ESCUELA MILITAR DE INGENIERA MCAL. ANTONIO JOS DE SUCRE BOLIVIA

TRABAJO DE GRADO

OBTENCIN DE PAPEL A PARTIR DE LOS RESIDUOS DE LA COSECHA DEL BANANO

MELISSA ALEJANDRA CALLAPA RUIZ

LA PAZ, 2011

ESCUELA MILITAR DE INGENIERA MCAL. ANTONIO JOS DE SUCRE BOLIVIA

TRABAJO DE GRADO

OBTENCIN DE PAPEL A PARTIR DE LOS RESIDUOS DE LA COSECHA DEL BANANO

MELISSA ALEJANDRA CALLAPA RUIZ

Modalidad: Tesis de Grado, presentada como requisito parcial para optar al ttulo de Licenciatura en Ingeniera Industrial.

TUTOR: ING. MSc. EDWIN OSCAR ASTURIZAGA CALERO

LA PAZ 2011

DEDICATORIA

Dios, por darme fortaleza, su gua constante y la oportunidad de crecer en la vida, a mis queridos padres y hermanitas que siempre han credo en m y me brindaron su apoyo incondicional para realizar este trabajo y a Ahmed Amusquivar Caballero quien siempre estuvo a mi lado dndome sonrisas y fuerza para seguir adelante.

AGRADECIMIENTOS

A:

EDWIN OSCAR ASTURIZAGA CALERO, Docente de la Escuela Militar de Ingeniera, Universidad Catlica Boliviana y Tutor de Trabajo de Grado.

A:

JUAN QUISBERT BLANCO, Docente de la Escuela Militar de Ingeniera, Universidad Mayor de San Andrs y Revisor del Trabajo de Grado.

A:

ALEJANDRO ROMERO MEJIA, Docente de la Escuela Militar de Ingeniera y Revisor del Trabajo de Grado.

A:

JUSTINIANO ZEGARRA VERASTEGUI, Docente de Trabajo de Grado de la Escuela Militar de Ingeniera.

A:

CENTRO DE INVESTIGACIN, CIENCIA Y TECNOLOGA LABORATORIO DE INGENIERA INDUSTRIAL de la Escuela Militar de Ingeniera.

A:

ESCUELA MILITAR DE INGENIERA.

A:

Todas aquellas personas que de una u otra manera colaboraron con el presente trabajo.

NDICE DE CONTENIDO 1. GENERALIDADES ....................................................................................... 1 1.1 INTRODUCCIN ....................................................................................... 1 1.2 ANTECEDENTES ...................................................................................... 2 1.3 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ........................................................ 3 1.3.1 Identificacin de Problema ...................................................................... 3 1.3.2 Formulacin del Problema ....................................................................... 3 1.4 OBJETIVOS Y ACCIONES ........................................................................ 3 1.4.1 Objetivo General ...................................................................................... 3 1.4.2 Objetivos Especficos y Acciones de la Investigacin ............................. 3 1.5 JUSTIFICACIN ........................................................................................ 4 1.5.1 Justificacin Terica ................................................................................ 4 1.5.2 Justificacin Econmica .......................................................................... 4 1.5.3 Justificacin Ambiental ............................................................................ 5 1.5.4 Justificacin Social .................................................................................. 5 1.6 ALCANCE .................................................................................................. 5 1.6.1 Alcance Terico ....................................................................................... 5 1.6.2 Alcance Temtico .................................................................................... 5 1.6.3 Alcance Temporal .................................................................................... 6 1.6.4 Alcance Geogrfico ................................................................................. 6 1.7 HIPTESIS ................................................................................................ 6 1.7.1 Anlisis de Variables ............................................................................... 6 1.7.2 Definicin Conceptual .............................................................................. 6 1.7.3 Operativizacin de Variables ................................................................... 7 1.8 MATRIZ DE CONSISTENCIA .................................................................... 8 2. MARCO TERICO ....................................................................................... 9 2.1 CONTENIDO DEL MARCO TERICO ...................................................... 9 2.1.1 Investigacin de la Situacin Actual ...................................................... 10 2.1.2 Tcnicas de Recoleccin de Informacin .............................................. 11 2.1.2.1 Investigacin Documental ................................................................... 11 2.1.3 Mtodos Empricos de Investigacin ..................................................... 11 2.1.3.1 La Experimentacin ............................................................................ 11 2.1.3.2 Planificacin del Experimento ............................................................. 11 2.2 TIPIFICACIN DE LOS RESIDUOS DE LA COSECHA DEL BANANO .. 14 2.2.1 Tipificacin de la Planta del Banano ...................................................... 14 i

2.2.1.1 El Banano ........................................................................................... 14 2.2.1.2 Taxonoma .......................................................................................... 15 2.2.1.3 Especies ............................................................................................. 15 2.2.1.4 Morfologa ........................................................................................... 15 2.2.2 Composicin de la Fibra del Raquis de Banano .................................... 17 2.2.2.1 -celulosa ........................................................................................... 17 2.2.2.2 Holocelulosa y Hemicelulosa .............................................................. 17 2.2.2.3 Lignina ................................................................................................ 18 2.2.3 Tamao de la Fibra del Raquis de Banano ........................................... 18 2.3 IMPACTO AMBIENTAL DE LOS RESIDUOS DE LA COSECHA DEL BANANO .................................................................................................. 20 2.3.1 Residuos Orgnicos .............................................................................. 20 2.3.2 Impactos Ambientales ........................................................................... 21 2.3.2.1 Descomposicin Orgnica .................................................................. 21 2.3.2.2 Aguas de Lixiviacin ........................................................................... 22 2.3.2.3 Generacin de gases .......................................................................... 23 2.4 OPERACIONES UNITARIAS PARA EL PROCESO DE OBTENCIN DE PAPEL ...................................................................................................... 25 2.4.1 Identificacin de las Operaciones Unitarias ........................................... 25 2.4.2 Transferencia de calor y Masa .............................................................. 26 2.4.2.1 Extraccin Slido Lquido................................................................. 26 2.4.2.2 Blanqueado ......................................................................................... 27 2.4.2.3 Secado ................................................................................................ 28 2.4.3 Operaciones Unitarias Fsicas ............................................................... 28 2.4.3.1 Descortezado ...................................................................................... 28 2.4.3.2 Trozado ............................................................................................... 29 2.4.3.3 Triturado.............................................................................................. 29 2.4.3.4 Tamizado ............................................................................................ 30 2.4.3.5 Formacin de la Hoja .......................................................................... 30 2.4.3.6 Prensado............................................................................................. 31 2.4.3.7 Encolado Superficial ........................................................................... 31 2.4.3.8 Otras operaciones de acabado ........................................................... 32 2.4.4 Operaciones Unitarias Qumicas ........................................................... 32 2.4.4.1 Neutralizado ........................................................................................ 32 ii

2.4.5 Estructura del Proceso de Obtencin de Papel ..................................... 33 2.5 VARIABLES PARA EL PROCESO DE OBTENCIN DE PAPEL ............ 34 2.5.1 Determinacin de Variables ................................................................... 34 2.5.2 Variables Transferencia de Masa .......................................................... 35 2.5.2.1 Concentracin del solvente ................................................................. 35 2.5.2.2 Relacin slido lquido ..................................................................... 35 2.5.2.3 Temperatura y Tiempo de Extraccin ................................................. 35 2.5.2.4 Velocidad de agitacin ........................................................................ 36 2.5.2.5 Concentracin del agente blanqueador .............................................. 36 2.5.3 Variables Fsicas ................................................................................... 37 2.5.3.1 Peso de la corteza .............................................................................. 37 2.5.3.2 Tamao de trozos ............................................................................... 37 2.5.3.3 Tamao de partcula ........................................................................... 37 2.5.3.4 Tamao de tamiz ................................................................................ 38 2.5.3.5 Espesor ............................................................................................... 38 2.5.3.6 Prensado............................................................................................. 38 2.5.3.7 Peso del material encolante ................................................................ 38 2.5.3.8 pH del producto final ........................................................................... 39 2.6 CARACTERSTICAS Y TIPOS DE PAPEL .............................................. 39 2.6.1 Caractersticas de Calidad de Papel...................................................... 40 2.6.1.1 Gramaje .............................................................................................. 40 2.6.1.2 Opacidad............................................................................................. 41 2.6.1.3 Blancura .............................................................................................. 41 2.6.1.4 Resistencia a la rotura ........................................................................ 42 2.6.1.5 Carteo ................................................................................................. 42 2.6.1.6 Capacidad de adsorcin de tintas ....................................................... 43 2.6.2 Comparacin de Caractersticas de Calidad ......................................... 44 2.6.2.1 Tcnicas de Escalas ........................................................................... 44 2.6.3 Identificacin de los Usos para Papel .................................................... 45 2.6.3.1 Papeles artsticos................................................................................ 45 3. MARCO PRCTICO ................................................................................... 50 3.1 DISEO METODOLGICO ..................................................................... 50 3.2 DIAGNSTICO DE LA SITUACIN ACTUAL ......................................... 51 iii

3.2.1 Tipificacin de la Planta del Banano ...................................................... 51 3.2.2 Distribucin y Hbitat del Banano .......................................................... 51 3.2.3 Produccin del Banano.......................................................................... 52 3.2.3.1 Especies y Variedades de Banano ..................................................... 52 3.2.3.2 Cosecha del Banano ........................................................................... 54 3.2.3.3 Cuantificacin de los Residuos de la Cosecha del Banano ................ 55 3.2.4 Caractersticas de los Papeles para Arte............................................... 59 3.3 CARACTERIZACIN DE LAS FIBRAS DE RESIDUOS DE LA COSECHA DEL BANANO .......................................................................................... 60 3.3.1 Morfologa del Raquis del Banano ......................................................... 61 3.3.2 Tamao de Fibra ................................................................................... 62 3.3.3 Composicin de la Fibra ........................................................................ 64 3.3.4 Eleccin de la Materia Prima ................................................................. 65 3.4 OPERACIONES DEL PROCESO EXPERIMENTAL PARA OBTENER PAPEL ...................................................................................................... 66 3.4.1 Identificacin de Operaciones Unitarias para la Obtencin de Papel .... 66 3.4.2 Proceso de Obtencin de Papel ............................................................ 73 3.5 VARIABLES DEL PROCESO EXPERIMENTAL ...................................... 77 3.5.1 Variables para la Obtencin de Papel ................................................... 77 3.6 PLAN DE EXPERIMENTACIN .............................................................. 78 3.6.1 Planificacin de la Experimentacin ...................................................... 78 3.6.1.1 Tamao de Partcula ........................................................................... 79 3.6.1.2 Relacin Solvente Alimentacin....................................................... 79 3.6.1.3 Concentracin del Solvente ................................................................ 80 3.6.1.4 Velocidad de Agitacin ....................................................................... 80 3.6.1.5 Temperatura de Extraccin ................................................................. 80 3.6.1.6 Concentracin del Agente Blanqueador ............................................. 81 3.6.1.7 Tiempo de Prensado ........................................................................... 81 3.6.2 Recursos para la Experimentacin ........................................................ 81 3.7 DESARROLLO DE LA EXPERIMENTACIN .......................................... 84 3.7.1 Esquema de la Experimentacin ........................................................... 84 3.7.1.1 Determinacin de la Concentracin de Celulosa ................................ 84 3.7.1.2 Trozado ............................................................................................... 89 3.7.1.3 Descortezado ...................................................................................... 92

