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UNIVERSIDAD CATÓLICA SANTO TORIBIO DE MOGROVEJO FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE INGENIERÍA INDUSTRIAL

AVANCE 50%

AUTOR DANIEL ELIAS CORTEGANA PAREDES

Chiclayo, 2020.

INDICE

1. TITULO__________________________________________________________________4 2. TIPO DE INVESTIGACIÓN._________________________________________________4 3. INTRODUCCIÓN__________________________________________________________4 4. PREGUNTA DE INVESTIGACIÓN___________________________________________6 5. OBJETIVO________________________________________________________________6 5.1.

OBJETIVOS GENERAL_______________________________________________6

5.2.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS____________________________________________6

6. JUSTIFICACIÓN__________________________________________________________7 6.1.

PRODUCCIÓN DE CULTIVOS DE LA REGIÓN PIURA, LAMBAYEQUE Y LA LIBERTAD._______________________________________________________7

6.2.

TIPOS DE MERMAS SEGÚN EL CULTIVO DE CAÑA DE AZÚCAR._______7

6.3.

CADENA PRODUCTIVA DE LA CAÑA DE AZÚCAR_____________________9

6.4.

PRODUCCIÓN ANUAL DE PAPEL BOND EN EL PERÚ__________________10

6.5.

IMPORTACIÓN DE PAPEL BOND EN EL PERÚ________________________10

6.6.

DEMANDA DE PAPEL BOND EN EL PERÚ_____________________________11

6.7.

JUSTIFICACIÓN ECOLÓGICA_______________________________________12

6.8.

JUSTIFICACIÓN ECONÓMICA_______________________________________12

6.9.

JUSTIFICACIÓN SOCIAL____________________________________________13

6.10. JUSTIFICACIÓN TÉCNICA__________________________________________13 7. BIBLIOGRAFÍA__________________________________________________________13

INDICE DE TABLA TABLA 1 PRINCIPALES CULTIVOS PRODUCIDOS EN PIURA, LAMBAYEQUE Y LA LIBERTAD..................................................................................................................................7 TABLA 2 PRODUCCIÓN ANUAL DE CAÑA DE AZÚCAR Y MERMAS............................................8 TABLA 3 PRODUCCIÓN DE PAPEL BOND ANUAL EN EL PERÚ......................................................9 TABLA 4 LISTA DE LOS MERCADOS PROVEEDORES DE PAPELES Y CARTONES DE PERÚ EN 2019.....................................................................................................................................10 TABLA 5 DEMANDA DE PAPEL BOND EN EL PERÚ........................................................................10

INDICE DE GRÁFICAS GRÁFICO 1 TENDENCIA DE CRECIMIENTO DEL CULTIVO DE CAÑA DE AZÚCAR CON RESPETO AL NIVEL DE PRODUCCIÓN (TN)................................................................................8 GRÁFICO 2 TENDENCIA DE IMPORTACIONES EN VALORES DE PAPEL BOND EN EL PERÚ (2015-2019).........................................................................................................................................12

1. TITULO: Estudio de prefactibilidad de instalación de una planta de papel bond aprovechando bagazo de caña para reducir la importación nacional. 2. TIPO DE INVESTIGACIÓN. Es un diseño de investigación cuantitativa no experimental, ya que el planteamiento corresponde a un estudio para analizar la factibilidad de una planta de elaboración de papel bond a partir del bagazo producido por la línea productiva de azúcar, con el fin de reducir la importación nacional de dicho producto. LÍNEA DE INVESTIGACIÓN: Calidad ambiental. 3. INTRODUCCIÓN Cerca del 79% de los residuos sólidos en América Latina se encuentran acumulados en vertederos, basureros o desechados en el medio ambiente, el resto es reciclado (9%) o incinerado (12%). Esto adjudica la mala gestión u compromiso de los países con sus residuos, sobre todo en los subdesarrollados o en vías de desarrollo. [ CITATION ONU18 \l 10250 ]

Es por lo cual que una de las mayores problemáticas que acoge al Perú en los últimos años, es la deficiencia o el poco manejo de la captación de los residuos para un aprovechamiento adecuado o un posible valor agregado, cuyo fin no tiene una predisposición marcada a un uso íntegro en la sociedad actual; tiendo una tendencia de producción exponencial anualmente, de los cuales en su mayoría se producen principalmente en hogares, restaurantes, centros de comercio (mercados), agropecuarias, industrias y agroindustrias. [ CITATION Dir18 \l 10250 ] Esto va creciendo cada vez más, puesto que según el INEII en el 2017 en el Perú se producía aproximadamente más 20,000 toneladas de residuos sólidos al día, de los cuales la mayor producción se encontraba en la costa, donde un aproximado de 8 millones de personas generaban 2,123,016 toneladas de residuos al año, del cual se obtuvo que la producción per cápita por habitante era de 0,61 kg al día. [ CITATION INE17 \l 3082 ]

Según el último informe emitido por la misma entidad (MINAM), detalla que más del 50% de estos residuos son orgánicos. En la costa los residuos orgánicos

representan el 55,76% del total de residuos producidos, de cual se obtuvo que en su mayoría eran producidas por las agroindustrias e industrias productoras de alimentos. [CITATION MIN17 \l 3082 ]

