obtencion de fibra textil a a partir de polietileno tereftalato desecho final
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OBTENCION DE FIBRA TEXTIL A PARTIR DEL POLIETILENO TEREFTALATO DE DESECHO.
RESUMEN
El Polietileno Tereftalato (PET) es un plástico de poliéster empleado en la
fabricación de envases para alimentos y bebidas. Por sus propiedades tales como
su resistencia es apto reutilizarlo al convertirse en desecho. Se estableció un
proceso en el cual se obtuvo fibra textil a partir del PET de desecho, recolectado
en zonas urbanas. En esta tesis se proporciona información sobre el diseño del
proceso, como explicar cada etapa de este proceso, selección y cotizaciones de
los equipos, balances de materia y energía para que se lleve a cabo la obtención
de fibra textil de PET desecho.
PALABRAS CLAVE: PET DESECHADO, FIBRA TEXTIL DE POLIESTER.
ABSTRACT
DENISSE OLVERA CERVANTESMARISOL ROSAS LEÒN Página 1
OBTENCION DE FIBRA TEXTIL A PARTIR DEL POLIETILENO TEREFTALATO DE DESECHO.
The polyethylene Terephthalate it’s plastic polyester used to make food & drinks
bottles. It is for it´s properties, such as it´s high resistance that its suitable reuse it
when it becomes waste. A process in which ass been obtained textile fiber, has
been established, this by using reused PET, collected in urban areas. The obtained
PET fiber decreased large waste percentages that are found in the public roads,
landfills, etc. It is for this reason that the information about the process design to
obtain textile fiber from the reused PET, the equipment selection, mass & energy
balances and the characteristics of the final product are given In this report,
INDICE
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Contenido Página
1. INTRODUCCIÓN 5
2. ANTECEDENTES 9
3. Hipótesis 13
4. Objetivos 13
5. MATERIAL Y MÉTODOS 14
6. OBTENCION DE LA FIBRA TEXTIL 21
6.1 Adquisición de materia prima 21
6.2 Pesado del PET 23
6.3 Transportación del PET 24
6.4 Molienda 25
6.5 Separación 27
6.6 Lavado 29
6.7 Secado
6.8 Extrusión
8. RESULTADOS
7.1 Balance de masa
7.2 Balance de la Etapa de Trituración
7.3 Balance de la Etapa de Separación de otros
31
32
36
36
37
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Plásticos
7.4 Balance de la Etapa de Lavado
7.5 Balance de la Etapa de Secado
7.6 Extrusión
9. DISCUSION
CONCLUSIONES
REFERENCIAS
39
41
43
45
54
65
66
1. INTRODUCCION
En la actualidad, en México tiene un mal sistema de gestión de la basura esta
ocasiona un deterioro y depreciación del entorno debido a la contaminación del
aire, del agua y del suelo. Los plásticos ocupan el 45% de volumen de la basura,
el acumulado de basura es un grave problema debido que se talan áreas verdes
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para instalar rellenos sanitarios, que a su vez producen una proliferación de
insectos, roedores y microorganismos patógenos.(Schwanse, 2007).
En México se producen anualmente 413,000 Toneladas de PET por año, de las
cuales 90 millones de botellas de refrescos y agua purificada, son lanzadas a las
vías públicas, bosques y playas de México. (INE, 2009).
El consumo de polietileno Tereftalato (PET) alcanza los 7.2 kilogramos por
persona por año. El tiempo que tarda en degradarse el polietileno Tereftalato es
de 100 a 1000 años, un material duro de degradar: los microorganismos no tienen
mecanismos para atacarlos. Por su lenta degradación y a su acumulación los
materiales plásticos son recuperables. La solución a esto es el reciclaje. Esto
impulsa el desarrollo social, económico y disminuirían los problemas de
contaminación. (CUIAGUA. 2011).
Un reúso nacional del PET no sólo es una medida urgente respecto de la limpieza
pública y de un manejo más eficaz de la gestión integral de residuos sólidos para
evitar el rebose de los rellenos sanitarios municipales. También es preciso crear
beneficios al medio ambiente y fundar un pensamiento hacia una economía
sustentable que ahorre materia prima y recursos energéticos. (Schwansee, 2007)
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México sigue siendo un productor importante de fibras, pero si no utiliza el PET en
estos procesos, es por una cuestión cultural, ya que se piensa que son de poca
calidad, cuando no es así, afirmó Jorge Treviño, director de ECOCE.
Es por ello que se pretende reutilizar el PET para la fabricación de hilaturas
textiles. Algunos principales usos de la fibra de poliéster son en ropa, alfombras,
cortinas, sábanas y fundas de almohadas, cubiertas de pared, y relleno de fibra
para distintos productos como almohadas y muebles.
La fibra textil del reciclado de PET es de menor costo que a la elaborada con
resinas vírgenes. El reúso de PET es un negocio cada vez más rentable debido a
que este material se ha encarecido por el aumento de los precios del petróleo, el
reciclado de PET ha generado mil empleos directos y 5 mil 500 indirectos. (Zúñiga,
2005).
Santiago García, gerente de la Asociación para la Recuperación del PET, dijo que
en China, este energético se usa para la elaboración de fibras sintéticas, con las
que elabora prendas de vestir que exporta. Estas prendas son las terceras en
importación en México, tanto en valor como en volumen, y es precisamente China
el principal proveedor. (La Sección Sostenibilidad. Junio 3, 2011).
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La cantidad de botellas de PET recuperados al año es aproximadamente 71,300
toneladas por año, del cual el 17.3% es para reciclaje y el 80% es exportado a
china. La cantidad disponible para la fibra textil seria el 80% entonces, si el peso
aproximado de una botella de PET es 0.050 Kg. Se obtendrían 3565 toneladas de
PET anualmente. Por cada kilogramo de PET se obtienen 900 g de fibra, por lo
tanto la cantidad de fibra que se obtendría será de 3208 toneladas por año.
(Instituto Nacional de Ecología, 2009)
Las fibras textiles que ahora se producen a partir de PET son gruesas, se
pretende obtenerlas delgadas, mediante el proceso de hilatura, se le darán
cualidades para poder confeccionar geotextiles tales como relleno de almohadas y
prendas térmicas.
Al evaluar las propiedades químicas del PET se mostró que con un kilo del
material se pueden producir 900 gramos de fibra; es de decir, casi se obtiene un
rehusó completo del material. (Schwanse, 2007).
