universidad central del ecuador facultad de

UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR
FACULTAD DE INGENIERÍA EN GEOLOGÍA, MINAS, PETRÓLEOS Y AMBIENTAL
CARRERA DE INGENIERÍA AMBIENTAL
“Reutilización de residuos industriales del proceso de fabricación de sanitarios, como materia
prima para la producción de ladrillos de la Planta de Edesa Quito”
Proyecto de Investigación presentado como requisito parcial para optar por el Título de Ingeniería
Ambiental Grado Académico de Tercer Nivel
AUTORA
Cynthia Paola Rodríguez Carrillo
[email protected]
TUTORA
Diana Karina Fabara Salazar, Ing., MSc. ©
Quito DM., Junio, 2016
Rodríguez
Carrillo Cynthia, (2016)
Reutilización de residuos industriales del proceso
de fabricación de sanitarios, como materia prima
para la producción de ladrillos de la Planta de
Edesa Quito.
Quito DMQ: 91 pg.
ii
AGRADECIMIENTO
A Dios, por brindarme sabiduría y fortaleza a lo largo de mi carrera estudiantil para conseguir las
metas planteadas.
A mis padres, quienes con su amor y sacrificio me motivaron a seguir adelante.
Al personal de la planta de EDESA S.A, por el apoyo brindado durante el proyecto, en especial al
Ingeniero Vicente Unda por la apertura mostrada para llevar a cabo las pruebas del mismo.
A la Ingeniera Diana Fabara, por proporcionarme la guía necesaria para culminar con éxito el
presente Proyecto de Investigación.
Cynthia R C.
iii
DEDICATORIA
A Dios por darme voluntad, fortaleza y sabiduría
A mis padres por su apoyo incondicional
A Mario, Fernanda, María José y Marco por su cariño
Cynthia R C.
iv
AUTORIZACIÓN DE LA AUTORÍA INTELECTUAL
Yo, CYNTHIA PAOLA RODRÍGUEZ CARRILLO, en calidad de autora del Proyecto de
Investigación: “REUTILIZACIÓN DE RESIDUOS INDUSTRIALES DEL PROCESO DE
FABRICACIÓN DE SANITARIOS, COMO MATERIA PRIMA PARA LA PRODUCCIÓN DE
LADRILLOS DE LA PLANTA DE EDESA QUITO”, por la presente autorizo a la
UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR, hacer uso de todos los contenidos que me
pertenecen o parte de los que contienen esta obra, con fines estrictamente académicos o de
investigación.
Los derechos que como autora me corresponde, con excepción de la presente autorización, seguirán
vigentes a mi favor, de conformidad con lo establecido en los artículos 5, 6, 8; 19 y demás
pertinentes a la Ley de Propiedad Intelectual y su Reglamento.
Quito, a los 14 días del mes de junio de 2016.
Cynthia Paola Rodríguez Carrillo
C.I. 0201581766
Telf: 0987158146
E-mail: [email protected]
v
INFORME DE APROBACIÓN DEL TUTOR
En mi carácter de Tutor del Proyecto de Investigación, presentado por la señorita Cynthia Paola
Rodríguez Carrillo, para optar el Título de INGENIERA AMBIENTAL cuyo título es:
“Reutilización de residuos industriales del proceso de fabricación de sanitarios, como materia
prima para la producción de ladrillos de la planta de Edesa Quito”, considero que dicho
trabajo reúne los requisitos y méritos suficientes para ser sometido a la presentación pública y
evaluación por parte del jurado examinador que se designe.
En la ciudad de Quito a los 14 días del mes de junio de 2016.
f.
Diana Karina Fabara Salazar, Ing., MSc. ©
C.I. 1714738653
TUTOR DEL PROYECTO DE INVESTIGACIÓN
vi
INFORME DE APROBACIÓN DEL TRIBUNAL
El tribunal constituido por: Ing. Ilia Alomia, Quím. Salomón Chacha, Ing. Teresa Palacios.
DECLARAN: Que la presente tesis denominada: “Reutilización de residuos industriales del
proceso de fabricación de sanitarios, como materia prima para la producción de ladrillos de
la planta de Edesa Quito”, ha sido elaborada íntegramente por la señorita Cynthia Paola
Rodríguez Carrillo, egresada de la carrera de Ingeniería Ambiental, ha sido revisada y verificada,
dando fe de la originalidad del presente trabajo.
Ha emitido el siguiente veredicto: Se ha aprobado el Proyecto de Investigación para su Defensa
Oral.
En la ciudad de Quito a los 30 días del mes de junio de 2016.
Para constancia de lo actuado
f.
Ilia Alomia, Ing., MSc.
ASESOR DEL PROYECTO
f.
f.
Salomón Chacha, Quím.
Teresa Palacios, Ing., MSc.
ASESOR DEL PROYECTO
ASESOR DEL PROYECTO
vii
ÍNDICE DE CONTENIDO
1.