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3.7.1.4 Secado del Raquis de Banano............................................................ 93 3.7.1.5 Triturado.............................................................................................. 96 3.7.1.6 Tamizado ............................................................................................ 97 3.7.1.7 Extraccin Slido Lquido.................................................................. 101 3.7.1.8 Neutralizado ...................................................................................... 116 3.7.1.9 Blanqueado ....................................................................................... 118 3.7.1.10 Laminado .......................................................................................... 126 3.7.1.11 Prensado........................................................................................... 129 3.7.2 Caractersticas del Papel Obtenido ..................................................... 133 3.7.2.1 Gramaje ............................................................................................ 133 3.7.2.2 Potencial de Hidrogeno ..................................................................... 133 3.7.2.3 Carteo ............................................................................................... 134 3.7.2.4 Espesor Final .................................................................................... 135 3.7.2.5 Textura .............................................................................................. 136 3.7.3 Evaluacin Comparativa y Uso del Papel Obtenido ............................ 136 3.8 INTERPRETACIN TERICA DE LOS RESULTADOS ....................... 138 3.9 DEMOSTRACIN DE LA HIPTESIS ................................................... 140 3.9.1 Prueba de Expertos ............................................................................. 140 4. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ............................................ 146 4.1 CONCLUSIONES................................................................................... 146 4.2 RECOMENDACIONES .......................................................................... 147 BIBLIOGRAFA .............................................................................................. 148

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NDICE DE TABLAS TABLA 1: ACCIONES DE LA INVESTIGACIN ................................................ 4 TABLA 2: OPERATIVIZACIN DE VARIABLES................................................ 7 TABLA 3: FUNDAMENTACIN TERICA ........................................................ 9 TABLA 4: ANLISIS COMPARATIVO DE METODOLOGA DE LA INVESTIGACIN .......................................................................... 13 TABLA 5: TAXONOMA DEL BANANO ........................................................... 15 TABLA 6: ANLISIS COMPARATIVO DE CARACTERSTICAS DE LA PLANTA DEL BANANO ............................................................................... 19 TABLA 7: ANLISIS COMPARATIVO DE IMPACTO AMBIENTAL ................. 24TABLA 8: ANLISIS COMPARATIVO DE CARACTERSTICAS PARA PAPEL ... 43

TABLA 9: DISEO METODOLGICO............................................................. 50 TABLA 10: CULTIVOS DE BANANO ESTABLECIDOS EN LA PAZ ............... 53 TABLA 11: CONSUMO ANUAL DE BANANO POR SECTOR ........................ 56 TABLA 12: CANTIDAD DE PINZOTES DESECHADOS POR AO ................ 56 TABLA 13: CARACTERSTICAS DE LOS PAPELES ARTSTICOS................ 59 TABLA 14: LONGITUD MEDIA DE LA FIBRA ................................................. 63 TABLA 15: LONGITUD DE LAS FIBRAS VEGETALES ................................... 64TABLA 16: CARACTERSTICA MORFOLGICAS Y QUMICAS DEL RAQUIS .. 65

TABLA 17: CANTIDAD DE PINZOTES DESECHADOS .................................. 66 TABLA 18: VALORES DE OPERACIN PARA PULPA DE PAPEL ................ 68 TABLA 19: VALORES DE OPERACIN PARA PAPEL ARTSTICO .............. 71 TABLA 20: VARIABLES DE LA INVESTIGACIN ........................................... 77 TABLA 21: CONDICIONES GENERALES DE EXPERIMENTACIN ............. 78 TABLA 22: RESULTADOS DE LAS PRUEBAS PARA PREPARACIN DE LA SUSTANCIA PATRN .................................................................. 86 TABLA 23: DISOLUCIONES PARA LA CURVA PATRN .............................. 87 TABLA 24: DETERMINACIN DE LA CURVA PATRN PARA CELULOSA . 88 TABLA 25: TROZADO DE RAQUIS DE BANANO ........................................... 91 TABLA 26: PERDIDA DE HUMEDAD POR TROZADO ................................... 91 TABLA 27: CARACTERSTICAS DE LA CORTEZA ........................................ 92 TABLA 27: CARACTERSTICAS DE LA CORTEZA (CONTINUACIN) ........ 93 TABLA 28: RESULTADOS DEL SECADO DE RAQUIS DE BANANO ............ 94 TABLA 29: TAMAO DE PARTCULA Y TIEMPO DE TRITURACIN ........... 96 TABLA 30: CANTIDAD DE MATERIAL TRITURADO VS TIEMPO.................. 98 TABLA 31: TAMAO DE PARTCULA............................................................. 99 TABLA 32: RESULTADOS DE LA PRUEBA DE TAMAO DE PARTCULA 100 vi

TABLA 33: RESULTADOS DE LA PRUEBA DE RELACIN S/F .................. 102 TABLA 34: RESULTADOS DE LA CONCENTRACIN DEL DISOLVENTE . 104TABLA 35: RESULTADOS DE LA PRUEBA DE VELOCIDAD DE AGITACIN . 107

TABLA 36: RESULTADOS DE LA PRUEBA DEL EFECTO DE LA TEMPERATURA ......................................................................... 109 TABLA 37: RESULTADOS DE LA PRUEBA ADICIONAL PARA CONCENTRACIN DEL SOLVENTE ......................................... 113 TABLA 38: RESULTADOS DE LA EXTRACCIN SLIDO LQUIDO ........... 114 TABLA 39: VARIABLES PARA LA EXTRACCIN SLIDO LQUIDO .......... 116 TABLA 40: RESULTADOS DE LA PRUEBA DE BLANQUEADO .................. 120 TABLA 42: RESULTADOS DE LA PRUEBA BLANQUEADO CON HIPOCLORITO DE SODIO ......................................................... 122 TABLA 43: RESULTADOS DE LA PRUEBA ADICIONAL DE BLANQUEADO CON HIPOCLORITO DE SODIO ................................................ 122 TABLA 44: RESULTADOS DE TIEMPO DE BLANQUEADO ........................ 123 TABLA 45: RESULTADOS DE LA PRUEBA ADICIONAL DE TIEMPO DE BLANQUEADO ........................................................................... 124 TABLA 46: RESULTADOS DE TEMPERATURA DE BLANQUEADO ........... 125 TABLA 47: RESULTADOS DE LA OPERACIN DE BLANQUEADO ........... 126 TABLA 48: RESULTADOS DE LA PRUEBA DE LAMINADO FUERTE ......... 127 TABLA 49: RESULTADOS DE LA PRUEBA DE LAMINADO ........................ 128 TABLA 50: RESULTADOS DE LA PRUEBA DE PRENSADO EN FRIO ....... 130 TABLA 51: VARIABLES DE CONTROL DEL PROCESO DE OBTENCIN DE PAPEL A PARTIR DEL RAQUIS DE BANANO........................... 132 TABLA 51: EVALUACIN COMPARATIVA DEL PAPEL .............................. 137 TABLA 52: DATOS GENERALES DE LOS EXPERTOS ............................... 141 TABLA 53: ESCALA DE CALIFICACIN ....................................................... 142 TABLA 54: SELECCIN DEL USO DEL PAPEL ........................................... 142 TABLA 55: CALIFICACIN DE LOS ATRIBUTOS ........................................ 142 TABLA 56: PONDERACIN DE LOS ATRIBUTOS ....................................... 143 TABLA 57: PUNTUACIN FINAL DEL PAPEL .............................................. 143 TABLA 58: DEMOSTRACIN DE LA HIPTESIS ........................................ 145

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NDICE DE FIGURAS FIG. 1: MATRIZ DE CONSISTENCIA ................................................................ 8 FIG. 2: MAPA CONCEPTUAL DE METODOLOGA DE LA INVESTIGACIN 10 FIG. 3: PROCESO DE CONTROL ................................................................... 12 FIG. 4: MAPA CONCEPTUAL DE BOTNICA................................................. 14 FIG. 5: PLANTA DE BANANO ......................................................................... 16 FIG. 6: MAPA CONCEPTUAL DE IMPACTO AMBIENTAL ............................. 20 FIG. 7: MAPA CONCEPTUAL DE OPERACIONES UNITARIAS..................... 25 FIG. 8: EXTRACCIN SLIDO LIQUIDO EN UNA SOLA ETAPA ............... 26 FIG. 9: MAPA CONCEPTUAL DE VARIABLES DE TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA .................................................................................. 34 FIG. 10: MAPA CONCEPTUAL DE VARIABLES FSICAS Y QUMICAS ........ 37 FIG. 11: MAPA CONCEPTUAL DE CARACTERSTICAS DEL PAPEL ........... 39 FIG. 12: PAPEL SEGN EL GRAMAJE Y RIGIDEZ ........................................ 40 FIG. 13: ESCALA DE CLASIFICACIN CONTINUA ....................................... 44FIG. 14: PAPEL PARA ACUARELA DE GRANO FINO, MEDIANO Y GRUESO ... 45

FIG. 15: PAPEL PARA DIBUJO DE GRANO GRUESO .................................. 46 FIG. 16: PAPEL PARA GRABADO .................................................................. 47 FIG. 17: PAPEL PARA TINTA CHINA .............................................................. 47 FIG. 18: PAPEL PARA PINTURA AL OLEO .................................................... 47 FIG. 19: PAPEL PARA DIBUJO AL PASTEL ................................................... 48 FIG. 20: PAPEL ARTESANAL.......................................................................... 49 FIG. 21: RAQUIS MUSA ACUMINATA Y MUSA BALBISIANA ........................ 53 FIG. 22: COSECHA DEL BANANO EN ALTO BENI ........................................ 54 FIG. 23: ESTADO DEL PINZOTE DE BANANO .............................................. 58 FIG. 24: ESTRUCTURA FIBRILAR .................................................................. 61 FIG. 25: ELEMENTOS FIBRILARES DEL PINZOTE ....................................... 62 FIG. 26: FIBRA DE RAQUIS DE BANANO ...................................................... 62 FIG. 27: PROCESO DE OBTENCIN DE PULPA DE PAPEL ........................ 67 FIG. 28: RESULTADO DE LA PRUEBA EXPLORATORIA #1 ......................... 69 FIG. 29: PROCESO DE OBTENCIN DE PAPEL ARTSTICO ....................... 70 FIG. 30: RESULTADO DE LA PRUEBA EXPLORATORIA #2 ......................... 72 FIG. 31: PLANIFICACIN DE LA EXPERIMENTACIN ................................. 79 FIG. 32: BALANZA ........................................................................................... 82 FIG. 33: HORNO .............................................................................................. 82 FIG. 34: LICUADORA ...................................................................................... 82 viii