La extrusión, el proceso de extrusión comienza con la llegada del plástico triturado
y procesado a la tolva de la extrusora, este plástico cae al cilindro principal donde
se encuentra el husillo, este gira concéntricamente en el cañón impulsado por el
motor eléctrico, El PET comienza a fundirse y fluir a través del cañón debido a las
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elevadas temperaturas que este adquiere. Después de que el PET se extruye,
saldrá por una boquilla de monofilamentos hacia un baño de enfriamiento, El
monofilamento se pasa por rodillos tensores para el primer estiramiento. Los
segundos rodillos giran a mayor velocidad que los primeros, para que el PET
presente un estiramiento considerable. Después de los estiramientos los
monofilamentos pasan por rodillos a la devanadera donde simplemente se
embobinan en carretes para darles más torsión. (Ramos, 2007).
2. ANTECEDENTES
El polietileno Tereftalato fue producido por primera vez en 1941 por los científicos
británicos Whinfield y Dickson, quienes lo patentaron como polímero para la
fabricación de fibras. Esto surgió debido a la guerra, existía una apremiante
necesidad de buscar sustitutos para el algodón proveniente de Egipto. A partir de
1946 se empezó a utilizar industrialmente como fibra y su uso textil ha proseguido
hasta el presente. (J. Gacèn, 1983)
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Durante la última década el uso del Polietileno Tereftalato (PET) en distintas
industrias se ha incrementado significativamente. Sin embargo, el uso de botellas
de PET ha generado un problema ecológico ya que estas, una vez utilizadas son
desechadas como basura, contaminando los campos y generando grandes
volúmenes de basura. Tirar las botellas de PET a la basura no es solo un
problema ecológico sino también económico, ya que éstas son elaboradas a base
de petróleo crudo, un recurso No Renovable. (TECNOLOGIA DEL RECICLAJE
S.A. de C.V. )
Existen talleres como RECIMEX que desarrolla proyectos, para la creación y
desarrollo de empresas de reciclaje de plásticos.
En México existen compañías que usan las botellas recuperadas de PET para
fabricar geotextiles (tela no tejida como ropa médica), fibra de relleno para
almohadas, chamarras, bolsas para dormir, peluches etc.
MorfoPlas es la primera fábrica de fibra corta de poliéster reciclado en México a
un nivel importante, le vende principalmente a Grupo Providencia, que hace
cobertores. (MorfoPlas, 2002).
Otra empresa dedicada a la producción de fibra textil a partir del PET reusado es
TECNOLOGIA DEL RECICLAJE ubicada en Tecámac, Estado de México, cuyo
propósito es generar valores agregados a la sociedad a partir de los residuos
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plásticos. Actualmente transforma alrededor de 1000 toneladas al mes de
desechos de PET en la elaboración de productos de calidad mundial. Fabrica
Geosintéticos, Telas Punzonadas no Tejidas, Fibras Cortas de Poliéster para
Acojinamientos y Aislantes de Ruido. Además distribuye en el país los Sistemas
de Retención de Muros Mesa®, Geomallas Tensar®, Sistemas de Control de
Erosión de Suelos North American Green® y Geomembranas Poliflex®.
(TECNOLOGIA DEL RECICLAJE s.a de c.v., 2008)
Niké pionera en la tecnología deportiva, produjo uniformes hechos con botellas de
plástico PET. Diez selecciones de fútbol, equipos grandes como Brasil, Inglaterra,
Holanda, etc., jugaron la Copa del Mundo con uniformes hechos completamente
de material reciclado. La marca apunta que se necesitan ocho botellas de plástico
para producir un uniforme completo. Tanto las versiones para los equipos
nacionales como las de venta al público estarán confeccionadas con estos
materiales. La fabricación consiste en recolectar los envases en sus instalaciones
de reciclado y reparación de residuos, ubicadas en Japón y Taiwán. Se lavan las
botellas, se les retiran las etiquetas, y después se cortan en láminas que se
funden para crear un hilo delgado que sirve para el tejido de la ropa deportiva.
Nike reveló que ha reciclado 13 millones de botellas plásticas hasta el momento.
(Walter González, Febrero, 2010)
El Instituto Tecnológico de Aguascalientes inició una investigación de manera
conjunta con la Universidad Autónoma de Guadalajara para obtener a partir de
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botellas de PET fibra de poliéster. El procedimiento empleado por los expertos de
ambas casas de estudio consiste en recolectar y clasificar las botellas, eliminar la
impureza mediante un sistema de lavado, y una vez limpio el material secarlo a fin
de formar hojuelas mediante trituración. (Énfasis PACKAGING, 2002)
El doctor Juan Carlos Tapia Picazo, profesor-investigador del Departamento de
Ingeniería Química y Bioquímica del Instituto Tecnológico de Aguascalientes,
explicó que al obtener las hojuelas el plástico es fundido, después se utiliza un
sistema de bombeo con el objetivo de pasar al proceso de hilatura, que es donde
se transforma el PET en filamento, es decir, en la fibra textil. Las fibra de textiles
que ahora se producen a partir de PET son gruesas, pero en este nuevo concepto
al producir más delgadas las fibras, mediante la hilatura, se puede dar cualidades
para confeccionar cobijas y playeras. La primera etapa de la investigación
consistió en diseñar el proceso, en la etapa piloto se construyen y diseñan los
equipos, capaces de producir 500 kilos de fibra poliéster por día. Se considera que
en escala industrial la producción alcanzará una tonelada diaria. (Énfasis
PACKAGING, 2002)
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3. HIPOTESIS
Establecer un proceso para obtener una fibra textil a partir de del PET de
desecho que será empleada para industrias textiles.
4. OBJETIVOS
Objetivo general:
Diseñar una planta piloto para la obtención de fibra textil a partir del
polietileno Tereftalato (PET) de desecho.
Objetivos específicos:
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Establecer el proceso de obtención de fibra textil a partir del PET de
desecho.
Seleccionar el equipo adecuado para el proceso de obtención de fibra textil
a partir del PET de desecho.
Realizar los balances de materia y energía dentro del proceso.
Cotizar los equipos para el proceso de obtención de fibra textil a partir del
PET de desecho
5. MATERIAL Y METODOS
5.1 Polietileno Tereftalato (PET)
Es un tipo de plástico derivado del petróleo muy usado en envases de bebidas y
textiles. El PET es un polímero que se obtiene mediante una reacción de
policondensación entre el ácido tereftálico y el etilenglicol en presencia de un
catalizador de antimonio. La reacción se lleva a cabo a altas temperaturas y de
vacío para alcanzar el peso molecular alto necesidad de formar fibras útiles.
