Revista ITTPA VOL. 01 No. 02 (2019)
TILES MANUFACTURE FROM PET WASTE FABRICACIÓN DE BALDOSAS A PARTIR DE RESIDUOS PET Erika Chamorro1, Argedil Yannit Ordoñez2, María Margarita Portilla Gonzáles3 ABSTRACT The excessive demand of plastics, has become a negative impact for the environment, since its disposal is immediate, without taking into account that the decomposition time of these is 500 years. Commonly these materials do not have alternatives for use, that is why the research had as a general objective the transformation of PET to ecological tiles. For its development it was necessary to collect information about the production of PET in the facilities of the Mariana University, Pasto, in addition, a characterization and quantification of the material generated during the month of April 2018 was carried out, determining that the greatest number of PET bottles were from 600 ml. Subsequently, the tiles were prepared by applying the methodology used for the production of ecological bricks and that of the company ECOMAYO when manufacturing plastic poles. To this end, a mold with dimensions of 20 * 20 cm was used, where the previously crushed material was placed to melt, the number of samples obtained was 10, which through laboratory experiments allowed to verify the hypothesis, where the resistance of the PET tiles was 27MPa, compared to the conventional ones consisting of 14MPa. Therefore, it can be determined that the reuse of PET is a sustainable alternative, allowing to reduce the environmental impact and contribute to the useful life of landfills, by generating low cost tiles, making it accessible to the communities. Keywords: Exploitation1, Tertihtalate Polyethylene2, Tile 3, Waste. Received: 24 - 09 - 2019 Accepted: 01 - 11 - 2019
RESUMEN La excesiva demanda de plásticos, se ha convertido en un impacto negativo para el medio ambiente, puesto que su desecho es inmediato, sin tener en cuenta que el tiempo de descomposición de estos es de 500 años. Comúnmente dichos materiales no cuentan con alternativas de aprovechamiento, es por eso que la investigación tuvo por objetivo general la transformación de PET a baldosas ecológicas. Para su desarrollo fue necesario recolectar información acerca de la producción de PET en las instalaciones de la Universidad Mariana, Pasto, además, se efectuó una caracterización y cuantificación del material generado durante abril de 2018, determinándose que la mayor cantidad de botellas PET fueron de 600 ml. Posteriormente se procedió a la elaboración de las baldosas mediante la aplicación de la metodología empleada para la producción de ladrillo ecológico y la de la empresa ECOMAYO al fabricar postes de plástico. Para ello se empleó un molde con dimensiones de 20x20 cm en donde se ubicó el material previamente triturado dispuesto a fundir, el número de muestras obtenidas fueron 10, las cuales a través de experimentos en laboratorio permitieron comprobar la hipótesis, en donde la resistencia de las baldosas PET fue de 27MPa, respecto a las convencionales que consta de 14MPa. Por lo anterior se puede determinar que la reutilización del PET es una alternativa sostenible, permitiendo disminuir el impacto ambiental y contribuir con la vida útil de los rellenos sanitarios, al generar baldosas de bajo costo, logrando ser accesible para las comunidades. Palabras clave: Aprovechamiento, Polietileno de Tereftalato, Baldosa, Residuo. 1
Ing. Ambiental, Universidad Mariana, Colombia. E-mail: eri.chamorro@gmail.com
2
Ing. Ambiental, Universidad Mariana, Colombia. E-mail: argedilyannit@gmail.com
3
Mg. Ciencias Ambientales, Universidad Mariana, Colombia E-mail: maportilla@umariana.edu.co
Introducción La economía de una región o país está ligada estrechamente con el consumo de productos plásticos, un consumidor promedio usa diversos elementos de este tipo en el día a día ya sea para uso personal como lo es ropa, utensilios de cocina, artículos de oficina, así como también, en diferentes actividades productivas como lo es la construcción, transporte, entre otros. La ligereza de este ma-
terial, ha hecho que sea empleado en varios sectores productivos, permitiendo convertirse en uno de los pilares de la economía, puesto que su fabricación ha mantenido un crecimiento constante desde 1950. En dicho año se registró una producción de 1,7 toneladas, y a partir de 1976 su crecimiento ha sido moderado con tasas de crecimiento relativamente altas (Góngora, 2014).