1.1.
INTRODUCCIÓN ..................................................................................................................... 1
LADRILLOS CERÁMICOS ................................................................................................. 3
1.1.1.
2.
Propiedades del ladrillo cerámico .............................................................................. 4
MATERIALES Y MÉTODOS.................................................................................................. 6
2.1.
UBICACIÓN Y PERIODO DE EXPERIMENTACIÓN ...................................................... 6
2.2.
UNIVERSO Y MUESTRA .................................................................................................... 6
2.3.
Materiales y reactivos............................................................................................................. 6
2.4.
2.5.
2.3.1.
Lodos residuales industriales...................................................................................... 6
2.3.2.
Agregado de rotura cerámica ..................................................................................... 7
2.3.3.
Balanza ....................................................................................................................... 7
2.3.4.
Calibrador ................................................................................................................... 7
2.3.5.
Probetas ...................................................................................................................... 7
2.3.6.
Moldes de madera ...................................................................................................... 8
2.3.7.
Estufa.......................................................................................................................... 8
2.3.8.
Prensa para ensayo de resistencia a la compresión .................................................... 8
2.3.9.
Cajas Petri .................................................................................................................. 8
2.3.10.
Espátula .................................................................................................................. 8
2.3.11.
Agua destilada ........................................................................................................ 8
2.3.12.
Recipientes plásticos .............................................................................................. 8
2.3.13.
Horno Túnel ........................................................................................................... 8
MÉTODOS Y TÉCNICAS DE RECOLECCIÓN DE DATOS ............................................ 9
2.4.1.
Muestreo del lodo residual ......................................................................................... 9
2.4.2.
Muestreo de la rotura cerámica ................................................................................ 10
TRABAJO EXPERIMENTAL ............................................................................................ 12
2.5.1.
Caracterización física del lodo residual.................................................................... 12
2.5.2.
Caracterización química del lodo residual ............................................................... 14
2.5.3.
Caracterización física de la rotura cerámica ............................................................. 16
2.5.4.
Caracterización química de la rotura cerámica ........................................................ 16
viii
3.
3.1.
3.2.
3.3.
3.4.
2.5.5.
Elaboración de las unidades experimentales de ladrillos cerámicos ........................ 17
2.5.6.
Caracterización de ladrillos cerámicos ..................................................................... 23
RESULTADOS Y DISCUSIÓN ............................................................................................. 31
CARACTERIZACIÓN DEL LODO RESIDUAL ............................................................... 31
3.1.1.
Caracterización física del lodo residual.................................................................... 31
3.1.2.
Caracterización química del lodo residual ............................................................... 33
CARACTERIZACIÓN DE LA ROTURA CERÁMICA .................................................... 33
3.2.1.
Caracterización física de la rotura cerámica ............................................................. 33
3.2.2.
Caracterización química de la rotura cerámica ........................................................ 34
CARACTERIZACIÓN DE LOS LADRILLOS CERÁMICOS .......................................... 34
3.3.1.
Contracción lineal por cocción ................................................................................. 35
3.3.2.
Pérdidas por calcinación........................................................................................... 36
3.3.3.
Absorción de agua .................................................................................................... 38
3.3.4.
Resistencia a la compresión ..................................................................................... 40
3.3.5.
Resultados caracterización de ladrillos cerámicos ................................................... 42
ANÁLISIS DE FACTIBILIDAD ECONOMICA DEL PROYECTO ................................ 44
3.4.1.
Costos de inversión, operación y gestión ................................................................. 44
3.4.2.
Comparación
de
costos
respecto
a
gestores
ambientales
privados
y
locales…………… .................................................................................................................. 49
4.
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ...................................................................... 54
4.1.
CONCLUSIONES ............................................................................................................... 54
4.2.