FIG. 35: HORNILLA AGITADOR ................................................................... 83 FIG. 36: PROCESO EXPERIMENTAL PARA LA OBTENCIN DE PAPEL .... 84 FIG. 37: ESPECTROFOTMETRO UV - VISIBLE .......................................... 85 FIG. 38: DILUCIONES PARA LA CURVA PATRN ........................................ 88 FIG. 39: CURVA PATRN PARA CELULOSA ................................................ 89 FIG. 40: TROZOS DE RAQUIS DE BANANO .................................................. 90 FIG. 41: DESCORTEZADO DE RAQUIS DE BANANO ................................... 92 FIG. 42: CURVA DE SECADO ......................................................................... 95 FIG. 43: EQUIPO DE TRITURADO .................................................................. 96 FIG. 44: EQUIPO DE TAMIZADO .................................................................... 98 FIG. 45: EFECTO DEL TAMAO DE PARTCULA ........................................ 100 FIG. 46: EFECTO DE LA RELACIN SOLVENTE ALIMENTACIN ............ 103 FIG. 47: EFECTO DE LA CONCENTRACIN DEL SOLVENTE ................... 105 FIG. 48: EFECTO DE LA VELOCIDAD DE AGITACIN ............................... 107 FIG. 49: EFECTO DE LA TEMPERATURA.................................................... 110 FIG. 50: CONCENTRACIN DE EQUILIBRIO A DIFERENTES TIEMPOS .. 112 FIG. 51: INTERACCIN DE LAS VARIABLES OPERATIVAS PARA LA OPTIMIZACIN DEL PROCESO EXTRACCIN SLIDO LQUIDO 115 FIG. 52: PRUEBAS DE TEMPERATURA DE EXTRACCIN ........................ 116 FIG. 53: MEDICIN DE pH PARA NEUTRALIZADO ..................................... 117 FIG. 54: RESULTADOS DE LA PRUEBA DE NEUTRALIZADO.................... 118 FIG. 55: PRUEBA DE LAMINADO ................................................................. 126 FIG. 56: PRUEBA DE PRENSADO EN FRIO ................................................ 129 FIG. 55: VELOCIDAD DE SECADO POR PRENSADO EN FRIO ................. 131 FIG. 56: MEDICIN DEL CARTEO PARA PAPEL ........................................ 135

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NDICE DE ANEXOS

ANEXO I: CRONOGRAMA DE TRABAJO EN LABORATORIO ......................... I ANEXO II: RESULTADOS DEL TIEMPO DE SECADO PARA EL PINZOTE DE BANANO ......................................................................................... II ANEXO III: DETERMINACIN DE LA CONCENTRACIN DE CELULOSA POR ESPECTROFOTOMETRA UV - VIS..................................... III ANEXO IV: RESULTADOS DE LAS PRUEBAS DE DETERMINACIN DE LA CONCENTRACIN DE EQUILIBRIO ............................................ IV ANEXO V: RESULTADOS DE LAS PRUEBAS DE NEUTRALIZADO .............. VI ANEXO VI: RESULTADOS DE LA PRUEBA DE SECADO DEL PAPEL POR PRENSADO EN FRIO ................................................................... VII ANEXO VII: PROCEDIMIENTO PARA DETERMINAR LA HUMEDAD DEL PAPEL .......................................................................................... VIII ANEXO VIII: TABLA DE COLORES RAL .......................................................... IX ANEXO IX: RESULTADOS DE LAS CARACTERSTICAS DEL PAPEL OBTENIDO...................................................................................... X ANEXO X: ENCUESTA RESPECTO A LA CALIDAD DEL PAPEL ELABORADO A PARTIR DEL PINZOTE DEL BANANO ............... XI

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OBTENCIN DE PAPEL A PARTIR DE LOS RESIDUOS DE LA COSECHA DEL BANANO 1. GENERALIDADES1.1 INTRODUCCIN La produccin bananera en Bolivia es una de las principales actividades econmicas en el pas. Actualmente el cultivo de banano es uno de los rubros agrcolas de mayor importancia econmica y social en la provincia Sud Yungas y Alto Beni del departamento de La Paz. Esta actividad agrcola es una de las principales fuentes de generacin de residuos; por ejemplo, los productores de banano enfrentan el problema de la eliminacin de los residuos orgnicos originados en la cosecha del fruto. Residuo de este proceso es el pinzote de banano, ste se localiza en los centros de acopio de la produccin bananera y los en centros de abasto de las principales ciudades. Los productores cosechan y venden su produccin semanalmente. Los intermediarios, denominados comnmente ranqueros1, estn organizados en asociaciones de comercializadores de frutas y distribuyen al mayoreo en los centros de abasto de las ciudades de Cochabamba, Oruro y La Paz 2. La venta del banano para el mercado interno se realiza por chipas, las cuales estn constituidas por seis racimos de banano en promedio y el pinzote que lo sostiene. El pinzote es la fraccin de la planta de banano que sostiene el manojo de frutos y est constituido por fibras lignocelulsicas, de caractersticas semileosa3, objeto de estudio del presente trabajo, para la obtencin de fibras en la fabricacin de papel. Las vendedoras de frutas, de los centros de abasto como los mercados de la zona norte, cortan los racimos al momento de la venta quedando como residuo1

Recolectores de banano en los centros de acopio encargados de distribuir el fruto a los centros urbanos 2 PRIMER TALLER DE CADENAS PRODUCTIVAS: ACUERDOS DE COMPETITIVIDAD DE LA CADENA DEL BANANO, Cochabamba, Ag. 2002. 3 TURRADO Jos, Pinzote como Fuente de Fibras para Papel, p. 4.

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el pinzote de banano. Otros minoristas prefieren adquirir racimos ya cortados, por lo tanto son los ranqueros quienes desechan los pinzotes en los puntos de distribucin de los mercados. Debido a que el pinzote entra en estado de putrefaccin en un medio no apto para su degradacin, atrae a vectores de contaminacin como insectos y ratones, disminuyendo de esta manera la inocuidad de los mercados de la zona norte. En muchos casos, esta acumulacin de residuos son desechados en las calles aledaas a los mercados tapando as sumideros y bocas de agua. 1.2 ANTECEDENTES El raquis o pinzote de banano ha sido objeto de estudio, para su aprovechamiento, por otros pases productores de banano como Costa Rica, Ecuador, Colombia y Brasil. Dichos pases han implementado pequeas industrias para la obtencin de papel, para elaborar artesanas como tarjetas, pantallas de luz, libretas, cajas. En Bolivia, Papelbol planea obtener celulosa vegetal de los desechos agroindustriales que hay en Chapare, tales como el pinzote de banano y la cscara del palmito. Este proyecto ser ejecutado a mediano plazo, hasta entonces la planta ser alimentada con celulosa o fibra virgen importada de Chile o Brasil. Tambin la fbrica utilizar papel y cartones reciclados que se acopien en Bolivia. De acuerdo con los ejecutivos de la empresa, Papelbol usar un 60% de fibra virgen y un 40% de papel reciclado4. La utilizacin de fibra virgen, del pinzote de banano y cscara de palmito, de importacin por parte de Papelbol no soluciona el problema de los desechos generados por las agroindustrias nacionales. Por esta razn existe la necesidad de desarrollar el conocimiento necesario, que pueda ser implementado en la industria papelera de Boliviana, para elaborar papel a partir de los residuos de la cosecha del banano.

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Industria Boliviana

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1.3 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 1.3.1 Identificacin de Problema Los residuos agrcolas de la cosecha del banano quedan como una acumulacin de desechos sin ningn valor; por tanto, existe la necesidad de generar el conocimiento, para dar valor agregado a un residuo, mediante la elaboracin de papel. 1.3.2 Formulacin del Problema Cul es el proceso experimental para obtener papel a partir de los residuos de la cosecha del banano? 1.4 OBJETIVOS Y ACCIONES 1.4.1 Objetivo General Determinar el proceso experimental que permita elaborar papel a partir de los residuos de la cosecha del banano. 1.4.2 Objetivos Especficos y Acciones de la Investigacin Realizar un diagnstico de la situacin actual Caracterizar de las fibras del pinzote de banano Establecer las operaciones del proceso experimental para obtener papel Determinar las variables que intervienen en el proceso experimental Determinar la planificacin para la experimentacin Desarrollar la experimentacin Interpretar los resultados

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TABLA 1: ACCIONES DE LA INVESTIGACIN OBJETIVOS ESPECFICOS Realizar un diagnstico de la situacin actual Caracterizar de las fibras del pinzote de banano Establecer las operaciones del proceso experimental para obtener papel Determinar las variables que intervienen en el proceso experimental Determinar la planificacin para la experimentacin Desarrollar la experimentacin ACCIONES Tipificacin de la Planta de Banano Identificar el tamao de fibra Identificar los componentes de la fibra Identificar las operaciones unitarias para la obtencin de papel Estructurar el proceso con las operaciones que intervienen en el proceso Analizar cada operacin y determinar las variables que inciden en cada una de ellas Seleccionar un mtodo para la experimentacin Determinar recursos para la experimentacin Realizar experimentacin Registrar datos y resultados obtenidos Determinar las caractersticas del papel obtenido Comparar con otros tipos de papel e identificar el uso del papel obtenido Realizar la interpretacin terica de la experimentacin

Interpretar los resultados obtenidos

FUENTE: Elaboracin propia en base a ZEGARRA Justiniano, Manual para la elaboracin de Trabajos de grado nivel licenciatura, p. 11.

1.5 JUSTIFICACIN 1.5.1 Justificacin Terica El presente trabajo aporta a la generacin de una tecnologa experimental para elaborar papel a partir de los residuos de la cosecha del banano, este proceso podr ser aprovechado por la industria papelera nacional. 1.5.2 Justificacin Econmica El presente trabajo propone una alternativa que permitir generar recursos econmicos adicionales al sector agroindustrial bananero nacional, utilizando residuos que actualmente no tienen ningn aporte para la comunidad. A su vez la industria papelera nacional podr ser independiente de la celulosa importada para su proceso productivo.