43
Revista ITTPA VOL. 01 No. 02 (2019)
En cuanto al uso de los plásticos, “el 40% es utilizado para empaques y almacenamiento, el 20,3% se encuentra en la industria de la construcción y por último está el sector automotor” (Góngora, 2014). De este modo, se puede observar cuán grande es la manufactura y la utilidad que se le da a este recurso; sin importar las consecuencias que pueda ocasionar en la comunidad y sobre todo en el medio ambiente, debido a que tarda en degradarse y por ende permanece relativamente en el medio.
1.1.2. Moldes en lámina 1.1.3. Horno Eléctrico Digital con Circulación Forzada de Aire. Ref: PG1901 1.1.4. Máquina para Pruebas de Estabilidad Marshall, con indicador digital la cual tiene una capacidad de 50 kN 1.1.5. Máquina Multiensayo DIRIMPEX, diseñada para ensayos a compresión y/o flexión en probetas de concreto, mortero, arcilla y mampostería
Por lo que se refiere al departamento de Nariño, este genera pequeñas cantidades de residuos plásticos, aproximadamente 7.500 kilos al año, los cuales provienen mayormente de fuentes domésticas y comerciales. Para lograr una adecuada disposición EMMAS S.A E.S.P y COEMPRENDER con la fábrica de transformación de plástico realizan una adecuada caracterización física de los mismos, con el fin de observar el potencial de reutilización, reciclaje y aprovechamiento. Además de ello, cabe mencionar que estas empresas generan puestos de trabajo formal a los recicladores de Nariño (Plan de gestión integral de residuos sólidos 2007 - 2022).
2. Metodología
En cuanto a este tipo de residuos producidos en la Universidad Mariana, Pasto; una alternativa para lograr su aprovechamiento, es la elaboración de baldosas a partir de residuos PET, con la cual se promueve su reciclaje en la Institución, por consiguiente, se pretende establecer un centro de acopio en la caseta ubicada en el parqueadero de la Universidad, lugar donde llegarán las bolsas o coletas que contienen plástico, logrando después de un adecuado tratamiento, producir el primer prototipo de baldosa creado en la Universidad Mariana, teniendo en cuenta la caracterización y cuantificación de PET y las respectivas pruebas de resistencia en comparación con las baldosas convencionales. Por lo tanto, con esta investigación se busca generar un nuevo producto (baldosas ecológicas) mediante la reutilización de los residuos estudiados, que permitan beneficiar el medio ambiente, a través de la reducción de sus impactos negativos (como la contaminación), así como también a la comunidad; puesto que el bajo costo de su producción, facilitará su acceso y por ende el acondicionamiento de las viviendas.
Diseño experimental 1. Materiales y métodos 1.1. Materiales 1.1.1. PET En primera instancia, para el desarrollo de la investigación se tomó como materia prima botellas y/o envases a base de PET; según la Alcaldía Mayor de Bogotá D.C. (2011): El PET es un tipo de materia prima plástica que se compone de petróleo crudo, gas natural y aire. Por lo tanto, un kilo de PET está compuesto de 64% de petróleo, 23% líquido gas natural y 13% de aire, correspondiendo su fórmula a la de un poliéster aromático. Su denominación técnica es Polietileno Tereftalato o Politereftalato de etileno. Empezó a ser utilizado como materia prima en fibras para la industria textil, la producción de films y envases de bebidas.
