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1 I N S T I T U T O T E C N O L Ó G I C O D E O A X A CA

C

TALLER DE INVESTIGACION I NOMBRE DEL PROYECTO: DISEÑO Y CONSTRUCCION DE LOS PROTIPOS PARA LA FABRICACION DEL PAPEL KRAFT APROVECHANDO LA FIBRA DEL AGAVE.

NOMBRE DEL ALUMNO: ROBERTO ZARATE CARBAJAL LENNYS DAYANARA TUN DIEGO ERICK SUAREZ MARTINEZ DANIELA LIZETH VELAZQUEZ PACHECO

NOMBRE DEL ASESOR: ANGEL GILDARDO CASTAÑEDA LOPEZ

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INDICE GENENERAL Pág. 1. UBICACIÓN INSTITUCIONAL…………………………………………….………3 2. DATOS DE LOS SOLICITANTES………………………………………………..…4 3. INFORMACION DEL PROYECTO……………………………..…………………10 4. ÁREA DE INVESTIGACIÓN...……………………………………………...……..10 5. RESUMEN…………………………………………………………………………..12 6. INTRODUCCIÓN………………...…………………………………………………13 7. OBJETIVOS……...………………………………………………………………….14 8. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA.……………………………………...........14 9. JUSTIFICACION………………………..…………………………………………..14 10. HIPÓTESIS……………………………………………………………………...…15 11. METAS……………………………………………………………………….….…16 12. MARCO TEORICO….…………………………………………………………….16 13. METODOLOGÍA……………………………………………...…………..…….…19 14. RESULTADOS..……………………………………………………………...........22 15. CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES……………………………………………25 16. VINCULACIÓN…………………………………………………………………...26 17. PRESUPUESTO……………………………………………………………………26 18. PRESUPUESTO PARA LA OPERACIÓN DEL PROYECTO…………………...26 19. COTIZACIONES…………………………………………………………………..28 20. REQUERIMIENTO FINANCIERO……………………………………………….28 21. BIBLIOGRAFÍA…………………………………………………………………...28

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UBICACIÓN INSTITUCIONAL

Instituto Tecnológico de Oaxaca

Datos del plantel Domicilio: Av. Ing. Bravo Ahuja No. 125 Esq. Calz. Tecnológico, Oaxaca, Oax. CP 68030

Estado:

Oaxaca

Municipio:

Nombre del director del proyecto:

Daniela Lizeth Velásquez Pacheco Roberto Zárate Carbajal Lennys Dayanara Tun Diego Erick Suárez Martínez

Oaxaca de Juárez

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DATOS DE LOS SOLICITANTES M.C. ANGEL GILDARDO CASTAÑEDA LÓPEZ Nombre completo

Grado máximo de estudios:

Maestría en Ciencias

Cargo:

Ubicación:

Instituto Tecnológico de Oaxaca

Actividades a desarrollar en el proyecto:

•

Asesorar a todos los integrantes del proyecto para llevar a cabo cada una de las actividades que les correspondan.

•

Proporcionar las herramientas necesarias en el proyecto.

5 T.L.C. HELIODORO VIRGILIO CANSECO PEREZ Nombre completo

Grado máximo de estudios:

Cargo:

Ubicación:

Instituto Tecnológico de Oaxaca Laboratorio de Química Pesada

Actividades a desarrollar en el proyecto:

•

Asesorar técnicamente a todos los integrantes del proyecto para llevar a cabo cada una de las actividades que les correspondan.

6 LENNYS DAYANARA TUN DIEGO Nombre completo

Grado máximo de estudios:

7º Semestre de Ing. Química

El Tanque Enchaquetado

Cargo:

Ubicación:

Instituto Tecnológico de Oaxaca

Actividades a desarrollar en el proyecto:

•

Revisión bibliográfica o Investigación documental y directa de personas

•

Producir papel artesanalmente. o Desfibrar, lavar, decolorar y pulverizar la fibra.

•

Diseño del tanque enchaquetado. o Bosquejo del tanque enchaquetado. o Analizar, seleccionar y recabar los materiales más adecuados para el tanque.

•

Realizar cálculos referentes al tranque enchaquetado.

•

Análisis de ubicación de los diferentes equipos a realizar.

7 ROBERTO ZÁRATE CARBAJAL Nombre completo

Grado máximo de estudios:

7º Semestre de Ing. Química

El Secador

Cargo:

Ubicación:

Instituto Tecnológico de Oaxaca

Actividades a desarrollar en el proyecto:

•

Revisión bibliográfica o Investigación documental y directa de personas

•

Producir papel artesanalmente. o Desfibrar, lavar, decolorar y pulverizar la fibra.

•

Diseño del secador. o Bosquejo del secador. o Analizar, seleccionar y recabar los materiales más adecuados para el secador.

•

Realizar cálculos referentes al secador.

