPSS Stadistics
Interpretación:
De la observación del cuadro notamos que:
El promedio más alto y más bajo de diferencia de potencial que se
obtuvo durante el destintado de papel, es de 11,70 y 4,50
respectivamente.
Con los datos obtenidos podemos discutir que, el valor de la
diferencia de potencial debe estar limitado por el rango [4,50;11,70].
Cuadro 3.8 Datos estadísticos de la diferencia de potencial N Válidos 8
Perdidos 0
Media 7,9875
Mediana 7,8000
Moda 4,50a
Desviación típica 2,86029
Varianza 8,181
Mínimo 4,50
Máximo 11,70
a. Existen varias modas. Se mostrará el menor de los valores.
Fuente: SPSS Stadistics
84
En la prueba de diferencia de potencial, se obtuvo media aritmética de
puntaje igual a 7,9875, con una desviación típica de 2,86029 muy
lejana a la mediana, pudiendo discutir sobre esto que, los valores de
diferencia de potencial son muy dispersos ya que los valores tomados
difieren entre sí. Para mayor visión, los resultados se muestran en el
siguiente histograma:
Figura 3.6 Histograma de la diferencia de potencial
Fuente: SPSS Stadistics 3.6.2 Análisis estadístico de la intensidad de corriente.-
Cuadro 3.9 Análisis estadístico de la prueba “t” de Student Resultados de la intensidad de corriente
Frecuencia Porcentaje Porcentaje
válido
Porcentaje
acumulado
Válidos
1,50 1 12,5 12,5 12,5
1,53 1 12,5 12,5 25,0
1,57 3 37,5 37,5 62,5
1,63 2 25,0 25,0 87,5
1,71 1 12,5 12,5 100,0
Total 8 100,0 100,0
Fuente: SPSS Stadistics
85
Interpretación:
De la observación del cuadro notamos como características que:
El promedio más alto y más bajo que obtuvieron de intensidad de
corriente que se obtuvo durante el proceso de destintado electrolítico,
es de 1,71 y 1,50 respectivamente, teniendo un porcentaje de 12,5 %.
El 87,5 % de los valores de las intensidades de corriente obtenidos del
destintado de papel son de: 1,53 y 1,71.
De estos datos podemos discutir que, la intensidad de corriente usada
en el proceso de destintado electrolítico se encuentra entre un rango
bien definido, limitado por [1,53 y 1,71].
Cuadro 3.10 Datos estadísticos de la intensidad de corriente
N Válidos 8
Perdidos 0
Media 1,5888
Mediana 1,5700
Moda 1,57
Desviación típica 0,06600
Varianza 0,004
Mínimo 1,50
Máximo 1,71
Fuente: SPSS Stadistics
En la prueba de Intensidad de corriente, se obtuvieron una media
aritmética de puntaje igual a 1,5888, con una desviación típica de
0,066, al igual tenemos una varianza lejana a la media.
A diferencia de los datos de diferencia de potencial, los datos de la
intensidad de corriente son más cercanos entre sí. Es por eso que la
desviación típica difiere de la media aritmética pero en menos
cantidad. Con los estadígrafos encontrados, podemos eliminar los
datos que se alejen de nuestra media aritmética para no tener
perturbaciones. Para una mayor visión, los resultados se muestran
en el siguiente histograma:
86
Figura 3.7 Histograma de la Intensidad de corriente
Fuente: SPSS Stadistics
3.6.3 Análisis estadístico de la distancia entre electrodos.-
Cuadro 3.11 Análisis estadístico de la prueba “t” de Student
Resultados de la distancia
Frecuencia Porcentaje Porcentaje
válido
Porcentaje
acumulado
Válidos
2,00 4 50,0 50,0 50,0
3,00 4 50,0 50,0 100,0
Total 8 100,0 100,0
Fuente: SPSS Stadistics
Interpretación:
De la observación del cuadro notamos como características que:
El promedio más alto y más bajo de distancia que se obtuvo
durante el destintado de papel, es de 3 cm y 2 cm
respectivamente, teniendo un porcentaje de 50 %.
El 50 % de las distancias obtenidas del destintado de papel, es
de 2 centímetros a 3 centímetros.
87
Cuadro 3.12 Datos estadísticos de la distancia.
N Válidos 8
Perdidos 0
Media 2,5000
Mediana 2,5000
Moda 2,00a
Desviación típica 0,53452
Varianza 0,286
Mínimo 2,00
Máximo 3,00
a. Existen varias modas. Se mostrará el menor de los valores.