44
Inicialmente se realizó una caracterización y cuantificación del PET (material que posteriormente fue utilizado como materia prima de la investigación) generado en las tres cafeterías de la sede central de la Universidad Mariana, Pasto, para lo cual además de realizar las actividades experimentalmente durante un mes, fue necesario recurrir a información secundaria brindada por la coordinadora ambiental de la institución. Para identificar la metodología empleada en la fabricación de baldosas fue necesario la investigación de diversos estudios tanto locales, nacionales e internacionales; los cuales brindaron suficiente información para identificar el procedimiento de la producción de baldosas, además, fue indispensable realizar una visita a la empresa ECOMAYO, ubicada en el municipio de la Cruz (N), en donde se pudo observar el proceso de la elaboración de postes con plástico. De esta manera el procedimiento a seguir consta de la preparación y adecuación del PET, en donde tiene que estar previamente lavado para eliminar cualquier impureza, así como también picado o triturado (menor a 2 cm). Posteriormente se elaboró un molde en lámina con dimensiones de 20x20 cm en el cual se dispuso 400g del material anteriormente mencionado, con el fin de introducirlo al horno para su fundición a una temperatura que oscila entre 260 - 280°C, dejando enfriar la muestra conjuntamente con el horno. Continuamente, una vez obtenidas las muestras se dispuso a realizar pruebas de laboratorio para determinar la resistencia mecánica por compresión y flexión, así como también, el punto de ignición y fundición del plástico. Las primeras, se realizaron con base a la aplicación del MÉTODO DEL MORTERO, cuyo objetivo es identificar la resistencia de diferentes tipos de materiales los cuales son sometidos a presión (en la máquina DIRIMPEX) por la aplicación de una determinada carga (kN). Para ello se implementó estructuras metálicas de forma cúbica en las cuales se adicionó cierta cantidad de material PET (ver figura N° 1) dispuesto a fundirse a una temperatura que oscila entre 260 y 280° C por aproximadamente tres horas en las cuales se realizó un control, con el fin de que a manera en que se vaya fundiendo el material se agregue más cantidad logrando cubrir por completo la superficie de los recipientes.
Revista ITTPA VOL. 01 No. 02 (2019)
Figura 1. Estructura Metálica + PET.
Para determinar la resistencia a la flexión se adaptó la metodología empleada en la norma técnica colombiana 663, la cual expone la resistencia de la madera a la flexión. Cuyo procedimiento consta en apoyar la baldosa sobre rodillos y aplicar una carga sobre la cara vista de la baldosa, la cual no debe estar sometida a torsión durante el ensayo, por lo cual, al menos uno de los soportes inferiores y la barra de carga, deberán ser pivotantes (ver figura N° 2) dicho proceso se llevó a cabo en la máquina MARSHALL (Norma Técnica Colombiana 663-NTC 663, 1973).
Figura 3. Punto de Fundición e Ignición del PET
Análisis y discusión de resultados En cuanto a la caracterización y cuantificación de PET según la información suministrada, se obtuvo los siguientes resultados (ver tabla N°1).
Tabla 1. Datos Material Mixto
En relación a la tabla número 1 cabe resaltar que la información proporcionada hace referencia a la cuantificación de material PET en un solo día durante el mes correspondiente, de donde se puede inferir a modo general que en agosto la producción de PET se incrementa respecto a septiembre, octubre y enero, lo cual puede estar relacionado con el inicio de clases puesto que, la comunidad educativa probablemente cuente con más recursos económicos en esta etapa frente al transcurso del semestre. Figura 2. Ensayo resistencia a la flexión
Además de las pruebas anteriores, se realizaron ensayos para establecer el punto de ignición, que representa la masa de humedad y material volátil presente en una muestra. Igualmente, se determinó el punto de fundición para ambos procedimientos fue necesario ubicar cierta cantidad de PET en una Copa Cleveland la cual consta de una copa de ensayo, una placa de calentamiento y un aplicador de llama (superficie de un mechero encendido) (ver figura N° 3). A esta, se le hizo un control de temperatura para determinar el punto de fundición y posteriormente el de ignición.
Para la caracterización y cuantificación del material PET (ver figura N°4) se estableció un tiempo perentorio de un mes, correspondiente al periodo de abril del 2018, efectuando esta actividad los días martes, jueves y sábados (ver tabla N°2), de acuerdo a las jornadas establecidas por la COOPERATIVA COEMPRENDER.