•

Análisis de ubicación de los diferentes equipos a realizar.

8 ERICK SUÁREZ MARTÍNEZ Nombre completo

Grado máximo de estudios:

7º Semestre de Ing. Química

La Prensa

Cargo:

Ubicación:

Instituto Tecnológico de Oaxaca

Actividades a desarrollar en el proyecto:

•

Revisión bibliográfica o Investigación documental y directa de personas

•

Producir papel artesanalmente. o Desfibrar, lavar, decolorar y pulverizar la fibra.

•

Diseño de la prensa. o Bosquejo de la prensa. o Analizar, seleccionar y recabar los materiales más adecuados para la prensa.

•

Realizar cálculos referentes a la prensa.

•

Análisis de ubicación de los diferentes equipos a realizar.

9 DANIELA LIZETH VELÁSQUEZ PACHECO Nombre completo

7º Semestre de Ing. Química

Grado máximo de estudios:

La Cortadora

Cargo:

Ubicación:

Instituto Tecnológico de Oaxaca

Actividades a desarrollar en el proyecto:

•

Revisión bibliográfica o Investigación documental y directa de personas

•

Producir papel artesanalmente. o Desfibrar, lavar, decolorar y pulverizar la fibra.

•

Diseño de la cortadora. o Bosquejo de la cortadora. o Analizar, seleccionar y recabar los materiales más adecuados para la cortadora.

•

Realizar cálculo referentes a la cortadora.

•

Análisis de ubicación de los diferentes equipos a realizar.

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INFORMACION DEL PROYECTO TITULO DEL PROYECTO: Diseño y construcción de los prototipos para la fabricación del papel kraft aprovechando la fibra del agave. TIPO DE INVESTIGACIÓN: Básica ( ) Aplicada ( )

Desarrollo Tecnológico ( X )

NIVEL ACADÉMICO EN EL QUE SE REALIZA EL PROYECTO: Superior ( X ) Postgrado ( ) DURACIÓN DEL PROYECTO: 1 año ( ) 2 años ( X )

otro ( )

___________ Indicar

ÁREA DE INVESTIGACIÓN Área de investigación Ingeniería y Tecnología

Agropecuaria y del Mar

Ciencias Exactas y Naturales

Educación y planeación

Proyecto Informe anual o semestral Director del proyecto

Asesor del proyecto

Línea de investigación o Mecatrónica o Ing. Eléctrica o Ciencias de la computación o Ing. Mecánica o Ing. Bioquímica o Ing. Industrial • Ing. Química o Agronomía, sanidad animal y vegetal o Acuacultura o Tecnología de captura o Biología o Química o Matemática o Investigación Educativa

Diseño y construcción de los prototipos para la fabricación del papel kraft aprovechando la fibra del agave. Semestral 1.- Suarez Martínez Erick 2.- Tun Diego Lennys Dayanara 3.-Zarate Carbajal Roberto 4.-Velazquez Pacheco Daniela Lizeth M.C. Ángel Gildardo Castañeda López

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1.- Resumen del avance del proyecto Avance del proyecto Resultados del proyecto

Porcentaje 60 %

2.- Objetivos y metas alcanzadas Objetivos planteados 1. Conocer el proceso de fabricación del papel. 2. Aplicar el proceso investigado para la fabricación de papel kraft. 3. Diseñar y construir los prototipos para la fabricación de papel kraft. 4. Realizar las pruebas y corregir errores en los prototipos construidos. 5. Establecer el proceso de elaboración de papel con fibra de agave utilizando los prototipos construidos. 6. Realizar los cálculos de balance de materia y energía del proceso en los prototipos. 7. Elaboración del papel kraft con los prototipos construidos. 3.- Grupo de trabajo 1.2.3.4.-

Suarez Martínez Erick. Tun Diego Lennys Dayanara. Zarate Carbajal Roberto. Velázquez Pacheco Daniela Lizeth.

4.- Desviaciones en el periodo calendarizadas 1.2.3.4.5.-

Tiempo tardado en mandar a hacer los equipos requeridos. Exámenes, tareas y trabajos. Días perdidos por suspensión de clases. Flojera. Obtención de dinero.

