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• Arturo Díaz

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A.D= 10 UNIDAD PROFESIONAL INTERDISCIPLINARIA DE INGENIERÍA Y CIENCIAS SOCIALES Y ADMINISTRATIVAS

Reciclaje de materiales industriales

Materia: Tecnología de materiales

Nombre del Profesor: Ing. Alberto Esquivel Granados

Alumno: Díaz Alvarado Arturo

Secuencia: 2IM51

Boleta: 2014170279

Indice

1.- Conceptos básicos ¿Qué es el reciclaje?: El reciclaje es un proceso donde las materias primas que componen los materiales que usamos en la vida diaria como el papel, vidrio, aluminio, plástico, etc., una vez terminados su ciclo de vida útil, se transforman de nuevo en nuevos materiales. ¿Qué es el reciclaje industrial? El reciclaje industrial es un proceso cuyo objetivo es transformar los residuos o desechos industriales (denominados “scrap”) en insumos para la elaboración de nuevos productos o procesos industriales. Como en todo proceso de reciclado, el fin último es contribuir a la preservación del medio ambiente. Pero, además, el reciclado industrial tienen otros objetivos, tales como: optimizar el uso de materiales potencialmente útiles, realizar un uso más racional de las materias primas, reducir el uso de energía, reducir la contaminación del aire y del agua, disminuir las emisiones de gases, etc. ¿Por qué reciclar? a) Ahorro de materias primas: Utilizar dos o hasta tres veces un mismo producto supone enormes beneficios para el planeta, en especial cuando están elaborados a base de plástico, vidrio y otros materiales no biodegradables. Esto quiere decir que estamos evitando la producción de más artículos de este tipo y, a la vez, la extracción de las materias primas con las que se elaboran. O dicho de otra forma: si reutilizamos ciertos productos, no serán necesarios tantos recursos naturales. b) Ahorro de energía: Al reutilizar los productos que consumimos, contribuimos a que las industrias elaboren menos artículos. Y esto, a la vez, se refleja en un menor consumo de energía por parte de las empresas. Recordemos que la producción de energía eléctrica está ligada al uso de recursos naturales. c) Reduce la dependencia del petróleo:

Cada tonelada de papel que reutilizamos representa un ahorro de energía de casi 4100 kwh. Las latas de aluminio reciclado suponen una disminución de al menos el 95% de la energía en comparación con una lata nueva. El beneficio es notorio. Para producir tales artículos, las empresas necesitan menos energía, la cual proviene generalmente de fuentes del petróleo, y esto contribuye a que haya menos gases en la atmósfera. c) Mitiga la contaminación ambiental: Cuando los residuos llegan a los vertederos, son incinerados y generan gases nocivos para el medioambiente. Si reciclamos, habrá menos residuos en dichos sitios y, por tanto, se producirán menos gases contaminantes. Los expertos en esta materia afirman que si el reciclaje de productos fuese adoptado por gran parte de la población mundial, la reducción de los gases de efecto invernadero sería similar a la que supondría la eliminación de 2 millones de coches. d) Creación de nuevos empleos: Está demostrado que la infraestructura necesaria para crear plantas de reciclaje en ciudades, municipios o regiones, crearía más empleos que los que se generan en la actualidad con el método de incineración de residuos. Además, el proceso de reutilización sería menos costoso que el actual y podría apoyarse en redes de comercio alternativo o en mercados de materiales reciclados, donde también tendrían cabida personas que se dediquen a este negocio. Esto último puede servir para evitar el desplazamiento de millones de personas que huyen de sus lugares de residencia a causa de las crisis alimentarias, los efectos nocivos sobre el entorno y los conflictos armados territoriales. e) Evita la deforestación: Volviendo al uso del papel, reutilizar los folios es una práctica que, aunque en principio parezca insignificante, beneficia enormemente al planeta. Usar menos papel implica talar menos árboles para su producción, lo cual mitiga inconvenientes derivados de esta actividad, como la desaparición de especies animales, la sequía de ciertas zonas, la presencia de dióxido de carbono en el aire y, sobre todo, el desplazamiento de personas hacia zonas más fértiles para el cultivo, la agricultura, la ganadería y otras prácticas asociadas; es decir, contribuye al equilibrio ecológico.