Figura 4. Caracterización y cuantificación del PET.
45
Revista ITTPA VOL. 01 No. 02 (2019)
Tabla 2. Producción diaria de PET
De esta manera, según la tabla 2 el total de PET producido en abril fue de 3.151 botellas correspondiente a los envases de bebidas, recolectados en mayor proporción lunes a jueves; así pues, en comparación con la información secundaria suministrada por la Coordinadora ambiental (tabla 1), se puede establecer que en el transcurso de lunes a miércoles es donde más se generan residuos PET, atribuido a que posiblemente los estudiantes cuentan con más recursos económicos a inicios de la semana, de igual manera el consumo de este producto está influenciado por su costo en comparación a otros, pues se encuentran dentro del rango de los más económicos, así mismo, el patrón de consumo de un estudiante universitario está más relacionado con el consumo de bebidas liquidas y energizantes respecto a alimentos saludables que cumplen la misma función. Con relación al estudio denominado “Fabricación de ladrillo ecológico con polietileno de alta y baja densidad y polietileno tereftalato reciclados” realizado en 2012 dentro de la institución, es posible evidenciar el crecimiento que la Universidad Mariana ha tenido en cuanto a su densidad poblacional y el hábito de consumo de los estudiantes, lo cual acarrea un aumento de los envases de PET generados en la institución, esto se puede contemplar en la cantidad de muestra recolectada en un periodo de dos meses, la cual fue de 30 kg de PET (Ávila y Cerón, 2012), contrario a lo presentado en la caracterización realizada en el presente estudio, el cual arrojó una muestra de 27 kg en un lapso de tiempo de un mes, corroborando los cambios anteriormente mencionados. Respecto a la fabricación de baldosas, tras varias pruebas se logró con éxito la elaboración de estas con la metodología descrita anteriormente, presentando una muestra final (muestra 7) con las siguientes especificaciones: peso final 395,06g, espesor 7 mm, disminución del material en sus bordes 5 mm, color similar a la del mármol, acabado finos en sus bordes y textura semi-lisa (ver figura N° 5). Por ello, teniendo en cuenta las características de una convencional (dimensiones de 20*20 cm, espesor de 6,50mm y un peso de 486,46g), se consideró que, al presentar más similitudes respecto a esta, la muestra obtenida sería el prototipo bajo el cual se realizarán posteriores muestras y ensayos de laboratorio.
Figura 5. Baldosa obtenida.
En lo que concierne a los experimentos de resistencia, al evaluar la resistencia por compresión de las baldosas ecológicas comparadas con las convencionales mediante el método del mortero, se obtuvo los siguientes resultados (ver tabla N° 3).
Tabla 3. Resistencias
De acuerdo a la tabla 3 es posible evidenciar que la muestra con un área de 1.793,3 mm2 presenta la mejor resistencia con respecto a los otros ensayos, logrando un valor de 27,05 MPa o 3.923 psi comprobando la hipótesis planteada (presentar una resistencia mayor o igual a las baldosas comunes), puesto que, las baldosas convencionales presentan una resistencia de 14 MPa o 2030 psi. Con relación a lo anterior Barboza (2014) afirma que “en el estado endurecido el concreto de alta densidad no necesita diseñarse para resistencias de compresión más altas de los 14 MPa” (p.4) razón por la cual la resistencia obtenida supera igualmente la entereza de los concretos. Esta prueba es de suma importancia, siendo fundamental conocer la carga con la cual nuestro producto inicia a presentar fallas en cuento estructura (deformación), con el fin de realizar un control de calidad y aceptación o rechazo según especificaciones y brindar detalles técnicos que aumenten la vida útil en este caso de las baldosas. Así mismo, Izurieta & Rodríguez (2018) en su tesis “Elaboración de un adoquín para revestimiento de camineras, a partir del plástico PET 1 y el caucho reciclados” expresan que: "Los adoquines realizados con mezcla de PET y demás agregados (arena, grava, cemento y agua) presentan mejores resultados en cuanto a peso, pues este es un poco más liviano que el adoquín de hormigón, de igual manera cumple con la norma ecuatoriana de construcción presentando una resistencia máxima de 31.70 MPa con un espesor de 6 cm y un peso de 3,81 kg, concluyendo que esta mezcla es la más adecuada para funcionar junto con los
46
Revista ITTPA VOL. 01 No. 02 (2019)