Si nos situamos en la zona norte, tenemos que La libertad, Piura y Lambayeque son de los principales sectores de producción agroindustrial, del cual se obtuvo que los principales productos que más se cosecha en estas zonas son la palta, arroz, maíz, arándano y caña de azúcar. [ CITATION MIN171 \l 3082 ] Se obtuvo que la caña de azúcar es el cultivo que mayor porcentaje de merma, del cual se compone por hojas verdes, hojas secas, cogollo, caña remanente y bagazo. En cuanto al bagazo, este representa aproximadamente el 30% del cultivo de caña, esto fundamentado por la producción de caña anual para biomasa, del cual, de 10,068,800 Tn de caña se produjo un total de 3,356,267 Tn de bagazo. Es por lo que se escogió a la merma de caña de azúcar, porque representa un margen significativo del total de este cultivo. Normalmente el bagazo producido es utilizado para combustión y su excedente es vendido para la producción de comida de engorde de animales, resinas, energía y carbón. [ CITATION INE17 \l 3082 ] Por lo cual fue necesario conocer el potencial del bagazo, para poder utilizarlo de una manera satisfactoria, donde muestre que su implementación de esta sea más rentable y aprovechable que sus usos tradicionales. Se plantea producir papel bond con materia prima de bagazo, esto debido a que la demanda de dicho tipo de papel anualmente crece en un 2,6% y la producción nacional solo atiende aproximadamente un 40% de la demanda total, dejando el 60% restante en importaciones, de la cual es atendida en su mayoría por Brasil. Es por esto por lo que se plantea la siguiente pregunta ¿Cuál será la factibilidad de instalar una planta de papel bond aprovechando bagazo de caña para reducir la importación nacional? La implementación de dicha planta haría que el porcentaje de atención crezca, puesto que la producción nacional tendría otra fuente de elaboración de dicho producto y a su vez con un precio normalmente más bajo que la presentación tradicional del papel bond. Todo esto para darle un valor agregado al bagazo produciendo una rentabilidad mucho más significativa que sus usos tradicionales y a la vez dependiendo menos de las importaciones de papel bond de otros países. [ CITATION PRO18 \l 3082 ]

4. PREGUNTA DE INVESTIGACIÓN ¿Cuál será la factibilidad de instalar una planta de papel bond aprovechando bagazo de caña para reducir la importación nacional?  VARIABLE DEPENDIENTE: Reducir la importación nacional.  VARIABLE INDEPENDIENTE: Factibilidad de la instalación de una planta de papel bond. 5. OBJETIVO a. OBJETIVOS GENERAL Determinar la prefactibilidad de instalar una planta de producción de hojas de papel bond aprovechando bagazo de caña para reducir la importación nacional. b. OBJETIVOS ESPECÍFICOS 

Determinar la prefactibilidad Comercial de instalar una planta de hojas de papel bond a base de bagazo de caña para reducir la importación nacional.



Determinar la prefactibilidad Técnica de instalar una planta de hojas de papel bond a base de bagazo de caña para reducir la importación nacional.



Determinar la prefactibilidad Económica y Financiera de instalar una planta de hojas de papel bond a base de bagazo de caña para reducir la importación nacional.

6. JUSTIFICACIÓN 6.1.

PRODUCCIÓN DE CULTIVOS DE LA REGIÓN PIURA, LAMBAYEQUE Y LA LIBERTAD.

Piura, Lambayeque y La Libertad fueron de los departamentos escogidos ya que son de las principales fuentes productoras de residuos del Perú y a su vez porque son de los puntos donde más se concentran los agronegocios del país, por ende, mayor producción de cultivos dejando mayor nivel de residuos orgánicos. [ CITATION MIN171 \l 3082 ]

Tabla 1 Principales cultivos producidos en Piura, Lambayeque y La Libertad. Cultivo Producción (Tn) Caña de azúcar 6,962,507 Arroz cascara 986,434 Mango 335,861 Maíz duro 83,428 Banano 204,984 Vid 223,491 Palta 197,271 Espárrago 161,101 Fuente: SIEA-DGESEP-MINAGRI. Se obtuvo según el MINAGRI que los principales cultivos producidos en Piura, Lambayeque y La Libertad fueron el arroz, mango y caña de azúcar; donde esta última fue la que más presencia en producción tuvo, ya que resultó con una cosecha de más de 6 millones de toneladas sólo en estos departamentos en el 2017.

6.2.

TIPOS DE MERMAS SEGÚN EL CULTIVO DE CAÑA DE AZÚCAR.

Se tiene que la caña de azúcar es de los principales cultivos con mayor nivel de cosecha en Tn (Tabla 1), del cual se obtuvo mermas como bagazo, hojas verdes, hojas secas y cogollo. Durante las producciones del 2015-2018 se tuvo que las

hojas verdes y el bagazo fueron las mermas que mayor presencia tuvo el cultivo de caña, las cuales representaron 20% y 30% respectivamente del total del cultivo, dejando en el 2018 una producción de 3,020,640 Tn para bagazo y 2,154,723 Tn para hojas secas. Tabla 2 Producción anual de caña de azúcar y mermas Hojas

Hojas

verdes

secas (Tn)

3,063,557

(Tn) 452,726

2,185,337

255,296

9,832,526

2,949,758

435,909

2,104,161

245,813

2017

9,399,206

2,819,885

416,716

2,011,518

234,990

2018

10,068,800

3,020,640

446,383

2,154,723

251,720

Caña de azúcar

Bagazo

(Tn)

(Tn)

2015

10,211,856

2016

Año

Cogollo (Tn)

Fuente: INEI

Tenemos que el crecimiento en la producción de caña de azúcar en los últimos años ha sido de manera no variable, puesto a que la diferencia de producción del 2015 con respecto al 2018 es muy baja. Esto indica que su producción no se ve afectada con el tiempo, dejando a su vez casi la misma cantidad de nivel de residuos por año.

Gráfico 1 Tendencia de crecimiento del cultivo de caña de azúcar con respeto al nivel de producción (Tn)

Tendencia de crecimiento del cultivo de caña de azucar con respeto al nivel de producción (Tn) 12,500,000

10,211,856

10,500,000

9,832,526

9,399,206

10,068,800

8,500,000 6,500,000 4,500,000 2,500,000 500,000 2015

Fuente: INEI

2016

2017

2018

6.3. CADENA PRODUCTIVA DE LA CAÑA DE AZÚCAR

Figura 1 Cadena productiva de la caña de azúcar. Se tiene que los desperdicios generados por la caña para la producción de azúcar son el jugo residual, melaza y bagazo; para este último normalmente es obtenido en el proceso de molienda y lo que sale de esta se utiliza para combustible en la incineración dentro de las calderas y el sobrante es vendido como materia prima para la elaboración de carbón, alimento para engorde de animales, laca-resina y papel-cartón,

en

biocombustibles.

algunos

casos

también

es

utilizado

para

producir

6.4. PRODUCCIÓN ANUAL DE PAPEL BOND EN EL PERÚ Se tiene que la oferta peruana de los años 2014, 2015 y 2016, en donde en el 2015 se tuvo la mayor producción de papel bond con 55884,5 toneladas métricas, seguido del 2014 con 44932,9 toneladas métricas y por último el 2016 con 33503,2 toneladas métricas producidas. Los meses de mayor producción son octubre, noviembre, diciembre y mayo. La producción del 2016 con respecto a las 2015 ha decaído un 40% aproximadamente y con respecto al 2014 un 25%.

