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Recuperación de Caucho a partir de neumáticos fuera de uso para mejoramiento de asfaltos Autores: María Isabel garcía Pedro González PDVSA – Intevep Urb. Santa Rosa, sector El Tambor, Los Teques, Estado Miranda 0212-3308600/0212-3306364 garciamix@pdvsa.com / gonzalezpdg@pdvsa.com

1. ANTECEDENTES. El 26 de octubre de 2007, se recibió una comunicación del Ing. Rafael Ramírez, Ministro del Poder Popular para Energía y Petróleo, y presidente de PDVSA, dirigido a la Junta Directiva de PDVSA Intevep en el cual solicitaba que se evaluará un proyecto de “Empresa con alta producción social y mejoras en la calidad ambiental y de vida de la población”. Por tal motivo, se conformó un grupo de profesionales de diferentes gerencias pertenecientes a PDVSA Intevep (Gerencia Técnica de Calidad de Productos, Gerencia Funcional de Ambiente e Higiene Ocupacional y Gerencia Funcional de Apoyo Tecnológico a Empresas de Propiedad Social) para analizar dicho proyecto. Esta propuesta la realizó la cooperativa de trabajadores de la empresa FUNSA de Uruguay, quienes avalan la creación en su país de un proyecto sobre la recuperación de neumáticos usados, con la finalidad de emplear el caucho una vez molido, como aditivo en mezclas asfálticas para su uso en vialidad, aumentar la vida útil de las vías públicas y disminuir el nivel de ruido que produce el tránsito urbano. El proyecto plantea la visión de integrar aspectos técnicos, para promover una cadena de valorización económica y social, mediante la creación de empleos directos e indirectos, aunado a resolver la problemática ambiental que representa la disposición de neumáticos. También se incluye la recuperación de los metales presentes en los neumáticos, para contribuir aun más con la disminución de la contaminación ambiental e incrementar la rentabilidad del proyecto por su venta a acerías. Una vez analizado el proyecto se realizó un resumen ejecutivo que plantea la factibilidad de dicho proyecto en nuestro país con el cronograma propuesto para la ejecución del mismo. 2. PROPOSITOS Y METAS. El propósito del proyecto es diseñar e implantar un proceso integral que asegure la recolección y recuperación del caucho proveniente de los Neumáticos Fuera de Uso (NFU), reduciendo el impacto ambiental que estos producen, apoyando la participación directa de Empresas de García/González: Recuperación de caucho a partir de NFU para mejoramiento de asfaltos 


Propiedad Social (EPS), enfocados en una primera fase en la opción de modificación de asfaltos con polvo de caucho. Las metas que el proyecto pretende alcanzar son:

Disponer de manera ambientalmente segura 16.000 Ton/año de neumáticos fuera de uso mediante la transformación de los mismos en materia prima aprovechable para el mejoramiento de los asfaltos de alto desempeño a partir del primer trimestre del 2012, mediante la incorporación de unidades socioproductivas.

Producir 1.000.000 Ton/año de mezcla asfáltica modificada con polvo de caucho de alta durabilidad y desempeño mejorado a partir del primer trimestre del 2012.

3. FASES DEL PROYECTO. El proyecto “Recuperación de Caucho a partir de neumáticos fuera de uso para mejoramiento de asfaltos” se desarrolla a través de los siguientes procesos de utilización de NFU para la realización de asfalto modificado con cauchos: • Recolección y transporte de los NFU. • Molienda del NFU para obtener polvo de caucho. • Modificación del asfalto con el polvo de caucho 3.1. RECOLECCIÓN Y TRANSPORTE DE NFU La instalación en el mediano plazo de una planta de molienda de Neumáticos fuera de uso (NFU) para la producción de polvo de caucho plantea, entre otros, la problemática de la Recolección, Almacenamiento y Disposición (RAD) de los mismos, con énfasis en la organización logística Para determinar el tamaño del mercado de neumáticos usados, se realizó un análisis de la demanda de neumáticos, a partir del parque automotor, clasificado por tipos de vehículos, y sus proyecciones. Adicionalmente, se consideró la oferta de neumáticos; es decir, la determinación de la producción nacional de neumáticos en las principales empresas y de las importaciones de los mismos. Se investigó la situación actual en cuanto a canales de distribución y acopio, sus factores de identificación y las posibilidades y limitaciones en el proceso de recolección. A fines del año 2007, el parque automotor venezolano alcanza a 4.0 MM de unidades, con un crecimiento del 74 % desde el año 2.000.; esto implica un gran volumen de NFU generados por el parque automotor cada año; tal como se muestra en las Tabla 1 y Tabla 2.