RECOMENDACIONES ...................................................................................................... 55
ANEXO A: GLOSARIO DE TÉRMINOS ...................................................................................... 61
ANEXO B: MARCO LEGAL ......................................................................................................... 66
ANEXO C: RESULTADOS CARACTERIZACIÓN QUÍMICA DEL LODO RESIDUAL ......... 68
ANEXO D: RESULTADOS DE PRUEBAS DE RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN ............. 69
ANEXO E: PROCESO DE ELABORACIÓN DE LADRILLOS CERÁMICOS ........................... 81
ANEXO F: FOTOGRAFÍAS DE MATERIALES .......................................................................... 86
ANEXO G: HOJA DE VIDA .......................................................................................................... 89
ix
INDICE DE TABLAS
Tabla 1. Clasificación y características fundamentales de los ladrillos cerámicos ............................ 3
Tabla 2. Requisitos de resistencia mecánica y absorción de la humedad de los ladrillos cerámicos . 4
Tabla 3. Datos obtenidos en el análisis de humedad ........................................................................ 13
Tabla 4. Datos obtenidos en el análisis de porcentaje de sólidos totales ......................................... 14
Tabla 5. Composición en peso de la pasta cerámica ........................................................................ 15
Tabla 6. Composición en peso del esmalte ...................................................................................... 15
Tabla 7. Composición en peso del pigmento ................................................................................... 15
Tabla 8. Porcentajes de materia prima utilizados para las mezclas .................................................. 18
Tabla 9. Intervalos y tiempos de cocción para ladrillos cerámicos .................................................. 21
Tabla 10. Condiciones de operación del horno túnel ....................................................................... 22
Tabla 11. Resultados del análisis de porcentaje de humedad........................................................... 31
Tabla 12. Resultados del análisis de porcentaje de sólidos totales.................................................. 32
Tabla 13. Comparación de resultados con límites máximos permisibles ........................................ 33
Tabla 14. Resultados de las pruebas de contracción por cocción..................................................... 35
Tabla 12. Resultados promedio de las pruebas de contracción por cocción ................................... 35
Tabla 16. Resultados de las pruebas de pérdidas por calcinación .................................................... 37
Tabla 17. Resultados promedio de las pruebas de pérdidas por calcinación.................................... 37
Tabla 18. Resultados de las pruebas de absorción de agua .............................................................. 39
Tabla 19. Resultados promedio de las pruebas de absorción de agua .............................................. 39
Tabla 20. Resultados de las pruebas de resistencia a la compresión ................................................ 41
Tabla 21. Resultados promedio de las pruebas de resistencia a la compresión................................ 41
Tabla 22. Características de las unidades experimentales de ladrillos cerámicos ............................ 43
Tabla 23. Resultados promedio de las unidades experimentales de ladrillos cerámicos ................. 44
Tabla 24. Características horno túnel para la elaboración de ladrillos ............................................. 45
Tabla 25. Condiciones de operación del horno túnel ....................................................................... 47
Tabla 26. Condiciones de energía requerida por horno túnel........................................................... 48
Tabla 27. Cuadro de generación promedio mensual de residuos industriales .................................. 48
Tabla 28. Cantidad aprovechable de residuos industriales mensual ................................................ 48
Tabla 29. Tabla resumen de costos de operación ............................................................................. 50
Tabla 30. Cantidad disponible de residuos y costos por gestión ...................................................... 50
Tabla 31. Costos por gestión de residuos (Gestores Privados) ........................................................ 51
Tabla 32. Datos operativos de los hornos de túnel utilizados en la industria cerámica ................... 84
Tabla 33. Factores influyentes en las propiedades de la arcilla cocida ............................................ 85
x
ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 1. Fosa cimentada para secado de lodos industriales. . .......................................................... 7
Figura 2. Patio de rotura cerámica. . ................................................................................................. 7
Figura 3. Horno túnel. . ..................................................................................................................... 9
Figura 4. Recolección de muestra de lodo de la fosa. .................................................................... 10
Figura 5. Primer tamizado de la rotura cerámica. .......................................................................... 10
Figura 6. Recolección de muestra de cerámica del patio de rotura. ............................................... 11
Figura 7. Tamizado de la muestra de rotura cerámica (Ø=2mm). .................................................. 11
Figura 8. Resultados análisis de humedad. ..................................................................................... 13
Figura 9. Resultados análisis de sólidos totales. ............................................................................ 14
Figura 10. Difracción de Rayos X rotura cerámica. ......................................................................... 16
Figura 11. Porosidad del árido de cerámica. .................................................................................... 17
Figura 12. Pesaje de materia prima para elaboración de ladrillos. ................................................. 18
Figura 13. Proporciones cerámica triturada para elaboración de ladrillos. .................................... 19
Figura 14. Proporciones de lodos para elaboración de ladrillos. .................................................... 19
Figura 15. Elaboración de la mezcla para la elaboración de ladrillos. ........................................... 20