Tabla 3 Producción de papel bond anual en el Perú 2014

2015

2016

Mes

Producción (Tm)

Mes

Producción (Tm)

Mes

Producción (Tm)

Enero

2,570,9

Enero

3,289

Enero

2,429,1

Febrero

2,501

Febrero

5,530,8

Febrero

2,381,5

Marzo

1,647

Marzo

4,620,2

Marzo

2,691,7

Abril

2,025,8

Abril

4,420,4

Abril

2,973,6

Mayo

7,484,2

Mayo

5,892,6

Mayo

5,566,7

Junio

4,825,8

Junio

3,765,8

Junio

3,532,8

Julio

3,474,3

Julio

7,393,9

Julio

2,560,6

Agosto

6,239,5

Agosto

2,785,1

Agosto

865,3

Setiembre

2,757,9

Setiembre

3,600,3

Setiembre

977,8

Octubre

3,912,5

Octubre

1,879,6

Octubre Noviembr

1,356,8

Noviembre

2,881,8

Noviembre

6,646,4

e

Diciembre Total

4,612,2 4,4932,9

Diciembre  

6,060,4 55,884,5

Diciembre  

4,077,9 4,089,4 33,503,2

Fuente: INEI- Ministerio de la Producción - Viceministerio de MYPE e Industria 6.5. IMPORTACIÓN DE PAPEL BOND EN EL PERÚ Según datos del INEII se tiene que la demanda de Papel bond en el Perú no es totalmente satisfecha puesto que la gran mayoría de esta es importada de Brasil, el cual representa más 74% de las importaciones totales, dejando una cantidad importada de más de 62,797 Tn a su vez con un saldo de 59,446,000 dólares en compras. Tabla 4 Lista de los mercados proveedores de papeles y cartones de Perú en 2019. Exportador

Valor

Saldo

Participació Cantidad

Unidad

Valor

es

importad comerci n de las o en al en importad importacion 2019 2019 a en es para Perú (miles de (miles 2019 (%) USD) de USD)

Brasil

59,446

-59,446

74,8

62,797

Indonesia

5,689

-5,689

7,2

5,983

Colombia

5,006

-5,006

6,3

5,096

China

4,596

-4,596

5,8

4,755

de medida Tonelada s Tonelada s Tonelada s Tonelada s Tonelada s

Singapur 2,007 -2,007 2,5 2,213 Fuente: Cálculos del CCI basados en estadísticas de INEI.

unitario (USD/unida d) 947 951 982 967 907

6.6. DEMANDA DE PAPEL BOND EN EL PERÚ Tenemos que en los años 2017 y 2018 la oferta peruana sólo ha podido satisfacer el 44% y 38% respectivamente de la demanda total de papel bond propuesta por el país. Para poder atender el porcentaje restante, han tenido que recurrir a las importaciones, que en su mayoría han sido traídas de Brasil. El nivel de estas importaciones va creciendo cada año, ya que tenemos que en el 2017 estas representaban un 56% y en el 2018 creció hasta un 62%.

Tabla 5 Demanda de papel bond en el Perú

Procedencia Producción nacional Importación

2017 Participació Producción n en el (Tm) mercado

2018 Participació Producción n en el (Tm) mercado

44955.00

44%

48693

38%

57245.00

56%

79155

62%

TOTAL  102200   127848   Fuente: Cálculos del CCI basados en estadísticas de INEI-Ministerio de la Producción - Viceministerio de MYPE e Industria. Elaboración: Propia.

Tenemos que la tendencia de importaciones de papel bond en el Perú ha ido creciendo de manera significativa desde el 2015, ya que en este año las importaciones alcanzaron un nivel de 50,081,000 de dólares y en el 2019 esta aumentó hasta 79,330,000 de dólares, dejando un crecimiento de más de 28 millones de dólares en menos de 4 años, o sea, tiendo una tendencia de crecimiento en las exportaciones. Gráfico 2 Tendencia de importaciones en valores de papel Bond en el Perú (2015-2019)

Tendencia de importaciones en valores (USD) de papel Bond en el Perú (2015-2019) 90000 80000

79155

79330

Valor importado 2018

Valor importado 2019

70000

54770

60000

50081

57245

50000 40000 30000 20000 10000 0 Valor importado 2015

Valor importado 2016

Valor importado 2017

Fuente: Cálculos del CCI basados en estadísticas de INEI-Ministerio de la Producción. 6.7. JUSTIFICACIÓN ECOLÓGICA El fin de esta investigación es tener una opción amigable con el medio ambiente con respecto a la producción de papel bond en el Perú, puesto que este producto es fabricado a base de merma de caña, ayudando así a la protección de los bosques y ecosistemas de nuestro país. A la vez darle un mejor uso al bagazo que comúnmente es considerado como una merma sin valor agregado, incentivando el reciclaje creando nuevas alternativas innovadoras para la producción de papel. 6.8. JUSTIFICACIÓN ECONÓMICA La instalación de la planta de hojas de papel bond generaría un valor agregado al bagazo de caña, produciendo una mayor rentabilidad con respecto a los otros

usos que tiene esta merma, ya que la demanda de papel es alta y siempre requerida.