5.-Compromiso para el periodo siguiente 1.2.3.4.-

Hacer los balances y energía necesarios. Realizar las pruebas finales de cada uno de los equipos. Aplicar el proceso total establecido. Hacer la presentación del proyecto finalizado.

se cumplió

no se ha cumplido

      

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RESUMEN Con motivo de la acreditación de la carrera y con el nuevo plan de estudios en el instituto tecnológico de Oaxaca, se implemento a los alumnos realizar un proyecto con el cual al término de sus estudios profesionales se pudieran titular, por lo que dio origen al siguiente proyecto. Con base en lo anterior, el presente proyecto que se está realizando será el diseño y construcción de los prototipos para la fabricación del papel kraft, utilizando como materia prima la fibra de las pencas del agave, que es un residuo que desechan los principales productores del mezcal, debido a que esta materia prima no es utilizada para la fabricación de este licor y que desechan en el mismo terreno cultivado provocando contaminación y erosión del suelo, además de ser vertidos en ríos y arroyos o ser quemada , ocasionando un grave problema ambiental. Fue elegida esta planta debido a que el agave posee hojas largas y fibrosas que nos brindan un alto contenido de celulosa para la fabricación del papel, además siendo esta una fuente vegetal de bajo costo y fácil obtención. Donde principalmente la composición y ángulo de la celulosa de esta planta, nos ayudaran a determinar las características del papel que deseamos obtener. El papel es un conglomerado de fibras de celulosa dispuestas irregularmente y fuertemente adheridas entre sí en una superficie plana. El papel a fabricar será el Papel Kraft: ya que presenta unas cualidades específicas que le permite ser utilizado para la producción de sacos de gran capacidad y bolsas de papel. Este tipo de papel se produce únicamente con pasta kraft con un compuesto vegetal, y no contiene cargas por lo que la pasta presenta un alto grado de refinamiento. Las propiedades que presenta este papel son la tenacidad y la resistencia a la tracción, al alargamiento y a la rotura. Los prototipos que se diseñaran y construirán para la fabricación del papel, serán los siguientes: una desfibradora, cortadora, una tanque enchaquetado con calentamiento, tanque de lavado, prensa, banda transportadora y secador los cuales estarán basados en balances de materia y energia necesarios para el equipo que lo requiera.

INTRODUCCIÓN

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Actualmente se conocen diversos métodos para la obtención de pulpa de papel; métodos químicos, mecánicos, químico-mecánicos y biológicos, sin embargo, estos procedimientos aplicados en el ámbito industrial utilizan preferentemente materias primas convencionales, como las concíferas de fibra larga, de esta manera, el uso de otras materias primas provenientes de plantas naturales y desechos agroindustriales como el agave de maguey. Las fibras para su fabricación requieren de unas propiedades especiales, como lo es el alto contenido en celulosa, bajo costo y fácil obtención, por lo que las más comúnmente usadas son las vegetales. Y en este caso nosotros utilizaremos como materia prima la fibra del agave proveniente de las pencas de maguey. De acuerdo al Consejo Regulador del Tequila (2003), entre 5 y 20 toneladas diarias de agave de maguey son procesados en las tequileras, donde se extrae solo el 30% del jugo de las piñas de agave y el 70 % que sobra es el bagazo. Con base en lo anterior, la tecnología para la obtención de pulpa y fabricación de papel, deberá encaminarse al estudio de métodos alternativos para obtener pulpa a partir de vegetales con fibra cortas, como lo es en este caso el agave de maguey. En los últimos 20 años, se han desarrollado diversos procesos (químico-mecánicos, reciclado de papel, etc.) como una respuesta tendiente al aprovechamiento de vegetales no convencionales. Sedano (1998) reporta que el bagazo no es un problema grave de contaminación, sin embargo propone buscar nuevas alternativas para el manejo, tratamiento y aplicación del mismo. Gentry (1982) menciona que aun no se han desarrollado las estrategias para el aprovechamiento del bagazo de maguey, sin embargo, considera que este desecho debe tener un uso y aplicación en base a estudios alternativos. En contraparte, en el año 2007 el Centro Interdisciplinario de Investigación para el Desarrollo Integral Regional (CIIDIR), Unidad Oaxaca establece la industria mezcalera de Oaxaca produce anualmente como desecho 4.8 millones de toneladas, el cual se vierte en ríos y arroyos y se utiliza como combustible en hornos ladrilleros, lo que ocasiona un grave problema ambiental. Para hacer el papel, la celulosa es separada en fibras y luego es batida y mezclada en agua. Cuando se escurre el agua, queda una lámina de fibras entretejidas. Por trescientos millones de años ciertas especies de avispas han masticado materia vegetal o la celulosa para hacer papel, hasta que se forma una pulpa y ellas fabrican las colmenas de esta materia. Así como también el construir la maquinaria necesaria a ocupar para la fabricación del papel obtenido mediante la fibra del agave de maguey. Se construirá la desfibradora, el tanque de calentamiento enchaquetado, el tanque de lavado, la prensa, el secador. Para la fabricación del papel.

OBJETIVOS

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OBJETIVO GENERAL. Diseñar y construir los prototipos para la fabricación de papel kraft aprovechando la fibra del agave con los conocimientos adquiridos en la carrera de Ingeniería Química, haciendo cálculos de balances de masa y energía, apoyándose también en los conocimientos del asesor.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.

