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UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR

FACULTAD DE INGENIERÍA EN GEOLOGÍA, MINAS, PETRÓLEOS Y AMBIENTAL

CARRERA DE INGENIERÍA AMBIENTAL

“Reutilización de residuos industriales del proceso de fabricación de sanitarios, como materia

prima para la producción de ladrillos de la Planta de Edesa Quito”

Proyecto de Investigación presentado como requisito parcial para optar por el Título de Ingeniería

Ambiental Grado Académico de Tercer Nivel

AUTORA

Cynthia Paola Rodríguez Carrillo

[email protected]

TUTORA

Diana Karina Fabara Salazar, Ing., MSc. ©

Quito DM., Junio, 2016

ii

Rodríguez Carrillo Cynthia, (2016)

Reutilización de residuos industriales del proceso

de fabricación de sanitarios, como materia prima

para la producción de ladrillos de la Planta de

Edesa Quito.

Quito DMQ: 91 pg.

iii

AGRADECIMIENTO

A Dios, por brindarme sabiduría y fortaleza a lo largo de mi carrera estudiantil para conseguir las

metas planteadas.

A mis padres, quienes con su amor y sacrificio me motivaron a seguir adelante.

Al personal de la planta de EDESA S.A, por el apoyo brindado durante el proyecto, en especial al

Ingeniero Vicente Unda por la apertura mostrada para llevar a cabo las pruebas del mismo.

A la Ingeniera Diana Fabara, por proporcionarme la guía necesaria para culminar con éxito el

presente Proyecto de Investigación.

Cynthia R C.

iv

DEDICATORIA

A Dios por darme voluntad, fortaleza y sabiduría

A mis padres por su apoyo incondicional

A Mario, Fernanda, María José y Marco por su cariño

Cynthia R C.

v

AUTORIZACIÓN DE LA AUTORÍA INTELECTUAL

Yo, CYNTHIA PAOLA RODRÍGUEZ CARRILLO, en calidad de autora del Proyecto de

Investigación: “REUTILIZACIÓN DE RESIDUOS INDUSTRIALES DEL PROCESO DE

FABRICACIÓN DE SANITARIOS, COMO MATERIA PRIMA PARA LA PRODUCCIÓN DE

LADRILLOS DE LA PLANTA DE EDESA QUITO”, por la presente autorizo a la

UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR, hacer uso de todos los contenidos que me

pertenecen o parte de los que contienen esta obra, con fines estrictamente académicos o de

investigación.

Los derechos que como autora me corresponde, con excepción de la presente autorización, seguirán

vigentes a mi favor, de conformidad con lo establecido en los artículos 5, 6, 8; 19 y demás

pertinentes a la Ley de Propiedad Intelectual y su Reglamento.

Quito, a los 14 días del mes de junio de 2016.

Cynthia Paola Rodríguez Carrillo

C.I. 0201581766

Telf: 0987158146

E-mail: [email protected]

vi

INFORME DE APROBACIÓN DEL TUTOR

En mi carácter de Tutor del Proyecto de Investigación, presentado por la señorita Cynthia Paola

Rodríguez Carrillo, para optar el Título de INGENIERA AMBIENTAL cuyo título es:

“Reutilización de residuos industriales del proceso de fabricación de sanitarios, como materia

prima para la producción de ladrillos de la planta de Edesa Quito”, considero que dicho

trabajo reúne los requisitos y méritos suficientes para ser sometido a la presentación pública y

evaluación por parte del jurado examinador que se designe.

En la ciudad de Quito a los 14 días del mes de junio de 2016.

f.

Diana Karina Fabara Salazar, Ing., MSc. ©

C.I. 1714738653

TUTOR DEL PROYECTO DE INVESTIGACIÓN

vii

INFORME DE APROBACIÓN DEL TRIBUNAL

El tribunal constituido por: Ing. Ilia Alomia, Quím. Salomón Chacha, Ing. Teresa Palacios.

DECLARAN: Que la presente tesis denominada: “Reutilización de residuos industriales del

proceso de fabricación de sanitarios, como materia prima para la producción de ladrillos de

la planta de Edesa Quito”, ha sido elaborada íntegramente por la señorita Cynthia Paola

Rodríguez Carrillo, egresada de la carrera de Ingeniería Ambiental, ha sido revisada y verificada,

dando fe de la originalidad del presente trabajo.

Ha emitido el siguiente veredicto: Se ha aprobado el Proyecto de Investigación para su Defensa

Oral.

En la ciudad de Quito a los 30 días del mes de junio de 2016.

Para constancia de lo actuado

f.

Ilia Alomia, Ing., MSc.

ASESOR DEL PROYECTO

f. f.

Salomón Chacha, Quím. Teresa Palacios, Ing., MSc.

ASESOR DEL PROYECTO ASESOR DEL PROYECTO

viii

ÍNDICE DE CONTENIDO

1. INTRODUCCIÓN ..................................................................................................................... 1

1.1. LADRILLOS CERÁMICOS ................................................................................................. 3

1.1.1. Propiedades del ladrillo cerámico .............................................................................. 4

2. MATERIALES Y MÉTODOS .................................................................................................. 6

2.1. UBICACIÓN Y PERIODO DE EXPERIMENTACIÓN ...................................................... 6

2.2. UNIVERSO Y MUESTRA .................................................................................................... 6

2.3. Materiales y reactivos ............................................................................................................. 6

2.3.1. Lodos residuales industriales...................................................................................... 6

2.3.2. Agregado de rotura cerámica ..................................................................................... 7

2.3.3. Balanza ....................................................................................................................... 7

2.3.4. Calibrador ................................................................................................................... 7

2.3.5. Probetas ...................................................................................................................... 7

2.3.6. Moldes de madera ...................................................................................................... 8

2.3.7. Estufa .......................................................................................................................... 8

2.3.8. Prensa para ensayo de resistencia a la compresión .................................................... 8

2.3.9. Cajas Petri .................................................................................................................. 8

2.3.10. Espátula .................................................................................................................. 8

2.3.11. Agua destilada ........................................................................................................ 8

2.3.12. Recipientes plásticos .............................................................................................. 8

2.3.13. Horno Túnel ........................................................................................................... 8

2.4. MÉTODOS Y TÉCNICAS DE RECOLECCIÓN DE DATOS ............................................ 9

2.4.1. Muestreo del lodo residual ......................................................................................... 9

2.4.2. Muestreo de la rotura cerámica ................................................................................ 10

2.5. TRABAJO EXPERIMENTAL ............................................................................................ 12

2.5.1. Caracterización física del lodo residual .................................................................... 12

2.5.2. Caracterización química del lodo residual ............................................................... 14

2.5.3. Caracterización física de la rotura cerámica ............................................................. 16

2.5.4. Caracterización química de la rotura cerámica ........................................................ 16

ix

2.5.5. Elaboración de las unidades experimentales de ladrillos cerámicos ........................ 17

2.5.6. Caracterización de ladrillos cerámicos ..................................................................... 23

3. RESULTADOS Y DISCUSIÓN ............................................................................................. 31

3.1. CARACTERIZACIÓN DEL LODO RESIDUAL ............................................................... 31

3.1.1. Caracterización física del lodo residual .................................................................... 31

3.1.2. Caracterización química del lodo residual ............................................................... 33

3.2. CARACTERIZACIÓN DE LA ROTURA CERÁMICA .................................................... 33

3.2.1. Caracterización física de la rotura cerámica ............................................................. 33

3.2.2. Caracterización química de la rotura cerámica ........................................................ 34

3.3. CARACTERIZACIÓN DE LOS LADRILLOS CERÁMICOS .......................................... 34

3.3.1. Contracción lineal por cocción ................................................................................. 35

3.3.2. Pérdidas por calcinación ........................................................................................... 36

3.3.3. Absorción de agua .................................................................................................... 38

3.3.4. Resistencia a la compresión ..................................................................................... 40

3.3.5. Resultados caracterización de ladrillos cerámicos ................................................... 42

3.4. ANÁLISIS DE FACTIBILIDAD ECONOMICA DEL PROYECTO ................................ 44

3.4.1. Costos de inversión, operación y gestión ................................................................. 44

3.4.2. Comparación de costos respecto a gestores ambientales privados y

locales…………… .................................................................................................................. 49

4. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ...................................................................... 54

4.1. CONCLUSIONES ............................................................................................................... 54

4.2. RECOMENDACIONES ...................................................................................................... 55

ANEXO A: GLOSARIO DE TÉRMINOS ...................................................................................... 61

ANEXO B: MARCO LEGAL ......................................................................................................... 66

ANEXO C: RESULTADOS CARACTERIZACIÓN QUÍMICA DEL LODO RESIDUAL ......... 68

ANEXO D: RESULTADOS DE PRUEBAS DE RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN ............. 69

ANEXO E: PROCESO DE ELABORACIÓN DE LADRILLOS CERÁMICOS ........................... 81

ANEXO F: FOTOGRAFÍAS DE MATERIALES .......................................................................... 86

ANEXO G: HOJA DE VIDA .......................................................................................................... 89

x

INDICE DE TABLAS

Tabla 1. Clasificación y características fundamentales de los ladrillos cerámicos ............................ 3

Tabla 2. Requisitos de resistencia mecánica y absorción de la humedad de los ladrillos cerámicos . 4

Tabla 3. Datos obtenidos en el análisis de humedad ........................................................................ 13

Tabla 4. Datos obtenidos en el análisis de porcentaje de sólidos totales ......................................... 14

Tabla 5. Composición en peso de la pasta cerámica ........................................................................ 15

Tabla 6. Composición en peso del esmalte ...................................................................................... 15

Tabla 7. Composición en peso del pigmento ................................................................................... 15

Tabla 8. Porcentajes de materia prima utilizados para las mezclas .................................................. 18

Tabla 9. Intervalos y tiempos de cocción para ladrillos cerámicos .................................................. 21

Tabla 10. Condiciones de operación del horno túnel ....................................................................... 22

Tabla 11. Resultados del análisis de porcentaje de humedad ........................................................... 31

Tabla 12. Resultados del análisis de porcentaje de sólidos totales.................................................. 32

Tabla 13. Comparación de resultados con límites máximos permisibles ........................................ 33

Tabla 14. Resultados de las pruebas de contracción por cocción..................................................... 35

Tabla 12. Resultados promedio de las pruebas de contracción por cocción ................................... 35

Tabla 16. Resultados de las pruebas de pérdidas por calcinación .................................................... 37

Tabla 17. Resultados promedio de las pruebas de pérdidas por calcinación .................................... 37

Tabla 18. Resultados de las pruebas de absorción de agua .............................................................. 39

Tabla 19. Resultados promedio de las pruebas de absorción de agua .............................................. 39

Tabla 20. Resultados de las pruebas de resistencia a la compresión ................................................ 41

Tabla 21. Resultados promedio de las pruebas de resistencia a la compresión................................ 41

Tabla 22. Características de las unidades experimentales de ladrillos cerámicos ............................ 43

Tabla 23. Resultados promedio de las unidades experimentales de ladrillos cerámicos ................. 44

Tabla 24. Características horno túnel para la elaboración de ladrillos ............................................. 45

Tabla 25. Condiciones de operación del horno túnel ....................................................................... 47

Tabla 26. Condiciones de energía requerida por horno túnel ........................................................... 48

Tabla 27. Cuadro de generación promedio mensual de residuos industriales .................................. 48

Tabla 28. Cantidad aprovechable de residuos industriales mensual ................................................ 48

Tabla 29. Tabla resumen de costos de operación ............................................................................. 50

Tabla 30. Cantidad disponible de residuos y costos por gestión ...................................................... 50

Tabla 31. Costos por gestión de residuos (Gestores Privados) ........................................................ 51

Tabla 32. Datos operativos de los hornos de túnel utilizados en la industria cerámica ................... 84

Tabla 33. Factores influyentes en las propiedades de la arcilla cocida ............................................ 85

xi

ÍNDICE DE FIGURAS

Figura 1. Fosa cimentada para secado de lodos industriales. . .......................................................... 7

Figura 2. Patio de rotura cerámica. . ................................................................................................. 7

Figura 3. Horno túnel. . ..................................................................................................................... 9

Figura 4. Recolección de muestra de lodo de la fosa. .................................................................... 10

Figura 5. Primer tamizado de la rotura cerámica. .......................................................................... 10

Figura 6. Recolección de muestra de cerámica del patio de rotura. ............................................... 11

Figura 7. Tamizado de la muestra de rotura cerámica (Ø=2mm). .................................................. 11

Figura 8. Resultados análisis de humedad. ..................................................................................... 13

Figura 9. Resultados análisis de sólidos totales. ............................................................................ 14

Figura 10. Difracción de Rayos X rotura cerámica. ......................................................................... 16

Figura 11. Porosidad del árido de cerámica. .................................................................................... 17

Figura 12. Pesaje de materia prima para elaboración de ladrillos. ................................................. 18

Figura 13. Proporciones cerámica triturada para elaboración de ladrillos. .................................... 19

Figura 14. Proporciones de lodos para elaboración de ladrillos. .................................................... 19

Figura 15. Elaboración de la mezcla para la elaboración de ladrillos. ........................................... 20

Figura 16. Vaciado de la mezcla en moldes. .................................................................................. 20

Figura 17. Secado de ladrillos. ....................................................................................................... 21

Figura 18. Perfil de temperatura de cocción de los ladrillos. ......................................................... 22

Figura 19. Identificación de ladrillos. ............................................................................................ 23

Figura 20. Colocación de ladrillo en la plataforma móvil . ............................................................ 23

Figura 21. Cocción de ladrillos de prueba en horno túnel. ............................................................. 23

Figura 22. Trazado de línea de encogimiento. ................................................................................. 24