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Tabla 1. Volumen de NFU generados anualmente (unidades)

Volumen de NFU generados (Unidades/año) Año 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007

Total Pasaj+Alquiler 3.989.015 4.409.217 4.746.601 5.401.217 6.055.833 6.280.558 6.776.225 7.617.563

Total Carga+Colect 2.101.694 2.156.725 2.329.164 2.427.799 2.526.433 2.635.470 2.843.088 3.385.799

Total 6.090.709 6.565.942 7.075.766 7.829.016 8.582.266 8.916.028 9.619.314 11.003.362

Fuente: Estudio de mercado y revisión de la situación actual de los neumáticos en Venezuela

Tabla 2. Volumen de NFU generados anualmente (Toneladas.)

Volumen de NFU generados (TM/año) Año 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007

Total Pasaj+Alquiler 45.235 50.001 53.826 61.250 68.673 71.222 76.842 86.383

Total Carga+Colect 113.817 116.789 126.127 131.395 136.663 142.594 153.828 183.285

Total 159.052 166.789 179.954 192.645 205.336 213.815 230.671 269.668

Fuente: Estudio de mercado y revisión de la situación actual de los neumáticos en Venezuela

Si se considera un factor de recuperación de 40%, se obtiene que para el año 2007 estuvieran disponibles unos 4,4 millones de NFU, es decir, 107.867 toneladas. Actualmente, no existe estructura logística para las actividades de recolección almacenamiento y disposición en el país, más allá de algunas acciones dispersadas de recolección de los NFU por parte de los mismos productores de neumáticos para su disposición final en vertederos, o por parte de las entidades tales como las cementeras para producción energética a través de la quema. Las experiencias en países que se encuentran en etapas más desarrolladas en la gestión de los NFU, han demostrado que se requiere la cooperación de todos los actores económicos del sector, de una normativa que regule las responsabilidades y alcances de cada uno, y la integración sinérgica correspondiente. En Venezuela se deben desarrollar unas redes que integren estos actores tradicionales con los elementos evolutivos en las relaciones de producción del sistema de gestión integral, encarnados por la figura de las EPS, lo que a su vez García/González: Recuperación de caucho a partir de NFU para mejoramiento de asfaltos 


genera una implicación extendida y cambios actitudinales en la población y sus individuos hacia los NFU. Se plantea en el proyecto, un diseño de un plan logístico para las actividades de recolección almacenamiento y disposición de los NFU, incluyendo rutas, actores implicados, inversiones requeridas, costos de operación, roles y responsabilidades, cantidades recolectadas en función de los niveles de producción de la planta; así como la identificación de las normas establecidas para el manejo de los NFU y de necesidades de formación de personal involucrado en las actividades de RAD. 3.2 MOLIENDA DEL NFU PARA OBTENER POLVO DE CAUCHO. En líneas generales, las tecnologías de reducción de tamaño consisten en procesos de masticado, molienda y pulverización, mediante una serie de trituradoras y molinos dispuestos en cascada que van desintegrando el caucho hasta separarlo de la malla metálica y de la fibra, y hasta obtener tamaños en el orden de los micrones. Los procesos empleados para producir polvo de caucho son: molienda mecánica a temperatura ambiente y molienda criogénica. Para este proyecto se contempló la evaluación de molienda de NFU a temperatura ambiente, debido a que la molienda criogénica involucra mayores costos operativos y la calidad requerida del polvo de caucho para modificación de asfalto no justifica una alta inversión. Además, la obtención del polvo de caucho a baja temperatura es compleja y en Venezuela no se tiene experiencia con tecnologías de molienda de NFU, por lo que es conveniente implementar la tecnología más simple. 3.2.1 Molienda a mecánica a temperatura ambiente. El proceso de molienda a temperatura ambiente normalmente envuelve separación del metal, separación de la fibra, reducción a chips, reducción a polvo grueso, reducción a polvo fino, empaquetado y pesado. Los equipos empleados se pueden dividir en 8 grupos; trituradores de cuchillas gruesas/afiladas, granuladores primarios y secundarios, raspadores, molinos de rodillo tipo cracker primarios y secundarios, rodillos de acabado y micro rodillos. La distribución y tamaño de la partícula del polvo depende del número de veces que se pasa el polvo por el rodillo y del tipo de rodillo empleado.. A continuación se presenta un esquema general del proceso de molienda a temperatura ambiente. Dependiendo de la granulometría deseada se podrán incorporar granuladores y tamices adicionales al esquema de proceso mostrado en la Figura 1.