Obstáculos para reciclar: El principal problema al que se enfrentan las personas cuando quieren generar un proceso de reciclaje, es la falta de educación de la sociedad en general sobre este aspecto. Las sociedades en general no entienden lo que le está pasando al planeta, especialmente en lo que se refiere a los recursos naturales. Los problemas sociales relacionados con el reciclaje no se solucionan solamente con la educación. Las sociedades tienden a resistirse a los cambios. El ciclo tradicional de adquirir consumir - desechar es muy difícil de romper. Reciclar en la oficina o en el hogar o en el lugar donde nos encontremos requiere de un esfuerzo extra para separar los materiales. Gestión de residuos industriales Normalmente, el modelo de gestión de residuos industriales, sean peligrosos o no, trata en la obligación por parte de la empresa productora de mantener dicho residuos en condiciones óptimas hasta que se entregan a un gestor autorizado. Además, debe usar un transportista de residuos registrado y pagar todos los costes. Resumidamente, la gestión de los residuos industriales es la recolección, transporte, tratamiento y reciclaje de los materiales desechado que se producen en la actividad industrial. A día de hoy, gracias a la tecnología actual, sería posible la reducción del impacto negativo de los residuos pero es demasiado caro. Por ello, se realiza otros procedimientos más económicos, según el tipo de residuo: – Tratamientos físicos, químicos y biológicos. Se trata de transforma el residuos en otros menos dañinos para verterlos o para usar como materia prima. -Incineración. Quemar los residuos también es un método usado por las empresas. Dependiendo de los residuos, se podrán incinerar o no, ya que si son tóxicos no se pueden soltar los gases. -Vertido. Los vertederos de seguridad han de garantizar que no se contaminan aguas ni que expulsan gases o productos tóxicos. Empresas de gestión de residuos No todas las empresas pueden gestionar sus residuos. Por ello, contratan empresas de gestión de residuos que sean gestores de residuos autorizados. El productor de los residuos será el responsable de trabajar con un gestor autorizado. El gestor de residuos autorizado puede ser una persona o empresa, pública o privada, que está autorizada para realizar cualquier actividad de la gestión de residuos. Se pueden dedicar a una o varias de estas actividades:

    

Recogida y Transporte Almacenamiento Transporte Valorización Eliminación Existen varios tipos según el residuo industrial: no peligrosos y tóxicos y peligrosos. Los gestores no pueden gestionar cualquier residuo, sino que deben estar autorizados para ello. A través de la página web de cada Comunidad Autónoma se pueden observar los gestores autorizados registrados. El gestor de residuos autorizados asegura, a través de la documentación de cada operación, a la empresa productora de residuos que éstos van a ser procesados de manera correcta por empresas autorizadas y registradas. Recogida de residuos industriales y Transporte La recogida de residuos industriales es la primera etapa del proceso de gestión de residuos. Puede realizarse mediante contenedores, compactadores, camiones o cualquier otro modo que efectúe el traslado de los residuos a las plantas de tratamiento autorizadas. Existen dos tipos principalmente: 

Recogida no selectiva: consiste en la recogida de todos los residuos, sin diferenciar los materiales o tipos de residuos.  Recogida selectiva: se recogen los residuos según su tipo. La siguiente tarea de la gestión de residuos industriales es el transporte. En esta etapa se trasladan los desechos hacia una planta de clasificación o de tratamiento para su almacenamiento o eliminación. A continuación, se realizaría el tratamiento de residuos. Existen mucha técnicas distintas, tal y como hemos visto anteriormente como la incineración, el vertido y tratamientos físicos, químicos y biológicos como la pirolisis, gasificación o biometanización. Terminado el tratamiento, se daría por finalizada la gestión de los residuos industriales.