Fuente: SPSS Stadistics
En la prueba de la distancia, se obtuvo los estadígrafos de posición
central una media aritmética de puntaje igual a 2,5000, con un valor
mínimo de distancia 2,0 cm y como máximo de Intensidad de corriente
3,0 cm con una desviación típica de 0,53452 muy lejana a la mediana,
al igual que una varianza lejana a la media. Los resultados se
muestran en el siguiente histograma.
Figura 3.8 Histograma de la distancia
Fuente: SPSS Stadistics
88
3.6.4 Análisis estadístico del tiempo de destintado.-
Cuadro 3.13 Análisis estadístico de la prueba “t” de Student Resultados del tiempo de destintado.
Frecuencia Porcentaje Porcentaje
válido
Porcentaje
acumulado
Válidos
15,00 4 50,0 50,0 50,0
30,00 4 50,0 50,0 100,0
Total 8 100,0 100,0
Fuente: SPSS Stadistics
Interpretación:
De la observación del cuadro notamos como características que:
El promedio más alto de tiempo que se obtuvo durante el
destintado de papel, es de 30 min, teniendo un porcentaje de 50,0
%.
El 50 % de los tiempos obtenidos del destintado de papel, se de 15
min a 30 min.
Cuadro 3.14 Datos estadísticos del tiempo.
N Válidos 8
Perdidos 0
Media 22,5000
Mediana 22,5000
Moda 15,00a
Desviación típica 8,01784
Varianza 64,286
Mínimo 15,00
Máximo 30,00
a. Existen varias modas. Se mostrará el menor de los valores.
Fuente: SPSS Stadistics.
En la prueba del tiempo, se obtuvo los estadígrafos de posición
central una Media Aritmética de puntaje igual a 22.5000, con un valor
mínimo de tiempo de 15,0 minutos y como máximo de tiempo 30
minutos con una desviación típica de 8,01784 muy lejana a la
mediana. Al igual que una varianza lejana a la media. Los resultados
se muestran en el siguiente histograma:
89
Figura 3.9 Histograma del tiempo.
Fuente: SPSS Stadistics.
3.6.5 Análisis estadístico del % removido de tinta.-
Cuadro 3.15 Análisis estadístico de la prueba “t” de Student
Resultados del porcentaje removido de tinta.
Frecuencia Porcentaje Porcentaje
válido
Porcentaje
acumulado
Válidos
33,54 1 12,5 12,5 12,5
51,27 1 12,5 12,5 25,0
55,21 1 12,5 12,5 37,5
59,33 1 12,5 12,5 50,0
59,66 1 12,5 12,5 62,5
65,88 1 12,5 12,5 75,0
66,26 1 12,5 12,5 87,5
72,52 1 12,5 12,5 100,0
Total 8 100,0 100,0
Fuente: SPSS Stadistics.
90
Interpretación:
De la observación del cuadro notamos como características que:
El promedio más alto del total que se obtuvo durante el destintado
de papel, es de 72,52 %, teniendo un porcentaje de 12,5 %.
El promedio más bajo del total que se obtuvo durante el destintado
de papel, es de 33,54 %, teniendo un porcentaje de 12,5 %.
El 87,5 % de los tiempos obtenidos del destintado de papel, es de
51,27 % a 72,52 %.
Cuadra 3.16 Datos estadísticos globales
N Válidos 8
Perdidos 0
Media 57,9587
Mediana 59,4950
Moda 33,54a
Desv. típ. 11,93454
Varianza 142,433
Mínimo 33,54
Máximo 72,52
a. Existen varias modas. Se mostrará el menor de los valores.
Fuente: SPSS Stadistics
En la prueba del total, se obtuvo los estadígrafos de posición central
una media aritmética de puntaje igual a 57,9587 con un valor mínimo
de del total 33,54 y como máximo del total 72,52 con una desviación
típica de 11,93454 muy lejana a la mediana. Al igual que una varianza
lejana a la media.
Los resultados se muestran en el siguiente histograma:
91
Figura 3.10 Histograma del % removido de tinta.
Fuente: SPSS Stadistics
Cuadro 3.17 Resumen de los datos estadísticos globales N Mínimo Máximo Media Desv. típ. Varianza
DIFERENCIA DE
POTENCIAL
8 4,50 11,70 7,9875 2,86029 8,181
INTENSIDAD DE
CORRIENTE
8 1,50 1,71 1,5888 0,06600 0,004
DISTANCIA 8 2,00 3,00 2,5000 0,53452 0,286
TIEMPO 8 15,00 30,00 22,5000 8,01784 64,286
N válido (según
lista)
8
Fuente: SPSS Stadistics.