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Masticador

Granulador

Pulverizador Molino

Figura 1. Esquema general de los pasos de molienda de NFU a temperatura ambiente El masticado o trituración de neumáticos como puede observarse en la Figura 1, es el primer paso de reducción de tamaños de los NFU, normalmente se realiza en trituradoras conformadas por dos o más ejes paralelos con cuchillas que giran a distintas velocidades para facilitar la trituración del neumático, como se muestra en la figura 2. En esta etapa del proceso se obtienen trozos de neumático de aproximadamente 10 cm.

Figura 2. Masticador primario Las siguientes etapas en el proceso son la granulación y la molienda donde se obtienen tamaños más pequeños (16 mm hasta 1/3 mm), se logran a partir de granuladores y molinos. Previo al molido es necesario separar el componente metálico y la fibra textil para evitar dañar los equipos de reducción de tamaño fino, lo cual se realiza normalmente con separadores magnéticos dispuestos sobre las cintas o bandejas vibratorias que originan el apelmazamiento de las fibras, para luego separarlas por tamizado u otros dispositivos. La siguiente etapa comprende la elaboración del polvo de caucho y se realiza por medio de pulverizadores, constituidos por un rotor y un estator. Se produce polvo de caucho con tamaño de partícula entre 800 a 600 micrones. La Figura 3 corresponde a un pulverizador y la Figura 4 muestra los diferentes tamaños de partículas obtenidos mediante la molienda a temperatura ambiente.

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Figura 3. Molino para producción de polvo de caucho

Figura 4. Representación de los tamaños de partículas de caucho producido por molienda. La capacidad de procesamiento para la planta de molienda que se visualizó para este proyecto, es una planta capaz de procesar 4 ton/hora; con una rata de alimentación de cinco (5) NFU de vehículo liviano por un (1) NFU de vehiculo pesado, con el objeto de obtener homogeneidad en la composición final del polvo de caucho. La ubicación de esta planta será en la zona industrial de la ciudad de San Carlos Edo. Cojedes. Las premisas consideradas para la localización de esta planta fueron las siguientes: • Desconcentración industrial y poblacional del eje norte-costero. •

Fortalecer los escenarios socio-productivos en la mayor cantidad de entidades federales posibles.

Incorporación de zonas deprimidas al proceso de desarrollo nacional.

Proximidad a las vías multimodales, tomando en cuenta principalmente la red ferroviaria en desarrollo.

Lograr la mejor adecuación entre la actividad a desarrollar y el entorno.

Asegurar el cumplimiento de los requerimientos legales.

Alcanzar una alternativa económicamente viable y socialmente aceptada.

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Minimizar los impactos y riesgos ambientales, sanitarios y sociales.

La filosofía de producción de la planta de molienda, que se ha establecido para el proyecto, se muestra en la Figura 5. NFU livianos pesados

y

Separación

NFU Livianos

NFU Pesados

Destalonado

Destalonado

Masticado primario

Granulado <18 mm

Separación magnética

Almacenamiento de metales

Almacenamiento de Gránulos

Molino < 3 mm

Separación de fibras textiles

Almacenamiento de fibras textiles

Pulverización

Empaquetado

Figura 5. Diagrama del proceso de operación García/González: Recuperación de caucho a partir de NFU para mejoramiento de asfaltos 


3.3 MODIFICACIÓN DE ASFALTO Hoy en día, una de las aplicaciones que está en boga es la utilización del polvo de caucho para la construcción de pavimentos; Esta alternativa en comparación con otros métodos de modificación es más asequible. El comienzo de este proceso fue en el año 1940 en Estados Unidos, cuando Rubber Reclaiming Company empezó a comercializar un producto llamado RamflexTM que consistía en partículas de caucho reciclado mezclado con asfalto. Posteriormente, en 1960, Charles McDonald desarrolló un proceso con mejores propiedades al combinar asfalto con el llamado modificador de polvo de caucho (crumb rubber modifier-CRM) y lograr un producto con el nombre de OverflexTM (Cao W. 2007). A partir de esta invención, muchos estudios se han realizado para aplicar este material de desecho en la industria del asfalto (Abdelrahman M. 2006, Artamendi H. 2005, Botasso H. 2003, Dantas S. 2005, Heitzman M. 1991, Leni M. 2006, Navarro F. 2007, Rivero V. 2006, Sohee K. 2001, Werner H. 1989). El polvo de caucho proveniente de los NFU se puede incorporar en el asfalto mediante dos métodos, incorporación por vía húmeda y por vía seca. La incorporación por vía humedad corresponde a la mezcla previa del caucho con el asfalto para su posterior empleo como ligante en la mezcla asfáltica. De acuerdo con la cantidad de caucho empleado se pueden obtener tres tipos de ligantes: asfalto mejorado con caucho (812% en peso de caucho), asfalto modificado con caucho (12-15% p/p de caucho) y asfalto modificado con caucho de alta viscosidad (15-22% p/p de caucho). Generalmente, el proceso de adición por vía húmeda se realiza a elevada temperatura (160-200 °C), esto genera absorción de las fracciones ligeras del asfalto por parte del caucho y un subsiguiente hinchamiento de las partículas. Tal aumento de volumen reduce la distancia entre partículas y la viscosidad del ligante tiende a incrementarse. Cabe destacar que las propiedades de estas mezclas dependen no solo de la temperatura y el contenido de caucho sino de varios factores, tales como: tipo de asfalto, tipo de caucho, granulometría, tiempo de mezclado y velocidad de agitación. En la Figura 6 se muestra el proceso de incorporación por vía húmeda.