6.9. JUSTIFICACIÓN SOCIAL La creación de la planta de fabricación de papel bond a partir de bagazo permitirá generar nuevos puestos de trabajo, generando a su vez una sostenibilidad económica para el lugar donde se implanta este proyecto. También hará que la cadena de producción de la caña tenga nuevas alternativas no solo para en el bagazo, sino que también en un futuro con la melaza o para jugos residuales de esta.

6.10. JUSTIFICACIÓN TÉCNICA El estudio de este proyecto tiene como fin incentivar a producir nuevas maneras de aprovechar los “residuos” generados por las industriar para la fabricación de productos innovadores o comunes los cuales tengan un valor agregado.

MARCO TEÓRICO: Antecedente 1: Abeer M. Adel, Ahmed A. El-Gendya, Mohamed A. Diaba, Ragab E. Abou-Zeida, Waleed K. El-Zawawya, Alain Dufresne en su artículo “Microfibrillated cellulose from agricultural residues. Part I: Papermaking application”. Verificaron que, debido a la abundancia de materiales de fibra de celulosa a nano escala, como la celulosa microfibrilada, estas servirían como candidatos prometedores para la producción de nanocompuestos. Estos nuevos materiales de alto valor fueron el objeto de investigación del cual estos podrían servir para el sector de la industria de la celulosa y el papel. Evaluaron la preparación de MFC (celulosa microfibratada) a partir de residuos de biomasa utilizando un método de pretratamiento químico, antes de aplicar el método mecánico tradicional. Residuos de biomasa de paja de arroz, bagazo y tallos de algodón utilizados en este estudio fueron tratados químicamente con hidróxido de sodio-sulfito de sodio para eliminar lignina, hemicelulosas y para aislar celulosa, que

fue el material de partida para la preparación de MFC. El MFC se aisló de los materiales blanqueados mediante tratamiento mecánico y los materiales resultantes fueron nombrados MFCE30. El MFCE30 resultante se caracterizó por microscopía óptica y electrónica de barrido (SEM), espectroscopia infrarroja por transformada de Fourier (FTIR) y difracción de rayos X. Se prepararon muestras de hojas a partir de paja de arroz blanqueada y pulpas de bagazo mediante la adición de diferentes porcentajes de MFCE30 y se estudiaron las propiedades mecánicas y ópticas de los papeles resultantes. Estas propiedades se compararon con las de las hojas de papel preparadas convencionalmente en la pulpa y el papel de Egyptian industry mediante la adición de un 20% de pulpa de madera como aditivo. Antecedente 2: Hathama Razooki y Hasan Muna Hasoon Sauodi en su artículo “Novel method for extraction of cellulose from agricultural and industrial wastes”. Determinaron que los desechos agrícolas e industriales se generan en grandes cantidades y estas generalmente no se reutilizan ni reciclan. El objetivo de este estudio fue extraer celulosa de diferentes fuentes de residuos agrícolas e industriales como cáscara de arroz, papel de oficina y caña de azúcar mediante una técnica rápida y sencilla. Para cada residuo aplicaron modelos de extracción distintos, donde para la caña hicieron un proceso molienda, secado, filtrado y lavado. Resultó que se extrajeron cantidades de celulosa de 17,4%, 20% y 18,2% para cáscara de arroz, papel de oficina y caña de azúcar, respectivamente. Se puede concluir que el procedimiento ecológico empleado en este estudio para la extracción de diferentes fuentes de celulosa es muy eficaz para obtener un buen rendimiento de celulosa. La difracción de rayos X en polvo y FT-IR se utilizaron para caracterizar la celulosa extraída. En términos de cristalinidad y comportamiento de la estructura, se realizó una comparación con la celulosa estándar y los resultados mostraron que el material extraído era celuloso. Antecedente 3: Lilian C. Alarcón y Victorio A. Marzocchi en su artículo “Evaluation for paper ability to pseudo stem of banana tree”. Identifican que existe una gran cantidad de material celulósico agrícola en Paraguay correspondiente al cultivo de banano, producidos en su mayoría por los pseudo tallo que se cortan y se rompen después de la cosecha de la fruta anualmente. Vieron la amplia disponibilidad que tiene este residuo para transformar en

una fuente potencial de materia prima para su procesamiento en pulpa para papel. Para su metodología hicieron que los pseudo tallos frescos se sometieran a un proceso de separación del material fibroso, se secaron al aire y el material obtenido se almacenó hasta su uso. Aplicaron dos tipos de procesos químicos, como lo es el Kraft y soda, y un proceso mecánico.

El proceso se realizó inicialmente a escala de laboratorio y

posteriormente en planta piloto luego de obtener los valores de las condiciones de operación. Hicieron 8 ensayos donde tomaron la designación de CEFITABA (celulosa de pseudo tallo de banano). En las primeras pruebas evaluaron los rangos de las variables operativas: de concentración de álcali activo (AA) , temperatura y tiempo de cocción y la apariencia del material obtenido, para luego seguir con las cocciones, desde se realizaron en planta piloto digestor rotatorio horizontal, con 10,5% AA a 145 ° C durante 45 minutos. Se determinó el rendimiento y se midió la capacidad de drenaje de la pulpa obtenida y preparada en las hojas de laboratorio, la resistencia a la tracción, RCT (Ring Crush Test) y CMT (Concora Meduim Test). El resultado obtenido fue que el rendimiento de pulpa es 54% de una pulpa química típica y la capacidad de drenaje de 215 ml de LCR se encuentra en el umbral más bajo de pulpa de celulosa. El índice de tracción con un valor de 95 Nm / g corresponde a papeles con alta resistencia a la tracción y los valores RCT de 215 N y 209 N CMT son satisfactorios, e indican que estas pastas se pueden utilizar en rellenos para papeles a ondular. Estos resultados son prometedores y justifican la realización de un diseño experimental para optimizar el proceso. Antecedente 4: Mohammad L. Hassan, Kristiina Oksman y Enas A. Hassan en su artículo “Improving bagasse pulp paper sheet properties with microfibrillated cellulose isolated from xylanase-treated bagasse” Plantean que, para mejorar las propiedades de las hojas de papel, se debe utilizar celulosa microfibrilada (MFC) de pulpa de bagazo y madera blanda blanqueada pretratada con enzimas xilanasas. Se utilizó el método estándar de fabricación de hojas de papel a mano con el uso de un batidor Valley. Se estudió el efecto de la adición de diferentes porcentajes de MFC sobre la resistencia a la tracción (en húmedo y en seco), la resistencia al desgarro, la resistencia al estallido, la opacidad y la porosidad de las hojas de papel. Resultó que la adición de MFC a la pulpa de bagazo mejoró la resistencia a la tracción en húmedo y en seco, pero la resistencia al desgarro y la resistencia al estallido disminuyeron con cantidades crecientes de MFC.