Figura 16. Vaciado de la mezcla en moldes. .................................................................................. 20
Figura 17. Secado de ladrillos. ....................................................................................................... 21
Figura 18. Perfil de temperatura de cocción de los ladrillos. ......................................................... 22
Figura 19. Identificación de ladrillos. ............................................................................................ 23
Figura 20. Colocación de ladrillo en la plataforma móvil . ............................................................ 23
Figura 21. Cocción de ladrillos de prueba en horno túnel. ............................................................. 23
Figura 22. Trazado de línea de encogimiento. ................................................................................. 24
Figura 23. Prueba de pesaje del ladrillo para prueba de Pérdidas por Calcinación. ....................... 26
Figura 24. Ladrillos sumergidos en agua destilada para prueba de Absorción de agua. ................ 27
Figura 25. Ladrillos sumergidos en agua destilada transcurridas 24 horas. ................................... 27
Figura 26. Pesado de ladrillo saturado de agua. . ............................................................................ 27
Figura 27. Corte del ladrillo en aristas iguales. . ............................................................................. 28
Figura 28. Aplicación de la carga mediante el probador de fuerza de compresión. . ...................... 29
Figura 29. Rotura de la muestra. . ................................................................................................... 29
Figura 30. Resultados análisis de humedad. ................................................................................... 31
Figura 31. Resultados análisis de sólidos totales. . ......................................................................... 32
Figura 32. Ladrillos cerámicos posterior a la quema. . ................................................................... 34
Figura 33. Curva de porcentaje de contracción lineal por cocción. . .............................................. 36
Figura 34. Curva de porcentaje de pérdidas por calcinación. . ....................................................... 38
Figura 35. Curva de porcentaje de absorción de agua. . .................................................................. 40
xi
Figura 36. Resultados de pruebas de resistencia a la compresión .................................................... 42
Figura 37. Diseño de horno túnel. . ................................................................................................. 45
Figura 38. Dimensiones de horno túnel. . ....................................................................................... 45
Figura 39. Diagrama del proceso de fabricación de ladrillos refractarios. ....................................... 81
Figura 40. Ciclo de cocción de un horno túnel................................................................................. 84
xii
ÍNDICE DE ECUACIONES
Ecuación 1. Ecuación de Porcentaje de Humedad. ......................................................................... 12
Ecuación 2. Ecuación de Porcentaje de Sólidos Totales ................................................................. 13
Ecuación 3. Ecuación de Porcentaje de Contracción por Cocción .................................................. 24
Ecuación 4. Ecuación de Porcentaje de Contracción por Cocción Promedio ................................. 25
Ecuación 5. Ecuación de Porcentaje de Pérdidas por Calcinación .................................................. 25
Ecuación 6. Ecuación de Porcentaje de Pérdidas por Calcinación Promedio ................................ 25
Ecuación 7. Ecuación de Porcentaje de Absorción de humedad ..................................................... 26
Ecuación 8. Ecuación de Porcentaje de Absorción de humedad Promedio .................................... 28
Ecuación 9. Ecuación de Resistencia a la Compresión ................................................................... 29
Ecuación 10. Ecuación de Resistencia a la Compresión Promedio.................................................. 30
xiii
TEMA: “Reutilización de residuos industriales del proceso de fabricación de sanitarios, como
materia prima para la producción de ladrillos de la Planta de Edesa Quito”
Autora: Cynthia Paola Rodríguez Carrillo
Tutora: Diana Karina Fabara Salazar
RESUMEN
El presente trabajo tuvo como objetivo general evaluar la capacidad y factibilidad de reutilización
de los lodos residuales y residuos de cerámica triturada, dentro del proceso de fabricación de
sanitarios de la empresa EDESA S.A, como materia prima para la elaboración ladrillos, con la
finalidad de evitar su disposición en una escombrera o relleno sanitario de Quito. Tuvieron lugar
tres repeticiones con mezclas de cuatro diferentes dosificaciones de lodo y cerámica. Las piezas se
quemaron en el horno túnel, por un periodo de 12 a 14 horas, incluido el enfriamiento. Entre las
conclusiones, se destaca que los ladrillos con 60% de lodos y 40% de rotura cerámica cumplen los
requisitos de la Norma NTE INEN 297- 1978, por lo cual pueden ser utilizados con fines
estructurales. La factibilidad económica fue altamente aceptable comparada con dos gestores
privados GADERE y AVECORP y medianamente aceptable con el gestor público EMGIRS.
PALABRAS CLAVE: Ladrillo, lodo, relleno sanitario, residuo, reutilización, tratamiento.
xiv
TITLE: “Reuse of industrial waste of toilet manufacturing process as raw material for bricks
production in Edesa Quito”
Author: Cynthia Paola Rodríguez Carrillo
Tutor: Diana Karina Fabara Salazar
ABSTRACTY
The aim of the present work had as general objective to evaluate the reusability of the sludge from
the treatment plant wastewater and waste ceramic crushed in the process of bath manufacturing of
EDESA S.A, as raw material for bricks preparation, in order to avoid the throwing in a dump or
landfill in Quito. Three replications took place with four different dosages mixtures of sludge and
ceramics. The pieces were burned in the tunnel oven, for a period of 12 to 14 hours including
cooling. Among the findings, it highlights that the bricks with 60% of sludge and 40 % of ceramic
breakage meet the requirements of Standard NTE INEN 297- 1978 which can be used for structural
purposes. The economic feasibility was highly acceptable compared with two private managers
GADERE and AVECORP, and moderately acceptable to the public manager EMGIRS Company.
Keywords: Brick, landfill, reuse, sludge, treatment, waste.
I CERTIFY that the above and foregoing is a true and correct translation of the original
document in Spanish.