4 150

1.5.3 Justificacin Ambiental El aprovechamiento de los residuos agrcolas del banano reduce la contaminacin, provocada por el proceso de putrefaccin de la misma en un medio no adecuado, en mercados, calles y centros de acopio. 1.5.4 Justificacin Social Los productores de banano obtendrn ingresos econmicos adicionales por la venta de residuos agrcolas de la cosecha del banano. La ciudadana, asentada en zonas aledaas donde se acumulan los residuos agrcolas de banano, aumentar su calidad de vida al eliminar el riesgo que estos representan para su salud y seguridad personal. 1.6 ALCANCE 1.6.1 Alcance Terico Debido a que los residuos de la cosecha del banano estn constituidos por fibras ligno-celulsicas, estos se pueden aprovechar como materia prima para la obtencin de papel, con esto se lograra proporcionar un valor agregado a dichos residuos5. 1.6.2 Alcance Temtico El presente trabajo busca determinar un proceso experimental para la obtencin de papel, aprovechando los residuos de la cosecha del banano. En la investigacin de campo se identificaran las especies de banano que existen en el departamento de La Paz y las zonas de comercializacin de banano en la ciudad para la adquisicin del pinzote. En la caracterizacin de las fibras del pinzote de banano se realizar una revisin de la informacin bibliogrfica existente, para determinar el tamao y los componentes los componentes de la fibra. Se establecern las operaciones de transferencia de masa y operaciones unitarias fsicas que permitan obtener papel desde la obtencin de la pulpa hasta la formacin de la hoja. Se determinaran las variables que inciden en cada una de las operaciones identificadas.5

TURRADO Jos, Pinzote como Fuente de Fibras para Papel, p. 4.

5 150

Para realizar la experimentacin se elaborar un plan donde se contempla los recursos necesarios y la metodologa para la experimentacin. En la experimentacin se registrar y estudiar el comportamiento de las variables de cada operacin para establecer conclusiones acerca del proceso de experimentacin en la obtencin de papel. En la interpretacin de resultados se analizarn los resultados obtenidos, se identificarn las caractersticas de papel obtenido para comparar con otros tipos de papel existente y as determinar el uso ms adecuado para el mismo. 1.6.3 Alcance Temporal La bibliografa a ser utilizada ser de 25 aos atrs. El desarrollo de la presente investigacin tendr una duracin de 6 meses en la presente gestin. 1.6.4 Alcance Geogrfico Los residuos de la cosecha del banano, objeto de estudio, procedern de los cultivos localizados en las provincias del departamento de La Paz. 1.7 HIPTESIS Un proceso fsico y de transferencia de masa permitir obtener papel empleando los residuos de la cosecha del banano. 1.7.1 Anlisis de Variables Variable Independiente: proceso fsico y de transferencia de masa Variable Dependiente: papel de los residuos de la cosecha del banano 1.7.2 Definicin Conceptual Proceso fsico y de transferencia de masa: En la obtencin de papel un proceso fsico y de transferencia de masa el material (madera, paja, bagazo de caa, etc) es triturado y calentado con sosa, se consigue separar la lignina contenida en la fibra de la celulosa. El tratamiento posterior es la formacin y secado de las hojas junto con otros agentes que mejoran las propiedades del papel6.

6

HANS Beyer, Wolfgang Walter, Manual de Qumica Orgnica, p. 489.

6 150

Papel: Material hecho con pasta vegetal molida y blanqueada que se dispone en finas lminas y se usa para escribir y dibujar con diferentes materiales7. 1.7.3 Operativizacin de Variables TABLA 2: OPERATIVIZACIN DE VARIABLES VARIABLES SUB VARIABLES DIMENSINDescortezado Trozado Triturado Operaciones Fsicas Tamizado Laminado

Prensado

Variable Independiente

Operaciones Qumicas

Neutralizado

Extraccin slido lquido Operaciones de Transferencia de Masa

Blanqueado Secado Variable Dependiente Especificaciones tcnicas

Papel

INDICADORES Peso de la corteza Tamao de trozos Tamao de partcula Tamao de tamiz Espesor de la hoja Tiempo de prensado Humedad del producto terminado pH del producto final Tiempo de extraccin del slido Temperatura Concentracin del solvente Relacin slido lquido Velocidad de agitacin Concentracin del agente blanqueador Humedad de equilibrio Gramaje Espesor Blancura Carteo

FUENTE: Elaboracin propia en base a ZEGARRA Justiniano, Manual para la elaboracin de Trabajos de grado nivel licenciatura, p. 14.

7

Definicin de papel,

7 150

1.8 MATRIZ DE CONSISTENCIA FIG. 1: MATRIZ DE CONSISTENCIA PROBLEMA OBJETIVO HIPTESIS

OBTENCIN DE PAPEL A PARTIR DE LOS RESIDUOS AGRCOLAS DEL BANANO

Cul es el proceso experimental para obtener papel a partir de los residuos de la cosecha del banano?

Determinar el Proceso ExperimentalQue Permita

Un proceso fsico y de transferencia de masa Permitir

Elaborar papel a partir de los residuos de la cosecha del banano

Obtener papel empleando los residuos de la cosecha del banano

FUENTE: Elaboracin propia en base a ZEGARRA Justiniano, Manual para la elaboracin de Trabajos de grado nivel licenciatura, p. 15.

8 150

2. MARCO TERICO2.1 CONTENIDO DEL MARCO TERICO De acuerdo con los objetivos especficos a continuacin se definen los temas y materias que se requieren para elaborar el contenido del marco terico. TABLA 3: FUNDAMENTACIN TERICAOBJETIVOS ESPECFICOS Realizar un diagnstico de la situacin actual Caracterizar de las fibras del pinzote de banano ACCIONES Tipificacin de la Planta de Banano Identificar el tamao de fibra Identificar los componentes de la fibra Identificar las operaciones unitarias para la obtencin de papel Estructurar el proceso con las operaciones que intervienen en el proceso Analizar cada operacin y determinar las variables que inciden en cada una de ellas Planificar el desarrollo de la experimentacin Determinar recursos para la experimentacin FUNDAMENTO TERICO Botnica Metodologa de la Investigacin Qumica Qumica Operaciones Unitarias Ingeniera de mtodos Operaciones Unitarias Metodologa de la Investigacin Metodologa de la Investigacin Operaciones Unitarias Metodologa de la Investigacin Operaciones Unitarias Metodologa de la Investigacin Control de Calidad Metodologa de la Investigacin Operaciones Unitarias

Establecer las operaciones del proceso experimental para obtener papel

Determinar las variables que intervienen en el proceso experimental

Determinar la planificacin para la experimentacin

Realizar experimentacin Desarrollar la experimentacin Registrar datos y resultados obtenidos Determinar las caractersticas del papel obtenido Comparar con otros tipos de papel e identificar el uso del papel obtenido Realizar la interpretacin terica de la experimentacin

Interpretar los resultados obtenidos

FUENTE: Elaboracin propia en base a ZEGARRA Justiniano, Manual para la elaboracin de Trabajos de grado nivel licenciatura, p. 12.

9 150

FIG. 2: MAPA CONCEPTUAL DE METODOLOGA DE LA INVESTIGACINMETODOLOGA DE LA INVESTIGACIN

CONOCIMIENTO CIENTFICO

METODOS DE INVESTIGACIN

TCNICAS DE INVESTIGACIN

TRABAJO DE GRADO

Mtodos empricos de investigacin

Tcnicas de recoleccin de informacin Investigacin documental Muestreo

Tcnicas de medicin

La observacin

Escalas de clasificacin contnua

La medicin

La experimentacin

Planificacin de experimento FUENTE: Elaboracin propia en base a ZEGARRA Justiniano, 4 formas de elaborar tesis y proyectos de grado, pp. 21 52.

La metodologa es el conocimiento del mtodo, mientras que el mtodo es la sucesin de pasos que se deben dar para descubrir nuevos conocimientos, la metodologa es el conocimiento de esos pasos. Por lo tanto se define a la metodologa de la investigacin como el estudio del conjunto de mtodos que siguen en la investigacin cientfica.8 2.1.1 Investigacin de la Situacin Actual La investigacin de la situacin actual permitir conocer las caractersticas de la produccin de banano y la generacin de residuos en la cosecha del fruto. El instrumento para lograr dicho objetivo es la Investigacin Documental que, de acuerdo con la FIG. 2, tiene como fundamento terico a la Metodologa de la Investigacin. Se realiz la recopilacin bibliogrfica de la metodologa para realizar la experimentacin, la interpretacin de resultados y para elaborar tcnicas de medicin en la evaluacin del producto obtenido.

8

ZEGARRA Justiniano, 4 formas de elaborar tesis y proyectos de grado, p, 16.

10 150

2.1.2 Tcnicas de Recoleccin de Informacin 2.1.2.1 Investigacin Documental

De acuerdo con la informacin requerida, se proceder a la bsqueda de informacin en libros y textos referentes a operaciones unitarias de transferencia de masa y operaciones unitarias fsicas para realizar la experimentacin. Adems la revisin de Normas referidas a especificaciones tcnicas para papel. Tambin informacin referida a los estudios previos, acerca del pinzote de banano, que aportan a la investigacin, como ser: caractersticas del pinzote de banano y de su fibra. 2.1.3 Mtodos Empricos de Investigacin La investigacin emprica tiene como fundamento la existencia de un hecho cientfico sobre el cual se realiza la labor investigativa.9 En el presente proyecto, la labor investigativa es determinar el proceso experimental para obtener papel, a partir de hechos cientficos como la relacin entre variables y operaciones unitarias que inciden en la obtencin del producto. 2.1.3.1 La Experimentacin

El experimento es aquella clase de experiencia cientfica en la cual se provoca deliberadamente algn cambio y se observa e interpreta su resultado con alguna finalidad cognoscitiva. 10 Para el presente proyecto se provocan cambios en las variables de cada una de las operaciones unitarias para observar e interpretar los resultados, de esta manera se establecen las condiciones necesarias en el proceso que otorguen al producto final la calidad de papel con determinadas caractersticas. 2.1.3.2 Planificacin del Experimento

De acuerdo con FARGIN11, el principal aspecto de la metodologa experimental est relacionado con una mejor descripcin, previsin, y ejecucin del fenmeno estudiado.

9

ZEGARRA Justiniano, 4 formas de elaborar tesis y proyectos de grado, p. 21. IBID, p. 23. 11 FARGIN John, Revista Informacin Tecnolgica, volumen 10, 2001, p. 74.10

11 150

Una planificacin experimental, bien desarrollada, permite investigar con propiedad las variables de un proceso y los efectos que ellas provocan en los productos. A) Diseo Experimental Cuando se inicia el estudio de un fenmeno, es natural que se establezca la lista de variables que influyen en el fenmeno estudiado, tal influencia se encuentra representada en la forma de una funcin respuesta y = f(x), la respuesta experimental puede ser cualitativa o cuantitativa. El ordenamiento de la informacin utilizada en la planificacin experimental se da en forma codificada de matrices, denominadas matrices de experiencias factoriales.12 B) Desarrollo Experimental De acuerdo con LOPEZ13, el desarrollo experimental se ejecuta empleando el proceso productivo integrado previamente, realizando variaciones en cada indicador independiente y observando los cambios producidos en las variables dependientes, comparando los resultados obtenidos en cada prueba y eligiendo el mejor resultado de las pruebas realizadas. El proceso de control, que se observa en la FIG. 3, permite observar la incidencia de las variables del proceso en el producto final. Durante la experimentacin se realiza el control de estas variables para poder estudiar los fenmenos del proceso. FIG. 3: PROCESO DE CONTROLE S

Materia Prima Aditivos Disolvente Agua Energa

Papel Proceso Residuos

Variacin de Variables

K

FUENTE: ROCA Alfred, Control de Procesos, 1995, p. 25.12 13

FARGIN John, Revista Informacin Tecnolgica, volumen 10, 2001, p 74 LOPEZ Jos, Diseos Experimentales: Planificacin y Anlisis, 1993, p. 32.