Conocer el proceso de fabricación del papel. Aplicar el proceso investigado para la fabricación de papel kraft. Diseñar y construir los prototipos para la fabricación de papel kraft. Realizar las pruebas y corregir errores en los prototipos construidos. Establecer el proceso de elaboración de papel con fibra de agave utilizando los prototipos construidos. Realizar los cálculos de balance de materia y energía del proceso en los prototipos. Elaboración del papel kraft con los prototipos construidos.

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA La producción de mezcal es una de las actividades más productivas e importantes que tiene el estado de Oaxaca, en el cual se desperdician grandes cantidades de agave que no se utiliza para la fabricación de este licor y se desechan en el mismo terreno cultivado provocando contaminación por lixiviación y erosionando el suelo.

JUSTIFICACION En la actualidad nuestra vida cotidiana está rodeada de papeles de toda clase, desde el dinero hasta los envoltorios, libros, revistas, etc. Toda nuestra cultura ha quedado registrada hasta hace relativamente poco tiempo en papel, cuyas utilidades son cada vez más diversas: los seres humanos empleamos más papel que cualquier otro producto artificial. Cada año consumimos más de 100 millones de toneladas. Desde entonces el papel se ha convertido en uno de los productos emblemáticos de nuestra cultura, elaborándose no sólo de trapos viejos o algodón sino también de gran variedad de fibras vegetales; además la creciente invención de colorantes permitió una generosa oferta de colores y texturas. El papel es una lámina delgada de fibras aglutinadas mediante enlaces por puente de hidrógeno. Normalmente elaborado con pulpa de celulosa, en la actualidad se añaden sustancias como el polipropileno o el polietileno con el fin de proporcionar características adicionales.

15 Cuando se habla de papel, la mayoría de las personas piensa en árboles. Pero sólo recientemente en la historia del papel los árboles han llegado a ser la fuente principal de pulpa para su producción. El papel se puede hacer de varios tipos de plantas, porque la celulosa es la base de todos los tipos de material vegetal. Las fibras para su fabricación requieren de unas propiedades especiales, como alto contenido en celulosa, bajo costo y fácil obtención, por lo que las más comúnmente usadas son las vegetales. El proceso básico del papel no ha cambiado a lo largo de más de 2000 años, e implica dos etapas: trocear la materia prima en agua para formar una suspensión de fibras individuales y formar láminas entrelazadas extendiendo dicha suspensión sobre una superficie porosa adecuada que puede filtrar el agua sobrante. Aunque los procedimientos esenciales de la fabricación mecanizada de papel son los mismos que los de la fabricación manual, el proceso mecánico es bastante mas complicado. la primera etapa es la preparación de la materia prima. En la actualidad mas del 95 % del papel se fabrica con celulosa de madera, hoy la mayoría del papel se fabrica en la maquina de Furdinier, similares a la primera maquina eficaz para fabricar papel, desarrollada en los primeros años del siglo XIX. El tratamiento mecánico de las fibras es esencial para la mayor parte de las clases de papel, por que ayuda a establecer el curso del sistema durante la formación real de la hoja y desecación, además de determinar la resistencia y otras propiedades físicas del producto final. Una fase muy importante en la manufactura del papel es la preparación de la pasta o papilla, que requiere variado equipo y una compleja serie de operaciones. Con todo lo anterior y basándonos en el uso desmedido del papel, pero sobre todo en la creciente problemática del agotamiento de los recursos naturales consideramos necesario utilizar una materia prima diferente a la madera en la fabricación de papel, como la fibra de agave, con la que se puede reducir un problema de contaminación ambiental en las zonas productoras de mezcal y tequila. De esta manera, podemos poner en practica los conocimientos teóricos y prácticos y que se han adquirido en el transcurso de la carrera de Ingeniería Química, así apoyándonos en lo anterior se diseñara y construirán los prototipos para el proceso enfocado en la fabricación del papel.

HIPÓTESIS Se podrán construir los equipos para la fabricación del papel kraft y se reducirá la contaminación ambiental habida por los deshechos generados en el proceso de producción de mezcal.

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METAS 1.- Diseñar y construir el prototipo para la fabricación del papel en los tiempos establecidos y que tengan las siguientes características: a) Costos bajos. b) Máxima calidad. c) Máximo rendimiento. 2.- Disminución del impacto nocivo hacia el medio ambiente al utilizar como materia prima la fibra de maguey y así evitar la tala de los árboles. 3.- Obtener prototipos funcionales.