Figura 23. Prueba de pesaje del ladrillo para prueba de Pérdidas por Calcinación. ....................... 26

Figura 24. Ladrillos sumergidos en agua destilada para prueba de Absorción de agua. ................ 27

Figura 25. Ladrillos sumergidos en agua destilada transcurridas 24 horas. ................................... 27

Figura 26. Pesado de ladrillo saturado de agua. . ............................................................................ 27

Figura 27. Corte del ladrillo en aristas iguales. . ............................................................................. 28

Figura 28. Aplicación de la carga mediante el probador de fuerza de compresión. . ...................... 29

Figura 29. Rotura de la muestra. . ................................................................................................... 29

Figura 30. Resultados análisis de humedad. ................................................................................... 31

Figura 31. Resultados análisis de sólidos totales. . ......................................................................... 32

Figura 32. Ladrillos cerámicos posterior a la quema. . ................................................................... 34

Figura 33. Curva de porcentaje de contracción lineal por cocción. . .............................................. 36

Figura 34. Curva de porcentaje de pérdidas por calcinación. . ....................................................... 38

Figura 35. Curva de porcentaje de absorción de agua. . .................................................................. 40

xii

Figura 36. Resultados de pruebas de resistencia a la compresión .................................................... 42

Figura 37. Diseño de horno túnel. . ................................................................................................. 45

Figura 38. Dimensiones de horno túnel. . ....................................................................................... 45

Figura 39. Diagrama del proceso de fabricación de ladrillos refractarios. ....................................... 81

Figura 40. Ciclo de cocción de un horno túnel................................................................................. 84

xiii

ÍNDICE DE ECUACIONES

Ecuación 1. Ecuación de Porcentaje de Humedad. ......................................................................... 12

Ecuación 2. Ecuación de Porcentaje de Sólidos Totales ................................................................. 13

Ecuación 3. Ecuación de Porcentaje de Contracción por Cocción .................................................. 24

Ecuación 4. Ecuación de Porcentaje de Contracción por Cocción Promedio ................................. 25

Ecuación 5. Ecuación de Porcentaje de Pérdidas por Calcinación .................................................. 25

Ecuación 6. Ecuación de Porcentaje de Pérdidas por Calcinación Promedio ................................ 25

Ecuación 7. Ecuación de Porcentaje de Absorción de humedad ..................................................... 26

Ecuación 8. Ecuación de Porcentaje de Absorción de humedad Promedio .................................... 28

Ecuación 9. Ecuación de Resistencia a la Compresión ................................................................... 29

Ecuación 10. Ecuación de Resistencia a la Compresión Promedio .................................................. 30

xiv

TEMA: “Reutilización de residuos industriales del proceso de fabricación de sanitarios, como

materia prima para la producción de ladrillos de la Planta de Edesa Quito”

Autora: Cynthia Paola Rodríguez Carrillo

Tutora: Diana Karina Fabara Salazar

RESUMEN

El presente trabajo tuvo como objetivo general evaluar la capacidad y factibilidad de reutilización

de los lodos residuales y residuos de cerámica triturada, dentro del proceso de fabricación de

sanitarios de la empresa EDESA S.A, como materia prima para la elaboración ladrillos, con la

finalidad de evitar su disposición en una escombrera o relleno sanitario de Quito. Tuvieron lugar

tres repeticiones con mezclas de cuatro diferentes dosificaciones de lodo y cerámica. Las piezas se

quemaron en el horno túnel, por un periodo de 12 a 14 horas, incluido el enfriamiento. Entre las

conclusiones, se destaca que los ladrillos con 60% de lodos y 40% de rotura cerámica cumplen los

requisitos de la Norma NTE INEN 297- 1978, por lo cual pueden ser utilizados con fines

estructurales. La factibilidad económica fue altamente aceptable comparada con dos gestores

privados GADERE y AVECORP y medianamente aceptable con el gestor público EMGIRS.

PALABRAS CLAVE: Ladrillo, lodo, relleno sanitario, residuo, reutilización, tratamiento.

xv

TITLE: “Reuse of industrial waste of toilet manufacturing process as raw material for bricks

production in Edesa Quito”

Author: Cynthia Paola Rodríguez Carrillo

Tutor: Diana Karina Fabara Salazar

ABSTRACTY

The aim of the present work had as general objective to evaluate the reusability of the sludge from

the treatment plant wastewater and waste ceramic crushed in the process of bath manufacturing of

EDESA S.A, as raw material for bricks preparation, in order to avoid the throwing in a dump or

landfill in Quito. Three replications took place with four different dosages mixtures of sludge and

ceramics. The pieces were burned in the tunnel oven, for a period of 12 to 14 hours including

cooling. Among the findings, it highlights that the bricks with 60% of sludge and 40 % of ceramic

breakage meet the requirements of Standard NTE INEN 297- 1978 which can be used for structural

purposes. The economic feasibility was highly acceptable compared with two private managers

GADERE and AVECORP, and moderately acceptable to the public manager EMGIRS Company.

Keywords: Brick, landfill, reuse, sludge, treatment, waste.

I CERTIFY that the above and foregoing is a true and correct translation of the original

document in Spanish.

___________________________

Diana Karina Fabara Salazar

Tutor

C.I.: 1714738653

1

1. INTRODUCCIÓN

De acuerdo a la información obtenida del Sistema de Información Ambiental Distrital, en

el Distrito Metropolitano de Quito, en 2011, se produjeron 5086 toneladas de lodos

industriales, de los cuales el 90%, esto es, 4576 toneladas, fueron ubicados en un Relleno

Sanitario, mientras que solo un 3% de lodos se destina al reciclaje, esto es, tan solo 19,66

toneladas.

Esta producción de residuos al acumularse exigen una mayor disponibilidad de rellenos

sanitarios, ya que cuando colapsan o se encuentran alejados de las fábricas, perjudican el

entorno ambiental en especial de las aguas y de los suelos, afectando los ecosistemas del

área donde se depositen (Marín, Sánchez, Rivera, & Frías, 2008).

De los datos proporcionados por el Jefe de Seguridad, Salud y Ambiente de EDESA, en

2014, se produjeron un total de 2823 toneladas de lodos industriales no peligrosos y 4404

toneladas de residuos de cerámica, los cuales tuvieron como sitios de disposición final los

rellenos sanitarios y escombreras de la ciudad de Quito. Actualmente la empresa no

cuenta con una técnica de reutilización de dichos residuos.

Dicha disposición representa costos adicionales para la industria, es así que, en 2015, la

Empresa Metropolitana de Gestión Integral de Residuos Sólidos, mediante Oficio No.

110-EMGIRS EP-GGE-2015/GOP, determina los costos para la disposición final de

desechos industriales en Quito. Un pago de $ 17,04 por tonelada de lodo dispuesto en el

Relleno Sanitario El Inga, $ 28,92 por tonelada entregada en las Estaciones de

Transferencia Norte y Sur, y $ 0,5 por metro cúbico de residuos de cerámica dispuesta en

las escombreras de la ciudad. Respecto a los gestores privados se tiene que dicha

disposición representa un costo de $ 70 y $ 225, por tonelada entregada a AVCORP y

GADERE, respectivamente.

La importancia del desarrollo del presente proyecto radica en la reutilización de residuos

industriales de la industria cerámica EDESA, obtenidos a través del tratamiento de aguas

residuales, en la cual se generan lodos industriales; y, por otro lado, aquellas piezas que

presentaron roturas y defectos significativos, producidas en especial, durante la etapa de

cocción, las cuales constituyen los residuos de cerámica.

Entre las alternativas de aprovechamiento, Laguna (2011), propone la elaboración de

ladrillos puzolánicos sin cocción y con materiales ecológicamente aceptables como la

arcilla, cal hidráulica y subproductos residuales del cultivo del arroz, como puzolana

artificial, eliminando el impacto ambiental que éstos producen.

2

Existen experiencias de estudios de aprovechamiento de lodos, como: Pan, Lin, & Huang

(2004) y Raupp-Pereira, Hotza, Segadães, Labrincha (2006), que evaluaron la utilización

de lodos de plantas potabilizadoras y materiales de desecho de la industria del mármol.

Dichos estudios señalaron como variables más importantes para la elaboración de

ladrillos, a la temperatura de secado y las composiciones de la mezcla del lodo,

demostrando el potencial de valoración de este residuo.

El análisis de este tipo de alternativas tienen beneficios para los municipios, puesto que al

reducir la cantidad residuos depositados en el relleno, se aumenta la vida útil de estos

espacios y se contribuye a conservar un ambiente más limpio. Además, emplear estos

residuos, significará beneficios para las industrias cerámicas, debido a que se reemplaza

la cantidad de arcilla necesaria en la fabricación de ladrillos (Comisión Europea, 2005).

En virtud de lo expuesto, se justifica realizar un proyecto que entregue una alternativa

para el aprovechamiento de residuos de cerámica y lodos industriales, enmarcado en

beneficios económicos y ambientales; evitando así la disposición de los mismos en el

relleno sanitario o escombreras del DMQ y aplicándolo como una alternativa sostenible y

ecológica de material de construcción.

Para ello, se caracterizarán dichos productos, en el marco de discernir la posibilidad de la

elaboración de ladrillos, de acuerdo a los resultados de las proporciones óptimas de cada

uno de ellos y la cuantificación de la disponibilidad de cada uno de ellos. Luego de lo

cual, se estimará la factibilidad económica de su reutilización dentro del proceso de

elaboración de ladrillos.

3

1.1. LADRILLOS CERÁMICOS

Moreno (1981) y Gallegos (2005) definen al ladrillo como piezas cerámicas en forma de

paralelepípedo, contituídas por tierras arcillosas, moldeadas, comprimidas y sometidas a

un proceso de cochura, que pueden emplearse en la construcción.

La Norma Técnica NTE INEN 293 1977-05, denomina al ladrillo como una pieza de

arcilla moldeada y cocida, en formado paralelepípedo o prisma regular, que se emplea en

albañilería.

Dependiendo de las materias primas y composiciones utilizadas, varían las propiedades

mecánicas de los ladrillos, de los cuales se espera que soporten condiciones extremas de

tensión, posean altas resistencias al desgaste, excelentes propiedades eléctricas,

magnéticas u ópticas, o bien, altísima resistencia a altas temperaturas y ambientes

corrosivos (Blanco, 2005).

Según la Norma INEN 297-1978, los ladrillos cerámicos se clasifican en macizos y

huecos, los mismos que presentan diversas características según su tipología, las mismas

que se describen a continuación:

Tabla 1. Clasificación y características fundamentales de los ladrillos cerámicos

Clasificación

del ladrillo Tipo Requisitos y características fundamentales

Macizo

A

Ladrillo reprensado, de color rojizo uniforme, con ángulos

rectos y aristas rectas.

No tendrá manchas, eflorescencias, quemados ni

desconchados aparentes en caras y aristas.

B

Ladrillo de máquina, de color rojizo, con ángulos rectos y

aristas rectas, diferenciándose del tipo A en que puede tener

pequeñas imperfecciones en sus caras exteriores, así como

variaciones de rectitud en sus aristas hasta de 5 mm.

C

Semejante al tipo B, con la diferencia de que puede, además,

ser fabricado a mano y tener imperfecciones en sus caras

exteriores, así como variaciones de rectitud en sus aristas

hasta de 8 mm.

Hueco

D

Podrá emplearse en la construcción de muros soportantes,

tabiques divisorios no soportantes y relleno de losas

alivianadas de hormigón armado.

E

Podrá emplearse únicamente en la construcción de tabiques

divisorios no soportantes y rellenos de losas alivianadas de

hormigón armado.

F Podrá emplearse únicamente en el relleno de losas alivianadas

de hormigón armado. Fuente: NTE - INEN 297 (Instituto Ecuatoriano de Normalización, 1978)

4

1.1.1. Propiedades del ladrillo cerámico

Las propiedades de los cerámicos están determinadas por su microestructura cristalina y

composición química de los constituyentes esenciales; así como la naturaleza y la

cantidad de los materiales minerales presentes. La caracterización mineralógica y

propiedades de estos productos varía por la cantidad de la materia prima y las condiciones

ambientales y geológicas del lugar de extracción (Kingery, 1976).

Debido a su propósito como material de construcción, deben resistir a la interperie y

cumplir con características de resistencia a la compresión y de permeabilidad al agua

(Reverté, 1983).

La Norma Técnica Ecuatoriana NTE INEN 297 – 1978 “Ladrillos Cerámicos”, emitida

por el Instituto Ecuatoriano de Normalización, especifica los requisitos que deben

cumplir por estos materiales, los cuales se detallan a continuación:

Tabla 2. Requisitos de resistencia mecánica y absorción de la humedad de los

ladrillos cerámicos

Fuente: NTE INEN 297 - 1978 (Instituto Ecuatoriano de Normalización, 1978)

1.1.1.1. Capacidad de absorción de agua

Según Singer, S. & Singer, F.(1971), es la propiedad física que hace referencia a la

capacidad de retener una sustancia (agua) en estado líquido y está determinada por el

incremento de peso de los ladrillos al sumergirse en agua limpia. De acuerdo a lo

señalado en la norma NTE INEN 297 – 1978, este porcentaje no debe ser mayor a un

16% para un ladrillo macizo tipo A, 18% para un ladrillo macizo tipo B y 25% para un

ladrillo macizo tipo C.

5

1.1.1.2. Porosidad

Puede calcularse en función de los pesos específicos real y aparente en relación con la

capacidad de absorción de agua. La porosidad es la suma de todos los espacios huecos de

una pieza (Gallegos & Casabone, 2005).