92
Interpretación.
La media aritmética obtenida de la diferencia de potencial es de
6,3987 puntos respecto a la intensidad de corriente.
La varianza obtenida en la diferencia de potencial es 8,181 y
mientras que en la intensidad de corriente es de 0.004, lo que
prueba que si la diferencia de potencial es mayor existirá menor
tiempo de destintado de papel.
Después de la interpretación de los datos obtenidos en la prueba de
salida, observamos que la media de tendencia central obtenida es
superior a la obtenida en la prueba de entrada.
3.6.6 PRUEBA DE HIPÓTESIS.-
Estadígrafo y Nivel de Significación.
Prueba Estadística: t de Student
Nivel de Significación: = 0,05
Probabilidad de Error: 5 %
Probabilidad de Confianza: 95 %
T de Tabla: Tt = T(0,05;58) = 82,730
Hipótesis de trabajo:
Ho: (Hipótesis nula)
La obtención de la pulpa blanca a partir de papel impreso reciclado
mediante el proceso de destintado electrolítico NO dependerá de la
diferencia potencial, intensidad de corriente, distancia entre electrodos
y tiempo.
Hi: (Hipótesis de investigación)
La obtención de la pulpa blanca a partir de papel impreso reciclado
mediante el proceso de destintado electrolítico SI dependerá de la
diferencia potencial, intensidad de corriente, distancia entre electrodos
y tiempo.
93
En el Cuadro 3.18, se muestran los estadísticos para una muestra:
Cuadro 3.18 Estadísticos para una muestra
N Media Desviación típ. Error típ. de la
media
GLOBAL 8 57,9587 11,93454 4,21950
Fuente: SPSS Stadistics
En el cuadro 3.19, se muestra la prueba ¨t¨ de Student para una
muestra:
Cuadro 3.19 Prueba para una muestra
Valor de prueba = 0,5
t gl Sig. (bilateral) Diferencia de
medias
95 % Intervalo de confianza
para la diferencia
Inferior Superior
GLOBAL 13,617 7 0,000 57,45875 47,4812 67,4363
Fuente: SPSS Stadistics
Interpretación Estadística:
Como tC (13,317) > tt (1,60), entonces rechazamos la Hipótesis nula y
aceptamos la hipótesis de investigación con 95 % de acierto y 5 % de
error, lo cual demuestra que la obtención de la pulpa blanca a partir
de papel impreso reciclado mediante el proceso de destintado
electrolítico SI dependerá de la diferencia potencial, intensidad de
corriente, distancia entre electrodos y tiempo.
94
CONCLUSIONES
1. Se ha obtenido pulpa blanca a partir de papel impreso reciclado
mediante la técnica de destintado electrolítico, evaluando la diferencia
de potencial, la distancia entre electrodos y el tiempo de destintado
para establecer las mejores condiciones de operación de destintado.
De los resultados se puede concluir que la técnica de destintado
electrolítico, está altamente influenciada por estas tres variables, y es
una alternativa promisoria ambientalmente amigable, en el proceso de
destintado del papel reciclado
2. Se ha determinado la curva patrón del contenido de tinta a diferentes
concentraciones de tinta, la que se utilizó como herramienta predictiva
en la conversión rápida de unidades del índice de absorbancia a
unidades de concentración en masa ppm. La consistencia de este
patrón está dado por su coincidencia con los resultados logrados por la
ecuación de Lambert - Beer.
3. Se caracterizó el papel impreso reciclado, elemento importante en este
estudio debido a que se utilizó un papel preparado con características
muy definidas de impresión, tipo de tinta, tipo de impresora, tiempo de
envejecimiento y de papel, los que se han empleado para comparar
con otros procesos, quedando abierto el estudio para ser ampliados
considerado todos estos efectos.
4. Se ha establecido las condiciones operación adecuadas, para obtener
la remoción de 72,52 % de la tinta del papel impreso reciclado, los
mismos que fueron: diferencia de potencial 11,37 V, una distancia de
electrodos de 2 cm y un tiempo de proceso de 15 min, a 7,6 de pH y
condiciones ambientales de 16 °C de temperatura.