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Figura 6. Esquema de incorporación de polvo de caucho por vía húmeda Con el objeto de cubrir la demanda nacional estimada, y de acuerdo a las proyecciones, se encuentra en proceso de adquisición tres (03) plantas móviles para la modificación de ligante asfáltico con polvo de caucho para la ejecución de este proyecto. Estas plantas tendrán una capacidad de procesamiento de 12 toneladas por hora dependiendo de la mezcla y de las condiciones de los materiales. Las plantas se encuentran ubicadas sobre un camión trailer, que permite movilidad por todo el territorio nacional; las especificaciones, en cuanto a dimensión y peso, de estos trailer están acondicionadas a las regulaciones vigentes en el país. En la figura 7 se observa un modelo de las plantas a ser adquiridas.

Figura 7. Planta Móvil para modificación de ligante asfáltico con polvo de caucho La planta esta conformada de manera general por una sección de mezclado y una sección de reacción (ver Figura 8). García/González: Recuperación de caucho a partir de NFU para mejoramiento de asfaltos 


Figura 8. Principales componente de una planta móvil de modificación de asfalto El proceso para la modificación de asfalto con polvo de caucho en este tipo de plantas comienza con el calentamiento del asfalto por medio de un intercambiador de calor, el cual utiliza aceite caliente, este aceite es calentado por un quemador que funciona con combustible diesel; la cantidad de asfalto requerida para la preparación de la mezcla es pesada a través de un medidor de flujo másico (celdas de cargas). Este asfalto que debe estar a la temperatura de 175 °C, se incorpora conjuntamente con el polvo de caucho en el tanque de alta agitación (3000 rpm); en el cual tiene un tiempo de resilencia no mayor a 15 min, garantizándose con esto la dispersión homogénea del polvo de caucho en el asfalto. Mediante una bomba diseñada para manejar fluidos de alta viscosidad, la mezcla es transferida al tanque de reacción (con calentamiento y agitación suave), donde ocurre el curado en aproximadamente una (1) hora. Transcurrido este tiempo la mezcla es bombeada al tambor de la planta de asfalto para que sean incorporados los agregados, en esta etapa se realiza una toma de muestra del producto para verificar viscosidad Brookfield, el cual es el único parámetro a controlar. La figura 9 esquematiza el diagrama del proceso de la planta. La planta móvil esta diseñada de manera tal que minimiza los riesgos de accidente y permite una operación segura. Los puntos calientes y de electricidad están protegidos y debidamente señalizados.

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Figura 9. Diagrama de Flujo de Procesos

4. IMPACTOS DEL PROYECTO •

Contribuye al reciclaje de los NFU y menor uso de los recursos naturales.

Disminución de la contaminación del aire por incineración de los NFU.

Disminución de potenciales criaderos de mosquitos portadores de enfermedades

Aumenta la resistencia del pavimento a deformaciones permanentes y agrietamientos por fatiga.

Mejora la resistencia a la oxidación.

Alarga el tiempo de vida útil de los pavimentos.

Permite la utilización de capas asfálticas más delgadas.

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Mejora la adherencia de los vehículos en el asfalto.

Reducción del ruido del rodaje de los automóviles

Reduce el efecto llovizna (mejorando la visibilidad al conducir sobre asfalto mojado)

Reduce el riesgo por hidroplaneo.

Generación de: 50 empleos Directos en Ejecución 200 empleos Indirectos en Ejecución 100 empleos Directos en Operación: 350 empleos Indirectos en Operación:

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reciclaje del caucho para el mejoramiento de vias  

aditivo para el mejoramiento del asfalto

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