2.- Reciclaje de materiales metálicos Materiales metálicos más comunes que se reciclan: Hierro: herramientas, verjas, hierro forjado. -Acero: cubertería y menaje, fregaderos, sartenes y baterías de cocina, hornos y barbacoas, equipamiento de jardín y mobiliario, escaleras, motores, herramientas, latas, marcos, clavos, tuercas. -Aluminio: utensilios de cocina, platos, puertas, ventanas, muebles de jardín, contenedores, papel aluminio, latas, bicicletas, herramientas. -Cobre: tuberías, canalones, cables, conductores, cacerolas y ollas. -Bronce: pomos de puertas, ornamentación, orfebrería y estatuas. -Latón: piezas decorativas -Plomo: baterías. Aunque la gran mayoría de metales pueden reciclarse hay algunos que no se pueden reutilizar, por ejemplo los botes que han contenido pintura o productos tóxicos. ¿Qué es la chatarra? La chatarra (del euskera txatarra, «lo viejo»)1 de metal de desecho, principalmente hierro.

es

el

conjunto

de

trozos

La chatarra de hierro se utiliza en la producción de acero, y cubre un 40% de las necesidades mundiales. El porcentaje de uso varía según el proceso de fabricación utilizado, y el 20% se usa en la producción de acero por convertidor LD y llega hasta el 100% en el proceso de fabricación por horno de arco eléctrico. Proceso de reciclado de las latas de aluminio: 1. Recolección: Es la etapa fundamental para la recuperación de desechos, el material se recolecta, comprime y se transporta a la planta de reciclado. 2. Trituración: Al llegar a la planta, el producto comprimido se coloca en un molino para triturarse, reduciendo el volumen y facilitando el proceso de fusión. 3. Fundición: Se calienta a 750 °C ± 1000 °C para fundirlo y así transformarlo en productos de diferentes pesos.

4. Colado: El material se vacía en distintos moldes según los requerimientos del comprador. 5. Comercio: El aluminio se comercializa de dos formas: En estado líquido se transporta en termos especiales. En su estado sólido se entrega en forma de lingotes, sows, T-Bar, cono, granalla, etc. 3.- Reciclaje de materiales poliméricos Niveles de reciclajes en termoplásticos PET (Tereftalato de polietileno) Fácil. Botellas de bebidas, tarros de comida, fibras de ropa y de alfombras, algunos botes de champú y colutorios. HDPE (Polietileno de alta densidad) Fácil. Botellas de detergente y de leche, envases de comida, cajas de almacenaje, juguetes, cubos, tiestos, muebles de jardín. PVC (Policloruro de vinilo) Muy difícil. Tarjetas de crédito, marcos de puertas y ventanas, canalones, tuberías, revestimiento de cables, piel sintética. LDPE (Polietileno de baja densidad) Factible. Papel film, bolsas de la compra, plástico de burbujas botelals flexibles, aislantes de cableado. PP (Polipropileno) Factible. Tapones de botellas, pajitas, fiambreras, neveras portátiles, fibras de tejidos y de alfombras, lonas, pañales.

PS (Poliestireno) Difícil. Vasos térmicos, hueveras, bandejas de comida, relleno para embalaje, envases de yogur, perchas, aislantes. Otros Muy difícil. Fibras de nailon, biberones, discos compactos, envases para uso médico, piezas de coches, garrafas de fuentes de agua. Reciclaje en plásticos termoestables Los plásticos termoestables solo pueden calentarse y dársele forma una vez, ya que después de esos cambios moleculares, quedan “curados” y retienen su forma y resistencia incluso bajo calor y presión intensos. Debido a su resistencia, los plásticos termoestables son una parte vital de nuestro mundo moderno y se utilizan en todo, desde teléfonos móviles y placas de circuitos, hasta en la industria aeroespacial. Pero las mismas características que los hacen esenciales en la fabricación moderna también los hacen imposibles de reciclar. Como consecuencia, la mayoría de los polímeros termoestables terminan en el vertedero. Debido al objetivo principal de la sustentabilidad, ha existido una necesidad urgente de reciclar los plásticos termoestables. En 2014, se realizaron avances críticos en esta área, con la publicación de un estudio emblemático en la revista Science, donde se anunció el descubrimiento de nuevos tipos de polímeros termoestables reciclables. Llamados poli(hexahidrotriazina)s, o PHT, estos plásticos pueden disolverse en un ácido fuerte que separa las cadenas de polímeros en monómeros que pueden reutilizarse en nuevos productos. Como los termoestables no reciclables tradicionales, estas nuevas estructuras son rígidas, resistentes al calor y duras, con las mismas posibles aplicaciones que sus antecesores no reciclables.