___________________________
Diana Karina Fabara Salazar
Tutor
C.I.: 1714738653
xv
1. INTRODUCCIÓN
De acuerdo a la información obtenida del Sistema de Información Ambiental Distrital, en
el Distrito Metropolitano de Quito, en 2011, se produjeron 5086 toneladas de lodos
industriales, de los cuales el 90%, esto es, 4576 toneladas, fueron ubicados en un Relleno
Sanitario, mientras que solo un 3% de lodos se destina al reciclaje, esto es, tan solo 19,66
toneladas.
Esta producción de residuos al acumularse exigen una mayor disponibilidad de rellenos
sanitarios, ya que cuando colapsan o se encuentran alejados de las fábricas, perjudican el
entorno ambiental en especial de las aguas y de los suelos, afectando los ecosistemas del
área donde se depositen (Marín, Sánchez, Rivera, & Frías, 2008).
De los datos proporcionados por el Jefe de Seguridad, Salud y Ambiente de EDESA, en
2014, se produjeron un total de 2823 toneladas de lodos industriales no peligrosos y 4404
toneladas de residuos de cerámica, los cuales tuvieron como sitios de disposición final los
rellenos sanitarios y escombreras de la ciudad de Quito. Actualmente la empresa no
cuenta con una técnica de reutilización de dichos residuos.
Dicha disposición representa costos adicionales para la industria, es así que, en 2015, la
Empresa Metropolitana de Gestión Integral de Residuos Sólidos, mediante Oficio No.
110-EMGIRS EP-GGE-2015/GOP, determina los costos para la disposición final de
desechos industriales en Quito. Un pago de $ 17,04 por tonelada de lodo dispuesto en el
Relleno Sanitario El Inga, $ 28,92 por tonelada entregada en las Estaciones de
Transferencia Norte y Sur, y $ 0,5 por metro cúbico de residuos de cerámica dispuesta en
las escombreras de la ciudad. Respecto a los gestores privados se tiene que dicha
disposición representa un costo de $ 70 y $ 225, por tonelada entregada a AVCORP y
GADERE, respectivamente.
La importancia del desarrollo del presente proyecto radica en la reutilización de residuos
industriales de la industria cerámica EDESA, obtenidos a través del tratamiento de aguas
residuales, en la cual se generan lodos industriales; y, por otro lado, aquellas piezas que
presentaron roturas y defectos significativos, producidas en especial, durante la etapa de
cocción, las cuales constituyen los residuos de cerámica.
Entre las alternativas de aprovechamiento, Laguna (2011), propone la elaboración de
ladrillos puzolánicos sin cocción y con materiales ecológicamente aceptables como la
arcilla, cal hidráulica y subproductos residuales del cultivo del arroz, como puzolana
artificial, eliminando el impacto ambiental que éstos producen.
1
Existen experiencias de estudios de aprovechamiento de lodos, como: Pan, Lin, & Huang
(2004) y Raupp-Pereira, Hotza, Segadães, Labrincha (2006), que evaluaron la utilización
de lodos de plantas potabilizadoras y materiales de desecho de la industria del mármol.
Dichos estudios señalaron como variables más importantes para la elaboración de
ladrillos, a la temperatura de secado y las composiciones de la mezcla del lodo,
demostrando el potencial de valoración de este residuo.
El análisis de este tipo de alternativas tienen beneficios para los municipios, puesto que al
reducir la cantidad residuos depositados en el relleno, se aumenta la vida útil de estos
espacios y se contribuye a conservar un ambiente más limpio. Además, emplear estos
residuos, significará beneficios para las industrias cerámicas, debido a que se reemplaza
la cantidad de arcilla necesaria en la fabricación de ladrillos (Comisión Europea, 2005).
En virtud de lo expuesto, se justifica realizar un proyecto que entregue una alternativa
para el aprovechamiento de residuos de cerámica y lodos industriales, enmarcado en
beneficios económicos y ambientales; evitando así la disposición de los mismos en el
relleno sanitario o escombreras del DMQ y aplicándolo como una alternativa sostenible y
ecológica de material de construcción.
Para ello, se caracterizarán dichos productos, en el marco de discernir la posibilidad de la
elaboración de ladrillos, de acuerdo a los resultados de las proporciones óptimas de cada
uno de ellos y la cuantificación de la disponibilidad de cada uno de ellos. Luego de lo
cual, se estimará la factibilidad económica de su reutilización dentro del proceso de
elaboración de ladrillos.
2
1.1.
LADRILLOS CERÁMICOS
Moreno (1981) y Gallegos (2005) definen al ladrillo como piezas cerámicas en forma de
paralelepípedo, contituídas por tierras arcillosas, moldeadas, comprimidas y sometidas a
un proceso de cochura, que pueden emplearse en la construcción.
La Norma Técnica NTE INEN 293 1977-05, denomina al ladrillo como una pieza de
arcilla moldeada y cocida, en formado paralelepípedo o prisma regular, que se emplea en
albañilería.