1.1.1.3. Eflorescencia

Es el proceso de conversión total o superficial de un cuerpo en polvo, las eflorescencias

suelen ser producidas por sales solubles, sean estas sulfatos, carbonatos y, raramente,

cloruros. Estas afectan al aspecto del producto, además que pueden atacar a los materiales

empleados en la construcción de obras (Gallegos & Casabone, 2005).

1.1.1.4. Resistencia a la compresión

Según Gallegos (2005) y Barranzuela (2014), es la capacidad máxima de carga que

soporta un material antes de llegar a su límite de ruptura, se expresa en kg/cm², MPa.

Este ensayo sirve para determinar la resistencia de un material o su deformación ante un

esfuerzo de compresión. De acuerdo a lo señalado en la norma NTE INEN 297 – 1978,

las pruebas individuales de resistencia son de 25 MPa para un ladrillo macizo tipo A, 16

MPa para un ladrillo macizo tipo B y 8 MPa para un ladrillo macizo tipo C.

1.1.1.5. Contracción a la quema

Tiene lugar durante el proceso de quemado y está ligada a la cantidad de pasta para

vitrificarse. La contracción al secado depende de la plasticidad de los materiales que

contenga la mezcla (Singer & Singer, 1971).

6

2. MATERIALES Y MÉTODOS

2.1. UBICACIÓN Y PERIODO DE EXPERIMENTACIÓN

El proyecto de investigación fue llevado a cabo desde abril de 2015 hasta febrero de 2016

en la Planta Industrial de EDESA S.A Quito. Adicionalmente, el análisis químico del

lodo se efectuó en los laboratorios ANNCY, las pruebas físico químicas del ladrillo se

efectuaron tanto en el laboratorio de EDESA, como en el laboratorio de ensayo de

materiales de la Universidad Central del Ecuador. Las acciones desarrolladas incluyen

tanto el muestreo, análisis y pruebas de campo y laboratorio.

2.2. UNIVERSO Y MUESTRA

El universo del proyecto de investigación abarca los lodos de la planta de tratamiento de

aguas residuales, 2823 toneladas, y los residuos de cerámica, 4404 toneladas, generados

por la empresa EDESA en 2014.

Para las pruebas y análisis se tomaron muestras representativas de los residuos

industriales mencionados, el detalle de los métodos y técnicas de recolección de las

mismas se encuentran en el numeral 2.4.

2.3. MATERIALES Y REACTIVOS

Los materiales y reactivos que se utilizaron durante la fase experimiental del proyecto de

investigación se indican a continuación:

2.3.1. Lodos residuales industriales

De acuerdo a lo indicado por el Jefe del Área de Ambiente de EDESA, l

en las etapas de

limpieza de las unidades de proceso como escurrido de pasta y lavado de materiales

arcillosos, así como filtros y sedimentadores. Estos residuos son transportados a través de

canales hacia la planta de tratamiento de efluentes donde posteriormente son procesados.

El lodo industrial obtenido del filtro de prensa de la PTAR, es transportado hacia la celda

cimentada con paredes de concreto para su secado y almacenamiento temporal, hasta que

EMASEO realice la recolección y disposición final de este lodo industrial.

7

Figura 1. Fosa cimentada para secado de lodos industriales. Fuente: Cynthia Rodríguez.

2.3.2. Agregado de rotura cerámica

Los residuos de cerámica es un agregado que se produce en las fábricas de materiales

cerámicos que, a pesar de las mejoras en los procesos productivos, rechazan materiales

considerados no aptos para su comercialización, que generan materiales de demolición,

cuyo volumen se incrementa en función de la producción (Ibáñez, Gómez, Boveda,

Gallardo, & Francisco, 2011).

Figura 2. Patio de rotura cerámica. Fuente: Cynthia Rodríguez.

2.3.3. Balanza

Es un instrumento que sirve para medir la masa de los objetos, Se utilizó una balanza con

una capacidad de 5 kg, con apreciación de 0,1 g.

2.3.4. Calibrador

Es un instrumento que permite medir espesores, diámetros interiores y exteriores y

profundidades de objetos cilíndricos huecos. Se utilizó un calibrador de apreciación 0.05

mm.

2.3.5. Probetas

Es un instrumento volumétrico que consiste en un cilindro graduado de vidrio que

permite contener líquidos y sirve para medir volúmenes de forma aproximada. Se

utilizaron proberas graduadas de 100 ml.

8

2.3.6. Moldes de madera

Se fabricaron probetas de madera de 20 X 6 X 4.5 cm (largo, ancho y alto) para colocar la

mezcla de pasta del ladrillo.

2.3.7. Estufa

Es un equipo que se utiliza para secar y esterilizar recipientes de vidrio y metal en el

laboratorio. Se utilizó una estufa regulada a 105°C.

2.3.8. Prensa para ensayo de resistencia a la compresión

Es un equipo que se utiliza para conocer las propiedades mecánicas de resistencia a la

compresión simple de un material en MPa, ejerciendo una carga continua sobre la

muestra de 0,1 (N/mm2)/s, hasta completar la rotura de la misma, de acuerdo a lo que

estipula norma ASTM D 2938-95. Para cada combinación efectuada, se utilizó una prensa

multi-ensayo normada de 5 toneladas.

2.3.9. Cajas Petri

La placa de Petri es un recipiente redondo, de cristal o plástico, con una cubierta de la

misma forma que la placa, pero algo más grande de diámetro, para que se pueda colocar

encima y cerrar el recipiente, aunque no de forma hermética. Se utilizaron cajas petri de

100 mm x15mm.

2.3.10. Espátula

Una paleta pequeña formada por una lámina de metal de forma triangular, de 75 mm de

largo y 50 mm de ancho, con un espesor mínimo de 2 mm.

2.3.11. Agua destilada

El agua destilada es aquella sustancia cuya composición se basa en la unidad de

moléculas de H2O y ha sido purificada o limpiada mediante destilación. Se utilizaron 5

litros de agua destilada para las pruebas de absorción de humedad.

2.3.12. Recipientes plásticos

Se utilizaron recipientes de PVC de 2 y 15 litros de capacidad.

2.3.13. Horno Túnel

El horno túnel de combustión a gas para cerámica es principalmente utilizado en la

producción de materiales de construcción, como sanitarios, baldosas de barro, y

adoquines. Se utilizó un horno de cuatro quemadores, con una longitud de 60 metros, con

un alcance de temperatura de 1300 °C.

9

Figura 3. Horno túnel. Fuente: Cynthia Rodríguez.

2.4. MÉTODOS Y TÉCNICAS DE RECOLECCIÓN DE DATOS

En los siguientes incisos de este capítulo, se presentan las técnicas experimentales y

analíticas utilizadas en este proyecto, así como la descripción de la técnica de evaluación

empleada.

2.4.1. Muestreo del lodo residual

El lodo utilizado en las pruebas de elaboración ladrillos cerámicos proviene de la fosa de

lodos ubicada a continuación de la prensa filtro/tamizadora proceso en el cual se extrae el

agua de los lodos provenientes del tanque sedimentador. Estos lodos tienen una

consistencia pastosa.

El proceso de acondicionamiento de lodo se realizó al aire ambiente durante tres días,

expuesto a los rayos del sol indirectamente debido a la cubierta de la piscina. Para la toma

de muestras se tomó como referencia el método de extracción de lixiviados EPA 1311, la

norma INEN NTE 695 “M t Á ” (Instituto Ecuatoriano de Normalización,

2010) y la norma ASTM D75 “M t g g ” (American Society for Testing

and Materials, 1997).

Se recolectaron aproximadamente 9 kilogramos de lodo resultado de la mezcla de tres

muestras del nivel superficial, tres muestras del nivel medio y tres muestras del nivel

inferior de la fosa.

Se obtuvo una muestra compuesta producto de la mezcla de dichas muestras, el lodo se

redujo mediante el método de cuarteo manual, para obtener la muestra representativa a

analizarse en el laboratorio. Cabe indicar que no se requirió cadena de custodia para el

traslado hacia el laboratorio.

10

Figura 4. Recolección de muestra de lodo de la fosa. Fuente: Cynthia Rodríguez

2.4.2. Muestreo de rotura cerámica

Los residuos de cerámica corresponden a aquellas piezas que presentaron roturas y

defectos significativos, en especial, en la etapa de cocción, que debido a los estándares de

calidad del producto no pueden destinarse a su distribución en el mercado.

La cerámica que se utilizará como materia prima en el presente estudio corresponderá a

cerámica cocida exclusivamente. Los productos cerámicos con fallas se colocan en el área

denominada “Patio de Rotura”, luego de lo cual son transportadas hacia un área en la que

la pieza es golpeada con un combo, para destruir la pieza y conseguir reducir su tamaño y

volumen. Una vez reducido el tamaño de la pieza, se requiere triturarlas y tamizarlas, tal

como muestran la Figura 5.

Figura 5. Primer tamizado de la rotura cerámica. Fuente: Cynthia Rodríguez

El muestreo de cerámica triturada se realizó acorde a lo que indica la norma INEN 695-

2010 “M t Á ” (Instituto Ecuatoriano de Normalización, 2010) y la norma

11

ASTM D75 “M t g g ” (American Society for Testing and Materials,

1997).

De la fosa de 6m³ aproximadamente, se obtuvieron nueve muestras del sitio de

disposición de rotura cerámica, de un kilogramo cada una a cada nivel de la fosa. El

material se mezcló con una pala consecutivamente por tres veces. No se requirió cadena

de custodia para el traslado de este material hacia el laboratorio.

Posteriormente, tomando como referencia el tamaño de grano de arcilla sugerido por

Avgustinic (1983), en la fabricación de cerámica, se realizó un nuevo proceso de cernido

para lo cual se utilizó un tamiz No. 10 (Ø=2mm), para obtener una granulometría

adecuada para las pruebas experimentales.

Figura 6. Recolección de muestra de cerámica del patio de rotura. Fuente: Cynthia

Rodríguez

Figura 7. Tamizado de la muestra de rotura cerámica (Ø=2mm). Fuente: Cynthia

Rodríguez

12

La selección de la muestra se dio por el método de cuarteo, colocando el material sobre

un plástico de manera homogénea y dividiéndolo en cuatro partes iguales, luego de lo

cual se escogieron dos cuartos opuestos y excluyendo los cuartos restantes.

2.5. TRABAJO EXPERIMENTAL

La parte experimental de este proyecto de investigación está dividida en dos etapas

principales que son: el muestreo y caracterización de lodos residuales y cerámica

triturada; y las pruebas exploratorias para elaboración de ladrillo cerámico.

2.5.1. Caracterización física del lodo residual

Se determinaron los principales parámetros físicos que permitirán determinar el potencial

de aprovechamiento de los lodos como materia prima para elaborar ladrillos cerámicos,

estos son: humedad, sólidos totales, granulometría y textura. La caracterización se efectuó

en el laboratorio de la empresa.

2.5.1.1. Humedad y sólidos totales

Los parámetros de humedad y sólidos totales se analizaron según los siguientes pasos:

a. Pesado de recipiente vacío.

b. Pesado de recipiente con 50 gramos de cada muestra compuesta (total 7 muestras),

registro de datos.

c. Se colocó el recipiente identificado con lodo residual, en la mufla a 105 grados

centígrados durante 24 horas, luego de lo cual se retiraron los recipientes de la misma.

d. Se procedió al pesado de recipientes con la muestra y se registraron los datos en la

tabla.

Luego se realizaron los cálculos que permitieron determinar el contenido porcentual de

agua y sólidos totales del lodo de PTAR, mediante la aplicación de la fórmula:

Ecuación 1. Ecuación de Porcentaje de Humedad.

13

Tabla 3. Datos obtenidos en el análisis de humedad

No.

Peso en gramos

(recipiente +

lodo)

Peso en gramos

(recipiente + lodo

seco a 105 )

Peso en gramos

(recipiente)

Muestra 1 93,297 79,317 43,225

Muestra 2 94,069 79,767 42,798

Muestra 3 92,821 78,691 42,284

Muestra 4 94,823 80,672 43,710

Muestra 5 92,316 77,737 41,559

Muestra 6 97,692 83,780 47,421

Muestra 7 89,556 76,672 42,608

Fuente: Cynthia Rodríguez

Figura 8. Resultados análisis de humedad. Fuente: Cynthia Rodríguez

El porcentaje de sólidos totales del lodo proveniente de la PTAR, se determinando

utilizando la fórmula:

Ecuación 2. Ecuación de Porcentaje de Sólidos Totales

27,92% 27,89% 27,96% 27,69% 28,72% 27,67% 27,44%

0%

5%

10%

15%

20%

25%

30%

35%

40%

45%

50%

1 2 3 4 5 6 7

Humedad (%)

14

Tabla 4. Datos obtenidos en el análisis de porcentaje de sólidos totales

No.

Peso en

gramos

(recipiente +

lodo)

Peso en gramos

(recipiente + lodo seco a

105 )

Peso en gramos

(recipiente)

Muestra 1 93,297 79,317 43,225

Muestra 2 94,069 79,767 42,798

Muestra 3 92,821 78,691 42,284

Muestra 4 94,823 80,672 43,710

Muestra 5 92,316 77,737 41,559

Muestra 6 97,692 83,780 47,421

Muestra 7 89,556 76,672 42,608


Figura 9. Resultados análisis de sólidos totales. Fuente: Cynthia Rodríguez

2.5.2. Caracterización química del lodo residual

Se determinaron los principales parámetros químicos que ayudarán a identificar si el lodo

es un residuo industrial peligroso o no peligroso. Se analizaron los parámetros: Arsénico,

Bario, Cadmio, Cromo, Plomo, Selenio, para esta investigación se tomaron los resultados

de análisis realizados en el 2014 por el Laboratorio ANNCY, los resultados se

almacenaron en formato digital y se muestran en el Anexo C.