Pertenece al grupo de materiales sintéticos denominados poliésteres. Es un
polímero termoplástico lineal con un alto grado de cristalinidad.
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Las propiedades físicas del PET y su capacidad para cumplir diversas
especificaciones técnicas han sido las razones por las que el material haya
alcanzado un desarrollo relevante en la producción de fibras textiles y en la
producción de una gran diversidad de envases, especialmente en la producción de
botellas, bandejas, flejes o zunchos y láminas.
Propiedades principales:
Cristalinidad y transparencia, aunque admite cargas de colorantes
Buen comportamiento frente a esfuerzos permanentes
Alta resistencia al desgaste
Buena resistencia química
Buenas propiedades térmicas
Muy buena barrera a CO2, aceptable barrera a O2 y humedad.
Totalmente reciclable
Aprobado para su uso en productos que deban estar en contacto
con productos alimentarios.
Alta rigidez y dureza.
Altísima resistencia a los esfuerzos permanentes.
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Superficie barnizable.
Gran indeformabilidad al calor.
Muy buenas características eléctricas y dieléctricas.
Alta resistencia a los agentes químicos y estabilidad a la
intemperie.
Alta resistencia al plegado y baja absorción de humedad que lo
hacen muy adecuado para la fabricación de fibras.
(Universidad de Valladolid, 2010).
EL PRINCIPAL USO DE LA RESINA PET ES LA FABRICACIÓN DE ENVASES
PARA:
Refrescos
Agua purificada
Aceite comestible
Alimentos
Medicinas
Productos de limpieza
Productos de aseo personal
Cosméticos, entre otros
LAS LINEAS DE PRODUCTOS DE PET SON TRES:
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PET de grado textil: Es utilizado para fabricar fibras sintéticas,
principalmente poliéster en sustitución de algunas como algodón o lino. Ya
sea como filamento continuo o como fibra cortada, el PET encabeza a los
polímeros textiles. Se emplea para la producción de fibras de confección y
para rellenos de edredones o almohadas, además de manufacturarse con
él tejidos industriales de sustentación para cauchos, lonas, bandas
transportadoras y otros numerosos artículos.
PET de grado botella: Es utilizado para fabricar botellas debido
principalmente a que el PET ofrece características favorables en cuanto a
resistencia contra agentes químicos, gran transparencia, ligereza, menores
costos de fabricación y comodidad en su manejo. Aunque comúnmente se
asocia con el embotellado de las bebidas gaseosas, el PET tiene infinidad
de usos dentro del sector de fabricación de envases.
PET de grado film: El PET se utiliza también en gran cantidad para la
fabricación de film: en la práctica, todas las películas fotográficas, de rayos
X y de audio están hechas de PET.
Como se puede apreciar, la gama de productos que incluyen al PET es muy
grande, y por consecuencia de los grandes niveles de consumo, la generación
de residuos sólidos es considerable.
DATOS ESTADÍSTICOS SOBRE EL PET EN MÉXICO
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A NIVEL NACIONAL
Demanda de PET 413,000 toneladas por año
Envases de PET recuperados 71,300 toneladas al año
Porcentaje recuperado para reciclaje 17.3%
Puede decirse que aproximadamente un 54% del PET se encuentra:
En almacén para su distribución o venta
Dispuesto inadecuadamente en calles, rellenos sanitarios etc.
El PET es el cuarto plástico más utilizado por la industria:
Plásticos de mayor demanda en la industria (en miles de toneladas):
Polietileno de baja densidad (PEBD) = 1314 t
Polietileno de alta densidad (PEAD) = 1022 t
Polipropileno (PP) = 974
Tereftalato de polietileno (PET) = 633
Poliestireno (PS) = 389
Policloruro de vinilo (PVC) = 535
TOTAL = 6424 t
(Instituto Nacional de Ecología, 2009).
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Propiedades del PET
Tabla1: Propiedades del polietileno tereftalato. (Universidad de Valladolid, 2010).
Resistencia a la tracción hasta la deformación (MPa). 59
Resistencia a la tracción hasta la rotura (MPa). No rompe
Alargamiento hasta la rotura. No rompe
Modulo de elasticidad en tracción (MPa). 2,420
Resistencia a la flexión (MPa). 86
Resistencia al impacto Charpy. No rompe
Dureza Rockwell (escala M/R). 111
Dureza a la presión de la bola. 117
Relación de Poison. .37-.44
Densidad (g/cm3). .85
5.2 HOJUELA
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Las hojuelas de PET se obtienen de botellas recolectadas previamente
seleccionadas, las cuales son trituradas y lavadas a altas temperaturas para poder
ser utilizadas directamente en procesos de extrusión de plásticos, donde
nuevamente se someten a temperaturas de 245 C. Se garantiza que solamente
son hojuelas de PET y no combinaciones de otros materiales.
Las aplicaciones de la hojuela son:
Fibras de Poliéster
Laminas de PET
Embalaje
Escobas plásticas
Termo formados de PET
Botella plástica
Plásticos extruidos
Juguetes
(Recicladora de plástico Por un mundo mejor, 2008)
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Imagen 1: Aplicaciones de fibras terxtiles de PET Fuente: Tecnología del reciclaje S.A.
de C.V. http://www.tecnologiadereciclaje.com
6. OBTENCION DE LA FIBRA TEXTIL
6.1 ADQUISICION DE MATERIA PRIMA
Las botellas de PET recolectadas se adquieren en almacenes y fuentes de acopio
de materiales reciclables, se venden por pacas de 100 kg, en este caso se
estableció una condición en el momento de la compra: el PET recolectado debe
ser transparente y sin residuos dentro, por el motivo de que los pigmentos que
tienen las botellas de color pueden afectar durante el proceso. En algunos
almacenes donde se vende el PET limpio no se lleva a cabo la separación de
otros plásticos y es de mayor costo.
El lugar elegido para disponer del PET se llama Administración de Reciclado, S.A.
de C.V., que se encuentra en Ediberto Jara # 238, Colonia Ejido. La persona a
tratar es con Feliz Marin Pulido.
Los precios de venta son $ 6.50 mn el kilogramo de PET sin prensar y con
prensado el kg de PET cuesta $ 7.00 mn.