Dependiendo de las materias primas y composiciones utilizadas, varían las propiedades
mecánicas de los ladrillos, de los cuales se espera que soporten condiciones extremas de
tensión, posean altas resistencias al desgaste, excelentes propiedades eléctricas,
magnéticas u ópticas, o bien, altísima resistencia a altas temperaturas y ambientes
corrosivos (Blanco, 2005).
Según la Norma INEN 297-1978, los ladrillos cerámicos se clasifican en macizos y
huecos, los mismos que presentan diversas características según su tipología, las mismas
que se describen a continuación:
Tabla 1. Clasificación y características fundamentales de los ladrillos cerámicos
Clasificación
del ladrillo
Tipo
A
Macizo
B
C
D
Hueco
E
F
Requisitos y características fundamentales
Ladrillo reprensado, de color rojizo uniforme, con ángulos
rectos y aristas rectas.
No tendrá manchas, eflorescencias, quemados ni
desconchados aparentes en caras y aristas.
Ladrillo de máquina, de color rojizo, con ángulos rectos y
aristas rectas, diferenciándose del tipo A en que puede tener
pequeñas imperfecciones en sus caras exteriores, así como
variaciones de rectitud en sus aristas hasta de 5 mm.
Semejante al tipo B, con la diferencia de que puede, además,
ser fabricado a mano y tener imperfecciones en sus caras
exteriores, así como variaciones de rectitud en sus aristas
hasta de 8 mm.
Podrá emplearse en la construcción de muros soportantes,
tabiques divisorios no soportantes y relleno de losas
alivianadas de hormigón armado.
Podrá emplearse únicamente en la construcción de tabiques
divisorios no soportantes y rellenos de losas alivianadas de
hormigón armado.
Podrá emplearse únicamente en el relleno de losas alivianadas
de hormigón armado.
Fuente: NTE - INEN 297 (Instituto Ecuatoriano de Normalización, 1978)
3
1.1.1.
Propiedades del ladrillo cerámico
Las propiedades de los cerámicos están determinadas por su microestructura cristalina y
composición química de los constituyentes esenciales; así como la naturaleza y la
cantidad de los materiales minerales presentes. La caracterización mineralógica y
propiedades de estos productos varía por la cantidad de la materia prima y las condiciones
ambientales y geológicas del lugar de extracción (Kingery, 1976).
Debido a su propósito como material de construcción, deben resistir a la interperie y
cumplir con características de resistencia a la compresión y de permeabilidad al agua
(Reverté, 1983).
La Norma Técnica Ecuatoriana NTE INEN 297 – 1978 “Ladrillos Cerámicos”, emitida
por el Instituto Ecuatoriano de Normalización, especifica los requisitos que deben
cumplir por estos materiales, los cuales se detallan a continuación:
Tabla 2. Requisitos de resistencia mecánica y absorción de la humedad de los
ladrillos cerámicos
Fuente: NTE INEN 297 - 1978 (Instituto Ecuatoriano de Normalización, 1978)
1.1.1.1. Capacidad de absorción de agua
Según Singer, S. & Singer, F.(1971), es la propiedad física que hace referencia a la
capacidad de retener una sustancia (agua) en estado líquido y está determinada por el
incremento de peso de los ladrillos al sumergirse en agua limpia. De acuerdo a lo
señalado en la norma NTE INEN 297 – 1978, este porcentaje no debe ser mayor a un
16% para un ladrillo macizo tipo A, 18% para un ladrillo macizo tipo B y 25% para un
ladrillo macizo tipo C.
4
1.1.1.2. Porosidad
Puede calcularse en función de los pesos específicos real y aparente en relación con la
capacidad de absorción de agua. La porosidad es la suma de todos los espacios huecos de
una pieza (Gallegos & Casabone, 2005).
1.1.1.3. Eflorescencia
Es el proceso de conversión total o superficial de un cuerpo en polvo, las eflorescencias
suelen ser producidas por sales solubles, sean estas sulfatos, carbonatos y, raramente,
cloruros. Estas afectan al aspecto del producto, además que pueden atacar a los materiales
empleados en la construcción de obras (Gallegos & Casabone, 2005).
1.1.1.4. Resistencia a la compresión
Según Gallegos (2005) y Barranzuela (2014), es la capacidad máxima de carga que
soporta un material antes de llegar a su límite de ruptura, se expresa en kg/cm², MPa.
Este ensayo sirve para determinar la resistencia de un material o su deformación ante un
esfuerzo de compresión. De acuerdo a lo señalado en la norma NTE INEN 297 – 1978,
las pruebas individuales de resistencia son de 25 MPa para un ladrillo macizo tipo A, 16
MPa para un ladrillo macizo tipo B y 8 MPa para un ladrillo macizo tipo C.
1.1.1.5. Contracción a la quema
Tiene lugar durante el proceso de quemado y está ligada a la cantidad de pasta para
vitrificarse. La contracción al secado depende de la plasticidad de los materiales que
contenga la mezcla (Singer & Singer, 1971).
5
2.
2.1.