72,08% 72,11% 72,04% 72,31% 71,28% 72,33% 72,56%

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

1 2 3 4 5 6 7

Sólidos totales (%)

15

Del Balance de Masa del proceso de elaboración de ladrillos cerámicos, se tiene que el

esmalte, tiene una composición en peso de la pasta del 91%, como se indica en la Tabla 5.

Tabla 5. Composición en peso de la pasta cerámica

Materia

prima

Composición

en peso (%)

Composición

en peso (Kg)

Pasta 91,0 91,0

Esmalte 9,0 9,0

Total 100,0 100,0

Fuente: EDESA

Para la fabricación de 100 kilogramos de esmalte cerámico, se utilizan las composiciones

que se indican a continuación:

Tabla 6. Composición en peso del esmalte

Materia prima Composición

en peso (%)

Composición

en peso (Kg)

Caolín

99,5 99,5 Carbonato de calcio

Feldespato

Frita

Pigmentos cerámicos 0,5 0,5

Fuente: EDESA

Se tiene que por cada tonelada de pigmento, existen 300 gramos de Óxido Zinc (ZnO)

que actúa como fundente, el detalle se muestra a continuación:

Tabla 7. Composición en peso del pigmento

Materia prima Composición

en peso (%)

Composición

en peso (Kg)

Li₂O, CaO, BaO, MgO, SnO₂, ZrO₂,

Bi₂O₃, CdO, FeO - Fe₂O₃, NiO, P₂O₅,

CuO, Na₂O, K₂O, MgO, CaO, SrO, BaO,

MnO, CoO, NiO, Al₂O, TiO₂, entre otros.

99,97 99,97

ZnO 0,03 0,03

Fuente: Cynthia Rodríguez.

Por lo tanto, se tienen 15 ppm de ZnO en la composición de la mezcla del esmalte y 1,48

ppm de ZnO, en la mezcla de la pasta cerámica.

16

2.5.3. Caracterización física de la rotura cerámica

Se tomaron los resultados de estudios como Sánchez, Marín, Frías, & Rivera (2001) y

Pacheco-Torgal F y Jalali S. (2010), en que se determinó la composición mineralógica

mediante Difracción de Rayos X del residuo, el mismo que está formado por cuarzo,

moscovita, mullita y montmorollonita, como compuestos cristalinos principales.

2.5.4. Caracterización química de la rotura cerámica

Teniendo en cuenta que el árido utilizado se cirnió con un tamiz No. 10, se considera que

la rotura es un agregado fino, de tamaño de grano de 2mm.

Los compuestos cristalinos encontrados en el residuo de rotura cerámica se muestran en

la Figura 10.

Figura 10. Difracción de Rayos X rotura cerámica. Fuente: Pacheco-Torgal F, Jalali S

(2010)

Adicionalmente, se determinó la porosidad del árido de rotura cerámica, para ello se tomó

de referencia los datos de los autores antes mencionados y se obtuvo que la cerámica

tiene una porosidad del 0,32% tal como indica la Figura 11.

17

Figura 11. Porosidad del árido de cerámica. Fuente: Pacheco-Torgal F, Jalali S (2010)

2.5.5. Elaboración de las unidades experimentales de ladrillos cerámicos

Las pruebas se realizaron en el laboratorio de EDESA, tomando como base la tabla de

combinaciones o proporciones propuestas de cada materia prima.

Para las unidades experimentales de la elaboración de ladrillos, se siguió la metodología

aplicada por autores como Barranzuela (2014), Jiménez & Salazar (2005), Ministerio del

Ambiente (2013), Robusté (1969) y la Asociación Industrial y Tecnológica de Arcillas

(2013), el detalle de dichos lineamientos se encuentran en el Anexo E.

2.5.5.1. Dosificación de materia prima

La mezcla que en próximas menciones la llamaremos pasta, se preparó en recipientes de

plástico utilizando las cantidades de lodo y residuos de cerámica (tamizada) de acuerdo a

las proporciones señaladas en la Tabla 8.

18

Tabla 8. Porcentajes de materia prima utilizados para las mezclas


Tuvieron lugar tres repeticiones con cuatro diferentes dosificaciones de lodo y cerámica

triturada tamizada, tal como se indica a continuación:

Figura 12. Pesaje de materia prima para elaboración de ladrillos. Fuente: Cynthia

Rodríguez

No. Composición en peso

lodo:arcilla % p/p lodo

% p/p cerámica

triturada

A1 3:2 60 40

A2 3:2 60 40

A3 3:2 60 40

B1 7:3 70 30

B2 7:3 70 30

B3 7:3 70 30

C1 4:1 80 20

C2 4:1 80 20

C3 4:1 80 20

D1 9:1 90 10

D2 9:1 90 10

D3 9:1 90 10

19

Figura 13. Proporciones cerámica triturada para elaboración de ladrillos. Fuente: Cynthia

Rodríguez

Figura 14. Proporciones de lodos para elaboración de ladrillos. Fuente: Cynthia

Rodríguez

2.5.5.2. Elaboración de la mezcla para la elaboración de ladrillos

La pasta se preparó en unos recipientes de plástico utilizando la cantidad de lodo y

cerámica señalados en el numeral anterior. Cabe indicar que el contenido de agua en el

lodo fue constante en todo el experimento, 29.10 % p/p de humedad del lodo. Sin

embargo, fue necesario agregar a la mezcla un 10% en peso de humedad, para conseguir

una consistencia homogénea, para el mezclado se utilizó una espátula de metal y la mano

para obtener una mejor homogeneidad.

El vaciado en los moldes se hizo colocando una capa de mezcla y presionando con la

espátula para después colocar otra capa de la pasta y ejercer de nuevo presión. Se tuvo la

20

precaución de depositar la totalidad de la mezcla, de manera que no queden residuos en el

recipiente plástico.

Figura 15. Elaboración de la mezcla para la elaboración de ladrillos. Fuente: Cynthia

Rodríguez

Figura 16. Vaciado de la mezcla en moldes. Fuente: Cynthia Rodríguez

2.5.5.3. Secado de los ladrillos

Se colocó las piezas bajo el sol durante siete días para su secado. Esto ayudó que la

evaporación del agua se de paulatinamente, en las piezas, a fin de que, en la cocción, no

existiera un desprendimiento brusco de humedad que pudiera fracturar las piezas.

21

Figura 17. Secado de ladrillos. Fuente: Cynthia Rodríguez

2.5.5.4. Cocción de los ladrillos

Una vez identificados los ladrillos con esmalte, se procedió a colocarlos sobre la vagoneta

para arrancar el proceso de quema en el horno túnel de la empresa, el mismo que es de

temperatura programable, el tiempo de cocción fue de 12 a 14 horas. La temperatura

inicial del horno fue de 35 . Kingery (1976), explica los intervalos de cocción de un

horno para la producción de sanitarios de cerámica, que sirvieron de referencia para el

proyecto, estos se indican en la Tabla 9.

Tabla 9. Intervalos y tiempos de cocción para ladrillos cerámicos

Fase

Intervalo

Temperatura

(Tf-To),

Horas Temperatura

final, Observaciones

Desprendimiento de

agua higroscópica 80 2,5 200 ---

Deshidratación/inicio

de la reacción 300 2 800

Tiempo de

espera de

mínimo una

hora para

aumento de

temperatura.

Inicio fase vítrea 100 1 950-1200 ----

Enfriamiento <150 2 750

El enfriamiento

lento evita

cuarteos en la

pieza.

Temple ---- --- 500

Descenso de

temperatura en

intervalos

cortos.

Fuente: Introduction to Ceramics. Autor: Kingery, 1976.

22

Tabla 10. Condiciones de operación del horno túnel

Ciclo de cocción 14 horas

Temperatura de entrada de las piezas 35 °C

Temperatura de salida 75 °C

Potencia del horno 961 HP

Consumo de combustible 118.18 KG/H

Temperatura de operación 1200 °C


Los intervalos de cocción utilizados para las unidades experimentales de ladrillos fueron

similares a los lineamientos del ANEXO E, con la diferencia en la etapa intermedia (en

donde aparece la fase vítrea), en que el tiempo destinado fue de 2 horas. Es decir, en total

se utilizaron 10 horas para la etapa de calentamiento y cocción, y 3 horas para

enfriamiento y temple.

Figura 18. Perfil de temperatura de cocción de los ladrillos. Fuente: Cynthia Rodríguez

Las imágenes del procedimiento seguido para la identificación y cocción de ladrillos se

muestran a continuación:

23

Figura 19. Identificación de ladrillos. Fuente: Cynthia Rodríguez

Figura 20. Colocación de ladrillo en la plataforma móvil . Fuente: Cynthia Rodríguez

Figura 21. Cocción de ladrillos de prueba en horno túnel. Fuente: Cynthia Rodríguez

2.5.6. Caracterización de ladrillos cerámicos

La caracterización de los ladrillos cerámicos se llevó a cabo midiendo los parámetros que

corresponden a las variables de respuesta del trabajo experimental: resistencia a la

compresión, porcentaje de absorción de agua, porcentaje de contracción por cocción y

pérdidas por calcinación (%).

24

Es importante mencionar que todos los parámetros y propiedades de la pieza se realizaron

en los ladrillos de prueba, con la acotación que para el análisis de resistencia la

compresión, fue necesario el corte del ladrillo en aristas de 2cm.

2.5.6.1. Contracción lineal por cocción

Los ladrillos durante el proceso de cocción sufren un encogimiento, debido a la cantidad

de pasta para vitrificarse, el volumen de la pieza se contrae. La contracción al secado va a

depender de la plasticidad de los materiales que contenga la pasta (Singer & Singer,

1971)

La contracción lineal por cocción se determinó siguiendo la metodología descrita en (Da

Silva, 2012). Antes y después del proceso de cocción de los especímenes se midió el

ladrillo, trazando una línea recta atravesada a lo largo del mismo justo en el medio (como

se puede ver en la Figura 22.

Figura 22. Trazado de línea de encogimiento. Fuente: Vázquez Malagón (2001)

La longitud inicial fue medida al terminar de secar el ladrillo y la longitud final se midió

después de haber cocido el especímen.

Se realizaron tres ladrillos probetas idénticos por combinación a ensayar, con lo que el

resultado final es la media aritmética de los tres

a) Cálculo del porcentaje de contracción:

Ecuación 3. Ecuación de Porcentaje de Contracción por Cocción

25

b) Cálculo del porcentaje de contracción promedio:

Ecuación 4. Ecuación de Porcentaje de Contracción Promedio

Donde:

%Lm = Porcentaje de contracción medio.

%L1 = Porcentaje de contracción de la prueba 1.



2.5.6.2. Pérdidas por calcinación

Se determinaron las pérdidas por calcinación de cada una de las muestras, en primer lugar

se pesaron los ladrillos de prueba utilizados para determinar el porcentaje de contracción,

después del secado y se registró este peso como P1; luego se quemaron los ladrillos y se

pesaron las piezas luego de la quema, este peso se registró como P2.

Se realizaron tres ladrillos probetas idénticos por combinación a ensayar, con lo que el

resultado final es la media aritmética de los tres

a) Cálculo de Pérdidas por calcinación:

Ecuación 5. Ecuación de Porcentaje de Pérdidas por Calcinación

Donde:

PPC = Pérdidas por Calcinación

P1 = Peso de la muestra seca antes de la quema, en g.

P2 = Peso de la muestra luego de la quema, en g.

b) Cálculo de las pérdidas por calcinación promedio:

Ecuación 6. Ecuación de Porcentaje de Pérdidas por Calcinación promedio

Donde:

PPCm = Pérdidas por Calcinación media.

PPC1 = Pérdidas por Calcinación de la prueba 1.

26



Figura 23. Prueba de pesaje del ladrillo para prueba de Pérdidas por Calcinación. Fuente:

Cynthia Rodríguez

2.5.6.3. Absorción de agua

Expresa en porcentaje (%) el aumento de peso que experimenta un material sólido al ser

sumergido en agua, referido al peso del material seco (Singer & Singer, 1971).

Para la determinación del porcentaje de absorción de agua, se siguió la metodología

descrita en la norma INEN 296 – 1977- 05 “Ladrillos cerámicos determinación de

absorción de humedad” (Instituto Ecuatoriano de Normalización, 1977). En primer lugar

se determina el peso del ladrillo seco. Una vez pesados se sumergieron totalmente, en 5

litros de agua destilada durante 24 horas y después se sacaron las muestras del agua, se

secaron con una toalla húmeda antes de pesarlas. La pesada de cada muestra se concluyó

antes de transcurridos cinco minutos de sacada del agua. Con esto se conoce el peso de

saturación.

Se realizaron tres ladrillos idénticos por combinación a ensayar, con lo que el resultado

final es la media aritmética de los tres.

a) Cálculo del porcentaje de absorción de humedad:

Ecuación 7. Ecuación de Porcentaje de Absorción de humedad

27

Donde:

P2: peso de la muestra seca

P3: peso de la muestra después de 24 horas de sumergida

Figura 24. Ladrillos sumergidos en agua destilada para prueba de Absorción de agua.


Figura 25. Ladrillos sumergidos en agua destilada transcurridas 24 horas. Fuente:

Cynthia Rodríguez

Figura 26. Pesado de ladrillo saturado de agua. Fuente: Cynthia Rodríguez.

28

b) Cálculo del porcentaje de absorción de humedad promedio:

Ecuación 8. Ecuación de Porcentaje de Absorción de humedad promedio

Donde:

%Absm = Porcentaje de absorción medio.

%Abs1 = Porcentaje de absorción de la prueba 1.