12 150

= E+KS Donde: E = entradas K = Variaciones S = Salidas = Resultado del proceso de control TABLA 4: ANLISIS COMPARATIVO DE METODOLOGA DE LA INVESTIGACINInstrumento La observacin La medicin Permite realizar cambios deliberados La Experimentacin en el fenmeno estudiado para establecer relaciones Permite establecer la Planificacin del secuencia de la Experimento experimentacin y los recursos necesarios Es la principal fuente de informacin de Investigacin textos cientficos y Documental estudios preliminares para la investigacin Admite relacionar Escalas de valores cuantitativos Clasificacin entre dos lmites Continua opuestos FUENTE: Elaboracin propia Ventaja Desventaja No permite establecer parmetros cuantitativos y cualitativos No permite analizar y relacionar las variables

(1)

Utilizacin No No

S

S

S

S

El diagnstico de la situacin actual emplea tcnicas de recopilacin de informacin para realizar la bsqueda y seleccin de fuentes que aporten al conocimiento, referente a las caractersticas de la materia prima y la seleccin del objeto de estudio; de esta manera la actual situacin de la materia prima es elemental para la investigacin.

13 150

2.2 TIPIFICACIN DE LOS RESIDUOS DE LA COSECHA DEL BANANO FIG. 4: MAPA CONCEPTUAL DE BOTNICABOTNICA BANANO Distribucin y Hbitad Produccin y Usos Hojas Fruto Raquis Cosecha

Taxonoma

Especies

Morfologa

Pseudotallo

Raiz

Inflorecencia

Composicin

FUENTE: Elaboracin propia en base a LEON Jorge, Fundamentos botnicos de los cultivos tropicales, 2001, pp. 110-114.

La botnica, segn HERNANDEZ14, es una rama de la biologa que trata del estudio de las plantas desde el nivel celular, pasando por el individuo, hasta su distribucin geogrfica en los distintos ecosistemas terrestres. 2.2.1 Tipificacin de la Planta del Banano De acuerdo con la FIG. 4, se determinan las caractersticas del la planta de banano, para conocer las especies existentes. La morfologa del banano permite identificar la funcin del raquis y otras partes de la planta del banano vinculadas al mismo. 2.2.1.1 El Banano

Planta herbcea tropical, su nombre cientfico es Musa spp. Pertenece a la familia de las musceas. Alcanza una altura de 2 a 3 m y un fuste de unos 20 cm de dimetro, formado por las vainas de las hojas, enrolladas apretadamente unas sobre otras y terminadas en un amplio limbo, su fruto es largo, cilndricornoso, sin semillas y de piel amarillenta.15

14 15

HERNNDEZ Rubn, Botanical Book, 2001, p. 8. MONTALVO Mercedes, Viaje a la Habana, 2008, p. 35.

14 150

2.2.1.2

Taxonoma

De acuerdo con la Estacin Experimental de Cultivos Tropicales INTA16, la clasificacin taxonmica de la planta del banano es: TABLA 5: TAXONOMA DEL BANANO Reino: Plantae

Divisin: Magnoliophyta Clase: Orden: Familia: Gnero: Liliopsida Zingiberales Musaceae Musa

FUENTE: Caractersticas del Banano Simmonds y Shepherd, Estacin Experimental de Cultivos Tropicales INTA, 2001, p. 4.

2.2.1.3

Especies

En la nomenclatura del banano se distinguen tres variedades y usos: Banano se aplica a los cultivares cuya fruta se come fresca, Pltano a los que se comen cocinados o asados y Guineo a los bananos pequeos que se comen frescos; esta nomenclatura no se usa en todos los pases latinoamericanos. Los nombres tcnicos ms usados hasta ahora son Musa Sapientum para ambos bananos y Musa paradisiaca para los pltanos. Los estudios modernos en gentica de las Musas cultivadas como frutales, demuestran que esos nombres no pueden continuar en uso, y deben reemplazarse por Musa acuminata y Musa balbisiana respectivamente. Los bananos tienen solamente el genoma acuminata (AAA), mientras que los pltanos y guineos tienen los genomas acuminata y balbisiana (AAB o AAA).17 2.2.1.4 Morfologa

De acuerdo con la Estacin Experimental de Cultivos Tropicales INTA18, las partes que componen la planta del banano se observan en la FIG. 5:

16 17

FAGIANI Mara Julia, Estacin Experimental de Cultivos Tropicales INTA, 2001, p. 1. Inst. Interamericano de Cooperacin para la Agricultura, Compendio de Agronoma Tropical, 1981, p 95. 18 FAGIANI Mara Julia, Estacin Experimental de Cultivos Tropicales INTA, 2001, p. 2.

15 150

FIG. 5: PLANTA DE BANANO

FUENTE: Elaboracin propia en base a FAGIANI Mara Julia, Estacin Experimental de Cultivos Tropicales INTA, 2001, p. 2.

De acuerdo con LEON19, las partes que componen la planta del banano tienen la siguiente descripcin: A) Pseudotallo Tambin llamado falso tallo, es la parte area de la planta, formado por las vainas envolventes de las hojas. El verdadero tallo areo que se eleva del cormo, lleva numerosas hojas. B) Fruto Se desarrolla de los ovarios de las flores pistiladas por aumento del volumen de las tres celdas del ovario. Los ovarios abortan y salen al mismo tiempo los tejidos del pericarpio o cscara y engrosan hasta la maduracin. C) Raquis Tambin llamado pinzote o vstago de banano, es parte de la estructura del eje floral (racimo del fruto e inflorescencia), est cubierta de finos pelos verdes en la parte externa. En el interior est formado por parnquima, rico en almidn, recorrido por canales de ltex y en su estructura est formado por haces fibrvasculares o finos distribuidos por todo el tallo. Tan pronto cesa de tener sostn del pseudotallo, el raquis se inclina hacia abajo por el peso de la inflorescencia.

19

LEON Jorge, Fundamentos Botnicos de los Cultivos Tropicales, 1989, pp. 115 120.

16 150

2.2.2 Composicin de la Fibra del Raquis de Banano Los materiales leosos, semi leosos y no leosos se constituyen de ceras, grasas, pectinas, azucares, almidones, taninos y colorantes en diferentes proporciones de acuerdo al material vegetal. Sin embargo los principales componentes de las fibras o de la biomasa lignocelulsica son los polmeros constituyentes de todas las paredes celulares de los materiales vegetales: 2.2.2.1 -celulosa

Segn Marx-Figini20, la celulosa es la base estructural de las plantas, es de carcter higroscpico, siendo qumicamente definida como un heteropolmero lineal constituido por unidades de D-glucopiranosa unidas mediante enlaces glucosdicos en la configuracin (1-4), donde dos molculas de glucosa se unen por la eliminacin de una molcula de agua entre dos grupos hidroxilo de los carbonos C1 y el C4 de la otra unidad para formar la molcula de celobiosa, un disacrido que representa la unidad constitutiva de la celulosa. La unidad estructural de la celulosa es la celobiosa (disacrico) con longitud 1,03nm. 2.2.2.2 Segn Holocelulosa y Hemicelulosa Marx-Figini21, la holocelulosa representa la fraccin total de

polisacridos, es decir, celulosa ms hemicelulosas. La hemicelulosa es heteropolisacrido de alta masa molar, que se encuentra constituidos por pentosas hexosas y cidos urnicos, enlazados entre s por enlaces glicosdicos, formando estructuras ramificadas y en general amorfas, que reducen cristalinidad de la estructura de la planta. Ambos son heteropolisacridos que, al igual que la celulosa, tienen la funcin general de soporte en las paredes celulares y poseen un grado de polimerizacin inferior al de la celulosa. Las hemicelulosas al contrario que la celulosa estn compuestas por diferentes monosacridos formando cadenas ms cortas y con ramificaciones, fcilmente hidrolizables en sus monmeros: D-glucosa, D-manosa, D-xilosa, L-arabinosa, cido 4-O-metil-D-glucurnico, cido D-galacturnico y L-ramnosa. Algunas hemicelulosas estn asociadas a la porcin celulsica, mientras que otras estn asociadas a la lignina.20 21

Centro de Informacin y Gestin Tecnolgica, IBID

17 150

2.2.2.3

Lignina

Segn Marx-Figini22, es una macromolcula fonlica compleja, un polmero altamente ramificado de los grupos fenilpropanoides, se encuentra

covalentemente unida a la celulosa y otros polisacridos de pared celular. Las unidades de fenil propano se unen por enlaces C-O-C y C-C, presentado en su estructura grupos hidroxilos, carbonilos, metoxilos y carboxilos, posee la propiedad de aglutinante manteniendo unida la estructura de los polisacridos que da consistencia fibrosa a las plantas. La lignina se encuentra en la pared celular de varios tipos de tejidos de soporte y transporte en el xilema, es insoluble en agua. Despus de la celulosa, es el polmero ms abundante en el mundo vegetal de carcter hidrfobo, protege a los tejidos contra la humedad y los agentes atmosfricos. Es muy diferente de la celulosa y de las hemicelulosas, pues es un polmero aromtico formado por la condensacin oxidativa de los precursores fenlicos (alcohol p-cumarlico, alcohol coniferlico y alcohol sinaplico. Se concluye que, conocer la composicin de la fibra permite saber si la fibra realmente es adecuada para la fabricacin de papel, un alto contenido de celulosa y un bajo contenido de lignina dan como resultado mayor rendimiento del proceso de obtencin de papel. 2.2.3 Tamao de la Fibra del Raquis de Banano De acuerdo POCHTECA23 el tamao de las fibras para la fabricacin de papel tiene una importancia significativa para la calidad del mismo, el tamao de fibra est relacionado con el tipo de material vegetal que se va a tratar. Las fibras de celulosa, con relacin a su configuracin, pueden variar segn su longitud, dimetro global y espesor de sus paredes. Relativamente a la calidad de la pasta que se desea obtener, la dimensin de la fibra es una caracterstica muy importante, fcilmente relacionada con la resistencia del papel. Aparece as una diferencia entre pastas de fibra larga y pastas de fibra corta. La fibra

22 23

Centro de Informacin y Gestin Tecnolgica, POCHTECA,

18 150

larga est asociada a las maderas de conferas y la fibra corta a las maderas de frondosas en materiales leosos. Por ejemplo las maderas duras como rboles tropicales y eucaliptos tienen fibras muy cortas, en contraste las maderas blandas y materiales, semi leosos y no leosos poseen fibras largas. Las fibras muy cortas pueden provocar que el papel no tenga resistencia a la traccin y a la rotura; mientras que fibras muy largas provocan aglomeraciones, superficies irregulares en el papel y mayor resistencia. El proceso de reciclado acorta el tamao de fibra, lo que resulta en una prdida de fuerza de las mismas, por lo que casi siempre es necesario mezclar el desperdicio con fibra virgen. De acuerdo con el tamao de fibra se puede concluir que es necesario identificar el tamao de fibra para conocer la calidad del producto final.