MARCO TEORICO Papel es el vocablo empleado para diseñar diversas clases de hojas fibrosas de estructura análoga al fieltro generalmente compuestas de fibras vegetales, pero a veces minerales, animales o sintéticas y formadas por depósitos sobre una tela metálica fina de una suspensión de las fibras en agua. Su nombre se deriva del griego “papyros”, nombre de la planta egipcia Cyperos Papyrus, de cuyo tallo sacaban los antiguos egipcios laminas para escribir en ellos. Las pastas usadas en la manufactura del papel varían según las cualidades que ha de tener este. En la fábrica la pasta de papel, también llamada pulpa, se emplean métodos mecánicos o químicos o combinaciones de ambos. Las variaciones introducidas en determinados procedimientos de producción, tendrán partes diferentes, ajustada cada una de ellas a un tipo diferente de aplicación. El proceso básico de la fabricación de papel no ha cambiado a lo largo de más de 2.000 años, e implica dos etapas: 1. Trocear (desmenuzar) la materia prima en agua para formar una suspensión de fibras individuales y 2. Formar láminas de fibras entrelazadas extendiendo dicha suspensión sobre una superficie porosa adecuada que pueda filtrar el agua sobrante. En la fabricación manual de papel, la materia prima se coloca en una tina y se golpea con un mazo pesado para separar las fibras. Durante la primera parte de la operación, el material se lava con agua limpia para eliminar las impurezas, pero cuando las fibras se han trozado lo suficiente se mantienen en suspensión sin cambiar el agua de la tina. En ese momento, el material líquido, llamado pasta primaria, está listo para fabricar el papel. La principal herramienta del papelero es el molde, una tela metálica reforzada con mallas cuadradas o rectangulares. El molde se coloca en un bastidor móvil de madera, y el papelero sumerge el molde y el bastidor en una tina llena de esta pasta. Cuando los saca, la superficie del molde queda cubierta por una delgada película de pasta primaria. El molde se agita en todos los sentidos, lo que produce dos efectos: distribuye de forma uniforme la mezcla sobre su superficie y hace que las fibras adyacentes se

17 entrelacen, lo que proporciona resistencia a la hoja. Mientras se agita el molde, gran parte del agua de la mezcla se filtra a través de la tela metálica. A continuación se deja descansar el molde, con la hoja de papel mojado, hasta que ésta tiene suficiente cohesión para poder retirar el bastidor. Una vez retirado el bastidor del molde, se da la vuelta a este último y se deposita con suavidad la hoja de papel sobre una capa de fieltro. Después se coloca otro fieltro sobre la hoja, se vuelve a poner una hoja encima y así, sucesivamente. Cuando se han colocado unas cuantas hojas de papel alternadas con fieltros, la pila de hojas se sitúa en una prensa hidráulica y se somete a una gran presión, con lo que se expulsa la mayor parte del agua que queda en el papel. A continuación, las hojas de papel se separan de los fieltros, se apilan y se prensan. El proceso de prensado se repite varias veces, variando el orden y la posición relativa de las hojas. Este proceso se denomina intercambio, y su repetición mejora la superficie del papel terminado. La etapa final de la fabricación del papel es el secado. El papel se cuelga de una cuerda en grupos de cuatro o cinco hojas en un secadero especial hasta que la humedad se evapora casi por completo. Aunque los procedimientos esenciales de la fabricación mecanizada de papel son los mismos que los de la fabricación manual, el proceso mecánico es bastante más complicado. En la actualidad, más del 95% del papel se fabrica con celulosa de madera. Para los papeles más baratos, como el papel de diarios, se utiliza sólo pulpa de madera triturada; para productos de más calidad se emplea pulpa de madera química, o una mezcla de pulpa y fibra. LA PRIMERA ETAPA: PREPARACIÓN DE LA MATERIA PRIMA. DESLEIMIENTO DE LA PULPA: las hojas secas o de desperdicio de papel de deslíen o se desintegran en agua para formar una papilla de fibras separadas. BATIDO Y REFINACIÓN: se realizan en una maquina batidora y en una maquina refinadora respectivamente. El batido acrecienta la superficie y la flexibilidad de las fibras y disminuye su longitud. Del refinamiento depende el grado de resistencia que tendrá el papel al doblado, reventado y rasgado. El papel puede sufrir dos tipos de refinamiento: graso o magro. El graso deja las fibras muy hidratadas dotando al papel de resistencia, rigidez y cierta transparencia, pero le quita flexibilidad y lo hace quebradizo, con dificultad para el plegado (papeles vegetales, de fumar, pergaminos). El magro deja las fibras enteras o truncadas, lo que le da al papel flexibilidad, facilidad para el plegado, grosor, blandura y opacidad (son por ejemplo los papeles absorbentes, de impresión, etc.) RELLENOS O CARGA: como arcilla, creta y otras sustancias. Se agregan como papilla durante la preparación de la pasta y sirven para crear o mejorar ciertas propiedades especificas en la hoja los rellenos son densos, blancos o polvos de grano fino que tienen mas elevado índice de refracción que la celulosa son insolubles en agua. La adición de rellenos acrecientan la opacidad, brillantes, volumen, flexibilidad y peso.