5. Se caracterizó la pulpa blanca de papel obtenido luego del proceso de
destintado, encontrándose una retención de tinta en ella en la pulpa
blanca de 124 ppm promedio, que probablemente se encuentra dentro
de la masa de papel, que no se puede extraer, porque el transporte del
interior de la fibra de papel a su superficie está limitado por el
95
mecanismo de difusión molecular y las características estructurales del
papel.
6. El destintado electrolítico es un proceso promisorio, que es ventajoso
respecto al destintado químico que produce efectos contaminantes
quimico secundarios y respecto al destintado enzimático que presenta
elevados costos debido al acondicionamiento del proceso. Entonces
podemos decir que el proceso de destintado electrolítico es más
factible en cuanto a costos y recomendado por su baja contaminación
ambiental.
7. La gran ventaja del destintado electrolítico frente al destintado químico
neutro es que en esta no existe redeposición de la tinta sobre el papel
por otra parte en esta última es relativamente de bajo costo, pero de
alta contaminación ya que la gran cantidad de NaOH que se utiliza para
neutralizar la disolución son removidas y arrastradas por las aguas
residuales.
8. Podemos hacer una comparación del método propuesto frente al
destintado alcalino donde se trabaja a un pH 11 en la cual tiene lugar a
la emulsión de la tinta ya que se saponifica el encolado y los ligantes
que contienen el papel gracias a la presencia de NaOH y NaCO3, en
estas condiciones si no se hace un lavado rápido la tinta tiende a
impregnarse nuevamente en el papel. Por otra parte si hacemos una
comparación frente al destintado enzimático podemos mencionar que
los compuestos orgánicos se pueden degradar, pero el gran
inconveniente es que la aplicación resulta de un considerable costo por
el precio de las enzimas.
96
RECOMENDACIONES
1. Para preparar las soluciones necesarias para la curva patrón de la
tinta que será leído en el equipo de Espectrofotómetro UV-Visible, se
recomienda hacer uso de alcohol de 96° como medio diluyente, para
obtener una completa dilución de la tinta, ya que esta es soluble en
alcohol.
2. Para una aplicación de uso industrial, se recomienda integrar un
sistema de agitación total con ayuda de paletas, para el contacto
rápido y directo del papel con los electrodos.
3. Para un proceso industrial se recomienda el uso de electrodos de
grafito compacto sin porosidad para evitar el proceso de lavado
después del proceso de destintado electrolítico.
97
BIBLIOGRAFIA
Libros
1. Díaz, Horacio (1990) “El mundo del papel pulpa y papel” volumen 1.
Número 1.
2. Chang, Raymond (2002) “Electroquímica” Editorial McGraw-Hill. México.
3. Hoyos Eusse, Juan (2006) “Destintado enzimático de papel impreso por
el método offset” Medellín. Colombia.
4. Montgomery, Douglas C. (2004) “Diseño y análisis de experimentos”
Editorial Limusa Wiley. México
Tesis
5. Bautista Suárez, L. (2006) “Degradación de colorantes (azul de metileno)
por métodos electroquímicos”Veracruz. México.
Páginas web
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(2002).Fecha de consulta, 20 de abril de 2013, de
http://www.monografias.com/trabajos51/papel-carton/papel-
carton.shtml#ixzz2fwHcfthg
8. Piacente, Pablo. Revista de medio ambiente; (2012). Fecha de
consulta, 22 de abril de 2013, de http://www.ecogestos.com/produccion-
de-papel-un-proceso-pocoamigable-con-el-medio-ambiente/
9. Demers, Paul. Enciclopedia de salud y seguridad en el trabajo.
(2011). Fecha de consulta 25 de mayo de 2013, de
http://www.insht.es/InshtWeb/Contenidos/Documentacion/TextosOnline/E
nciclopediaOIT/tomo3/72.pdf
10. Publicada bajo la Licencia de documentación libre de GNU. (2011).
Fecha de consulta, 15 de mayo de 2013, de
http://es.wikipedia.org/wiki/Reciclaje_de_papel.