2.5.6.4. Resistencia a la compresión

La prueba de resistencia a la compresión se realizó siguiendo lo establecido en la norma

ASTM D 2938 – 95 “Método de prueba estándar de resistencia a la compresión”

(American Society for Testing and Materials, 2002). Esta norma aplica para ladrillos

cerámicos que se emplean en albañilería, elaborados a partir de arcilla moldeada y cocida.

Los ladrillo se cortaron en medidas de 2cmX2cmX2cm, para obtener los resultados de

contracción por cocción que permitan contar con el aristas iguales con caras plana s y

paralelas, requeridas según la norma, para la prueba de resistencia a la compresión.

Las muestras se ensayan centrándolas con respecto a la rótula y de manera que la carga se

aplique en la dirección de su menor dimensión. Aproximadamente hasta la mitad de la

carga máxima probable, se aplica ésta a cualquier velocidad. La carga restante se aplica

gradualmente, en un tiempo no inferior a un minuto ni superior a dos.

Se realizaron tres ladrillos idénticos por combinación a ensayar, con lo que el resultado

final es la media aritmética de los tres.

Figura 27. Corte del ladrillo en aristas iguales. Fuente: Cynthia Rodríguez.

29

Figura 28. Aplicación de la carga mediante el probador de fuerza de compresión. Fuente:

Cynthia Rodríguez.

Figura 29. Rotura de la muestra. Fuente: Cynthia Rodríguez.

a) Cálculo de la resistencia a la compresión:

Ecuación 9. Ecuación de resistencia a la compresión

C = La resistencia a la compresión, en Megapascales.

P = La carga de rotura, en Newtones.

A = Área de la seccionen milímetros cuadrados.

La superficie A se calcula por la ecuación siguiente: A =a x l

30

Siendo:

a = ancho de la muestra, en milímetros.

l = largo de la muestra, en milímetros.

b) Cálculo de la resistencia a la compresión promedio:

Ecuación 10. Ecuación de resistencia a la compresión promedio

Dónde:

C= Resistencia a la compresión promedio

C1= Resistencia a la compresión de la prueba 1



31

3. RESULTADOS Y DISCUSIÓN

3.1. CARACTERIZACIÓN DEL LODO RESIDUAL

3.1.1. Caracterización física del lodo residual

En la caracterización física de lodos se determinaron: los principales parámetros

fisicoquímicos (humedad y sólidos totales), que permitirían determinar el potencial de

aprovechamiento de los mismos.

3.1.1.1. Humedad y sólidos totales

De acuerdo a los cálculos señalados en el capítulo anterior, a continuación se presentan

los resultados del análisis de humedad y sólidos totales realizados a las muestras de lodo

de la PTAR.

Tabla 11. Resultados del análisis de porcentaje de humedad

No. Porcentaje de Humedad (%)

Muestra 1 27,92 %

Muestra 2 27,89 %

Muestra 3 27,96 %

Muestra 4 27,69 %

Muestra 5 28,72 %

Muestra 6 27,67 %

Muestra 7 27,44 %

Promedio 27,90%


Figura 30. Resultados análisis de humedad. Fuente: Cynthia Rodríguez

27,92% 27,89% 27,96% 27,69% 28,72% 27,67% 27,44%

0%

5%

10%

15%

20%

25%

30%

35%

40%

45%

50%

1 2 3 4 5 6 7

Humedad (%)

32

Del análisis de humedad, se obtuvo un porcentaje de humedad promedio de 27,9%. En la

parte técnica es una ventaja contar con lodos que ha pasado por un proceso de

acondicionamiento de manera que los porcentajes de humedad no superen el 40%, lo cual

provocaría dificultades en la manipulación y en el transporte de los de los mismos hasta

los sitios de aprovechamiento.

3.1.1.2. Sólidos totales

Tabla 12. Resultados del análisis de porcentaje de sólidos totales

No. Porcentaje sólidos totales

Muestra 1 72,08 %

Muestra 2 72,11 %

Muestra 3 72,04 %

Muestra 4 72,31 %

Muestra 5 71,28 %

Muestra 6 72,33 %

Muestra 7 72,56 %

Promedio 72.10%


Figura 31. Resultados análisis de sólidos totales. Fuente: Cynthia Rodríguez.

72,08% 72,11% 72,04% 72,31% 71,28% 72,33% 72,56%

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

1 2 3 4 5 6 7

Sólidos totales (%)

33

Del análisis de sólidos totales, se tiene un porcentaje de sólidos totales promedio de

72,10%. En la parte técnica esto se traduce en un alto contenido de sólidos totales, que

permiten un mayor aprovechamiento de los lodos.

3.1.2. Caracterización química del lodo residual

Se analizó el contenido de metales pesados presentes, comparando las caracterizaciones

químicas del lodo, con los valores del Anexo B, que contiene la Norma Técnica de Quito

de Desechos Especiales, que estipula los límites máximos permisibles para considerar

a un desechos como peligroso o especial.

Tabla 13. Comparación de resultados con límites máximos permisibles

Contaminante

Límite máximo permisible

Norma Técnica SA DMQ

(mg/L)

Resultados análisis

laboratorio

Arsénico 5,0 <0,010

Bario 100,0 0,714

Cadmio 1,0 0,012

Cromo 5,0 0,018

Mercurio 0,2 0 (No se usa en el proceso)

Plata 5,0 0 (No se usa en el proceso)

Plomo 5,0 <0,050

Selenio 1,0 <0,010


Del análisis comparativo de los lodos procedentes de la PTAR y los resultados del

laboratorio, se tiene que por las mínimas cantidades en que se presentan los metales

pesados en el lodo, el residuo cumple con los límites máximos permisibles, que permiten

su consideración como lodos no peligrosos o especiales, es decir, se permite el contacto

directo durante su manipulación o aplicación.

Debido a que el contenido de ZnO en la composición de la mezcla del esmalte fue

mínimo, 15 ppm, y 1,48 ppm en la mezcla de la pasta cerámica, por ello, no fue necesario

el análisis de dicho óxido en el lodo.

3.2. CARACTERIZACIÓN DE LA ROTURA CERÁMICA

3.2.1. Caracterización física de la rotura cerámica

De acuerdo a lo señalado por Sánchez, Marín, Frías, & Rivera (2001) y Pacheco-Torgal F

y Jalali S. (2010), los resultados de la composición mineralógica estudiada por dichos

34

autores mediante Difracción de Rayos X, evidencian que la rotura está formada por

cuarzo, moscovita, microclina, mullita, zircón, hematite, ortoclasa, como compuestos

cristalinos principales.

3.2.2. Caracterización química de la rotura cerámica

El árido cerámico se caracteriza por tener un fuerte carácter ácido, con predominio de

sílice SiO₂ (69%) y alúmina Al₂O₃(23%), seguido de forma minoritaria por otros óxidos,

entre los que destaca el óxido de sodio Na₂O , el xido de potasio K₂O < , el

óxido ferroso Fe₂O₃ < y el xido de calcio CaO (<1%).

Del análisis de la porosidad del árido de rotura cerámica, se obtuvo que la cerámica tiene

una porosidad del 0,32%. El árido utilizado como materia prima es un agregado fino, de

tamaño de grano de 2mm.

3.3. CARACTERIZACIÓN DE LOS LADRILLOS CERÁMICOS

De acuerdo a la dosificación de materia prima, señalada en el anterior capítulo, se realizó

la caracterización de ladrillos cerámicos, las variables de respuesta fueron la contracción

lineal por cocción, las pérdidas por calcinación, la absorción de humedad y la resistencia

a la compresión.

Cabe la pena indicar que los resultados obtenidos se compararon con los valores

estipulados por las normativa nacional sobre ladrillos cerámicos, razón por la cual, no fue

necesaria la propuesta de un modelo estadístico.

En la evaluación preliminar y a simple vista, las piezas elaboradas presentan su superficie

vitrificada, no se observaron fracturas en ninguna de las muestras, ni poros negros, ni

imperfecciones.

Figura 32. Ladrillos cerámicos posterior a la quema. Fuente: Cynthia Rodríguez.

35

3.3.1. Contracción lineal por cocción

De la Tabla 14 puede observarse que todas las muestras de prueba elaboradas,

presentaron aceptables valores de porcentaje de contracción por cocción, menores al 10%.

Esto es positivo desde el punto de vista técnico puesto que no se requieren moldes muy

grandes en el proceso de elaboración para contar con las dimensiones requeridas.

Tabla 14. Resultados de las pruebas de contracción por cocción

No. % lodo % cerámica

triturada Contracción por

cocción (L, %)

A1 60 40 6,19

A2 60 40 6,25

A3 60 40 6,12

B1 70 30 6,74

B2 70 30 7,69

B3 70 30 7,69

C1 80 20 8,85

C2 80 20 8,95

C3 80 20 8,92

D1 90 10 9,95

D2 90 10 9,33

D3 90 10 9,90


Tabla 15. Resultados promedio de las pruebas de contracción por cocción


triturada

Contracción por

cocción promedio

(L, %)

A 60 40 6,19

B 70 30 7,37

C 80 20 8,91

D 90 10 9,72


36

Figura 33. Curva de porcentaje de contracción lineal por cocción. Fuente: Cynthia

Rodríguez.

En la Figura 33, se observa que, conforme aumenta el porcentaje de lodos en la

composición de las muestras aumenta el porcentaje de Contracción y que conforme

aumenta el porcentaje de rotura cerámica en la composición de las muestras disminuye el

porcentaje de contracción por cocción. Los cambios en los valores de contracción se

explican por que tanto el lodo como la rotura está constituido por finas partículas muy

sensibles al secado.

3.3.2. Pérdidas por calcinación

Respecto a las pérdidas por calcinación, según muestra la Tabla 16, puede observarse que

todas las muestras de prueba elaboradas, presentaron aceptables valores de porcentaje de

pérdidas por calinación menores al 1%. Por criterio se recomiendan valores de porcentaje

de pérdida por ignición menores al 15%.

5

6

7

8

9

10

50 60 70 80 90 100

% C

on

trac

ció

n p

or

cocc

ión

% lodo por peso

37

Tabla 16. Resultados de las pruebas de pérdidas por calcinación

No. %

lodo % cerámica

triturada

Pérdidas por

calcinación (PPP,

%)

A1 60 40 0,73

A2 60 40 0,75

A3 60 40 0,75

B1 70 30 0,74

B2 70 30 0,74

B3 70 30 0,75

C1 80 20 0,76

C2 80 20 0,76

C3 80 20 0,76

D1 90 10 0,88

D2 90 10 0,77

D3 90 10 0,77


Tabla 17. Resultados promedio de las pruebas de pérdidas por calcinación


triturada

Pérdidas por

calcinación promedio

(PPP, %)

A 60 40 0,740

B 70 30 0,742

C 80 20 0,76

D 90 10 0,81


38

Figura 34. Curva de porcentaje de pérdidas por calcinación. Fuente: Cynthia Rodríguez.

Según muestra la Figura 34, se observa como tendencia que, conforme aumenta el

porcentaje de lodos en la composición de las muestras aumentan las pérdidas por

calcinación y que conforme aumenta el porcentaje de rotura en la composición de las

formulaciones disminuyen las pérdidas por calcinación.

3.3.3. Absorción de agua

Respecto a las pruebas de absorción de agua, según muestra la Tabla 18, puede

evidenciarse que se presentan porcentajes de absorción que fluctúan entre el 18% y 10%,

dichos valores se consideran como aceptables. De acuedo a los criterios de la Norma NTE

INEN 297-1978 “L á . R t ” (Instituto Ecuatoriano de

Normalización, 1978), las muestras A, B y C, cuentan con las características de Ladrillo

Macizo Tipo A (<16%), por ello, podrían comercializarse en el sector de la construcción

para el recubrimiento de suelos; en cambio la muestra D (<18%), puede considerarse

como Ladrillo Macizo Tipo B, su uso se limita a edificaciones. Este parámetro es

importante controlarlo puesto que un elevado porcentaje de absorción puede generar un

aumento en la porosidad, lo que conlleva a una reducción en la resistencia de la pieza.

0,7

0,75

0,8

0,85

0,9

0,95

1

50 60 70 80 90 100

% P

érd

idas

po

r ca

lcin

ació

n

% lodo por peso

39

Tabla 18. Resultados de las pruebas de absorción de agua


triturada Absorción agua (Abs, %)

A1 60 40 10,04

A2 60 40 10,08

A3 60 40 10,04

B1 70 30 11,01

B2 70 30 11,04

B3 70 30 11,16

C1 80 20 15,14

C2 80 20 14,32

C3 80 20 15,25

D1 90 10 17,12

D2 90 10 16,99

D3 90 10 16,93


Tabla 19. Resultados promedio de las pruebas de absorción de agua


triturada Absorción agua

promedio (Abs, %)

A 60 40 10,05

B 70 30 11,07

C 80 20 14,90

D 90 10 17,01


40

Figura 35. Curva de porcentaje de absorción de agua en función de la proporción de

materia prima. Fuente: Cynthia Rodríguez.

Del análisis de la Figura 35, se evidencia que, al aumentar el porcentaje de lodos en la

composición de las muestras, se incrementa el porcentaje de absorción y que conforme

aumenta el porcentaje de rotura en la composición de las muestras disminuye el

porcentaje de absorción.

3.3.4. Resistencia a la compresión

Referente a la resistencia a la compresión, como lo muestra la Tabla 20, los experimentos

obtuvieron valores de resistencia a la compresión mayores a 39 MPa. Comparados con

los criterios de la Norma NTE INEN 297 - 1978 (INEN, 1978), se evidencia que todos los

ladrillos pueden considerarse como Ladrillo Macizo Tipo A, resistencia individual mayor

a 20 MPa .