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Imagen 2: Trabajadores recolectando el PET comprado. Periódico La jornada Guerrero,
2011.
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6.2 PESADO DE PET
Es la acción de cuantificar la masa del material que entrara al proceso
dependiendo del requerimiento de las maquinas o de producción. Se utilizo 4 taras
de 25 kg para pesar el PET en la báscula. Esta báscula tiene una capacidad de 1
tonelada (1,000 kg).
Se ingreso 100 kg de botellas de PET al proceso.
Imagen 3: Báscula industrial. Tomada de www.oxl.com
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6.3 TRANSPORTACION DEL PET
Las cintas transportadoras son elementos auxiliares de las instalaciones, cuya
misión es la de recibir un producto de forma más o menos continua y regular para
conducirlo a otro punto. Por otra parte, las cintas son elementos de una gran
sencillez de funcionamiento, que una vez instaladas en condiciones suelen dar
pocos problemas mecánicos y de mantenimiento. Son aparatos que funcionan
solos, intercalados en las líneas de proceso y que no requieren generalmente de
ningún operario que manipule directamente sobre ellos de forma continuada.
(Pedro Sabate Carreras,2011)
Después de que el PET pase por las etapas de trituración, separación-lavado y
secado, se irá desplazando por medio de estas bandas.
Los motores para impulsar a los transportadores son por lo general trifásicos de 60
hz y de 220 V; 220/440 V; 550 V y de 4 cables a 208 V. Sin embargo se procede
usar un motor de jaula de ardilla con unidades motrices de hasta 7,457 kw (10 hp).
El control del transportador será un computador que programara la capacidad
nominal dentro de las tolerancias. (Manual del Ing. Quimico, Perry, pag 21-14,
séptima edición, 2010)
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6.4 MOLIENDA
Figura 1. Diagrama de la etapa de molienda
Consiste en reducir las botellas adquiridas en hojuelas no mayores de 14 mm de
tamaño. Esta acción se realiza por medio de una trituradora de plásticos. Es
importante triturar la botella sucia completa con la tapa rosca y etiqueta, debido a
que ya obtenidas las hojuelas se facilita su lavado y separación de otros plásticos
como el polietileno de baja densidad (LDPE) y PVC que provienen de las tapa
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PET SUCIO
TRITURACIONPOLVOS Y MATERIAL FINO
HOJUELAS PET SUCIAS Y SIN SEPARACION
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roscas y las etiquetas. El tamaño de la hojuela deberá es importante para que el
extrusor no tenga ningún problema de fundición. (Guillermo Barguño Jane, 2009)
Después del pesado se vacían de manera manual a la trituradora, hasta llegar a
los 100 kg de botellas. Se pierden en promedio en la 2 % del peso que se ingreso
a debido a los polvos finos que se forman. (Ing. Rolando Cosio Romero, 2009).
Deben de estar 2 personas a cargo para inspeccionar la cantidad de botellas para
vaciarlas a la tolva de la trituradora e ir recolectando las hojuelas resultantes.
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6.5 SEPARACIÓN
Figura 2. Diagrama de la etapa de separación
Se separa el PET adquirido de otros como los plásticos PVC y LDPE que
provienen de las tapas y etiquetas. Se realiza en un equipo de sistema de
separación-lavado. La separación se lleva a cabo en un tanque rectangular antes
del lavado, utiliza la técnica de flotación y hundimiento que se basa en la
diferencia de densidades que influye en la separación, los otros plásticos se retiran
de manera manual y sencilla al flotar estos y llegar la superficie mientras que el
plástico PET que tiene una densidad cercana a la del agua cae al fondo.
(Guillermo Barguño Jane, 2009)
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HOJUELAS PET SUCIAS Y SIN SEPARACION
SEPARADO
SOLO HOJUELAS DE PET SUCIAS
ETIQUETAS Y TAPAS: LDPE Y PVC
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Las hojuelas de PET por medio de un sistema de tornillos transportadores llegan
a la sección de lavado. En esta operación se desechan aproximadamente el 9 %
de peso que representan las etiquetas, tapas y otros plásticos. (Ing. Rolando
Cosio Romero, 2009)
Se encargaran 2 personas para que ingrese al equipo las hojuelas de PET.
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6.6 LAVADO
Figura 3. Diagrama de la etapa de lavado
La limpieza que consiste en la fricción de las hojuelas de PET ya separadas de
otros plásticos que se lleva a cabo en las paredes y movimiento rotatorio con agua
caliente (60°C). (Ing. Rolando Cosio Romero, 2009) .En este proceso se involucra
la velocidad (rpm del tambor) y la gravedad. Solo se retira el pegamento y
suciedad que podrían tener las hojuelas.
En este caso no se utiliza detergente ni hidróxido de sodio (NaOH) en el lavado
porque el almacén donde se compran las pacas de PET retiran la basura que
podrían tener las botellas adentro de manera manual y sencilla vaciando cualquier
liquido que podrían contener. No hay proliferación de bacterias porque las hojuelas
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SOLO HOJUELAS PET SUCIAS
LAVADO
HOJUELAS DE PET LIMPIAS
ETIQUETAS Y PEGAMENTO. AGUA
AGUA
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pasan por altas temperaturas en el extrusor. El proceso de reciclaje que
realizamos es totalmente mecánico no se necesita un agente químico por el
motivo que el uso del PET reciclado no es para envases alimenticios.
(Ing. Rolando Cosio Romero, 2009)
6.7 SECADO
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Figura4. Diagrama de la etapa de secado.
Este proceso consiste en eliminar la humedad del las hojuelas de PET limpias. Se
realiza mediante una secadora centrifuga que está diseñada para extraer el agua y
la humedad a través de sus paredes. Las hojuelas de PET limpias ya separadas,
se vacían a la secadora y se introducen en el tambor, este gira a una velocidad
considerable impulsado por el motor lo cual genera una fuerza centrífuga
suficiente para expulsar el agua hacia el exterior y dejar el plástico seco. La
pérdida del agua representa el 2 % en peso de las hojuelas que entran al secado.
(Ing. Rolando Cosio Romero, 2009)
6.8 EXTRUSIÓN
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HOJUELAS DE PET LIMPIAS CON HUMEDAD
SECADO
HOJUELAS DE PET LIMPIAS SECAS
AGUA
HOJUELAS DE PET LIMPIAS SECAS
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Figura 5. Diagrama de la etapa de extrusión.