Si bien ningún reciclaje es 100 % eficaz, esta innovación, si se implementa por completo, debería acelerar el movimiento hacia una economía circular con una gran reducción del residuo plástico en vertederos. Esperamos que los polímeros termoestables reciclables reemplacen a los termoestables no reciclables en cinco años, y que para 2025 se encuentren en todas partes en los nuevos productos fabricados.

Tipos de reciclaje 

Reciclaje energético: En este apartado se trata del reciclaje de materiales cuyo fin es el aprovechamiento energético.

Se trata de residuos que no pueden ser clasificados y recuperados, bien por imposibilidad técnica o económica, y en lugar de llevarlos a vertedero se aprovechan de esto modo. Ejemplo de esto son la incineración de residuos, pirólisis y gasificación.



Reciclaje mecánico: Este apartado responde a todas las técnicas y procesos que incluyen trabajo manual o ayudado por máquinas. Tromel, tamices, cribados.

Este tipo de reciclaje se utiliza mucho en la clasificación de residuos mezclados y en el reciclaje del plástico. 

Reciclaje químico: Incluye técnicas y procedimientos que implican cambios en la estructura química del material. Se busca la descomposición del polímero para la obtención de monómeros.

Ejemplos de este tipo de reciclaje son la pirólisis, hidrogenación, craqueo térmico, disolución, hidrólisis, metanolisis y glicolisis. 

Reciclaje biológico: Es toda operación de tratamiento que busca la degradación de toda la materia orgánica en presencia o en ausencia de oxígeno.

Estos tratamientos pueden emplearse con la materia orgánica separada en origen o con la materia orgánica sin separar, utilizando procesos mecánicos complementarios en este último caso.

Proceso de reciclajes de botellas PET: Hay tres maneras de aprovechar los envases de PET una vez que terminó su vida útil: someterlos a un reciclado mecánico, a un reciclado químico, o a un reciclado energético empleándolos como fuente de energía. El ciclo de vida se muestra en este diagrama:

Con el fin de maximizar la utilidad que producen los plásticos, se han desarrollado técnicas que los separan según sus tipos. Estas técnicas se agrupan en las siguientes categorías: -Macroselección de componentes: Es aquella labor primaria que permite seleccionar y agrupar manual o automáticamente los artículos desechados de acuerdo con su naturaleza y destino. Un ejemplo de lo afirmado es la separación de las botellas PET que se utilizan en los refrescos de las PE-HD que se emplean en el envasado de leche. La selección de los polímeros con fines de reutilizarlos se realiza, en parte, empleando la codificación y recomendaciones dadas por la Sociedad de la Industria del Plástico (SPI), que clasifica a los polímeros en siete categorías La identificación y agrupación de los polímeros mencionados se efectúa identificando al código que se encuentra moldeado o impreso, en el producto respectivo, dentro de un triángulo visible asimismo moldeado o impreso tal como se aprecia en los envases plásticos de gaseosas y en los envases Tetrapak. -Microselección de componentes: La microselección anotada implica separar los polímeros en función de sus tipos, después de haber sido cortados y triturados en pequeños trozos. Actualmente la microseparación comercial se aplica a las botellas PET de refrescos ya que es posible triturar la botella y separar los trozos de PET y de PE-HD y PP para obtener un producto de alta calidad. Este procedimiento implica utilizar una tecnología de flotación extraída de la industria minera en la que los materiales se separan por flotación aprovechando las diferencias de densidad. La tecnología de hidrociclones, empleando la fuerza centrífuga para acelerar la separación gravitacional, puede aplicarse con bastante eficacia para separar polímeros en base a su densidad dentro de un medio acuoso. Otra tecnología que presenta algún potencial para separar materiales a nivel micro es la trituración criogénica en la que polímeros se fracturan de forma distinta a temperaturas diferentes mediante su inmersión en nitrógeno líquido. Se