18 APRESTO: el papel aprestado tiene alguna resistencia a la penetración de los líquidos, especialmente el agua. El papel sin apresto absorbe fácilmente los líquidos. La colofonia es uno de los agentes de apresto mas usados. COLORACIÓN: se le añaden a la pasta sustancias colorantes de naturaleza mineral u orgánica (según el tipo de papel). Los colores obtenidos de sustancias minerales son más resistentes a la luz que los derivados orgánicos. LA SEGUNDA ETAPA: ELIMINACIÓN DE UNA PARTE DE AGUA de la lámina de fibras mediante presión húmeda en una sección de prensas que pueden consistir en juegos de rodillos compresores, cada uno con su propio sistema de fieltros TERCERA ETAPA: CORRESPONDE AL SECADO: Donde la hoja húmeda pasa por rodillos atizadores, donde las desigualdades de la superficie desaparecen por la presión, de los cilindros alisadores, la hoja pasa a los desecadores que puede ser una serie de rodillos huecos por los que circula vapor a altas temperaturas, para ello se acompaña con una manta de fieltro que evita que la hoja se aparte del cilindro ayudando al secado y guiando la hoja por ellos. Las fábricas de tequila desechan toneladas de bagazo de agave, que se desperdicia porque los empresarios no conocen sus posibles usos comerciales. El bagazo es un subproducto del agave. Existen tres clases de éste: el de las "piñas" o cabezas no cocidas, el de las que fueron partidas en dos para cocerlas y las horneadas enteras. El bagazo se divide en carnosidad y fibra. El bagazo es aprovechado como alimento para el Ganado y la fibra para relleno de colchones. Estas Son las únicas vías comerciales que tiene dicho producto hasta el momento. Iñiguez Covarrubias comentó que al ingresar el tequila a los mercados en Europa, el bagazo de agave se ha incrementado por el aumento de la producción y resulta una materia prima rentable en varios rublos. Este subproducto es usado con frecuencia como relleno sanitario (para cubrir basura), por lo que se ha propuesto a las fábricas construir separadores de la carnosidad y de la fibra, para hacerlas comerciales. Dijo que ya tienen uno en una factoría de reconocido prestigio. Aseguró que el bagazo de agave es un material que podría tener muchas aplicaciones. Por ejemplo, la fibra del agave en las compañías muebleras en el rublo de aglomerados. Estos industriales temen usarla, porque no han experimentado con ella. Hay diferencias entre la fibra del henequén y la del bagazo de agave. La primera es más larga, mientras que la segunda, más corta. La hoja del agave es más grande, pero menos resistente que la de la piña o cabeza.

19 Se tiene el conocimiento que una empresa canadiense invertirá millón y medio de dólares para utilizar la fibra de las hojas de agave en la fabricación de arpilla (costales). En el Departamento de Madera, Celulosa y Papel, sólo se ha elaborado papel con este bagazo, pero es limitada su producción, hecha a mano. En Tequila existe una pequeña empresa que ya lo fabrica. También el bagazo de agave podría ser utilizado para elaborar cepas en el cultivo de hongos comestibles, fibras para la industria papelera, sustratos de vegetales y composta. Por sus características, el bagazo de agave no representa en sí problemas de contaminación Ambiental.

PRODUCCIÓN MUNDIAL Los productores de papel y cartón más importantes Posició n

País

Producción (en Mt)

1

Estados Unidos

80,8

11

Brasil

2

China

37,9

12

Indonesia

3

Japón

30,5

13

Reino Unido

6,5

4

Canadá

20,1

14

Rusia

6,3

5

Alemania

19,3

15

España

5,4

6

Finlandia

13,1

16

Austria

4,6

7

Suecia

11,1

17

India

4,1

8

Corea del Sur

10,1

18

México

4,1

9

Francia

9,9

19

Tailandia

3,4

10

Italia

9,4

20

Países Bajos

3,3

Posición

País

Fuente : Handelsblatt - Die Welt in Zahlen (2005)

METODOLOGÍA 1. Conocer el proceso de fabricación del papel. a. A través de una investigación documental en libros e Internet.

Producción (en Mt) 7,8 7

20 b. Investigación directa con personas que conocen el proceso de fabricación del papel. c. Búsqueda de información sobre el proceso de fabricación del papel artesanal. d. Búsqueda de información sobre el proceso de fabricación de papel industrial. 2. Aplicar el proceso investigado para la fabricación de papel artesanal. Obtención de penca de agave.

Preparación de la fibra

Desfibrado

Cortado Agregado de sustancias

Formación de la pasta Lavado

PEX

Almidón

Prensado de las pasta

Cortado de la pasta a la medida establecida

Pulverizado

Decolorado

Secado

Almacenamiento

3. Diseñar y construir los prototipos para la fabricación de papel cartón. A. Conseguir la desfibradora. a. Realizar pruebas del funcionamiento de una desfibradora anteriormente construida para anexarlo al proceso que estableceremos para fabricar papel. b. Dar mantenimiento y arreglo a las partes de la desfibradora.