El proceso de extrusión comienza con la llegada del plástico triturado y procesado
a la tolva de la extrusora con aditivos para fortalecer su resistencia. El plástico cae
al cilindro principal donde se encuentra el husillo, este gira concéntricamente en el
cañón impulsado por el motor eléctrico, el PET comienza a fundirse y fluir a través
del cañón debido a las elevadas temperaturas que este adquiere (normalmente
por la acción de resistencias eléctricas). La temperatura que se alcanza es a 260
°C, por especificaciones del diseño de la maquina y es la temperatura de fusión
del PET.
(Guillermo Barguño Jane, 2009)
Después de que el PET se extruye, saldrá por un boquilla de monofilamentos
hacia un baño de enfriamiento, este consiste en pasar los monofilamentos a una
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ADITIVOS
OBTENCION DE FIBRA TEXTIL A PARTIR DEL POLIETILENO TEREFTALATO DE DESECHO.
tina con agua a 30 °C. El monofilamento se pasa por rodillos tensores a 2 baños
alternados de agua caliente de 285°C (esta temperatura indica que el PET
presenta ablandecimiento) para el primer estiramiento. Los segundos rodillos giran
a mayor velocidad que los primeros, para que el PET presente un estiramiento
considerable que a su vez producirá una fuerza de tensión.
Después de los estiramientos los monofilamentos pasan por rodillos a la
devanadera donde simplemente se embobinan en carretes para darles más
torsión. (Ramos, 2007)
Finalmente los monofilamentos pasan a otra seria de rodillos a un horno de aire
caliente (180°C) donde se lleva a cabo el termofijado. En este proceso se pretende
llegar a una estabilidad dimensional del material, tacto, peso final y aspecto. No se
presenta un encogecimiento del 10 % porque la hilatura tuvo estiramientos durante
su elaboración.
Los aditivos son esenciales debido a que fortalecen la estructura del PET al pasar
al proceso de fundición, para que la fibra tenga una consistencia más rígida. No
generan más volumen ni peso.
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OBTENCION DE FIBRA TEXTIL A PARTIR DEL POLIETILENO TEREFTALATO DE DESECHO.
Imagen 7 y 8: fibra textil obtenida del PET reusado.
Fuente: Tecnología del reciclaje S.A. de C.V. Representación de la fibra de PET
después del proceso http://www.tecnologiadereciclaje.com
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TRITURADO
LAVADO
BOTELLAS DE PET
LDPE Y PVCAGUA
POLVOS FINOS
OBTENCION DE FIBRA TEXTIL A PARTIR DEL POLIETILENO TEREFTALATO DE DESECHO.
Envases Plásticos del Centro S.A. de C.V
Figura 6. Diagrama del proceso para la obtención de fibra textil a partir
del PET de desecho.
7. RESULTADOS
7.1 BALANCE DE MASA
Se estableció la cantidad de kg de PET que entran al proceso estimando las
pérdidas que se presenta durante el proceso. Los equipos se escogieron con
respecto a las dimensiones aptas en la producción, para evitar costos mayores y
permitir que este proyecto sea viable.
DENISSE OLVERA CERVANTESMARISOL ROSAS LEÒN Página 34
SEPARACION DE OTROS PLASTICOS
SECADO
EXTRUSION
PEGAMENTO Y OTROS RESIDUOS Y
AGUA RESIDUAL
AGUA
FIBRATEXTIL DE PET
ADITIVOS
OBTENCION DE FIBRA TEXTIL A PARTIR DEL POLIETILENO TEREFTALATO DE DESECHO.
Para elaborar el balance de masa se tomo 100 kg de PET.
7.2 BALANCE DE LA ETAPA DE TRITURACION
Esta máquina reduce las botellas a .014 mm de tamaño para sea más fácil su
extrusión. Se establece una perdida promedio del 2 % de la cantidad de PET que
ingresa al proceso, este 2 % representa el polvo y material fino que se produce
durante esta etapa.
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PET SUCIO
TRITURACION
M1= 100 KG
OBTENCION DE FIBRA TEXTIL A PARTIR DEL POLIETILENO TEREFTALATO DE DESECHO.
Figura 8. Diagrama del balance de materia de la etapa de trituración del proceso
M1= Cantidad de alimentación de PET de desecho al proceso en kg.
M2= Cantidad de polvos y material fino provenientes del proceso de trituración del
PET desecho en hojuelas en kg.
M3= Cantidad de hojuelas de PET de desecho en kg que se obtuvieron.
Donde:
M1= M2 + M3………………………………………………..Ecuación 1.
M2= .02*M1………………………………………………….Ecuación 2
M1= M3 + .02*M1
M3= M1-.02*M1……………………………………………..Ecuación 3
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POLVOS Y MATERIAL FINO
HOJUELAS PET SUCIAS Y SIN SEPARACION
OBTENCION DE FIBRA TEXTIL A PARTIR DEL POLIETILENO TEREFTALATO DE DESECHO.
M3= M1*(1-.02)
M3= 100 KG (1-.02)= 98 KG
Por lo tanto:
M2= 2 KG
7.3 BALANCE DE LA ETAPA DE SEPARACION DE OTROS PLASTICOS
La operación de separación y lavado se realiza en el mismo equipo. Se estima una
pérdida del 9 % del peso, ya que representa los otros plásticos como el LDPE y
PVC provenientes de las tapas y las etiquetas.
Se establece una relación del agua caliente que entra al equipo de 12:1 con
respecto a la cantidad de PET que ingrese. La temperatura del agua caliente es de
60 °C.
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OBTENCION DE FIBRA TEXTIL A PARTIR DEL POLIETILENO TEREFTALATO DE DESECHO.
Figura 9. Diagrama del balance de materia de la etapa de separación del proceso.
M3= Cantidad de hojuelas de PET de desecho en kg que se obtuvieron.
M4= Cantidad de etiquetas y tapas en kg que son retiradas del proceso.
M5= Cantidad de hojuelas sucias de PET de desecho ya separado de los otros
plásticos.
Donde:
M3= M4 + M5……………………………………………………………..Ecuación 4
M4= M3*.09……………………………………………………………....Ecuación 5
M5= M3-M4……………………………………………………………….Ecuación 6
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HOJUELAS PET SUCIAS Y SIN SEPARACION
SEPARADO
SOLO HOJUELAS DE PET SUCIAS
ETIQUETAS Y TAPAS: LDPE Y PVC
M3= 100 KG
M4= 8.82 KGM5= 89.18 KG
OBTENCION DE FIBRA TEXTIL A PARTIR DEL POLIETILENO TEREFTALATO DE DESECHO.