puede provocar la fractura de los polímeros disímiles, y mediante ello, se posibilita la separación de materiales genéricos partiendo de una mezcla.

-Selección molecular: Este método de reciclaje consiste en separar los polímeros, por ejemplo algunos embalajes modernos que tienen uno o más de ellos, mediante sus disoluciones en una solución. El procedimiento se basa en la temperatura de disolución que tiene cada polímero que al final permite recuperarlos en capas. Otro tipo de separación molecular consiste en despolimerizar el polímero en su monómero original. Algunos ésteres polímeros, como por ejemplo el tereftalato de polietileno (PET) y los metil – metacrilatos, se prestan a esta aproximación.

Reciclado mecánico Es el proceso de reciclado más utilizado, el cual consiste en varias etapas de separación, limpieza y molido como se muestra a continuación:

Los plásticos escogidos y gruesamente limpiados (etiquetas, papeles, residuos de material biodegradable) pasan por un molino o una trituradora. Este proceso se puede realizar en diferentes órdenes de sucesión, dependiendo del grado de contaminación de los plásticos y de la calidad del producto reciclado. La preparación final del producto empieza con el lavado y la separación de sustancias contaminantes, proceso que se puede repetir si es necesario. Después el material pasa por una centrifuga y secadora y se almacena en un silo intermedio. En el caso ideal, este silo sirve también para homogeneizar más el material, al fin de obtener una calidad constante. El producto triturado, limpio, seco y homogéneo se alimenta a una extrusora, y, tras el proceso de granceado, se obtiene la granza lista para ser procesada por diferentes técnicas. La granza de plásticos reciclados se puede utilizar de diferentes maneras, según los requerimientos para el producto final:

-Procesado del producto reciclado directamente, con la formulación que sea adecuada a su aplicación concreta. En este caso, las piezas obtenidas tienen en general propiedades menores a las fabricadas con polímero virgen, lo que es suficiente para la utilidad deseada. -Mezcla de granza reciclada con polímero virgen para alcanzar las prestaciones requeridas. El ejemplo típico es la adición de polímero virgen a la mezcla de termoplásticos. -Coextrusión del producto reciclado. Un ejemplo de esta técnica es la fabricación de recipientes para detergentes, en la que la capa intermedia puede ser de polímero reciclado y la interior (contacto con el producto) y la exterior son de polímero virgen.

Propiedades del PET reciclado mecánicamente Las diferencias en las propiedades del PET reciclado mecánicamente comparadas con las del PET virgen pueden ser atribuidas principalmente a la historia térmica adicional experimentada por el material reciclado, la cual da como resultado un decremento en el peso molecular, junto con un incremento en el ácido carboxílico, color y nivel de acetaldehído. Estudios han demostrado que el RPET (PET reciclado) posee un módulo de Young menor, mayor elongación a la rotura y mayor resistencia al impacto que el PET virgen. Así, el RPET es más dúctil mientras el PET virgen es más frágil; este es un resultado de las diferencias en la cristalinidad entre los materiales. Características del PET y RPET Propiedad

PET virgen

RPET

Módulo de Young [MPa]

1890

1630

Resistencia a la rotura [MPa]

47

24

Elongación a la rotura [%]

3,2

110

Resistencia al impacto [J m ]

12

20

IV (dl g )

0.72 – 0.84

0.46 – 0.76

Temperatura de fusión (ºC)

244 - 254

247 - 253

-1

-1

Peso molecular (g mol ) -1

81600

58400

Fuente: Polymer Recycling, Recycling of PET.