21 c. B. a. b. c. d. e. f. g. h. C. a. b. c. d. e. f. D.

Realizar una segunda prueba para verificar el mayor rendimiento del equipo. Construir la cortadora. Diseñar la cortadora, especificando el material y tamaño de la misma así como la disposición de sus partes: Conseguir el material para la construcción a partir de deshechos de la escuela. Conseguir un motor de una lavadora. Construir la base de madera y reforzarla con tornillos. Conseguir las sierras de tamaño adecuado a la de la cortadora. Ensamblar el motor en la base y hacerle las pruebas necesarias. Construir la cubierta de protección y soldarla a la cortadora. Ajustar las resoluciones del motor para facilitar el corte de la fibra. Construir el tanque de calentamiento con serpentín enchaquetado. Diseñar el tanque. Conseguir el contenedor que tendrá la función de tanque. Al contenedor se le colocarán las resistencias necesarias para el calentamiento de éste y recubrir con barro y una capa de fibra de vidrio. Anexar un agitador con un motor en la parte superior del contenedor para darle movimiento constante a la sustancia dentro del tanque. Construir un grifo en la parte de abajo del contenedor para vaciar el líquido y separarlo de la fibra que quedará dentro del contenedor. Construir una estructura con rueditas que soportará al tanque y que facilitará el manejo de la fibra.

Construir el molino. Establecer el tipo de molino a construir. Diseñar el molino y especificar las medidas a usar. Conseguir los materiales y construirlo por partes. Unir las partes. Realizar las pruebas con diferentes tamaños de fibras para observar el grado de pulverización que se obtiene. f. Establecer el tamaño continuo que se va a utilizar en el molino. a. b. c. d. e.

E. a. b. c. d. e. f. g. F.

Construir la prensa. Diseño de la prensa y modo de prensado, en este caso se prefiere la plancha. Establecer las medidas de la estructura sobre la cual estará la prensa y el material de construcción. Formar de las placas con las medidas definidas del papel a formar. Construir la plancha y el bastidor. Construir la estructura del prototipo. Soldar la plancha a la estructura y anexo del bastidor y las placas. Calcular la presión del planchado sobre las placas y el grosor de la pasta a presionar. Construir el secador. a. Diseño del equipo con el material a utilizar. b. Adquirir la lámina para la elaboración de las charolas. c. Cortar las láminas y construir las charolas.

22 d. Adquirir las resistencias con las que se generará calor. e. Pintado de las charolas. f. Montado de las resistencias a las charolas. g. Corte de un secador ya usado para darle nueva forma. h. Elaboración de un cuadro de manejo para el apagado y encendido del equipo. i. Integración de termómetros para observar el control de la temperatura a usar. j. Incorporación de un ventilador para hacer corrientes de aire dentro del secador y expulsarlo posteriormente. k. Pintado exterior del equipo. l. Realizar las pruebas para comprobar la eficiencia del equipo. m. Corregir los problemas que se presenten en la prueba del equipo. 4.

5.

Establecer el proceso de fabricación del papel. Casi el mismo que el de una fábrica: 1) Desfibrado de las pencas de maguey o en su caso si es el bagazo la limpia de este. 2) Un primer corte a la fibra obtenida. 3) Lavado de la fibra. 4) Anexo de sustancias para formar y preparar la pasta. 5) Pulverizado de la fibra. 6) Prensado de la pasta obtenida de los pasos anteriores, formación de la hoja. 7) Secado de la hoja. Realizar los cálculos de balance de materia y energía del proceso. a. b. c.

6.

Se calcula un balance de materia y energía por prototipo Después se calcula en todo el proceso. Se incluye que habrá residuos que regresarán al proceso.

Elaboración del papel kraft con los prototipos construidos. Poner en funcionamiento todos los prototipos de forma continua de tal manera que no se detenga el proceso durante un tiempo determinado.

RESULTADOS DESFIBRADORA

CORTADORA

23

TANQUE ENCHAQUETADO CON CALENTAMIENTO

PRENSA

SECADOR

TANQUE DE LAVADO

BANDA TRANSPORTADORA

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CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES No. Actividades

1

Revición bibliográfica

2

Iniciar el proceso de fabricación de papel. Obtención de la fibra de maguey (desfibrar)

3

Digestión

4

Reducción de tamaño de la fibra

5

Molienda de la fibra

6

Mezclado

7

Decoloración

8 9

Preparación del aglomerante y mezclado con el PEX Formar las láminas de fibra

10 Prensado 11 Secado 12 Recortado 13 14 15 16 17 18 19

Realizar el bosquejo de los prototipos Analizar y adquirir los materiales a utilizar Desarrollar los equipos de acuerdo al bosquejo Realizar los cálculos de los procesos Realizar pruebas con el equipo Analizar el espacio y la distribución de los prototipos Acoplar los equipos entre si