TABLA 6: ANLISIS COMPARATIVO DE CARACTERSTICAS DE LA PLANTA DEL BANANOInstrumento Distribucin y Hbitat Taxonoma Permite conocer el orden y jerarqua de la planta de banano Identifica los posibles objetos de estudio para la investigacin Identifica las partes de la planta del banano que se cosechan Residuo de la planta del banano No son residuos de la planta del banano Ventaja Desventaja Requieren de datos de investigaciones preliminares Utilizacin No

S

Especies

S

Morfologa Pseudotallo Raz Inflorecencia Hojas

S S No

Producto que se cosecha y que est vinculada con el residuo principal Residuo de la cosecha Raquis del banano FUENTE: Elaboracin propia Fruto

S S

19 150

2.3 IMPACTO AMBIENTAL DE LOS RESIDUOS DE LA COSECHA DEL BANANO FIG. 6: MAPA CONCEPTUAL DE IMPACTO AMBIENTALIMPACTO AMBIENTAL

RESIDUOS ORGNICOS

RESIDUOS INORGNICOS

REUTILIZACIN Y RECICLAJE

Aspectos ambientales

Impactos Ambientales

Descomposicin orgnica

Aguas de lixiviacin

Emisin de Gases FUENTE: Elaboracin propia en base a GONZALES Herrera, Contaminacin por Basura, 2007, pp. 15 - 16.

El impacto ambiental es una alteracin de una determinada variable ambiental provocada por la accin antropgena. Por variable ambiental se puede entender cualquier variable que describa algn aspecto del ambiente.24 Es la modificacin del ambiente producido por la accin del hombre o de la naturaleza, ocasionando efectos adversos sobre la salud, seguridad humana o eco-sistema. 2.3.1 Residuos Orgnicos Los residuos orgnicos son biodegradables (se descomponen naturalmente). Son aquellos que tienen la caracterstica de poder desintegrarse o degradarse rpidamente, transformndose en otro tipo de materia orgnica. Segn CARDONA25, estos residuos impactan negativamente el

medioambiente. Al generar el crecimiento de diversos microorganismos en zonas donde no deberan crecer, acumulan agua y forman hongos.

24

RODRGUEZ Crdova, Economa y recursos naturales, 2006, p. 167.

20 150

Los residuos, cuando se hallan por separado, estn limpios y son fciles de manejar, no generan contaminacin. Lo que contamina es la mezcla de los desperdicios cuando se los coloca en un solo lugar, por ejemplo la acumulacin de raquis de banano. Al haber materia orgnica mezclada con materia inorgnica se produce la contaminacin y el mal olor26. Estas cantidades de basura afectarn el medio ambiente, ya sea en la calidad del aire cuando llegan a l gases provenientes de la descomposicin de la basura; del suelo cuando los desechos se incorporan a l, o del agua si los residuos se vierten en ella o simplemente si son arrastrados por las lluvias. 2.3.2 Impactos Ambientales Los impactos ambientales generados por la acumulacin y abandono de los residuos agrcolas de la cosecha del banano en calles y mercados de la ciudad de La Paz; constituyen una molestia pblica, obstruyen los desages y drenajes abiertos, invaden los caminos, restan esttica al panorama y emiten olores desagradables. 2.3.2.1 Descomposicin Orgnica

El trmino descomposicin se emplea de forma general para referirse a la destruccin (desintegracin) de materiales orgnicos de origen animal, microbiano o vegetal de acuerdo con MANSON27, la descomposicin de la materia orgnica tiene lugar por distintas poblaciones de microorganismos. Los compuestos de bajo peso molecular son descompuestos principalmente por levaduras saprfitas que son los colonizadores primarios. Los colonizadores secundarios utilizan materiales ms complejos, como los polisacridos. Los colonizadores terciarios metabolizan los polmeros ms complejos, como la lignina.

25

CARDONA Alzate, Universidad Nacional de Colombia, Peridico UN, 26 Revista ECOMARCA, >http://www.mantra.com.ar/contecologia/organicoseinorganicos.html> 27 MANSON Harris, Instituto Interamericano de Ciencias Agrcolas, 1980, pp. 49 51

21 150

Los microorganismos del suelo incluyen bacterias, actinomicetes, hongos, algas, protozoos y virus. Si las condiciones ambientales son constantes, las poblaciones de microorganismos permanecen constantes. De acuerdo con la S.E.C.F28, existen tres estados de descomposicin de la materia orgnica: A) Materia orgnica fresca Est formada por residuos sin transformar que mantienen una composicin e incluso apariencia, similar a los tejidos originales. Se acumula en la superficie del suelo y llega a formar una capa de cierto espesor en algunos suelos que se denomina litter o mantillo. B) Productos transitorios Constituyen la materia orgnica en etapa de descomposicin activa. Tras una pequea fase de fragmentacin se produce un ataque intenso de los

microorganismos que afecta a sustancias de fcil descomposicin y que liberan gran cantidad de energa en forma de calor, provocando as una gran proliferacin microbiana. En una segunda fase disminuye el crecimiento microbiano y se liberan productos procedentes de materia orgnica y organismos muertos. C) Humus Las molculas que haban sido simplificadas se agrupan y se polimerizan constituyendo un producto qumicamente muy complejo y muy estable. 2.3.2.2 Aguas de Lixiviacin

Las bacterias descomponen los residuos orgnicos utilizando procesos de respiracin aerbica (con oxgeno) y anaerbica (sin oxgeno). El lquido resultante se mezcla con el agua de lluvia y otros desechos lquidos y produce una substancia conocida como aguas de lixiviacin. Los lixiviados pueden definirse como lquidos que al percolarse por las capas del suelo u otro material slido permeable, van disolvindolo en su totalidad o a algunos de sus componentes. Los lixiviados pueden presentar un movimiento

28

Sociedad Espaola de Ciencias Fisiolgicas,

22 150

horizontal, o sea que se desplazarn a lo largo del terreno, contaminando y daando as el suelo y vegetacin tanto del terreno como de zonas aledaas. Los lixiviados arrojan como resultado un pH de 9 y la presencia de una gran cantidad de sales, lo que se refleja en una alta conductividad, en ausencia de oxgeno y en alto contenido de metales pesados.29 2.3.2.3 Generacin de gases

De acuerdo con RODRIGUEZ30, en una primera etapa en presencia de agua y enzimas bacterianas extracelulares se forman compuestos solubles de bajo peso molecular. En una segunda etapa, llamada metanognica, debido a que produce una cantidad considerable de metano, adems de bixido de carbono, se da por la accin del calor producido durante la fermentacin que alcanza los 70 C, donde se rompe la molcula de cido actico y, en presencia de agua, da lugar a la formacin de metano y bixido de carbono, estos gases aportan al efecto invernadero. A) Metano (CH4) Proviene de la descomposicin de la materia orgnica por accin de bacterias; se genera en los rellenos sanitarios; es producto de la quema de basura, de la excrecin de animales y tambin proviene del uso de estufas y calentadores. B) xido nitroso (N2O) Se libera por el excesivo uso de fertilizantes; est presente en desechos orgnicos de animales; su evaporacin proviene de aguas contaminadas con nitratos y tambin llega al aire por la putrefaccin y la quema de basura orgnica. C) Dixido de carbono (CO2) Es el gas ms abundante y el que ms daos ocasiona, pues adems de su toxicidad, permanece en la atmsfera cerca de quinientos aos. Las principales fuentes de generacin son: la combustin de petrleo y sus derivados, quema de basura, tala inmoderada, falta de cubierta forestal y la descomposicin de materia orgnica.29 30

Organic Waste, RODRGUEZ Crdova, Economa y recursos naturales, 2006, p.167.

23 150

TABLA 7: ANLISIS COMPARATIVO DE IMPACTO AMBIENTALInstrumento Residuos Orgnicos Residuos Inorgnicos Ventaja Corresponde a la acumulacin de raquis de banano. Desventaja Utilizacin S No corresponde a la acumulacin de raquis de banano. El raquis de banano se emplea para fabricar nuevos materiales (papel), no para reutilizarlo.

No

Reutilizacin y reciclaje Permiten conocer todas las consecuencias, para el Impacto Ambiental medio ambiente, que provoca la acumulacin del raquis de banano. FUENTE: Elaboracin propia

No

S

Se concluye que, los impactos ambientales de la generacin de residuos orgnicos son provocados por la acumulacin del raquis de banano en la ciudad de La Paz. La generacin de gases de invernadero puede llega a ser despreciable comparado con el impacto provocado por vehculos y la actividad industrial, las aguas de lixiviacin pueden llegar a contaminar otros alimentos presentes en el medio y la descomposicin orgnica genera malos olores y puede contribuir a la putrefaccin de otros alimentos.

24 150

2.4 OPERACIONES UNITARIAS PARA EL PROCESO DE OBTENCIN DE PAPEL FIG. 7: MAPA CONCEPTUAL DE OPERACIONES UNITARIASOPERACIONES UNITARIAS TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA Extraccin slido - lquido Blanqueado Descortezado Secado Trozado Triturado Tamizado Formacion de la Hoja Prensado Encolado Neutralizado OPERACIONES FSICAS Y QUMICAS Operaciones fsicas Operaciones qumicas MECNICA DE FLUIDOS

FUENTE: Elaboracin propia en base a MCCABE Warren, SMITH Julian, Operaciones bsicas de ingeniera qumica, 2001, pp. 3 5.

Las operaciones unitarias son los pasos, estadios o unidades que son independientes del material que se procesa o bien otras caractersticas del sistema en particular. Tienen como objetivo modificar las condiciones de una determinada unidad de masa para conseguir una finalidad. 31 2.4.1 Identificacin de las Operaciones Unitarias Se elegirn las operaciones unitarias mediante pruebas exploratorias y de acuerdo al desarrollo del experimento, para finalmente estructurar el proceso de obtencin de papel a partir del raquis de banano.

31

OROZCO, Martha. Operaciones unitarias, 1989, p. 7.