Además, la adición de MFC a la pulpa de bagazo no afectó significativamente la opacidad, disminuyó ligeramente la porosidad y endureció la textura de las hojas de papel. Las propiedades de resistencia de las hojas de papel hechas de bagazo y MFC se compararon con las de las hojas de papel hechas de bagazo y fibras de madera blanda. Las hojas de papel que contienen MFC tenían mayor resistencia a la tracción (en húmedo y en seco) que las que contenían fibras de madera blanda, pero las últimas tenían una mayor resistencia al desgarro y al estallido. Antecedente 5: K. González Velandia, D. Daza, P. Caballero y C. Martínez en su artículo “Valuación de las propiedades físicas y químicas de residuos sólidos orgánicos a emplearse en la elaboración de papel” Encontraron que la producción de papel en la actualidad es dependiente en su mayoría por la madera, esto debido a su gran contenido de material celulósico. Sin embargo, proponen que actualmente se está buscando fuentes alternativas que disminuyen el uso desenfrenado de este recurso, así mismo favoreciendo la protección de las áreas verdes. Indican que la celulosa también está presente en las especies vegetales que hacen parte del consumo humano y, por lo tanto, los residuos orgánicos podrían convertirse en materia prima para la fabricación de papel. Esta investigación se centró en evaluar el contenido de celulosa en diferentes residuos sólidos orgánicos. También, se evaluaron otras propiedades químicas como contenido de hemicelulosa y lignina, y propiedades físicas como densidad, contenido de humedad, entre otros, ya que estas propiedades condicionan los procesos de producción de papel y son importantes para conocer la viabilidad de uso y la estrategia de la extracción de la celulosa. 21 residuos sólidos fueron analizados a través de pruebas de laboratorio basadas en las normas ASTM y TAPPI y se encontró que 9 de estos tienen un alto contenido de celulosa. Tomando en cuenta todos los demás análisis se concluyó que varios residuos tienen alto potencial para ser usados en la producción de papel. El uso de residuos sólidos, además de ser una solución que promueve la protección de los bosques, se puede convertir en una alternativa para el manejo de residuos sólidos en Colombia. Bagazo: Es un residuo fibroso que se obtiene de la extracción del jugo. La producción mundial del bagazo de caña es de 234 millones de toneladas anualmente, de las cuales 50% es usado en los ingenios como combustible para las calderas. Esta cantidad de bagazo podría ser aprovechada al 100%, para generar productos de uso y además

empleo, lo que reactivaría al sector azucarero. Las fibras vegetales, obtenidas de diferentes desechos agroindustriales, son consideradas como compuestos de origen natural. Es un residuo resultante del prensado de la caña. El aprovechamiento del bagazo como materia prima para la obtención 19 de pulpa para la elaboración del papel, también se ha empleado tradicionalmente en países azucareros como materia prima para la producción de energía en las calderas. Papel bond: Características físicas del papel Humedad relativa: Es de las principales características de las hojas de papel, es aquella que causa la humedad sobre las propiedades del papel. Es bien sabido que las fibras de celulosa son higroscópicas, es decir, son capaces de absorber la humedad del ambiente que los rodea. Dicha cantidad depende de la humedad relativa y la temperatura del aire en contacto con el papel, así como la cantidad de humedad que contenga la hoja de papel, sin embargo, la mayoría de las propiedades del papel cambia como resultado de variación en el contenido de humedad. La pérdida o ganancia de agua del papel según el aire del ambiente, al absorber humedad las fibras se hinchan y al perderlas se deshinchan, causando inestabilidad dimensional. Cuando la humedad relativa se encuentra entre 35% y 50% los cambios de las dimensiones del papel son mínimos, por lo que se recomienda mantener el taller dentro de este rango y la humedad relativa del papel aproximadamente un 3% más alta. Estabilidad de dimensiones del papel: Otro importante factor que contribuye a la absorción de agua del papel son los distintos cambios dimensionales que sufre el papel durante su elaboración. Dichos cambios dimensionales se originan por la tensión y concentración de la hoja de papel. Cambios en el diámetro de las fibras de celulosa de 15% a 20% han sido presentados cuando la fibra pasa de un estado seco a su estado de saturación. La estabilidad dimensional es la resistencia de papel a deformarse ante las variaciones extremas de humedad. Es la capacidad del papel para conservar sus dimensiones sin cambio, a pesar de las variaciones en su contenido de humedad o a los esfuerzos mecánicos a los que se vea sometido, desde que queda terminado en la máquina de papel, hasta su uso final.