MATERIALES Y MÉTODOS
UBICACIÓN Y PERIODO DE EXPERIMENTACIÓN
El proyecto de investigación fue llevado a cabo desde abril de 2015 hasta febrero de 2016
en la Planta Industrial de EDESA S.A Quito. Adicionalmente, el análisis químico del
lodo se efectuó en los laboratorios ANNCY, las pruebas físico químicas del ladrillo se
efectuaron tanto en el laboratorio de EDESA, como en el laboratorio de ensayo de
materiales de la Universidad Central del Ecuador. Las acciones desarrolladas incluyen
tanto el muestreo, análisis y pruebas de campo y laboratorio.
2.2.
UNIVERSO Y MUESTRA
El universo del proyecto de investigación abarca los lodos de la planta de tratamiento de
aguas residuales, 2823 toneladas, y los residuos de cerámica, 4404 toneladas, generados
por la empresa EDESA en 2014.
Para las pruebas y análisis se tomaron muestras representativas de los residuos
industriales mencionados, el detalle de los métodos y técnicas de recolección de las
mismas se encuentran en el numeral 2.4.
2.3.
MATERIALES Y REACTIVOS
Los materiales y reactivos que se utilizaron durante la fase experimiental del proyecto de
investigación se indican a continuación:
2.3.1.
Lodos residuales industriales
De acuerdo a lo indicado por el Jefe del Área de Ambiente de EDESA, l
en las etapas de
limpieza de las unidades de proceso como escurrido de pasta y lavado de materiales
arcillosos, así como filtros y sedimentadores. Estos residuos son transportados a través de
canales hacia la planta de tratamiento de efluentes donde posteriormente son procesados.
El lodo industrial obtenido del filtro de prensa de la PTAR, es transportado hacia la celda
cimentada con paredes de concreto para su secado y almacenamiento temporal, hasta que
EMASEO realice la recolección y disposición final de este lodo industrial.
6
Figura 1. Fosa cimentada para secado de lodos industriales. Fuente: Cynthia Rodríguez.
2.3.2.
Agregado de rotura cerámica
Los residuos de cerámica es un agregado que se produce en las fábricas de materiales
cerámicos que, a pesar de las mejoras en los procesos productivos, rechazan materiales
considerados no aptos para su comercialización, que generan materiales de demolición,
cuyo volumen se incrementa en función de la producción (Ibáñez, Gómez, Boveda,
Gallardo, & Francisco, 2011).
Figura 2. Patio de rotura cerámica. Fuente: Cynthia Rodríguez.
2.3.3.
Balanza
Es un instrumento que sirve para medir la masa de los objetos, Se utilizó una balanza con
una capacidad de 5 kg, con apreciación de 0,1 g.
2.3.4.
Calibrador
Es un instrumento que permite medir espesores, diámetros interiores y exteriores y
profundidades de objetos cilíndricos huecos. Se utilizó un calibrador de apreciación 0.05
mm.
2.3.5.
Probetas
Es un instrumento volumétrico que consiste en un cilindro graduado de vidrio que
permite contener líquidos y sirve para medir volúmenes de forma aproximada. Se
utilizaron proberas graduadas de 100 ml.
7
2.3.6.
Moldes de madera
Se fabricaron probetas de madera de 20 X 6 X 4.5 cm (largo, ancho y alto) para colocar la
mezcla de pasta del ladrillo.
2.3.7.
Estufa
Es un equipo que se utiliza para secar y esterilizar recipientes de vidrio y metal en el
laboratorio. Se utilizó una estufa regulada a 105°C.
2.3.8.
Prensa para ensayo de resistencia a la compresión
Es un equipo que se utiliza para conocer las propiedades mecánicas de resistencia a la
compresión simple de un material en MPa, ejerciendo una carga continua sobre la
muestra de 0,1 (N/mm2)/s, hasta completar la rotura de la misma, de acuerdo a lo que
estipula norma ASTM D 2938-95. Para cada combinación efectuada, se utilizó una prensa
multi-ensayo normada de 5 toneladas.
2.3.9.
Cajas Petri
La placa de Petri es un recipiente redondo, de cristal o plástico, con una cubierta de la
misma forma que la placa, pero algo más grande de diámetro, para que se pueda colocar
encima y cerrar el recipiente, aunque no de forma hermética. Se utilizaron cajas petri de
100 mm x15mm.
2.3.10.
Espátula
Una paleta pequeña formada por una lámina de metal de forma triangular, de 75 mm de
largo y 50 mm de ancho, con un espesor mínimo de 2 mm.
2.3.11.
Agua destilada
El agua destilada es aquella sustancia cuya composición se basa en la unidad de
moléculas de H2O y ha sido purificada o limpiada mediante destilación. Se utilizaron 5
litros de agua destilada para las pruebas de absorción de humedad.
2.3.12.
Recipientes plásticos
Se utilizaron recipientes de PVC de 2 y 15 litros de capacidad.