M5=M3-M3*.09
M5= M3*(1-.09)
M5= 98 KG*(1-.09) = 89.16
Por lo tanto
M4 = 8.82 KG
7.4 BALANCE DE LA ETAPA DE LAVADO
En esta etapa se retiran el pegamento y suciedad que pudieran tener las hojuelas,
representa el .1%.
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SOLO HOJUELAS PET SUCIAS
LAVADO
HOJUELAS DE PET LIMPIAS
ETIQUETAS Y PEGAMENTO. AGUA
AGUA
M5= 89.18 KG
M6= 1,070.16 KG
M7= 1,048.85 KG DE AGUA RESIDUALM8= 110.49 KG
OBTENCION DE FIBRA TEXTIL A PARTIR DEL POLIETILENO TEREFTALATO DE DESECHO.
Figura 10. Diagrama del balance de materia de la etapa de lavado.
M5= Cantidad de hojuelas sucias de PET de desecho separado de los otros
plásticos.
M6= Cantidad de agua en kg necesaria para la etapa de lavado.
M7= Cantidad de etiquetas, pegamento y agua residual en kg que son retiradas
del proceso.
M8= Cantidad de hojuelas limpias en kg provenientes de la etapa de lavado.
Donde:
M5 + M7= M8 + M6………………………………………………………..Ecuación 7
M6 = .001*M5+.98*M7…………………………………………………....Ecuación 8
M7= 12*M5………………………………………………………………….Ecuación 9
M8= M5+ M7 – M6
M8= M5 + 12*M5 – (.001*M5 + .98*12*M5)……………………………….Ecuación 10
M8= M5*(1 + 12 -.001 +.98*12)
M8 = 89.18 KG * (1 + 12 –( .001 + .98*12))= 110.49 KG
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OBTENCION DE FIBRA TEXTIL A PARTIR DEL POLIETILENO TEREFTALATO DE DESECHO.
Por lo tanto:
M6= 1,048.85 kg M7 = 1,070.16 KG
7.5 BALANCE DE LA ETAPA DE SECADO
En esta etapa se retira la humedad que pudiera tener las hojuelas de PET
después del proceso de l separación y lavado. Es importante retirar toda la
humedad de las hojuelas antes de que se ingresen al extrusor. Ya secas las
hojuelas se pondrán en taras para que se vacíen en la tolva del extrusor.
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HOJUELAS DE PET LIMPIAS CON HUMEDAD
SECADO
HOJUELAS DE PET LIMPIAS SECAS
AGUA
M8= 110.49 KG
M9= 21.4056 KGM10= 89.18 KG
OBTENCION DE FIBRA TEXTIL A PARTIR DEL POLIETILENO TEREFTALATO DE DESECHO.
Figura 11. Diagrama del balance de materia en la etapa de secado.
M8= Cantidad de hojuelas limpias en kg provenientes de la etapa de lavado.
M9= Cantidad de agua residual en kg provenientes del proceso de secado
M10= Cantidad de hojuelas de PET limpias provenientes secas.
Donde:
M8= M9 + M10……………………………………………………………Ecuación 11
M9= M7-M8………………………………………………………………Ecuación 12
M9= 12*M5 - .98*12*M5= 21.4056 KG
M10= M9 – M10…………………………………………………………. Ecuación 13
M10= (110.49 – 21.4056) KG= 89.18 KG
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OBTENCION DE FIBRA TEXTIL A PARTIR DEL POLIETILENO TEREFTALATO DE DESECHO.
7.6 EXTRUSIÓN
Figura 12. Diagrama del balance de materia en la etapa de extrusión. Representa
la cantidad de fibra de PET en kg.
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HOJUELAS DE PET LIMPIAS SECAS
EXTRUSION
FIBRA DE PET
ADITIVOS
M11= 89.18 KG
M12= 89.18 KG
OBTENCION DE FIBRA TEXTIL A PARTIR DEL POLIETILENO TEREFTALATO DE DESECHO.
M11= Cantidad de hojuelas en kg que entran al proceso de extrusión.
M12 = Cantidad de fibra de PET obtenida.
En esta etapa no disminuye la cantidad de materia. Cabe mencionar que los
aditivos no afectan en el peso de las hojuelas extruidas. Estos aditivos funcionan
para fortalecer resistencia en tracción para que la fibra sea resistente.
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OBTENCION DE FIBRA TEXTIL A PARTIR DEL POLIETILENO TEREFTALATO DE DESECHO.
Base de cálculo 100 kg de PET
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TRITURADO
SEPARACION
LAVADO
SECADO
EXTRUSION
100 KG DE PET PERDIDAS: 2KG DE POLVO Y MATERIAL FINO
98 KG DE HOJUELAS
DE PET SUCIAS Y SIN SEPARACION
PERDIDAS: 8.82 KG DE PLASTICOS LDPE Y PVC
89.18 KG DE HOJUELAS DE PET SUCIAS
PERDIDAS: .08 KG DE PEGAMENTO Y EQTIQUETAS Y 1,048.84 KG DE AGUA RESIDUAL
1,070.16 KG DE AGUA
110.49 KG DE HOJUELAS DE PET LIMPIAS CON HUMEDAD
PERDIDAS: 21 KG DE AGUA RESIDUAL
89.18 KG DE HOJUELAS DE PET SECAS Y LIMPIAS MAS ADITIVOS
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Figura 7. Diagrama del balance general de materia proceso de obtención de fibra
textil a partir del PET de desecho.
9. BALANCES DE ENERGIA
Se estimo la energía necesaria de los motores de los equipos en relación a su
capacidad y la cantidad de materia que se procesa. No hay reacciones químicas
en ninguna de las etapas que liberen grandes cantidades de energía, el calor
suministrado en el equipo de separación-lavado y extrusión están calculados de
acuerdo a las especificaciones del diseño.
Trituradora
E = 14.914 kw
Capacidad: 350 kg/hr
T = (100kgdebotellas de PET )∗1hr
350 kg=.2857hr
E = P*T
E=(14.914kw )∗( .2857hr )∗3,600kj
1kwh=15,339.39kj
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OBTENCION DE FIBRA TEXTIL A PARTIR DEL POLIETILENO TEREFTALATO DE DESECHO.