4.- Reciclaje de materiales cerámicos La american Ceramic society clasfica los materiales cerámicos en 7:       

abrasivos vidrios cementos refractarios productos estructurales de arcilla cerámicos blancos cerámicos avanzados.

Debido a que los materiales cerámicos no se corroen, frecuentemente sus periodos de vida útil son mucho más grandes que los de otros materiales. Sin embrago, las mismas propiedades físicas que hacen tan durables a los cerámicos, también los hacen extremadamente difíciles de reciclar, con la excepción del vidrio. También los cerámicos blancos por lo común son enterrados después de que se completo su uso, pero un par de compañías en Nueva Zelanda, Electrolux y Fisher & Pykel Appliances, han inicado programas de administración de vida para proporcionar reciclaje de fin de vida. Proceso de reciclaje del vidrio Las botellas recicladas, vidriería, bulbos de luz, frascos y otros artículos son clasificados por color y triturados en un polvo muy fino llamado desperdicio de vidrio (polvo de vidrio muy fino utilizado en el reciclaje de cerámico), que puede ser refundido y reformado a nuevos productos de vidrio. Cada tonelada de desperdicio de vidrio utilizado en vez de sílice fresco ahorra más de 600 libras de emisiones de dióxido de carbono.

5.- Reciclaje de materiales compuestos Reciclado de materiales compuestos de fibra de vidrio y matriz termoestable Los productos SMC (Sheet Molding Compound) están formados aproximadamente por un 70% de contenido en peso de material inorgánico (principalmente carbonato de calcio y fibras de vidrio) y entorno a un 10-20% de contenido en peso de una resina termoestable. Además existe un 5-10% de contenido en peso de un aditivo termoplástico cuya función es la de proporcionar superficies más suaves. Los productos SMC han tenido una gran aplicación en la industria actual, debido a su gran aplicación se han generado una gran cantidad de desechos que deberán ser reciclados. Existen cuatro aproximaciones principales para el reciclado de materiales compuestos de matriz termoestable: 

Amolado



Degradación química selectiva



Pirólisis



Incineración en recuperación de energía

Reciclado de materiales compuestos carbono/exposi La recuperación de las fibras de carbono a partir de los desperdicios que se generan en el procesado de plástico reforzado con fibra de carbono es una nueva tecnología

que está surgiendo en el campo del reciclado. En la fabricación de compuestos con fibra de carbono, los filamentos continuos en forma de tejidos o no tejidos son los más usados. Estos materiales son normalmente impregnados con resinas epoxi, y los pre impregnados resultantes son procesados. Los desperdicios generados por el procesado de materiales compuestos con fibras de carbono consisten en fibras, tejidos, pre impregnados y laminados curados. La mayoría de estos son pre impregnados, los cuales pueden ser reprocesados por dos operaciones básicas: extrayendo la resina y cortando las fibras. El material de la matriz para compuestos con fibra de carbono es resina epoxi. Una forma de extracción de la resina es a través de degradación térmica. Este proceso proporciona cambios en la superficie de la fibra, provocando bajas propiedades de adhesión fibra-matriz. La resina también puede ser extraída por medio del uso de ácido sulfúrico y peróxido de hidrógeno. El reciclado de desperdicios de fibra de carbono impregnada es económicamente interesante, debido al alto coste de la fibra de carbono. 6.- Opinión personal del trabajo Mi opinión acerca de este trabajo es que el reciclaje es algo muy importante, para poder optimizar los recursos que tenemos en la actualidad, y contribuir en algo al futuro del planeta, debido a que hay una gran población y los recursos son cada vez más limitados, además que nosotros como ingenieros industriales al ser optimizadores en las empresas, debemos tener conocimientos acerca de estos temas.