Morfología de la caña de azúcar: Raíz: Son de tipo fibroso, conocida en la industria azucarera latinoamericana como cepa, se extiende hasta 80 cm de profundidad cuando los suelos son profundos. La raíz es una parte esencial de la planta ya que permite la absorción de nutrimentos y agua, además del anclaje de la planta, especialmente necesario en plantaciones cosechadas mecánicamente, ya que la cosechadora remueve las raíces cuando éstas son muy superficiales y cuando están asociadas con suelo arenoso. Las raíces se producen ya sea como raíces de las plántulas después de la germinación de una semilla o como raíces adventicias originarias desde el nudo de la caña. Las raíces de la estaca se desarrollan la primordial radicular localizada en la estaca-madre mientras que las raíces de los brotes, más espesas, provienen de los primeros días de los brotes nuevos. El sistema radicular de una cepa adulta comprende las raíces superficiales esenciales absorbentes, las raíces de fijación más espesas y las raíces cordones, capaces de absorción a profundidades considerables. Tallo: El tallo esta hecho de nudos y entrenudos con una hoja y una yema axilar dispuestas alternativamente a cada lado del nudo. Existe una gran variedad de colores, de formas y de tamaños en la Saccharum. En la cima del tallo se encuentra el meristemo apical que se divide activamente para desarrollar los tejidos del tallo y de las hojas considerables, (13). Indica que el tallo de caña de azúcar no presenta ramificaciones, su sección transversal es aproximadamente circular, diferenciado en segmentos compuestos por un nudo y un entrenudo. Los nudos son normalmente espaciados, en intervalos de 15 a 25 cm, siendo más espaciados en la parte superior del tallo o vástago, donde se produce la elongación y, más próximos entre sí, en la base de la planta Hoja: La hoja consta de dos partes: la vaina y el limbo. La vaina es de forma tubular y su superficie externa. En el collar de la hoja se encuentran apéndices en forma de oreja, llamada auriculares, y se localiza en la parte superior del margen de la hoja. Los bordes del limbo son en la mayor parte de las variedades dentados con dientes marginales inclinados hacia el ápice de la hoja, muy cortantes, (13). Las hojas son compuestas por vaina y lámina foliar y se unen al tallo en la base de los nudos, de modo alternado en dos líneas opuestas al vástago, la unión entre estas dos partes se denomina lígula y en cada extremo de

esta existe una aurícula con pubescencia variable. La forma y el color de la lígula, así como la forma de una aurícula, son características importantes en la diferenciación de las variedades de caña de azúcar. La lamina foliar es la parte más importante para el proceso de fotosíntesis y la vaina tiene forma tabular ya que envuelve al tallo y esta se ancha en la base. Flor: En la etapa de la inflorescencia es un panículo plumoso llevando espiguillas. Cada espiguilla está compuesta de una gluma exterior y de una interior, de un lema estéril y de un florón. La inflorescencia es un panículo plumoso llevando espiguillas. Cada espiguilla está compuesta de una gluma exterior y de una interior, de un lema estéril y de un florón. Los entrenudos contienen las estructuras celulares especializadas en la transferencia y el almacenamiento de la sacarosa. Cada flor está rodeada de pubescencias largas que le dan a la inflorescencia un aspecto sedoso, en cada ovario hay un ovulo el cual, una vez fertilizado da origen al fruto, por lo tato lo que es comúnmente se conoce como semilla es una cariópside. El fruto es de forma de 0.5 mm de ancho y de 1.5 mm de largo aproximadamente. Composición física y química del bagazo de caña de azúcar Composición física del bagazo de caña: Considerando el azúcar como el principal producto de una fábrica de azúcar de caña se puede decir que esta industria genera otros subproductos, los cuales no son menos importantes. Algunos de ellos se originan durante la cosecha, como el cogollo y la paja y otros se obtienen en el proceso industrial, entre los cuales se encuentran principalmente el bagazo, las mieles finales y la cachaza. Entre ellos, el de mayor volumen y que tiene un uso inmediato en la propia fábrica es el bagazo, el cual puede alcanzar entre un 26 % a un 29 % del peso de la caña molida. Este bagazo está constituido por agua, sólidos insolubles y cantidades más pequeñas de sólidos solubles. Los valores más representativos son los siguientes: Humedad: 46-52 %; sólidos particulados: 40- 46 %; y sólidos solubles: 6-8 %. 20 Por otro lado, los sólidos particulados están formados por dos tipos de estructuras bien diferenciadas: las fibras y la medula o meollo. Las fibras están formadas por células cilíndricas y tejidos vasculares de paredes duras, las cuales se encuentran en la corteza y en la parte interior. Por su parte el meollo está formado por células parenquimatosas de forma irregular y de paredes finas con

poca fuerza estructural, que se encuentran en la zona central de la caña y son de carácter esponjoso pudiendo absorber hasta 20 veces su propio peso en agua. La parte fibrosa es muy apropiada para la obtención de pulpa para la fabricación de papel y la producción de elementos aglomerados en forma de tableros. Los sólidos particulados también están acompañados de algunas cantidades de elementos finos y otros elementos extraños o suciedades que acompañan a la caña durante la cosecha y el transporte a la industria. Las proporciones de estos componentes son: fibra: 60 – 65%; medula: 18 – 20 %; finos e suciedades: 10 – 12%. El azúcar se obtiene del jugo fresco y dulce de la caña, sus hojas y tallos se utilizan como forraje para el ganado. Hay diferentes tipos de azúcar, desde el piloncillo o panela hasta el azúcar refinado, los cuales se usan como alimento básico del hombre o como materia prima para la industria. La cual está compuesta: fibra 45%, sólidos no solubles 2-3 %, sólidos solubles 2-3%. La fibra está compuesta de toda la fracción solida orgánica insoluble en agua presente, originalmente en el tallo de la caña de la azúcar. Esta fracción es la portadora de los elementos estructurales que hacen que el bagazo de caña para la fabricación de celulosa, papel y tableros. Los sólidos no solubles o fracción insoluble en agua de la naturaleza, principalmente inorgánica, está compuesta por tierra, piedras y otras materias extrañas. Esta fracción, aunque es muy pequeña participa en la composición del bagazo y esta grandemente influida por las condiciones de manipulación agrícola de la caña, es decir tipo de corte, y de recolección, los sólidos solubles abarcan la fracción que se disuelve en agua compuesta, fundamentalmente, por sacarosa. Composición química del bagazo de caña: La caña de azúcar es uno de los mejores productores de biomasa y el mejor acumulador de azúcar y fibra por su alta capacidad fotosintética. Como fibra agroindustrial, el bagazo 21 tiene la composición, propiedades y estructura más apropiadas para diferentes usos. Se designa fibra a todos los sólidos orgánicos insolubles en agua, que se encuentran en el tallo de la caña de azúcar los cuales se caracterizan por su heterogeneidad. La composición química del bagazo, se encuentra integrado por celulosa (50%), hemicelulosa (25%) y lignina (25%). Las fibras del bagazo son fibras rígidas, de contornos irregulares, presentan fibras partidas a consecuencia del trabajo mecánico al que son sometidas durante su procesamiento.