Cabe indicar que la muestra A de composición de mezcla 60% de lodo y 40% cerámica

triturada, presentó una mayor resistencia a la compresión 68 MPa. Esto se debe a que las

muestras fueron cocidas a alta temperatura (1200º C), los valores de resistencia a la

compresión reflejaron una alta calidad de los materiales, muy por encima de los

requerimientos de la Norma INEN.

8

10

12

14

16

18

20

50 60 70 80 90 100

% A

bso

rció

n a

gua

% lodo por peso

41

Tabla 20. Resultados de las pruebas de resistencia a la compresión

No. % lodo %

cerámica

triturada

Resistencia a la

compresión (C, MPa)

A1 60 40 68

A2 60 40 65

A3 60 40 69

B1 70 30 57

B2 70 30 61

B3 70 30 58

C1 80 20 50

C2 80 20 53

C3 80 20 53

D1 90 10 46

D2 90 10 39

D3 90 10 44


Tabla 21. Resultados promedio de las pruebas de resistencia a la compresión


triturada Resistencia a la compresión

promedio (C, MPa)

A 60 40 67

B 70 30 59

C 80 20 52

D 90 10 43


42

Figura 36. Resultados de pruebas de resistencia a la compresión en función de la

proporción de materia prima. Fuente: Cynthia Rodríguez.

Del análisis de la Figura 36, se tiene que conforme aumenta el porcentaje de lodos en la

composición de las formulaciones disminuye la resistencia a la compresión y que

conforme aumenta el porcentaje de rotura en la composición de las formulaciones

aumenta la resistencia a la compresión.

3.3.5. Resultados caracterización de ladrillos cerámicos

En las Tablas 22 y 23 se observan los resultados obtenidos de la caracterización de los

ladrillos elaborados, bajo condiciones definidas por el diseño experimental planteado.

Esta caracterización consistió en medir el porcentaje de contracción por cocción, pérdidas

por calcinación, porcentaje de absorción de agua y resistencia a la compresión de las

piezas cerámicas.

Los mejores resultados de caracterización se obtuvieron con una mezcla con lodo y rotura

cerámica (3:2; p/p), con la cual se fabricaron los ladrillos cerámicos.

30

40

50

60

70

80

90

100

50 60 70 80 90 100

Re

sist

en

cia

a la

co

mp

resi

ón

pro

me

dio

, M

Pa

% lodo por peso

43

Tabla 22. Características de las unidades experimentales de ladrillos cerámicos

No. %

lodo

%

cerámica

triturada

Longitud

lineal

ladrillo seco

(L1, cm)

Longitud

lineal

ladrillo

quemado

(L2, cm)

Contracción

por cocción

(L, %)

Peso

ladrillo

seco

(P1, g)

Peso

ladrillo

quemado

(P2, g)

Pérdidas

por

calcinación

(PPP, %)

P3: Peso

ladrillo

quemado

húmedo

Absorción

agua

(Abs, %)

Resistencia a

la

compresión

(C, MPa)

A1 60 40 19,40 18,20 6,19 468,59 465,19 0,73 511,89 10,04 68

A2 60 40 19,20 18,00 6,25 469,23 465,73 0,75 512,68 10,08 65

A3 60 40 19,60 18,40 6,12 466,95 463,45 0,75 509,99 10,04 69

B1 70 30 19,30 18,00 6,74 471,50 468,00 0,74 519,54 11,01 57

B2 70 30 19,50 18,00 7,69 473,77 470,27 0,74 522,19 11,04 61

B3 70 30 19,50 18,00 7,69 469,23 465,73 0,75 517,69 11,16 58

C1 80 20 19,20 17,50 8,85 457,86 454,36 0,76 523,17 15,14 50

C2 80 20 19,00 17,30 8,95 462,41 458,91 0,76 524,64 14,32 53

C3 80 20 19,05 17,35 8,92 457,86 454,36 0,76 523,64 15,25 53

D1 90 10 19,10 17,20 9,95 454,95 450,95 0,88 528,16 17,12 46

D2 90 10 19,30 17,50 9,33 453,32 449,82 0,77 526,25 16,99 39

D3 90 10 19,20 17,30 9,90 453,32 449,82 0,77 525,96 16,93 44


Del análisis de la Tabla 22, respecto a las propiedades físicas cualitativas de los productos obtenidos de cada formulación, se observa que las

mencionadas características se favorecen con alto contenido de rotura cerámica en su mezcla, y se afectan negativamente en sus propiedades, con

altas concentraciones de lodos en su composición.

44

Tabla 23. Resultados promedio de las unidades experimentales de ladrillos cerámicos


triturada

Contracción

por cocción

promedio

(L, %)

Pérdidas

por

calcinación

promedio

(PPP, %)

Absorción

agua

promedio

(Abs, %)

Resistencia

a la

compresión

promedio

(C, MPa)

A 60 40 6,19 0,740 10,05 67

B 70 30 7,37 0,742 11,07 59

C 80 20 8,91 0,76 14,90 52

D 90 10 9,72 0,81 17,01 43


3.4. ANÁLISIS DE FACTIBILIDAD ECONOMICA DEL PROYECTO

La evaluación de la Factibilidad Económica comprende principalmente los siguientes

aspectos:

• C t , y equipos, materiales y herramientas

necesarias para el acondicionamiento y aprovechamiento de los lodos.

• C t p , t t p b

materiales cerámicos.

• C t t t , t ón y operación.

• C t gestión, se evaluaron en función de las distancias de la Fosa de Lodos de la

PTAR hasta los sitios de gestión ya sea mediante la EMASEO y EMGIRS, o los costos

por entrega del residuos al gestor autorizado.

Por último se hizo el análisis de costos y beneficios, tomando en cuenta los costos del

funcionamiento del horno como los recursos necesarios para obtener los ladrillos

quemados comparados con los costos por gestión con gestores privados y municipales.

3.4.1. Costos de inversión, operación y gestión

Para efectos del proyecto se procederá a analizar el costo de un horno túnel con las

características de la Tabla 24:

45

Figura 37. Diseño de horno túnel. Fuente: Cynthia Rodríguez.

Figura 38. Dimensiones de horno túnel. Fuente: Cynthia Rodríguez.

Tabla 24. Características horno túnel para la elaboración de ladrillos

Largo, L 60 metros

Altura, h 1.5 metros

Ancho, b 2.2 metros

N° de quemadores 44 Fuente: Cynthia Rodríguez.

A. ATOMIZACION AIRE COMBUSTION

CHIMENEA

COMBUSTIBLE

ENFRI.

RAPIDO

ENFRI.

LENTO

AIRE CALIENTE

46

Con las características de los ladrillos de prueba (20 x 6 cm) y teniendo en cuenta que se

requiere contar con un espacio libre entre la pared y la pieza que será de 0,35 metros a

cada lado. Adicionalmente, la distancia entre pieza y pieza no deberá ser muy amplia

debido a las características de contracción por cocción, se asumirá que la distancia de

separación es de 5 cm, se tiene:

Largo utilizable del horno= 50m

Donde:

L: Espacio requerido por ladrillo

Lx: largo del ladrillo

Ls: espacio de separación

L= 0,20 m+0.05m

L= 0,25m

Ancho utilizable del horno= 1,50m

B: Espacio requerido por ladrillo

bx: largo del ladrillo

bs: espacio de separación

L= 0,06 m+0.03m

L= 0,09m

Por lo tanto caben 200 ladrillos a lo largo y 16 ladrillos a lo ancho.

rodu i ladrillos

47

Volumen longitudinal = Longitud horno/Longitud ladrillo

Volumen ancho= Ancho horno/Ancho ladrillo

rodu i ladrillos etros

, etros

,

rodu i ladrillos

Realizando los cálculos de la capacidad de producción de los ladrillos se tiene un total de

3200 ladrillos, asumiendo que existirá tres rejillas ubicadas paralelamente a la superficie,

se tendrá que la producción máxima de ladrillos por ciclo de cocción será como se indica

a continuación:

rodu i ladrillos x o re illas produ i ladrillos

rodu i ladrillos x x

rodu i ladrillos x

Las rejillas estarán separadas a 0,30 metros de altura cada una.

3.4.1.1. Condiciones de operación horno túnel mensual

Las condiciones de operación del horno túnel, se encuentran descritas a continuación:

Tabla 25. Condiciones de operación del horno túnel

Ciclo de cocción 12 horas

Temperatura de entrada de las

piezas 35°C

Temperatura de salida 75 °C

Potencia del horno 961 HP

(706,81kw)

Consumo de combustible 118.18 kg/h

Temperatura máxima de operación 1200 °C

Energía eléctrica 3497 kw


48

Los costos de insumos, energía y mano de obra mensual, se citan a continuación:

Tabla 26. Condiciones de energía requerida por horno túnel

Costo de kg GLP (unidad) 0.95 $

Costo de kg GNLP (unidad) 0.35 $

Costo del galón diésel (unidad) 1.82 $

Costo energía KWH 0.91 $

Mano de obra directa 474 $


Para el cálculo del costo real de operación de la elaboración de ladrillos, se consideró la

cantidad de lodo y cerámica producida (ton/mensual), para calcular los costos de

adquisición de maquinaria que cubra dicha cantidad, para la estimación de los costos,

considerando la depreciación de la maquinaria.

Tabla 27. Cuadro de generación promedio mensual de residuos industriales

Año Generación mensual de

lodos de PTAR

(Toneladas)

Generación mensual de

rotura cerámica

(Toneladas)

2014 235 367 Fuente: Cynthia Rodríguez.

3.4.1.2. Cantidad aprovechable del residuo industrial

Para determinar la cantidad que se podría destinar para su aprovechamiento, se realizó el

cálculo en función de la proporción óptima de mezcla y la cantidad producida

mensualmente.

Tabla 28. Cantidad aprovechable de residuos industriales mensual

Generación Proporción para

mezcla óptima

Cantidad

aprovechable mensual

(Toneladas)

Lodos de PTAR 60% 235

Rotura cerámica 40% 157 Fuente: Cynthia Rodríguez.

49

La cantidad aprovechable sería de 235 toneladas de lodo y 157 toneladas de

cerámica mensual.

Además, se consideraron las horas trabajadas al día, los días al año a trabajar y el

combustible necesario para que la maquinaria pueda realizar su trabajo y, de ésta manera,

estimar los costos por la extracción de los lodos por día (costo real de operación), a la vez

consideraron los costos por gestión del lodo por parte de empresas autorizadas. Al final se

realiza el análisis de costo beneficio de ésta opción planteada.

Asumiendo que el combustible a utilizarse en el horno diariamente sea Gas Licuado de

Petróleo se tiene que un costo por consumo:

Costo de GLP = masa GLP x precio del GLP

osto de ,

,

osto de , ora

Considerando que se trabaja el horno por 12 horas, se requieren 22 ciclos de cocción por

los días laborables de un mes:

,

Los costos por consumo de energía se supondrán que no tienen ningún subsidio, los costos

necesarios se exponen a continuación:

osto de e er a er a requerida pre io del

osto de e er a

50

Tabla 29. Tabla resumen de costos de operación

RUBROS COSTO, $

Mano de obra 6636 (14

trabajadores)

Clases Costo Energía Eléctrica 3182

Clases Costo Combustibles 29639

Gastos de Oficina 26

Mantenimiento 1311

Depreciaciones y

Amortizaciones 1861

Materiales de Fabricación 792

Otros Gastos 197

TOTAL 43644 Fuente: Cynthia Rodríguez.

3.4.2. Comparación de costos respecto a gestores ambientales privados y locales

Para el costo de gestión de la cerámica se tomó en cuenta el peso específico del mismo, es

decir: 1800 Kg/m3.

Tabla 30. Cantidad disponible de residuos y costos por gestión

Desecho

industrial

Cantidad

mensual

producida

Costo de

disposición

EMGIRS

(Estación de

Transferencia

Norte y Sur)

EMGIRS

(Escombrera) Total

Lodo de

PTAR 235 (Ton)

28,92

$/Ton $ 6796,2 -

$

6839,81 Rotura

cerámica 157 (Ton)

0,5 $/m3 =

0,28$/ Ton - $ 43,61


De la tabla 30, se tiene que el costo por disposición de residuos es de $29,2 por

tonelada (lodo+cerámica).

Adicionalmente, se realizó la comparación con los costos de gestión del residuos

por parte de dos Gestores Ambientales, los mismos que se indican a continuación:

51

Tabla 31. Costos por gestión de residuos (Gestores Privados)

Gestor Costo gestión $/Ton

AVCORP 70

GADERE 225 Fuente: Cynthia Rodríguez.

Para poder estimar los costos de inversión se tomaron en cuenta las actividades

necesarias para el acondicionamiento de los lodos que consistió en el secado de los

lodos hasta una humedad del 5 al 10% de agua. Como esta operación no implica el

uso de tecnología de secado, los costos se minimizan al utilizar las condiciones

ambientales únicamente.

Los costos de operación tal como se indica en la Tabla 29, son de $ 43644

mensual, es decir. Por lo tanto, al año se deberán pagar: $523728.

Para hacer el cálculo del costo de la tonelada de lodo se consideran 392 toneladas

mensuales utilizadas, tal como se indica a continuación:

Toneladas al mes (lodo+cerámica): 235 + 157= 392 Toneladas

Peso ladrillo común aproximado ~ 3 kg (25 x 5,5 x 12,5)

,

Con esta cantidad (392 Toneladas de material), se tiene una capacidad de

elaboración de 130666 ladrillos (teniendo en cuenta un peso de ladrillo

aproximado de 3 kg).

Si durante el mes se tienen 22 ciclos de cocción destinados exclusivamente a la

producción de ladrillos, se tiene que se pueden obtener 5939 ladrillos diarios, los

cuales pueden satisfacer la demanda estimada requerida para la implementación

del subproceso de elaboración de ladrillos.