25 150

De acuerdo con la FIG. 7, las operaciones unitarias para la obtencin de papel se dividen en operaciones unitarias de transferencia de masa y operaciones fsicas y qumicas; a continuacin se detallan todas las posibles operaciones destinadas a transformar papel a partir del raquis de banano, que podran llegar a constituir el proceso experimental. 2.4.2 Transferencia de calor y Masa Cuando se ponen en contacto dos fases que tienen diferentes composiciones es posible que ocurra la transferencia de alguno de los componentes presentes de una fase hacia la otra y viceversa. Si se permite que estas dos fases permanezcan en contacto durante un tiempo suficiente, se alcanzara una condicin de equilibrio bajo la cual no hay transferencia neta de dos componentes entre las dos fases.32 2.4.2.1 Extraccin Slido Lquido

De acuerdo con TREYBAL33, los componentes de una fase slida pueden separarse por disolucin selectiva de la parte soluble de un slido con un disolvente adecuado. La extraccin slido lquido se puede realizar en una sola etapa, denominada tambin lotes o lechos fijos, para efectos prcticos de la experimentacin, la extraccin slido lquido se realizara en una sola etapa para cada muestra de raquis de banano. Adems, el slido debe estar finamente dividido para incrementar el rea de contacto entre el disolvente lquido y soluto. FIG. 8: EXTRACCIN SLIDO LIQUIDO EN UNA SOLA ETAPA

FUENTE: TREYBAL Robert, Operaciones de transferencia de masa, 1991, p 827

32 33

IBID, p. 8. TREYBAL Robert, Operaciones de Transferencia de Masa, 1991, p. 792

26 150

La extraccin slido lquido incluye la operacin completa: mezcla y separacin de las fases. De acuerdo con la FIG. 8 las corrientes que intervienen son: - Fase Slida: est compuesto por el slido insoluble y la totalidad del soluto. - Disolvente: esta corriente, tambin llamada lquido lixiviante, est

compuesta, por solvente puro o por solvente con algo de soluto (si provienen de operaciones anteriores). - Slido al Salir: despus de la operacin de lixiviacin se separan las dos fases y el slido lixiviado quedar con algo de solucin remanente asociada al slido. - Solucin: esta corriente es la solucin concentrada, llamada tambin extracto o micela. Sus componentes son: solvente (C) y soluto en solucin (A). 2.4.2.2 Blanqueado

De acuerdo con ALVARES y ZARAGOZAN34, el blanqueado es una continuacin del proceso de purificacin de la celulosa. Las condiciones del proceso se regulan para producir la blancura final que se desea, sin que esto afecte a la concentracin necesaria de la pasta. El proceso se realiza discontinuo en pilas de blanqueo o lotes para pequeas producciones apta para realizar en la experimentacin. Acido oxlico Perxido de hidrgeno Hiposulfito sdico Bisulfito sdico Hipoclorito sdico o clcico Cloro molecular Bixido de cloro

Segn JURAN35, con el lavado a fondo del material oscuro se impiden las perdidas qumicas, se mejora el color y blanqueabilidad. Debe observarse atentamente la pasta tamizada por si contuviera impurezas, as se evita un incremento en el gasto de productos qumicos y la excesiva fluctuacin de la

3435

ALVARES Blanco y ZARAGOZAN Carbonell, Qumica industrial, 1995, p 218JURAN J.M, FRANK M Gryna y BINGHAM R.S, Manual de control de la calidad, 2005, p 980

27 150

concentracin, que suelen ocurrir cuando se utiliza una excesiva cantidad de blanqueador para compensar la falta de limpieza de la pasta. Segn RUSELL36, en la actualidad se buscan procesos de blanqueado totalmente libres de cloro (TCF), reemplazan el cloro y sus derivados por productos qumicos basados en oxigeno, como el perxido de hidrogeno. La reduccin o la eliminacin total del cloro tienen numerosas ventajas. El cloro es corrosivo para los equipos de produccin, peligroso para los empleados y sumamente daino para el medio ambiente. En cambio con el perxido de hidrogeno se eliminan totalmente las emisiones de dioxinas, casi no emite ningn contaminante atmosfrico, se consume menos agua y hasta puede reutilizarse varias veces. 2.4.2.3 Secado

De acuerdo con COULSON37, se entiende por secado la eliminacin final del agua y a menudo esta operacin sigue a la evaporacin. El material pierde progresivamente humedad de su constitucin, buscando equilibrio en el sistema en el que se encuentra, pudiendo presentarse de acuerdo al mtodo y al tiempo de secado cambios en la coloracin de la fibra, el secado puede realizarse al medio ambiente o mecnico (prensado). Con la excepcin del secado parcial de un material mediante prensado o la eliminacin de agua por adsorcin, casi todos los procesos se secado implican la eliminacin de agua por evaporacin, requiriendo el suministro de calor. 2.4.3 Operaciones Unitarias Fsicas Se ha restringido a operaciones unitarias fsicas aquellos estadios donde los cambios son esencialmente fsicos y afectan a la materia sin afectar sus propiedades qumicas.38 2.4.3.1 Descortezado

De acuerdo a ODOR39, como su nombre lo indica, se trata de la eliminacin de la corteza del material vegetal, pues sta no tiene una cantidad aprovechable de celulosa, pero se reutiliza para la generacin de energa.36 37

38

RUSSELL Brown, La situacin del mundo 2000: Informe del Worldwatch Institute, 2001, p 197 COULSON J.M, Ingeniera qumica: operaciones unitarias bsicas, 2005, p 35

OROZCO, Martha. Operaciones unitarias, 1989, p. 8.

28 150

Para todas las pastas, menos las de calidad inferior se elimina la corteza. Los troncos son llevados a unos grandes cilindros huecos giratorios. El rozamiento que se produce entre los troncos y la pared interior del cilindro, hace que la corteza se separe del ncleo del tronco. Este procedimiento se lleva a cabo para materiales leosos, para materiales semileosos y no leosos, la eliminacin de la corteza se puede realizar con cortes longitudinales con la ayuda de un cuchillo. 2.4.3.2 Trozado

Es la operacin que permite obtener piezas por cortes transversales con corteza o sin ella, de longitud variable. El trozado permite obtener fragmentos del material slido ms pequeos y manejables, que puedan ser empleados en el proceso productivo de acuerdo con las caractersticas del producto final y de las operaciones unitarias subsecuentes40. 2.4.3.3 Triturado

Segn TREYBAL41, la reduccin de tamao es una operacin de corte que permite reducir el tamao inicial del slido, generalmente se realiza el corte mediante la velocidad rotacional de cuchillas metlicas de un equipo. La reduccin de tamao se efecta normalmente para aumentar la superficie de contacto, ya que en la mayora de las reacciones en las que intervienen partculas solidas la velocidad es directamente proporcional al rea de contacto con una segunda fase. En la extraccin slido liquido, la velocidad de extraccin aumenta no nicamente debido al incremento del rea de contacto entre el disolvente y el slido, sino tambin porque reduce la distancia que debe penetrar el disolvente en el interior de las partculas para tener acceso a las ms alejadas partes de soluto.

39

ODOR Alejandra, Elaboracin de Papel Industrial, < http://www.adabiac.org/ccre/descargas/art10_industrial.pdf> 40 IBID, p. 5. 41 TREYBAL Robert, Operaciones de Transferencia de Masa, 1991, p. 790

29 150

Adems, las propiedades de un material pueden depender en gran manera del tamao de partculas, asimismo, puede conseguirse una mezcla mucho mas intima de slidos si el tamao de las partculas es pequeo. 2.4.3.4 Tamizado

De acuerdo a SEOANEZ42, el tamizado es una operacin bsica en la que una mezcla de partculas slidas se separa en dos o ms fracciones que lo componen en funcin a su tamao, pasndolas por un tamiz. Un tamiz est constituido por una red metlica o una superficie que contiene cierto nmero de partculas de igual tamao que retienen las partculas de dimensiones superiores, cuya superficie puede ser plana o cilndrica. Los tamices de pequea capacidad se denominan tamices. Si el componente que se desea separar se encuentra en una suspensin slido lquido la operacin se denomina filtracin. La filtracin se puede definir como la operacin donde el componente slido insoluble de una suspensin se separa del componente lquido, haciendo pasar este ultimo a travs de una membrana que retiene las partculas slidas en su superficie43. 2.4.3.5 Formacin de la Hoja

Para la formacin de la hoja existen dos mtodos los cuales tienen el objetivo de aglomerar las fibras a un determinado espesor y disminuir la cantidad de agua de la pasta. A) Laminado De acuerdo con GROOVER44, el laminado es un proceso de deformacin en cual el espesor del material de trabajo se reduce mediante fuerzas de compresin ejercida por rodillos opuestos. Los rodillos giran para jalar el material de trabajo y simultneamente apretarlo. Se utiliza para reducir el espesor de una seccin transversal rectangular.

42 43

SEOANEZ Calvo, Manual de tratamiento, reciclado, aprovechamiento y gestin de aguas, 2002, p 56 IBID, p. 64. 44 GROOVER, Fundamentos de manufactura moderna: materiales, procesos y sistemas, 1997, p 448

30 150

B) Tcnica de la Malla Continua Segn ODOR45, se utiliza una mquina de malla continua, en la que se va depositando la pulpa preparada, se elimina el exceso de agua en la pasta por drenado, vibracin y succin. La malla, al estar en movimiento durante el proceso, hace que las fibras se orienten preferentemente en sentido paralelo a sta, una vez formada la hoja se conoce como el hilo o grano del papel. 2.4.3.6 Prensado

De acuerdo a MALLOL46, el prensado es una operacin por medio de la cual se fija una forma plana a una superficie lisa o ranurada, se comprime el material es una posicin esttica. En la fabricacin de papel, esta operacin asegura que la pasta pierda humedad antes del sacado. Adems esta operacin permite un

entrelazamiento de las fibras dndoles mayor cohesin y consistencia. Normalmente se utilizan fieltros47 y un material adsorbente frio o metal calentado con vapor de agua, conjuntamente con la presin que permita la mxima eliminacin del agua. 2.4.3.7 Encolado Superficial

Consiste en la aplicacin de un adhesivo diluido en la superficie del papel. Puede aplicarse con rodillos o por aspersin, por una o ambas caras del papel48. Se aaden productos minerales o cargas para darle al papel ciertas propiedades como blancura o para que no se corra la tinta en la superficie, se aade colas de resina de pino que se precipitan con sulfato de aluminio. Si se quiere mayor impermeabilizacin, se aade resinas de melanina. Para que el papel sea ms rgido se aade almidones. Por ltimo si se quiere dar color al papel, se aaden colorantes orgnicos.

45

ODOR Alejandra, Elaboracin de Papel Industrial, sin ac.org/ccre/descargas/art10_industrial.pdf> 46 MALLOL Katia, Papeles rsticos y Artesanales, 2004, p 27. 47 Material rgido y compacto de algodn puro. 48 IBID, p. 6.

ao,

NORMA NB 503 -84, p. 4. 65 WOLFGANG NUTSCH, Tecnologa de la madera, 1996, p. 134. 66 GROOVER, Fundamentos de manufactura moderna, 1997, p. 426.