materiales tradicionales, de manera que se puede reducir costos en el agregado grueso para la fabricación del adoquín. En relación a las baldosas obtenidas, su resistencia es menor en comparación a la de los adoquines, debido a la mezcla y al espesor de los mismos, sin embargo, cabe mencionar que la utilización de PET puede mejorar la calidad de los materiales o ser un insumo resistente utilizándose por sí solo". Continuamente con el objetivo de demostrar por medio de otros factores la resistencia de las baldosas realizadas a partir de PET frente a las convencionales, se complementaron ensayos como la determinación de la flexión de las mismas, haciendo referencia a la cantidad de carga necesaria para que una baldosa alcance su punto de rotura. Así pues, Fischer, Stawarczyk, & Hämmerle, (2018) afirman que: “La resistencia a la flexión de los materiales cerámicos puede medirse mediante el ensayo de flexión en tres puntos o el ensayo de flexión biaxial, ambos conforme a la ISO 6872:1995 (cerámica dental) o mediante el ensayo de flexión en cuatro puntos según la DIN EN 843-1:2007 (Cerámica de alto rendimiento - Propiedades mecánicas de la cerámica monolítica a temperatura ambiental - Parte 1: Determinación de la resistencia a la flexión)”. La primera prueba o ensayo lleva por nombre “flexión en tres puntos”, esta se realizó tanto para las baldosas comunes (ver figura N° 6) como para las baldosas obtenidas (ver figura N° 7). Los datos adquiridos se dan a conocer a en la tabla 4.
Figura 6. Falla baldosa convencional.
Tabla 4. Resultados prueba de flexión
Respecto a lo anterior, cabe mencionar que según una investigación de Roy Harrison y Ralph Brough (s,f), se establece que “en lugares tales como zonas comerciales donde las cargas aisladas son relativamente bajas, el equivalente al peso de una persona, el efecto de la alta densidad del tráfico de peatones requiere baldosas de 8 o más milímetros de grosor”, por lo que se afirma que las baldosas al contar con un grosor inferior sirven para interiores de viviendas, donde la densidad de peatones es más bajo que el que frecuenta un centro comercial. Por ende, es posible evidenciar en la tabla 4, que la resistencia a la flexión de la muestra prototipo en adelante son similares a la de la convencional, lo que nos permite concluir que nuestras baldosas poseen similar resistencia a las baldosas convencionales, es decir, cumplen con la hipótesis planteada y con otros factores a tener en cuenta para su elaboración. En cuanto a las pruebas de fundición e ignición se establece que la temperatura necesaria se encuentra en un rango de 230 a 240°C para su fundición y de 320°C para punto de ignición. En consideración al punto de ignición, este hace referencia a la temperatura en la que se inicia la combustión de un material en presencia de llama, teniendo en cuenta que las baldosas cerámicas son incombustibles; estas pueden cubrir cualquier tipo de superficie, puesto que los revestimientos y pavimentos cerámicos no presentan en absoluto emisión de humos y gases tóxicos (Instituto de Promoción Cerámica), en relación a las baldosas fabricadas con PET es pertinente recomendar que la utilización de las mismas sea para interiores, exceptuando las cocinas o lugares en donde sea más propenso la generación de un incendio, dado que este tipo de material es propenso a quemarse rápidamente, producir goteo, expedir olores y producir humo blanco. Serrano (2005) indica que el punto de ignición “no ocurre en su masa sólida sino en la fase gaseosa, situada sobre el sólido del material. La llama se alimenta por los gases generados tras la descomposición del plástico, este a su vez se descompone por efecto del calor que recibe de la llama” (Serrano, 2005, p.1). por tal motivo una de las alternativas para evitar la generación de los incendios sería la aplicación de retardantes de llama los cuales incrementan la resistencia de un material al fuego y disminuyen la velocidad de propagación de la llama y calor desprendidos. Con relación a lo anterior la elección del retardante debe apostarle al mínimo impacto ambiental y a disminuir los efectos negativos para la salud humana, por tal motivo la empresa alemana Budenheim (BUDENHEIM, s,f), ha desarrollado retardantes de llama ecológicos para su utilización en plásticos de tal manera que pueden ser integrados en la elaboración de materiales muy variados y sostenibles para el medio ambiente.