Sistema de separación-lavado
E = 40 kw
Capacidad: 1,000 kg/hr
T = (89.18kgde hojuelasde PET sucias )∗1hr
1,000kg=.0891hr
E = P*T
E=(40kw )∗( .0891hr )∗3,600kj
1kwh=12,841.92kj
Secadora
E = 11 kw
Capacidad: 1,500 kg/hr
T = (110.92kgde hojuelasde PEt limpiasconhumedad )∗1hr
1,500kg=.0739hr
E = P*T
DENISSE OLVERA CERVANTESMARISOL ROSAS LEÒN Página 47
OBTENCION DE FIBRA TEXTIL A PARTIR DEL POLIETILENO TEREFTALATO DE DESECHO.
E=(11kw )∗( .0739hr )∗3,600 kj
1kw h=2,926.44kj
Sistema de extrusión:
Tabla 5.Partes del sistema de extrusión
Aparato auxiliar E (hp)
Ventilador .75
1° Calentador 24.13
1° motor de accionamiento 25
Reductores de bomba 1
2° motor de accionamiento 5
2° calentador 21.45
3° motor de accionamiento 7.5
Horno de aire caliente 24.13
4° motor de accionamiento 10
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OBTENCION DE FIBRA TEXTIL A PARTIR DEL POLIETILENO TEREFTALATO DE DESECHO.
5° Motor de accionamiento 5
Horno de termofijado 26.82
Total 150 hp=111.855 kw
Sistema de extrusión
E = 111.855 kw
Capacidad: 50 kg/hr
T = (89.18kgde hojuelasde PEt limpias ysecas )∗1hr
50kg=1.7836hr
E = P*T
E=(111.855 kw )∗(1.7836hr )∗3,600kj
1kw h=718,216.48 kj
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OBTENCION DE FIBRA TEXTIL A PARTIR DEL POLIETILENO TEREFTALATO DE DESECHO.
Calor suministrado al PET para su fundición
En la etapa de extrusión se realiza una fundición del PET desecho, esto es
provocado por el calentador del extrusor que le añade calor a las hojuelas
de PET de desecho.
Figura 13. Diagrama del balance de energía en la etapa de extrusión.
Cp del PET = 0.25kcalkg°C
Q=mCp(t 2−t 1)
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HOJUELAS DE PET LIMPIAS SECAS
EXTRUSION
HOJUELAS DE PET LIMPIAS SECAS
ADITIVOS
Q= 5,917.78 kj
OBTENCION DE FIBRA TEXTIL A PARTIR DEL POLIETILENO TEREFTALATO DE DESECHO.
Q=89.18∗0.25 kcalkg° C
(290 °C−25 °C )
Q=5,908.175 kcal∗( 4.1868kj1kcal )=5,917.78kj
DENISSE OLVERA CERVANTESMARISOL ROSAS LEÒN Página 51
OBTENCION DE FIBRA TEXTIL A PARTIR DEL POLIETILENO TEREFTALATO DE DESECHO.
10. DISCUSION
Se selecciono el equipo adecuada con las especificaciones que concretan al
proceso para la obtención de fibra textil a partir del PET.
TRITURADO
Se selecciono este porque se acondiciona a la cantidad de PET a triturar. El
equipo de triturado es diseñado para procesar plásticos: PET, LDCP, PVC, etc.
Está equipada con 6 cuchillas rotatorias y 4 cuchillas fijas, hechas de acero con
manganeso para mayor duración. Este equipo es de capacidad pequeña en el
mercado a comparación de otros equipos. Es de fácil mantenimiento. Su función
es reducir las botellas de PET sucias en hojuelas de 12mm,
Sus características son:
Dimensiones: 1.8 x 1.6 x 1.5 mts.
Dimensiones de apertura: .65 x .40 mts.
Peso: 900 kg.
Potencia del motor: 20 hp = 14.914 kw.
Capacidad: 350 kg de plásticos por hora.
Costo: $ 78,500.00 mn
(OLX, 2007)
DENISSE OLVERA CERVANTESMARISOL ROSAS LEÒN Página 52
OBTENCION DE FIBRA TEXTIL A PARTIR DEL POLIETILENO TEREFTALATO DE DESECHO.
Imagen 9: Trituradora
Fuente: Ilustración tomada del catalogo de ventas de equipo industrial.
www.oxl.com.
BANDAS TRANSPORTADORAS
DENISSE OLVERA CERVANTESMARISOL ROSAS LEÒN Página 53
OBTENCION DE FIBRA TEXTIL A PARTIR DEL POLIETILENO TEREFTALATO DE DESECHO.
Se selecciono esta banda porque se acondiciona a la cantidad de hojuelas a
transportar en los demás equipos. El PET se tiene que desplazar en cada etapa
durante el proceso, no se necesitan más hombres para la carga y evitar que haiga
desgastes en el cuerpo. Estas bandas están diseñadas por Imeltra una empresa
mexicana que se dedica al diseño de maquinas de elevación y transporte. Tienen
un costo promedio de $ 14,000.00 mn porque son diseñadas para peso ligero.
Especificaciones
Fabricados en HR, CR o inoxidable
Velocidades entre 5 m/min y 80 m/min, con unidad motriz central o unidad
motriz de extremo.
Longitudes variables de 3mts de largo y 1metro de ancho.
(Imeltra, 2011)
Imagen 10: Banda transportadora.Tomadadel catalogo de ventas de equipo industrial.
www.oxl.com
EQUIPO DE LAVADO Y SEPARACION
DENISSE OLVERA CERVANTESMARISOL ROSAS LEÒN Página 54
OBTENCION DE FIBRA TEXTIL A PARTIR DEL POLIETILENO TEREFTALATO DE DESECHO.
El sistema de lavado-separación incluye:
Tanque de agua caliente.
Estanque de separación de etiquetas y tapas por proceso de flotación.
Deposito de lavado por fricción.
Transportador.
Sistema de desagüe.