38 150

la cantidad de carga que se debe adicionar, pues esta depende de las propiedades de la pulpa.67 2.5.3.8 pH del producto final

El pH en el punto de equivalencia de una reaccin de neutralizacin es diferente segn la fortaleza del cido y/o la base que se neutraliza. El pH en el punto de equivalencia es 7 ya que todos los iones hidronio han sido neutralizados por los iones hidroxilo, para dar H2O. 68 El anlisis de las variables que intervienen en el proceso experimental se determinan las cantidades que a emplear en insumos y las condiciones de operacin para obtener papel, por lo tanto, una combinacin de las variables podr lograr buenos resultados en el producto final, de acuerdo a las caractersticas que son deseadas en un papel de arte. 2.6 CARACTERSTICAS Y TIPOS DE PAPEL FIG. 11: MAPA CONCEPTUAL DE CARACTERSTICAS DEL PAPELCARACTERISTICAS DE CALIDAD PARA PAPEL Tipos de papel y Usos Papel de Impresin y escritura Papel de embalaje Papeles artsticos Acuarela Dibujo Grabado Tinta Oleo Pastel Artesanal Blancura Resistencia a la rotura Carteo Capacidad de adsorcion Indicadores para papel Gramaje Opacidad

FUENTE: Elaboracin propia en base a LVAREZ Blanco, ZARAGOZ Carbonell, Qumica industrial orgnica, 1995, pp. 218-222.67 68

MALLOL Katia, Papeles rsticos y artesanales, 2004, p. 35. Universidad del pas vasco artculo cientfico reacciones acido base,

39 150

2.6.1 Caractersticas de Calidad de Papel Conjunto de propiedades inherentes al papel, que permiten juzgar su valor.69 La medicin de las caractersticas del producto final permitir determinar el uso ms adecuado para el mismo de acuerdo con los tipos de papel existentes en el mercado; por otra parte, los papeles de mayor precio son los utilizados para tcnicas de arte, comparados con papeles de uso masivo, adems solo los proveen empresas importadoras de papel. 2.6.1.1 Gramaje

De acuerdo con la NB 11775 es el peso en gramos, de un metro cuadrado de papel o cartn, determinando en probetas especialmente acondicionadas. Tambin llamado gramaje o peso en gramos.70 FIG. 12: PAPEL SEGN EL GRAMAJE Y RIGIDEZ

FUENTE: BRAZ Marcelo, Arte y produccin grafica, 2007, p. 4.

De acuerdo con la FIG. 12, los papeles se clasifican en papel, cartulina y cartn segn su rigidez y gramaje. El gramaje para papel o cartn se puede expresar por medio de la siguiente frmula71: G = a 10 000 Donde: G = peso por metro cuadrado g = peso de la probeta en gramos a = rea de la probeta72 en cm269 70

g

(4)

ALONZO Garca, Conceptos de organizacin industrial, p. 27. NORMA NB 11775, p. 13. 71 POCHTECA,

40 150

2.6.1.2

Opacidad

Un papel opaco es aquel que impide el paso de la luz a travs de l. La opacidad se determina por la cantidad de luz transmitida por el papel. Si toda la luz se transmite y nada se refleja o absorbe, la opacidad ser cero. Si nada de la luz se transmite y toda se refleja o absorbe, la opacidad ser de 100%. La opacidad es la relacin de la reflectancia difusa de una hoja sencilla de papel, respaldada por un cuerpo negro, con la reflectancia del mismo punto de la hoja de papel, respaldada por un cuerpo blanco. La opacidad TAPPI73 es la relacin de la reflectancia de una hoja respaldada por la cavidad negra, y la reflectancia del mismo punto de la hoja respaldada por el estndar blanco de 89% de reflectancia. Se puede expresar por medio de la siguiente frmula:74 Opacidad TAPPI = R Donde: Ro = reflectancia de la cavidad negra R89 = reflectancia del 89% 2.6.1.3 BlancuraRo89

(5)

Un objeto que refleja toda la luz que incide en l, se ve blanco. Sin embargo, el papel blanco, normalmente est matizado de manera que se tiene un blanco azulado, o bien, rosado. Cuando se trata de medir la blancura de un papel, se mide la reflectancia a una longitud de onda de 475 nm, que corresponde al color azul en el espectro, y el valor que se obtiene es brightness, conocido comnmente como blancura. En la prctica, el concepto que en ingls se conoce como brightness, proporciona la medida de la reflexin en la regin azul del espectro, generando valores ms bajos cuando hay un tono amarillento.75

72 73

NORMA NB 11775, p. 16. Technical Association of the Pulp and Paper Industry 74 POCHTECA, 75 UNION DE INDUSTRIALES LITOGRAFICOS,

41 150

2.6.1.4

Resistencia a la rotura

De acuerdo con las normas NB ISO 2493 y NB 505 para medir la resistencia de un papel, cartn o cartulina existen dos mtodos: A) Resistencia a la rotura por traccin Es la medida de la resistencia del papel o cartn a traccin directa. Se define como la fuerza necesaria para romper una probeta referida a un ancho determinado en las condiciones especificadas en la norma. Se mide con la longitud lmite estimada por clculo que debera tener una tira de papel de cualquier ancho uniforme, para que se rompa por su propio peso cuando se suspenda por uno de sus extremos. El tiempo promedio a romper ser de 10s, la velocidad con que se aplica la carga no es un factor determinante. L= Donde: L = longitud de rotura en m g = peso por metro cuadrado g/m2 t = carga en kg para romper una probeta de 15 mm B) Resistencia a la Flexin Fuerza en mN necesaria para flexionar una probeta rectangular amordazada en uno de sus extremos, a travs de un ngulo de flexin de 15 grados cuando se aplica una fuerza en un largo de flexin de 50mm y prxima al extremo libre de la probeta, en forma perpendicular al plano que incluye el borde prximo de la mordaza y el punto o lnea de aplicacin de la fuerza.76 2.6.1.5 Carteo200 000t 3g

(6)

Describe el sonido que se produce al golpear el papel con el dedo o sacudirlo en el aire, contra la rigidez de la hoja. Cada papel posee un carteo diferente, es algo que se pone de manifiesto aplicando tcnicas comparativas, y probando entre varias muestras.76

NORMA NB 505, Determinacin de la resistencia a la rotura por flexin, pp. 3-4.

42 150

El carteo depende del espesor, la flexibilidad y de la rigidez. La rigidez es la capacidad del papel para mantenerse esttico cuando es sostenido en forma horizontal. Cuando la rigidez es muy elevada el papel se vuelve quebradizo o no se puede imprimir en el. A mayor espesor aumenta la rigidez y gramaje. La rigidez est relacionada con la pulpa celulsica por lo general los de fibra corta son ms rgidos que los de fibra larga. 77 2.6.1.6 Capacidad de adsorcin de tintas

Es la capacidad que tiene un papel para adsorber y retener tinta o cualquier otro producto como oleo o grafo, permitiendo que una obra permanezca inalterable en el tiempo. 78 La capacidad de adsorcin de tintas est relacionado con el encolante aplicado y a la unin de fibras, por ejemplo, si las fibras tienen espacios significativos o intersticios, la tinta u otro material probablemente desaparecer en el tiempo quitndole nitidez a la obra. TABLA 8: ANLISIS COMPARATIVO DE CARACTERSTICAS PARA PAPELInstrumento Gramaje Ventaja Principal especificacin tcnica para los usuarios, tiene un valor cuantitativo Desventaja Utilizacin S De poca importancia para los usuarios, requiere de equipos para su medicin De importancia para los usuarios se pueden emplear mtodos de comparacin cualitativa. Requiere de equipos especiales para su medicin. Relacionado con la resistencia del papel, se pueden emplear mtodos de comparacin cualitativa Requiere de equipos especiales para su medicin

Opacidad

No

Blancura

S

Resistencia a la Rotura

No

Carteo

S

Capacidad de Adsorcin FUENTE: Elaboracin propia77

No

UNION DE INDUSTRIALES LITOGRAFICOS, 78 Secado de papel,

43 150

En conclusin, existen muchos indicadores para medir la calidad del papel, dentro de los ms importantes para los usuarios de papel de arte estn el gramaje, la blancura y el carteo; en menor medida la capacidad de adsorcin de tintas y la resistencia la rotura, debido a que el carteo ya da razn de que tan resistente es un papel. La opacidad es despreciable por que los papeles de arte tienen un alto gramaje y estn entre tonos blanco y amarillo; esto disminuye la opacidad considerablemente, los usuarios no consideran este indicador importante por lo tanto es irrelevante medirlo. 2.6.2 Comparacin de Caractersticas de Calidad Cuando se aplica la medicin a fenmenos que no cuentan con parmetros e indicadores tangibles, la eleccin de la unidad de medida resulta imposible por lo que la alternativa es aplicar tcnicas de escalas.79 Para medir la variable dependiente (papel) es necesario contar con indicadores como que no siempre cuentan con una unidad de medida o no se cuentan en el medio con equipos para su medicin, por lo que se tomar como parmetro otros tipos de papel para comparar el producto final por medio de escalas. 2.6.2.1 Tcnicas de Escalas

Se utilizan para asignar nmero de orden o una unidad numrica a un parmetro o indicador determinado. A) Escalas de Clasificacin Continua

De acuerdo con ZEGARRA80, se presenta en teora infinitas posibilidades de respuesta entre dos lmites establecidos: FIG. 13: ESCALA DE CLASIFICACIN CONTINUACARTEO DEL PAPEL Mayor Carteo Menor Carteo

Papel Bond

Papel Kraft

Cartulina

Cartn

FUENTE: Elaboracin propia en base a ZEGARRA Justiniano, 4 formas de laborar tesis y proyectos de grado, p. 53.79 80

ZEGARRA Justiniano, 4 formas de elaborar tesis y proyectos de grado, p, 49. IBID, p. 53.

44 150

En conclusin, para la elaboracin de la escala de clasificacin continua se pueden utilizar papeles de arte que actualmente existen en el mercado de diferentes marcas. Esta tcnica tambin permitir determinar el uso ms adecuado para el papel a partir de raquis de banano, observando las caractersticas de calidad que posee. 2.6.3 Identificacin de los Usos para Papel Para identificar el uso del papel de raquis de banano se deben conocer los requerimientos de calidad de los papeles de arte, de acuerdo con el uso que va a tener, el papel debe poseer atributos que permiten su utilizacin para tcnicas de arte. 2.6.3.1 Papeles artsticos

Son papeles usados para diversas tcnicas de arte, las caractersticas de estos papeles estn en funcin de los materiales a usar por el artista. Los papeles ms apreciados para arte no deben tener residuos nocivos. Por ejemplo, demasiado encolante producir resultados irregulares, mientras que el papel demasiado absorbente tendr efectos ms apagados. 81 A) Acuarela Para efectos de la acuarela se prefie