98
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Investigación en Celulosa y Papel; (2008). Fecha de consulta 20 de
mayo de 2013.
www.riadicyp.org.ar/index.php?option=com_phocadownload
12. http://es.wikipedia.org/wiki/Reciclaje_de_papel
13. www.el-signo.com/.../index.php?option=com...id
14. espanol.answers.yahoo.com
15. Fuentes Villagrán, José Renán. Revista Creces. (1991). Fecha de
consulta 20 de mayo de 2013, de http://html.rincondelvago.com/tintas.html
16. Página central de servicios Samsung. (2011). Fecha de consulta, 20 de
mayo de 2013, de www.samsung.com/es/article/impresora-de-tinta-o-
impresora-laser
17. Tesis “Aproximación teórica y experimental al estudio del proceso
de producción electrolítica del NaClO” - Antonio Alonso Díaz Arriaga;
Mayo 2013
http://www.tuobra.unam.mx/obrasPDF/2372:%294094:%29c.PDF
18. Faraday, Michael. "On Electrical Decomposition". Philosophical
Transactions of the Royal Society.(1834). Fecha de consulta,23 de
mayo de 2013, de http://es.wikipedia.org/wiki/Electrodo
19. Página Web Universidad de Córdoba. (2012). Fecha de consulta de 25
de mayo de 2013.
www.uco.es/dptos/bioquimicabiol.../08_ESPECTROFOTOMETRÍA.pdf
20. Página Web Universidad Autónoma de Madrid.(2013).fecha de
consulta 30 de mayo de 2013.
www.uam.es/.../Practica_4_Colorimetria_Ley_de_Lambert_Beer.pdf
21. Página Web de Ecología Mundial.(2012). Fecha de consulta 28 de mayo
de 2013, de eco.microsiervos.com/.../tipos-blanqueo-papel-sostenible.html
99
ANEXOS
100
ANEXO A. VISTAS DE LAS ETAPAS DEL PROCESO DE DESTINTADO
Figura A.1 Selección de papel reciclado
Figura A.2 Preparación de la pulpa de papel
101
Figura A.3 Vista preliminar antes del proceso de destintado de la pulpa de papel
Figura A.4 Proceso de destintado electrolítico
102
Figura A.5 Fuente reguladora de tensión eléctrica
Figura A.6 Sistema de agitación de la cuba electrolítica
103
Figura A.7 Pruebas de destintado con electrodos de aluminio
Figura A.8 Preparación de la pulpa virgen
104
Figura A.9 Comparación de pulpa virgen con la pulpa de papel impreso
Figura A.10 Tinta removida después del proceso de destintado
105
Figura A.11 Pesaje de la tinta para la elaboración de la curva de calibración
Figura A.12 Pesaje de la tinta
106
Figura A.13 Muestras patrón para la gráfica de longitud de onda
Figura A.14 Equipo de espectrofotometría UV-Vis de la Facultad de Ingeniería Química-UNCP
107
Figura A.15 Muestras patrón para la curva de calibración
Figura A.16 Grafica de la Longitud de onda de la tinta
108
Figura A.17 Reporte de los datos obtenidos de Concentración Vs Absorbancia de la tinta a diferentes concentraciones
109
ANEXO B. DIAGRAMA DE PROCESO Y FLUJO DEL PROCESO DE DESTINTADO
Agua
Papel Impreso Reciclado
1 Remojado
Agua
3 Mezclado
2
Agua
4
Cantidad
Cantidad
NaCl
5
Cantidad
6
7
1
5
4 Destintado Electrolítico
Electroflotacion
9 Filtración
PULPA BLANCA
Resumen
:
=
=
6
9
UNCP FIQ DPTO. DE INGENIERIA
TESIS
OBTENCION DE PULPA BLANCA A PARTIR DE PAPEL IMPRESO RECICLADO MEDIANTE EL PROCESO DE DESTINTADO ELECTROLITICO
(DIAGRAMA DE PROCESOS)
POR: Bach. DE LA CRUZ YARASCA, Brian
Bach. FUENTE CUANCA, Diego
VOBO
Fecha 05/10/13
N°:1
2
3
Tinta
8
6
110
A
UNCP FIQDPTO. DE INGENIERIA
TESIS
POR: Bach.DE LA CRUZ YARASCA, Brian Marlon
Bach FUENTE CUENCA, Diego Aniello
VoBo Nº: 1
Fecha: 05/10/13
OBTENCION DE PULPA BLANCA A PARTIR DE PAPEL IMPRESO RECICLADO MEDIANTE EL
PROCESO DE DESTINTADO ELECTROLITICO
(DIAGRAMA DE FLUJO)
F-110
M-120
B
M-130
H-140
C
D
E
F
H
G
J
I
F-110
Tanque de
almacenamiento
M-120
Licuadora
H-140
FiltroM-130
Mezcaldora
Corriente
Flujo
A B C D E F G H
399,096 0,9034 400 2 000 2 400 2 0,6552 2 399,344
I
399,344
J
2 000
BALANCE DE MASA ( g/hr)