Periodo (Avance mensual) 2007-2009 2007 f m a m j j a s o n d e e a b a u u g e c o i n b r r y n l o p t v c e

2008 2009 f m a m J j a s o n d e e a b a U u g e c o i n b r r y N l o p t v c e

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Elaboración del papel kraft

VINCULACIÓN Debido a que la material prima en la que se enfoca este proyecto es la fibra que se obtiene de las pencas de maguey, se establece que principalmente este proyecto va enfocado tanto para la industria papelera como para los productores de maguey. Los primeros porque tendrán una fuente diferente de fibra para producir papel de diferentes características, pero sobre todo se las planteara un prototipo adecuado que les servirá para el proceso necesario del papel. En cuanto a los productores de maguey aparte de tener la industrial tequilera/mezcalera, obtendrán ingresos extras al vender los deshechos. Para la sociedad en general los beneficios que obtendrán serán económicos, laborales y en su mayoría ambientales.

PRESUPUESTO INFRAESTRUCTURA. o o o o o

Energía eléctrica Agua potable Herramienta (Tornillos, pinzas, tijeras para lámina, etc.) Herramientas para soldar Reactivos (NaOH, Almidón, etc.)

PRESUPUESTO PARA LA OPERACIÓN DEL PROYECTO Obtención Manual A Partir De La Fibra Del Agave (Forma Manual) MATERIALES Pencas de maguey NaOH Almidón TiO2 PEZ (Colofonia: resina de pino) Hiposulfito de Sodio Total

COSTO UNITARIO $ ----$ ----$ 20.00/Kg. $ ----$ 40.00/Kg. $ -----$ ------

Costo De La Cortadora

COSTO TOTAL $ ----$ ----$ 5.00 $ ----$ 5.00 $ ----$ -----

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Costo Del Tanque MATERIALES Olla de metal Base de metal Total

COSTO UNITARIO $ 80.00 $ 200.00

$ $ $

COSTO TOTAL 80.00 200.00 280.00

Costo Del Tanque De Calentamiento Enchaquetado MATERIALES Olla de metal Base de metal Laminilla de asbesto Barro Resistencias Tomillos Varilla Motor Lamina Total

COSTO UNITARIO $ 1200.00 $ 1100.00 $ 50.00 $ 50.00 $ 1.50 $ 1.00 $ 50.00 $ 100.00 $ 20.00

COSTO TOTAL $ 1200.00 $ 1100.00 $ 50.00 $ 50.00 $ 3.00 $ 6.00 $ 50.00 $ 100.00 $ 20.00 $ 3173.00

Costo Del Secador MATERIALES Pintura Angulo de aluminio 1” Remaches Pop Lamina No. 18 (2.10 m.) Base Resistencias Motor Total

COSTO UNITARIO $ 90.00 $ 80.00 $ 40.00 $ 200.00 $ 500.00 $ 8.00 $ 100.00

COSTO TOTAL $ 90.00 $ 80.00 $ 40.00 $ 200.00 $ 500.00 $ 24.00 $ 100.00 $ 1034.00

Costo De La Prensa MATERIALES Placas MATERIALES Cortando de placas Discos para taladro (5 piezas) Construcción Base (mesa de madera) Eje, Tomillos y soldadura Motor Lamina Total

COSTO UNITARIO COSTO TOTAL $ 100.00 $ 300.00 COSTO UNITARIO COSTO TOTAL $ 35.00 $ 105.00 $ 40.00 $ 200.00 $ 300.00 $ 300.00 $ 180.00 $ 180.00 $ 150.00 $ 150.00 $ 100.00 $ 100.00 $ 20.00 $ 20,00 $ 650.00

Costo De La Banda Transportadora

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MATERIALES Banda transportadora Forro Motorreductor

COSTO UNITARIO COSTO TOTAL $ ------ $ ----$ ------ $ ----$ ------ $ -----

COTIZACIONES ARTICULO MOTOR HP

MARCA SIEMENS

MODELO

SERIE

REQUERIMIENTO FINANCIERO Descripción Mantenimiento del equipo Viáticos y pasaje Gasto del trabajo de campo Ediciones e impresiones Diseño y prototipos de prueba Equipo de laboratorio Equipo de computo Artículos, materiales diversos

Importe requerido $ 500.00

Periodo 1

Periodo 2

Periodo 3

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100.00

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100.00

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5000.00

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150.00

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200.00

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BIBLIOGRAFÍA Kirk, Raymond Enciclopedia de Tecnología Química Tomo 11 editorial UTEHA (unión tipográfica editorial hispanoamericana) Richard M. Felder, Ronald W. Rousseau Principios Básicos de los Procesos Químicos Editorial El Manual Moderno

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