Celulosa: Es el principal componente de las biomasas celulósicas (almidones) y lignocelulósicos (bagazos, raquis, hojas entre otros). La celulosa es un biopolímero que normalmente contiene entre 200-7000 unidades de monómero - glucosa, las cuales están ligadas a través de enlaces - 1,4 formando estructuras plano helicoidales, (35). Tanto la celulosa, como la homicelulosa están constituidas por monómeros cíclicos saturados de alto contenido de oxígeno, en las cuales de alguna manera es posible establecer su estructura química, a diferencia de la lignina que posee una estructura tridimensional sin ninguna secuencia clara en la repetición de los monómeros. En las biomasas lignocelulosicas, la celulosa, hemicelulosa y lignina están entrelazados formando estructuras muy complejas que le confieren flexibilidad y resistencia al mismo tiempo. Hemicelulosa: Tanto la celulosa, como la hemicelulosa están constituidos por alto contenido de oxígeno, en los cuales es fácil distinguir la secuencia de repetición de los monómeros, por lo cual de alguna manera es posible establecer su estructura química, a diferencia de la lignina que posee una estructura tridimensional sin ninguna secuencia de repetición de los monómeros. La hemicelulosa está formada por una estructura muy compleja que le confieren flexibilidad y resistencia estructural al mismo tiempo. Lignina: Es uno de los biopolímeros más abundantes en las pantas y junto con la celulosa y la hemicelulosa conforma la pared celular de las mismas en una disposición regulada de nivel nano estructural. La composición o distribución de los tres componentes en esas redes varía dependiendo de cuál sea el tipo de tejido vegetal o de cada especie de planta. La lignina se halla en todas las plantas 22 vasculares y, al igual que muchos otros componentes de la biomasa, se forma mediante la reacción de fotosíntesis. La lignina está químicamente enlazada y al mismo tiempo entremezclada, especialmente con hemicelulosa, de esta manera la lignina protege a la celulosa de diversos ataques y de la degradación natural en la planta viva. En la agroindustria del papel, la mayor parte de la lignina es disuelta en el licor de cocción, formando el

licor agotado o negro, que puede volverse a utilizar como licor de cocción, debido a que el objetivo primario en la producción de pulpa consiste en la liberación de las fibras celulósicas eliminando la lignina, si se tiene en cuenta que una planta deposita la lignina con el propósito de reforzar la resistencia mecánica de las fibras. Descripción de los procesos industrial del papel a partir del bagazo de caña de azúcar Cosecha y transporte: Los trabajos de cosecha implican procesos de planificación previas partir de información del estado madurativo de la caña de azúcar, la materia prima procesada en Industria proviene en un 90% de áreas propias y el 10% restantes de proveedores externos. La caña propia se cosecha el 92% mecánicamente y el 8 % con corte manual y carga mecánico. Desmedulado: Allí se separa la fracción rica en fibra de la médula que no es apta para la fabricación del papel. La fibra se envía al almacenaje y la médula es conducida a la Central Termoeléctrica en donde se quema en calderas para producir vapor y energía, reduciendo el consumo de combustibles fósiles. La separación fibra/médula se realiza mediante un proceso mecánico en equipos desmeduladores. Estos equipos poseen paquetes de martillos que golpean el bagazo integral contra cribas que permiten el pasaje (rechazo) de la médula y la retención (aceptado) de la fracción rica en fibra. Almacenaje de la fibra: Para su almacenaje consiste en acomodar el bagazo de caña con una humedad del 50% en un lugar espacioso y cubierto que permita un buen estado de factores climáticos, un factor importante en este tipo de almacenamiento es la reglas de seguridad que deben seguirse para asegurar una buena ventilación y protección contra incendios.

Digestión y lavado: La fibra entra en la planta de pulpa es sometida a un proceso de cocción con soda cáustica y vapor de alta presión y temperatura, conocido como "proceso a la soda", el más limpio de los procesos de pulpeo. Su finalidad es eliminar parte de la lignina contenida en la fibra de caña de azúcar; la lignina es el “cemento” natural que une a las fibras de los vegetales en forma

de haces fibrosos. Esta operación se efectúa en digestores continuos. En el proceso de digestión, la pulpa pasa a un tanque de soplado, en donde se efectúa la despresurización. La pulpa, en esta etapa, presenta un color marrón. Seguidamente es enviada al sector de filtros lavadores en contracorriente donde es 25 separada del licor residual del cocimiento, más conocido como "licor negro"; este licor se procesa en el anillo de recuperación, donde es reconvertido en soda cáustica para su nueva utilización. Posteriormente, la pulpa se depura para separar arena y otras impurezas que pudieran aparecer. La pulpa marrón depurada obtenida puede continuar así hacia el proceso de blanqueo. Blanqueo de la pulpa: La función principal de esta planta es la de retirar la lignina residual que le confiere el color marrón a la pulpa. Esto se logra paulatinamente a lo largo del proceso de blanqueo por reacciones químicas que ocurren en cada una de las etapas (torres de retención y posterior lavado por filtración) para eliminar los productos de cada reacción. Mediante estos procesos químicos de digestión y blanqueo se obtiene la pulpa para producir papeles "Woodfree", término con el que en la industria papelera se distingue aquellos que no contienen lignina, a diferencia de los que provienen de un proceso de pulpeo mecánico. La pulpa blanqueada es luego utilizada para la producción del papel. Cabe destacarse que los químicos utilizados en el blanqueo son producidos en la planta química de la fábrica. Se produce soda cáustica de alta pureza, cloro, ácido clorhídrico e hipoclorito de sodio. Fabricación del papel: La pulpa de fibra de caña blanqueada, materia prima principal para la fabricación del papel, se le agregan fibra larga de pino (en mínima proporción para lograr óptimas resistencias mecánicas en el papel), recorte propio (que se recicla en el propio proceso), carbonato de calcio precipitado (PCC), encolantes y aditivos, de acuerdo con la formulación específica de cada fabricación, (41). El carbonato de calcio, que es la carga mineral agregada al empaste para dar opacidad al papel, se obtiene en forma sintética, por reacción de cal con gas carbónico CO2, captado de las chimeneas de calderas. De esta forma se refuerza el aprovechamiento integral y se reducen las emisiones gaseosas a la atmósfera. La mezcla de fibras y aditivos en agua se pasa a través de depuradores para mejorar su calidad y limpieza antes de que ingrese a la mesa de fabricación de la máquina de papel. La mesa de fabricación