52

Si asumimos que el costo de un ladrillo es similar al costo de un ladrillo de arcilla

común: 0,25 centavos, se tiene que con una producción de 130666 ladrillos

mensuales, se obtendrían $ 32666,5 mensuales.

,

,

Es decir, $28 por tonelada de materia prima. Por lo tanto, con la venta de los

ladrillos se recuperaría en gran parte el costo de operación. Adicionalmente si se

compara con el costo mensual por Tonelada de $29,2 (un 4.29% menos que la

gestión a través de la empresa EMGIRS).

Para esa cantidad de ladrillos, con un porcentaje del 60% de lodo y 40% de

cerámica por ladrillo, se necesitarían 392 Toneladas de lodo mensual que tendrían

un costo mensual por tonelada de $28 (un 803,6% menos que la gestión a través de

la empresa GADERE y un 250% menos que la gestión a través de la empresa

AVCORP).

Para calificar el aspecto económico se tienen los siguientes indicadores tomados

arbitrariamente para ayudar a estimar los impactos negativos y/o positivos.

Calificación de costo con respecto a los materiales convencionales:

1, muy baja 10 % más caro.

2, baja; igual.

3, media 4% - 5 % menos caro.

4, alta 10 % menos caro.

5, muy alta 15 % menos caro.

Por lo tanto, al haberse estimado que la producción de ladrillos utilizando 60% de

lodo y 40% de cerámica, es menos costosa que la gestión a través de la empresa

53

EMGIRS, se tiene que la factibilidad en este caso es medio aceptable. Sin

embargo, al compararla con las empresas gestoras GADERE y AVCORP, la

factiblidad es muy alta.

54

4. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

4.1. CONCLUSIONES

- La caracterización de los lodos residuales y la cerámica triturada permitió determinar

que estos residuos presentan un alto potencial de valoración como materia prima para

elaborar productos cerámicos, por poseer características similares a las de la arcilla.

Adicionalmente, los lodos residuales presentaron contenidos de metales pesados para

poder clasificarlos como no peligrosos, puesto que sus contenidos están muy por

debajo de los valores especificados en la norma.

- Los resultados de las pruebas experimentales permitieron elaborar un ladrillo teniendo

como materia prima los lodos de la planta de tratamiento de aguas residuales y

residuos de cerámica triturada dentro del proceso de fabricación de sanitarios. Se

determinó que las proporciones óptimas para la mezcla de la pasta cerámica es: 60% de

lodo residual y 40% de cerámica triturada.

- Las unidades experimentales cumplen con los requisitos de resistencia a la compresión

y porcentaje de absorción de agua, establecidos en la Norma INEN, por ello, estos,

ladrillos pueden ser utilizados con fines estructurales según las tipología de ladrillo

macizo tipo A, con resistencia individual a la compresión mayor a 20 MPa y

porcentaje de absorción a la humedad menor a 16%. Su aplicación e implementación

en la industria puede reducir la necesidad de un gran volumen de material arcilloso

utilizado como materia prima; y minimizar el residuo destinado a las escombreras y

rellenos sanitarios del DMQ.

- Se determinó que la cantidad de los residuos utilizados en este estudio, pueden

satisfacer la demanda estimada requerida para la implementación del subproceso de

utilización como materia prima en la elaboración de ladrillos. La cantidad

aprovechable estimada sería de 235 toneladas de lodo y 157 toneladas de

cerámica, mensualmente.

- La factibilidad económica de la opción propuesta en este trabajo es muy alta, al

compararla con los gestores privados GADERE y AVCORP. Al compararla con la

empresa pública EMGIRS, la factibilidad es media.

55

4.2. RECOMENDACIONES

- Que la Biblioteca de la Universidad Central del Ecuador adquiera textos referentes a

reutilización y valoración de residuos y subproductos industriales de tal manera que

se facilite el desarrollo de esta línea de investigaciones.

- Fomentar desde la academia y gobierno nacional, investigaciones de técnicas más

profundas que promuevan la reducción y valoración de residuos industriales no

peligrosos y su aplicación en la obtención de productos con aplicaciones tecnológicas

interesantes, de tal manera que se brinden alternativas al sector productivo para el

aprovechamiento y reciclaje de los mismos.

- Que exista una regulación adecuada en las tarifas por gestión de residuos industriales

ya que al momento las empresas incurren en altos costos por la entrega de dichos

residuos a gestores privados.

- Se recomienda que el lodo atraviese por un proceso de acondicionamiento previo,

esto evitará el exceso de humedad en la mezcla; además esto elevará el contenido de

sólidos totales, que permitirá un mayor aprovechamiento de los lodos.

- Las condiciones deseables para la elaboración del ladrillo son: un contenido de

sólidos totales del lodo del 72,10% en peso; un porcentaje de humedad extra de 10%

en peso; un tamaño de grano de la cerámica triturada de 2mm y una temperatura

máxima de cocción de 1200º C. Bajo mencionados parámetros, los valores de las

variables de optimización cumplen con las condiciones requeridas para las

propiedades de la pieza, esto es, baja contracción por cocción, bajas pérdidas por

calcinación, baja absorción de agua y alta resistencia a la compresión.

- A medida que aumenta el porcentaje de lodos en la composición de la mezcla,

aumenta el porcentaje de absorción de agua, aumenta el porcentaje de contracción

longitudinal, aumentan las pérdidas por calcinación y disminuye la resistencia a la

compresión de los productos obtenidos.

- Conforme aumenta el porcentaje de rotura en la composición de las formulaciones:

disminuye el porcentaje de absorción de agua, disminuye el porcentaje de contracción

longitudinal, disminuye las pérdidas por calcinación y aumenta la resistencia a la

compresión de los ladrillos.

56

LITERATURA CITADA

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61

ANEXOS

ANEXO A: GLOSARIO DE TÉRMINOS

A

Absorción

Proceso por el que una sustancia ejerce atracción sobre un fluido con el que está en contacto de

modo que las moléculas de éste penetren en aquella.

Almacenamiento de desechos peligrosos y/o especiales

Actividad de guardar temporalmente residuos/desechos peligrosos y/o especiales, ya sea fuera o

dentro de las instalaciones del generador.

Adsorción

Proceso superficial que se refiere a la acumulación de moléculas de un gas o líquido para formar

una fina película sobre la superficie de un sólido (asimilación de la superficie).

Aireación

Es la acción de mezclar un líquido con aire u oxígeno.

Aeróbico

Es un proceso biológico que se produce en presencia de oxígeno.

Aprovechamiento de residuos no peligrosos

Conjunto de acciones o procesos asociados mediante los cuales, a través de un manejo integral de

los residuos sólidos, se procura dar valor a los desechos y/o residuos reincorporando a los

materiales recuperados a un nuevo ciclo económico y productivo en forma efi ciente, ya sea por

medio de la reutilización, el reciclaje, el tratamiento térmico con fines de generación de energía y

obtención de subproductos o por medio del compostaje en el caso de residuos orgánicos o cualquier

otra modalidad que conlleve beneficios sanitarios, ambientales y/o económicos.

62

Arcilla

Está constituida por silicatos de aluminio hidratado, procedente de la descomposición de minerales

de aluminio.

C

Caolín

Es un silicato de aluminio hidratado, producto de la descomposición de feldespatos. El término

caolín se refiere a arcillas en las que predomina el mineral caolinita.

Carbonato de Calcio

Es un compuesto químico, de fórmula CaCO3 que es una sustancia muy abundante en la naturaleza,

es utilizado en la preparación de esmalte por sus propiedades de plasticidad, porosidad, y

resistencia.

Celda emergente para desechos y/o residuos sólidos no peligrosos

Es una celda técnicamente diseñada, donde se depositan temporalmente los desechos y/o residuos

sólidos no peligrosos, los mismos que deberán tener una compactación y cobertura diaria con

material adecuado, poseer los sistemas de evacuación del biogás, recolección de lixiviados,

recolección de aguas de escorrentía; hasta la habilitación del sitio de disposición final, técnica y

ambientalmente regularizado.

Cerámica

Se utiliza para materiales inorgánicos (que pueden tener algún contenido orgánico) formados por

compuestos no metálicos y estabilizados mediante un proceso de cocción.

D

De la cuna a la tumba

La responsabilidad de los Sujetos de Control abarca de manera integral, compartida, y diferenciada,

todas las fases de gestión integral de las sustancias químicas peligrosas y la gestión adecuada de los

residuos, desechos peligrosos y/o especiales desde su generación hasta su disposición final.

63

Demanda Bioquímica de Oxigeno (DBO)

Es una prueba usada para determinar la cantidad de oxígeno disuelto requerido por los

microorganismos para descomponer materia orgánica. La unidad de medida es mg O2/l. En Europa,

la DBO suele medirse tras 3 (DBO3), 5 (DBO5) o 7 (DBO7) días.

Demanda Química de Oxigeno (DQO)

La DQO Determina la cantidad de oxígeno requerido para oxidar la materia orgánica en una

muestra de agua residual, bajo condiciones específicas de agente oxidante, temperatura y tiempo.

Desechos no peligrosos

Conjunto de materiales sólidos de origen orgánico e inorgánico (putrescible o no) que no tienen

utilidad práctica para la actividad que lo produce, siendo procedente de las actividades domésticas,

comerciales, industriales y de todo tipo que se produzcan en una comunidad, con la sola excepción

de las excretas humanas. En función de la actividad en que son producidos, se clasifican en

agropecuarios (agrícolas y ganaderos), forestales, mineros, industriales y urbanos. A excepción de

los mineros, por sus características de localización, cantidades, composición, etc., los demás poseen

numerosos aspectos comunes, desde el punto de vista de la recuperación y reciclaje.

E

Efluente

Fluido físico (aire o agua junto con contaminantes) que forma una emisión.

Esmalte Cerámico

El esmalte es una suspensión líquida de minerales muy finamente molidos, y que se aplica a las

piezas cerámicas

F

Feldespato

Rocas compuestas por silicatos de aluminio y de calcio, sodio o potasio, o mezclas de entre estas.

64

Frita

Vidrio obtenido a partir de la fusión a temperaturas elevadas y un enfriamiento rápido.

I

Impacto Ambiental

Son todas las alteraciones, positivas, negativas, neutras, directas, indirectas, generadas por una

actividad económica, obra, proyecto público o privado, que por efecto acumulativo o retardado,

generan cambios medibles y demostrables sobre el ambiente, sus componentes, sus interacciones y

relaciones y otras características intrínsecas al sistema natural.

M

Material peligroso

Es todo producto químico y los desechos que de él se desprenden, que por sus características

físico-químicas, corrosivas, tóxicas, reactivas, explosivas, inflamables, biológico- infecciosas,

representan un riesgo de afectación a la salud humana, los recursos naturales y el ambiente o de

destrucción de los bienes y servicios ambientales u otros, lo cual obliga a controlar su uso y limitar

la exposición al mismo, de acuerdo a las disposiciones legales.

R

Reciclaje

Proceso mediante el cual, previa una separación y clasificación selectiva de los residuos sólidos,

desechos peligrosos y especiales, se los aprovecha, transforma y se devuelve a los materiales su

potencialidad de reincorporación como energía o materia prima para la fabricación de nuevos

productos. El reciclaje puede constar de varias etapas tales como procesos de tecnologías limpias,

reconversión industrial, separación, recolección selectiva, acopio, reutilización, transformación y

comercialización.

Relleno sanitario

Es una técnica de ingeniería para el adecuado confinamiento de los desechos y/o residuos sólidos;

consiste en disponerlos en celdas debidamente acondicionadas para ello y en un área del menor

tamaño.

65

Reúso de desechos peligrosos y/o especiales

Utilización de desechos peligrosos y/o especiales o de materiales presentes en ellos, en su forma

original o previa preparación, como materia prima en un proceso de producción.

T

Tratamiento de aguas residuales

Conjunto de procesos, operaciones o técnicas de transformación física, química o biológica de las

aguas residuales.

Tratamiento de residuos sólidos no peligrosos

Conjunto de procesos, operaciones o técnicas de transformación física, química o biológica de los

residuos sólidos para modificar sus características o aprovechar su potencial, y en el cual se puede

generar un nuevo desecho sólido, de características diferentes.

Y

Yeso

Es un producto preparado a partir de rocas de sulfato de calcio deshidratado que es utilizado para la

elaboración de moldes de yeso.