Este equipo fue seleccionado por las condiciones de lavado y separación. Por
su potencia y cantidad de material a procesar es posible aumentar más
cantidad de hojuelas de PET desecho y no tendrá ningún problema
Su principal función es retirar tapas y etiquetas así como pegamentos. Evitando
que entren materiales que alteren la calidad del producto final. Es un equipo
completo que es diseñado para plantas procesadoras de reciclaje de plásticos. No
requiere la utilización de detergentes ni agentes químicos en el proceso. (SHCB,
2011)
Especificación del equipo:
Su potencia del motor es de 40 Kw. La relación de la cantidad de agua que se
necesita es un relación en la limpieza es de 12:1 con respecto a la cantidad de las
hojuelas del PET.) Tiene una capacidad de producción de 1,000 kg de hojuelas de
PET. Su costo es de $1,000,000.00mn.
DENISSE OLVERA CERVANTESMARISOL ROSAS LEÒN Página 55
OBTENCION DE FIBRA TEXTIL A PARTIR DEL POLIETILENO TEREFTALATO DE DESECHO.
Imagen 11: Sistema de lavado y separación de hojuelas de PET
Fuente: “Producto: Secadora Cnetrifuga”, Zhejiang Un Shun Pettechs Fibre
Co., Ltd.
SECADORA CENTRIFUGA
DENISSE OLVERA CERVANTESMARISOL ROSAS LEÒN Página 56
OBTENCION DE FIBRA TEXTIL A PARTIR DEL POLIETILENO TEREFTALATO DE DESECHO.
Se selecciono este equipo por sus aptas características y su método de secado,
sus funciones no requieren de ningún calentador para secar. En esta operación se
lleva a cabo la deshidratación de humedad del material del lavado y
separación. El equipo tiene un diseño sencillo preciso que evita niveles altos de
vibración y ruido durante el proceso. El agua ya utilizada se ira al drenaje.
Especificaciones del equipo:
Dimensiones (L x W x H): 2.235 x 1.160 x 1.754 m.
Volumen: 4.78 m3.
Potencia del motor: 11kW.
Diámetro de rotación: 600m / m
Rotación: 1.450 rpm
Capacidad: 1,500 kg de hojuelas de PET limpias con humedad.
Costo: $ 350,000.00 mn
(Zhejiang Un Shun Pettechs Fibre, 2010)
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OBTENCION DE FIBRA TEXTIL A PARTIR DEL POLIETILENO TEREFTALATO DE DESECHO.
Imagen 12: Secadora centrifuga.Imagen tomada de Zhejiang Un Shun Pettechs Fibre,
2010
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OBTENCION DE FIBRA TEXTIL A PARTIR DEL POLIETILENO TEREFTALATO DE DESECHO.
EXTRUSION-TERMOFIJADO
Se selecciono este extrusor porque es un equipo completo y equipado para
producir monofilamentos muy finos. El extrusor tiene un diámetro de 50 mm. Antes
de su operación se debe tomar un tiempo de calentamiento de 30 minutos. Su
boquilla tiene 150 orificios de un diámetro de .5 mm. Durante el proceso se
presentan distintas temperaturas como:
Husillo: 290°C
Agua de enfriamiento: 30°C
Primer calentador: 280 °C
Segundo calentado: 290°C
Horno de aire caliente: 180 °C
Especificaciones del equipo:
Potencia de los motores: 111.855 kw
Ventilador para enfriamiento de barril
Bañera de agua para enfriamiento
Rodillos transportadores y de tensión
2 Baño de agua caliente
Reductores de bomba
Devanadera
Horno de aire caliente
Capacidad: 50 kg de hojuelas de PET.
Costo: $ 2,000,000.00 MN
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OBTENCION DE FIBRA TEXTIL A PARTIR DEL POLIETILENO TEREFTALATO DE DESECHO.
(Jenn Chong Plastics Machinery Works 2011)
Imagen 13: sistema de extrusion y debanado de monofilamento.Imagen tomada de Jenn
Chong Plastics Machinery Works 2011
COSTO DEL EQUIPO
DENISSE OLVERA CERVANTESMARISOL ROSAS LEÒN Página 60
OBTENCION DE FIBRA TEXTIL A PARTIR DEL POLIETILENO TEREFTALATO DE DESECHO.
Tabla 6: Costo total del equipo.
EQUIPO CANTIDAD COSTO ($ / MN)
TRITURADORA 1 $ 78,500.00
SISTEMA SEPARACION-LAVADO 1 $ 1,000,000.00
SECADORA 1 $ 350,000.00
SISTEMA DE EXTRUSION 1 $ 1,200,000.00
TOTAL $ 2,628,500.00
Se hizo una consideración en el proceso de extrusión durante el primer
estiramiento después del enfriamiento de agua, que por cada metro que saliera de
DENISSE OLVERA CERVANTESMARISOL ROSAS LEÒN Página 61
OBTENCION DE FIBRA TEXTIL A PARTIR DEL POLIETILENO TEREFTALATO DE DESECHO.
la boquilla del equipo al pasar por el tanque de agua y el rodillo se estirares en una
proporción de 1:4 m en longitud.
La fibra textil final debe de realizarse una evaluación de medición de diámetro y
tracción. La medición de diámetro consiste en medición de diámetro por cada 10
cm de fibra mediante un pie de rey digital. La tracción determina la resistencia de
deformación durante el estiramiento de la fibra, se lleva a cabo mediante una
maquina de tracción horizontal que muestra por gráficos cuanta fuerza aplicada es
necesaria para la deformación del diámetro de la hilatura.
También se debió determinar y medir su denier que es una relación entre el peso y
la longitud del filamento. La base es de 9,000 metros por 1 gramo. Por lo tanto se
debe cuantificar cuánto pesa 9,000 metros de esta fibra. Es importante obtener
este dato con el motivo que es una especificación que exige el comprador o el
adquiridor para que tenga definido en que producto final será empleado.
Esta fibra si se emplea para textiles tejidos como trajes de seguridad, ropa, etc.,
debe de pasar por un proceso de coloración, sin embargo no se enfoco en ese
aspecto.
CONCLUSIONES
Con las consideraciones detalladas sobre el proceso y sus operaciones unitarias
es posible obtener una fibra poliéster adecuada para ser empleada en textiles
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OBTENCION DE FIBRA TEXTIL A PARTIR DEL POLIETILENO TEREFTALATO DE DESECHO.
tejidos y no tejidos, tales como relleno de almohadas, prendas térmicas, zapatos e
hilos. Se considera que esta fibra puede someterse a cualquier método de tintura,
para que obtenga un color deseado.
La fibra de PET desecho se considera que tiene un de .6 mm., debido a que las
los diámetros de la salida del extrusor son de esa medida.
REFERENCIAS
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