posee una malla plástica que gira a alta velocidad. Mediante una combinación de efectos de gravedad y vacío, el agua drena a través de la malla quedando al final de la mesa de fabricación una estructura húmeda de fibras entrelazadas que es en sí el principio de la hoja de papel. Posteriormente se pasa esta hoja por un sistema de prensado y secadores de vapor para eliminar el exceso de humedad que todavía contiene. La hoja de papel es pasada por un sistema de rodillos pulidos, llamado calandra, que prensa la hoja, para dar lisura y calibre. Esta hoja continua de papel es enrollada en rollos de gran porte, llamados "popes", los que posteriormente se procesan en una bobinadora que corta a bobinas de anchos y diámetros menores de acuerdo con lo solicitado por los clientes o por el programa de conversión a productos finales, por ejemplo, resmas u hojas.

HIPÓTESIS: La propuesta de una planta productora de papel bond a partir de bagazo reducirá las cantidades importadas a nivel nacional, a su vez cumplirá con los aspectos comerciales, técnicos, económicos y financieros. METODOLOGÍA. TIPO Y NIVEL DE INVESTIGACIÓN. El tipo de investigación del presente trabajo reúne los requisitos de uno de tipo investigación longitudinal, en razón, que se utilizaron datos de producción, importación y demanda de distintos años, de los cuales se analizaron las tendencias de estas durante el paso del tiempo. El nivel de investigación es de aplicativo comparativo porque plantea reducir las importaciones de hojas de papel bond aplicando una planta productora con un fin técnico, comercial, económico y financiero.

DISEÑO DE INVESTIGACIÓN. Es un diseño de investigación cuantitativa no experimental, ya que el planteamiento corresponde a un estudio para analizar la factibilidad de una planta de elaboración de

papel bond a partir del bagazo producido por la línea productiva de azúcar, con el fin de reducir la importación nacional de dicho producto. OPERACIONALIZACIÓN DE VARIABLES Variables Reducir la importació n nacional.

Tipo de Variable

Definición Dimensiones conceptual Disminución de los valores y cantidades Dependiente Demanda importadas de papel bond a nivel nacional. Comercial

Factibilidad de la instalación Independient de una e planta de papel bond.

Implementación de un área especializada en la elaboración de papel bond a base de bagazo de caña

Indicadores Porcentaje de la participación de mercado de la oferta nacional e importaciones.

Técnica

Bibliografías relacionadas a la producción de papel. Costos de inversión

Económica y financiera

Disponibilidad económica para cubrir los gastos de instalar la planta de papel bond

Informes de importación Informes de producción Informes de tendencias de consumo Libros de técnicas de elaboración de papel bond Bibliografías relacionadas con producción de papel Costos de inversión y fuentes financieras

OBJETIVO 1: OBJETIVO 2: OBJETIVO 3:

Informes de importación

Productividad, capacidad y metodología de producción.

TÉCNICAS E INSTRUMENTOS DE RECOLECCIÓN DE DATOS

PROCEDIMIENTOS

Informes de producción

Tablas de requerimientos Mercado demandante con Informes de poder adquisitivo tendencias de consumo

Elaboración: Propia.

     

Instrumentos

Fuentes financieras

PLAN DE PROCESAMIENTO Y ANÁLISIS DE DATOS Con respecto a la información propuesta por parte de los gráficos de tendencias y cuadros producción e importaciones, éstas fueron validadas por medio del software Microsoft Excel, de modo que en este programa se procesó todos los resultados estadísticos y análisis de información propuestos. Por otro lado, para los datos recolectados se utilizó la herramienta TRADE MAP, el cual permitió sistematizar toda la información cuantitativa con respecto a las importaciones nacional, teniendo datos organizados y veraces. MATRIZ DE CONSISTENCIA Problema de investigación Estudio de prefactibilidad de instalación de una planta de papel bond aprovechando bagazo de caña para reducir la importación nacional. Área

Problema

Causas

Indicadores

Porcentaje de la participación de mercado de la oferta nacional e importaciones. Bajo nivel Gran Mercado de participación producción demandante con de mercado por parte poder adquisitivo por parte de Macro Producció de las las localización y n diferentes importaciones industrias micro localización de papel bond de planta productora a nivel s de papel Disponibilidad nacional. bond. económica para cubrir los gastos de instalar la planta de papel bond

Hipótesis

Variables

La propuesta de una planta productora de Variable papel bond a dependiente: partir de Reducir la bagazo importación reducirá las nacional. cantidades de importadas a nivel nacional, a su vez Variable cumpliendo Factibilidad de la con los instalación de una aspectos planta de papel comerciales, bond. técnicos, económicos y financieros.

Elaboración: Propia.

CONSIDERACIONES ÉTICAS Se sustentó de manera verás y transparente los datos obtenidos por las distintas fuentes y herramientas bibliográficas, considerando a manera de citas toda la información consultada. ACTIVIDADES Y PREVISION DE RECURSOS