Figura 7. Falla baldosa obtenida.
47
Revista ITTPA VOL. 01 No. 02 (2019)
Conclusiones La fabricación de baldosas ecológicas a partir de residuos PET, contribuye con la reducción de los efectos negativos (como la contaminación) sobre el medio ambiente, además de ello favorece a la vida útil de los rellenos sanitarios a través del aprovechamiento de este tipo de residuos. De igual forma, es un beneficio para la comunidad, siendo más accesible por su bajo costo. Mediante la caracterización y cuantificación realizada durante abril de 2018, se pudo evidenciar que las botellas de 600 ml son las de mayor consumo dentro de la institución, en razón al bajo costo que estas presentan, de igual manera el número total de botellas para este mes fue de 3.151 unidades; demostrando el consumo excesivo de plásticos que pueden ser utilizados como materia prima en la elaboración no solo de baldosas sino de diferentes productos sostenibles con el medio ambiente. Para la elaboración de baldosas a partir de PET, se puede acondicionar el material de dos formas, picado y triturado. En donde el tamaño del PET si es picado, debe tener un tamaño de 2 cm para garantizar su acabado (textura lisa), ya que con partículas menores (PET triturado) su apariencia difiere en la producción de baldosas (textura rugosa). Dentro del proceso de aprovechamiento del PET una de las variables más importantes es la temperatura, puesto que, de esta depende el tiempo de fundición, así como también que la muestra no se queme o se agriete. La hipótesis planteada frente al trabajo de investigación es verídica, puesto que la resistencia de las baldosas producidas a partir de PET es mayor o superior al de una baldosa común. Alcanzando 27 MPa o 3923 psi, en comparación a una baldosa convencional de aproximadamente 14 MPa o 2030 psi de resistencia. Referencias bibliográficas Alcaldia de Pasto. (2007). Plan de Gestión Integral de Residuos Sólidos (PGIRS 2007 - 2022). San Juan de Pasto. Alcaldía Mayor de Bogotá D.C. (2011). Proyecto de Acuerdo 182 de 2011 Concejo de Bogotá D.C. Ávila, J., & Cerón, J. (2012). Fabricación de ladrillo ecológico con polietileno de alta y baja densidad de polietileno tereftalato. San Juan De Pasto. Barboza, A. (2014). Ensayos del Concreto al Estado Endurecido. Universidad Nacional de Cajamarca (Norte de la Universidad Peruana), Perú. BUDENHEIM. (s.f.). HFFR para plástico. Fischer, J., Stawarczyk, B., & Hämmerle, C. (2009). Resistencia a la flexión de las cerámicas de recubrimiento para dióxido de zirconio. Suiza: Quintessence técnica. Góngora, J. (2014). La industria del plástico en México y el mundo. México. Harrison, R., Brough, R. (s.f). RESISTENCIA AL IMPACTO DE AZULEJOS Y BALDOSAS. Reino Unido. Izurieta, J., & Rodríguez, A. (2018). Elaboración de un adoquín para revestimiento de camineras, a partir del plástico PET 1 y el caucho reciclados. Guayaquil: Universidad Laica Vicente Rocafuerte de Guayaquil.
48
Norma Técnica Colombiana 663 - NTC 663. (1973). Maderas. Determinación de la Resistencia a la Flexión. Bogotá D.C: Instituto Colombiano de Normas Técnicas y Certificación (ICONTEC). Serrano, C. (junio de 2005). Tecnología del Plástico.