66

ANEXO B: MARCO LEGAL

Límites máximos permisibles en el extracto PECT (Prueba de lixiviación)

Número del Chemical

Abstracts Service Contaminante

Límite máximo

permisible (mg/l)

CONSTITUYENTES INORGÁNICOS (METALES)

7440-38-2 Arsénico 5,0

7440-39-3 Bario 100,0

7440-43-9 Cadmio 1,0

7440-47-3 Cromo 5,0

7440-97-6 Mercurio 0,2

7440-22-4 Plata 5,0

7440-92-1 Plomo 5,0

7440-49-2 Selenio 1,0

Constituyentes orgánicos semivolátiles

94-75-7 Ácido 2,4-Diclorofenoxiacético 10,0

93-72-1 Ácido 2,4, 5-

Triclorofenoxipropionico 1,0

57-74-9 Clordano 0,03

95-48-7 o-Cresol 200,0

108-39-4 m-Cresol 200,0

106-44-5 p-Cresol 200,0

1319-77-3 Cresol 200,0

121-14-2 2,4-Dinitrotolueno 0,13

72-20-8 Endrín 0,02

76-44-8 Heptacloro y su epóxido 0,008

67-72-1 Hexacloroetano 3,0

58-89-9 Lindano 0,4

74-43-5 Metoxicloro 10,0

67

Continuación:

Límites máximos permisibles en el extracto PECT (Prueba de lixiviación)


Abstracts Service


Abstracts Service

Número del

Chemical Abstracts

Service

Constituyentes orgánicos semivolátiles

98-95-3 Nitrobenceno 2,0

87-86-5 Pentaclorofenol 100,0

8001-35-2 Toxafeno 0,5

95-95-4 2,4,5-Tricolofenol 400,0

88-06-2 2,4,6-Tricolofenol 2,0

Constituyentes orgánicos volátiles

71-43-2 Benceno 0,5

108-90-7 Clorobenceno 100,0

67-66-3 Cloroformo 6,0

75-01-4 Cloruro de Vinilo 0,2

106-46-7 1,4- Diclorobenceno 7,5

107-06-2 1,2- Dicloroetano 0,5

75-35-4 1,4- Dicloroetileno 0,7

118-74-1 Hexaclorobenceno 0,13

87-68-3 Hexaclorobutadieno 0,5

78-93-3 Metil etil cetona 200,0

110-86-1 Piridina 5,0

127-18-4 Tetracloroetileno 0,7

56-23-5 Tetracloruro de carbono 0,5

79-01-6 Ticloroetileno 0,5

68

ANEXO C: RESULTADOS DE LA CARACTERIZACIÓN QUÍMICA DEL LODO

RESIDUAL

69

ANEXO D: RESULTADOS DE PRUEBAS DE RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN

81

ANEXO E: PROCESO DE ELABORACIÓN DE LADRILLOS CERÁMICOS

El ladrillo cerámico es el producto de la mezcla de diversas materias primas, principalmente arcillas

plásticas, en estado pulverulento o pastoso, esta pasta al ser sometida a procesos físico-químicos,

adquiere una consistencia pétrea. Las piezas resultantes se destinan a actividades de la construcción,

fábricas de muros, entre otros (Villarino, 2012).

Se consideran arcillas a todas las fracciones con un tamaño de grano inferior a 2 µm (García

Romero & Suárez Barrios). Las más utilizadas son: arcilla (Al₂O₃.2SiO₂.H₂O), feldespatos como:

feldespato potásico KAlSi₃O₈, albita NaAlSi₃O₈, amortita CaAl₂Si₂O₈, caliza (CaCO₃), caolines

(Al₂O₃· 2SiO₂·2H₂O), bentonita (Si₄ (AI(2-x) Rx) 010 (OH) ₂) (Ministerio del Ambiente, 2013).

Según Barranzuela (2014), el proceso de producción artesanal de ladrillos es similar a la producción

semi.industrial, con la diferencia del uso de herramientas y equipos en los ladrillos semi-

industriales, mientras que en los ladrillos artesanales se emplean herramientas manuales.

Para la fabricación de ladrillos refractarios artesanales se sigue el procedimiento señalado en la

Figura 39:

Figura 39. Diagrama del proceso de fabricación de ladrillos refractarios. Fuente: Barranzuela,

2014.

82

E.1. Extracción y preparación de la materia prima

La tierra arcillosa es extraída de minas al aire libre, con herramientas manuales como lampas o

picos (proceso artesanal), tienen preferencia aquellas que contienen una composición mineralógica

con filosilicatos o silicatos laminares de tamaño de grano muy fino (Ministerio del Ambiente,

2013).

De acuerdo a Jiménez & Salazar (2005), el proceso de selección abarca etapas individuales como:

desmenuzamiento de la materia prima en partículas pequeñas, por trituración o molienda; luego

pasa por una zaranda o criba que separa los elementos extraños que pueda tener.

Luego, se procede a la preparación de la mezcla, agregando agua de un porcentaje aproximado del

25% del total en peso (Jiménez & Salazar, 2005).

Algunos fabricantes artesanales de ladrillos añaden otros materiales como biomasa (aserrín,

cascarillas de cereales) o cenizas de cascarilla de arroz, para formar una pasta húmeda y uniforme

con la que se moldearán posteriormente los ladrillos. Esta mezcla húmeda se deja reposar por 24

horas (Barranzuela, 2014).

E.2. Moldeado

En Barranzuela (2014), el proceso de moldeado en la producción de ladrillo artesanal consiste en

llenar moldes de madera, compactándola con las manos y después alisándola con un rasero

cilíndrico, para quitar el excedente.

E.3. Secado

El secado de los ladrillos puede ser natural o artificial, en ocasiones se lo hace a cielo abierto, para

la actividad artesanal y en algunas actividades industriales, ubicando al producto sobre una

superficie horizontal por 24 horas y luego cambiando de posición sobre cada arista, cada día por 7

días aproximadamente, hasta completar el tiempo de secado, que estará condicionado a las

características climáticas del lugar y a la velocidad de difusión (tamaño, longitud y forma del poro

de la arcilla) (Barranzuela, 2014).

Esta es una de las etapas más importantes de la fabricación, pues un secado muy rápido puede

ocasionar fracturas o roturas y un secado incompleto puede impedir la correcta cocción del ladrillo

(Robusté, 1969).

83

E.4. Quema

Consiste en someter los ladrillos previamente secados, a condiciones de alta temperatura por

tiempos determinados en hornos, con el fin de mejorar sus propiedades mecánicas, físicas y la

apariencia final del producto, puesto que solo con el secado de la arcilla se tienen propiedades muy

bajas de resistencia (Barranzuela, 2014).

Según Kingery (1976), el proceso de quema se realiza en hornos, que pueden ser de hormiguero,

intermitentes, los Hoffman, los hornos de bóveda transversal, hornos de túnel, etc.

Según Barranzuela (2014), el proceso de cocción difiere tanto en el proceso artesanal como en el

industrial, por el tipo de horno, tipo de combustible y el tiempo de cocción. El periodo de cocción

en un horno artesanal, es de 36 horas (1,5 días) aproximadamente; en cambio en el proceso

industrial la quema de ladrillos tiene un periodo de cocción de aproximadamente 12 horas, las fases

en el horno son:

Precalentamiento (35 ºC - 100ºC): Se elimina paulatinamente el agua impregnada en la

arcilla, con esto evita grietas de la pieza al ser sometida al fuego.

Cocción (900 - 1250ºC ): Es el proceso físico - químico de calentamiento, de acuerdo con

un plan preestablecido, de las piezas crudas moldeadas, las arcillas se transforman en

silicatos de aluminio cristalinos sin hidratar. En esta fase el material adquiere la resistencia

necesaria para ser empleado como material de construcción (Asociación Industrial y

Tecnológica de Arcillas, 2013).

Enfriamiento (1150 a 650 ºC hasta 60 a 50 ºC): Prosigue el enfriamiento en un intervalo de

temperatura de 1150 a 650 °C, posteriormente, tiene lugar un enfriamiento natural, hasta

lograr la temperatura de 50 a 60°C (Ministerio del Ambiente, 2013).

Las condiciones ideales para una buena quema son: uniformidad de la temperatura en el

horno, evitar el contacto directo de la llama con la pieza, controlar la curva de cocción, aún

en el calentamiento y enfriamiento, de manera que no existan tensiones que produzcan

roturas y por último el control en la atmósfera del horno (Asociación Industrial y

Tecnológica de Arcillas, 2013).

84

Tabla 32. Datos operativos de los hornos de túnel utilizados en la industria cerámica

Horno de túnel Unidad Ladrillos de

arcilla refractaria

Rendimiento t/h 1,5-2,0

Longitud del horno M 70-110

Sección transversal m² 1,5-2,5

Densidad de carga kg/m² 100-150

Temperatura de cocción 1230

Requisitos energéticos específicos kJ/kg 8300

Flujo de volumen de gases de

combustión m³/h 12000

Temperatura de gases de

combustión 150-550

Fuente: Ministerio de Medio Ambiente y Medio Rural y Marino de España, 2011.

Figura 40. Ciclo de cocción de un horno túnel. Fuente: Universidad de Oviedo, 2012.

En Barranzuela (2014), se expone una síntesis de los efectos de cada etapa del proceso de

elaboración de ladrillos, en las propiedades físico químicas del producto, los mismos que se

muestran en la Tabla 30:

85

Tabla 33. Factores influyentes en las propiedades de la arcilla cocida

EFECTOS

PROCESO DE PRODUCCIÓN

Preparación

de la mezcla Moldeo Secado

Cocción

Intensidad

de quemado Enfriamiento

Porosidad -

Los moldes

deben

llenarse

correctamente

y en su

totalidad,

evitando

dejar vacíos.

- - -

Tamaño - -

Puede

presentarse

contracción

por los

cambios de

temperatura,

disminuyendo

sus medidas

originales.

De

presentarse

una

subcocción o

sobrecocción

se

modificarían

las

dimensiones

de la unidad.

-

Eflorescencia

Si hay sales

solubles en el

agua o

materia

prima

utilizada en

la mezcla, se

producirá

eflorescencia.

- - - -

Resistencia a

la

compresión

- -

Agrietamiento

en la unidad

que

disminuye su

resistencia, si

el secado es

demasiado

rápido.

Con una

cocción muy

alta se

disminuiría

la resistencia

del producto

final.

El rápido

enfriamiento

ocasionaría la

rotura de la

unidad.

Fuente: Barranzuela, 2014.

86

ANEXO F: FOTOGRAFÍAS DE MATERIALES

Balanza. Fuente: Cynthia Rodríguez.

Calibrador. Fuente: Cynthia Rodríguez.

Probeta. Fuente: Cynthia Rodríguez.

87

Moldes de madera. Fuente: Cynthia Rodríguez.

Estufa de desecación. Fuente: Cynthia Rodríguez.

Prensa multi-ensayo. Fuente: Laguna, 2011.

88

Caja Petri. Fuente: Cynthia Rodríguez.

Espátula triangular. Fuente: Cynthia Rodríguez.

89

ANEXO G: HOJA DE VIDA

NOMBRE: Cynthia Paola Rodríguez Carrillo

CÉDULA DE IDENTIDAD: 0201581766

FECHA DE NACIMIENTO: 19 de marzo de 1986

LUGAR DE NACIMIENTO: Guaranda, Bolívar

ESTADO CIVIL: Soltero

DIRECCIÓN: José Barba y Solano (El Dorado).

TELÉFONOS: 022900857 / 0987158146

E-MAIL: [email protected]

Egresada de la Carrera de Ingeniería Ambiental, experticia de trabajo en las áreas de gestión

integral de residuos sólidos, gestión, control ambiental, educación ambiental, muestreo de aguas y

suelos (control de las características físicas, químicas y bacteriológicas), regularización ambiental,

aprovechamiento de subproductos y residuos industriales, normativa de ambiente y seguridad

industrial, reglamento de higiene y seguridad en el trabajo.

Excelentes relaciones interpersonales, predisposición para el trabajo en equipo, capacidad de

transferencia de experiencias y/o conocimientos.

Manejo de herramientas de la tecnología e información como Autocad, Word, Excel, Power Point y

Sistemas de Información Geográfica (GIS).

1. PERFIL

1. DATOS PERSONALES

90

Universitarios:

Estudios Secundarios:

Estudios Primarios:

Idioma Extranjero:

Universidad Central del Ecuador

Carrera de Ingeniería Ambiental

Instituto Técnico Superior Angel Polibio

Chávez (Distinción)

Escuela Gustavo Lemos (Distinción)

Inglés

Dominio del idioma hablado (Bueno)

Dominio del idioma escrito (Bueno)

Sistemas Integrados de Gestión. Auditor Interno (2012):

ISO 9001:2008

ISO14001:2004

OSHAS 18001:2007

Sistemas de Información Geográfica. Nivel intermedio. Total 50 horas

Catastro y SIG aplicados (40 horas): 07 al 18 de julio de 2014

Programas y Planes de beneficios de protección del Seguro General de Riesgos del Trabajo

y del Sistema de Pensiones (8 horas): 13 de julio de 2016

UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR

2 Marzo del 2010 – 30 de Julio del 2010

CARGO: Ayudante de cátedra de Mecánica de Fluidos II.

JEFE INMEDIATO: Ingeniero Salomón Jaya

CÁMARA DE INDUSTRIAS Y PRODUCCIÓN

01 de Agosto de 2011 – 31 de Agosto de 2011

CARGO: Auxiliar en la Dirección de Ambiente y Seguridad Industrial de la CIP.

FUNCIONES: Manejo de la Bolsa de Residuos Quito

JEFE INMEDIATO: Ing. Ana María Noguera, Directora de Ambiente y Seguridad Industrial de la

Cámara de Industrias y Producción.

3. FORMACIÓN ACADÉMICA

4. CURSOS

5. EXPERIENCIA LABORAL

91

ECUACORRIENTE S.A.

06 de Agosto de 2012 – 04 de Septiembre de 2012

CARGO: Auxiliar en el Rescate Incidental de Flora y Fauna del Proyecto Minero a Ejecutarse en el

Cantón El Pangui.

FUNCIONES: Recopilación e interpretación de información del Rescate Incidental de Flora y

Fauna Proyecto Mirador.

JEFE INMEDIATO: Ing. Ruth Sivisaca, Directora HSE.

CÁMARA DE INDUSTRIAS Y PRODUCCIÓN

10 de abril de 2013 – Actualidad

CARGO: Técnico de Ambiente y Seguridad Industrial.

FUNCIONES: Asesoría en trámites y normativa de ambiente, seguridad industrial y temas

municipales. Seguimiento normativo a proyectos o leyes implementadas.

JEFE INMEDIATO: Ingeniera Ana María Noguera, Directora de Ambiente y Seguridad

Industrial.

Reutilización de residuos industriales del proceso de fabricación de sanitarios, como

materia prima para la producción de ladrillos (2015-2016).

Trámites ambientales en Ecuador: desafíos, avances y oportunidades (2016).

6. INVESTIGACIONES REALIZADAS

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