2.3.13.
Horno Túnel
El horno túnel de combustión a gas para cerámica es principalmente utilizado en la
producción de materiales de construcción, como sanitarios, baldosas de barro, y
adoquines. Se utilizó un horno de cuatro quemadores, con una longitud de 60 metros, con
un alcance de temperatura de 1300 °C.
8
Figura 3. Horno túnel. Fuente: Cynthia Rodríguez.
2.4.
MÉTODOS Y TÉCNICAS DE RECOLECCIÓN DE DATOS
En los siguientes incisos de este capítulo, se presentan las técnicas experimentales y
analíticas utilizadas en este proyecto, así como la descripción de la técnica de evaluación
empleada.
2.4.1.
Muestreo del lodo residual
El lodo utilizado en las pruebas de elaboración ladrillos cerámicos proviene de la fosa de
lodos ubicada a continuación de la prensa filtro/tamizadora proceso en el cual se extrae el
agua de los lodos provenientes del tanque sedimentador. Estos lodos tienen una
consistencia pastosa.
El proceso de acondicionamiento de lodo se realizó al aire ambiente durante tres días,
expuesto a los rayos del sol indirectamente debido a la cubierta de la piscina. Para la toma
de muestras se tomó como referencia el método de extracción de lixiviados EPA 1311, la
norma INEN NTE 695 “M
t
2010) y la norma ASTM D75 “M
Á
t
” (Instituto Ecuatoriano de Normalización,
g g
” (American Society for Testing
and Materials, 1997).
Se recolectaron aproximadamente 9 kilogramos de lodo resultado de la mezcla de tres
muestras del nivel superficial, tres muestras del nivel medio y tres muestras del nivel
inferior de la fosa.
Se obtuvo una muestra compuesta producto de la mezcla de dichas muestras, el lodo se
redujo mediante el método de cuarteo manual, para obtener la muestra representativa a
analizarse en el laboratorio. Cabe indicar que no se requirió cadena de custodia para el
traslado hacia el laboratorio.
9
Figura 4. Recolección de muestra de lodo de la fosa. Fuente: Cynthia Rodríguez
2.4.2.
Muestreo de rotura cerámica
Los residuos de cerámica corresponden a aquellas piezas que presentaron roturas y
defectos significativos, en especial, en la etapa de cocción, que debido a los estándares de
calidad del producto no pueden destinarse a su distribución en el mercado.
La cerámica que se utilizará como materia prima en el presente estudio corresponderá a
cerámica cocida exclusivamente. Los productos cerámicos con fallas se colocan en el área
denominada “Patio de Rotura”, luego de lo cual son transportadas hacia un área en la que
la pieza es golpeada con un combo, para destruir la pieza y conseguir reducir su tamaño y
volumen. Una vez reducido el tamaño de la pieza, se requiere triturarlas y tamizarlas, tal
como muestran la Figura 5.
Figura 5. Primer tamizado de la rotura cerámica. Fuente: Cynthia Rodríguez
El muestreo de cerámica triturada se realizó acorde a lo que indica la norma INEN 6952010 “M
t
Á
” (Instituto Ecuatoriano de Normalización, 2010) y la norma
10
ASTM D75 “M
t
g g
” (American Society for Testing and Materials,
1997).
De la fosa de 6m³ aproximadamente, se obtuvieron nueve muestras del sitio de
disposición de rotura cerámica, de un kilogramo cada una a cada nivel de la fosa. El
material se mezcló con una pala consecutivamente por tres veces. No se requirió cadena
de custodia para el traslado de este material hacia el laboratorio.
Posteriormente, tomando como referencia el tamaño de grano de arcilla sugerido por
Avgustinic (1983), en la fabricación de cerámica, se realizó un nuevo proceso de cernido
para lo cual se utilizó un tamiz No. 10 (Ø=2mm), para obtener una granulometría
adecuada para las pruebas experimentales.
Figura 6. Recolección de muestra de cerámica del patio de rotura. Fuente: Cynthia
Rodríguez
Figura 7. Tamizado de la muestra de rotura cerámica (Ø=2mm). Fuente: Cynthia
Rodríguez
11
La selección de la muestra se dio por el método de cuarteo, colocando el material sobre
un plástico de manera homogénea y dividiéndolo en cuatro partes iguales, luego de lo
cual se escogieron dos cuartos opuestos y excluyendo los cuartos restantes.
2.5.
TRABAJO EXPERIMENTAL
La parte experimental de este proyecto de investigación está dividida en dos etapas
principales que son: el muestreo y caracterización de lodos residuales y cerámica
triturada; y las pruebas exploratorias para elaboración de ladrillo cerámico.
2.5.1.
Caracterización física del lodo residual
Se determinaron los principales parámetros físicos que permitirán determinar el potencial
de aprovechamiento de los lodos como materia prima para elaborar ladrillos cerámicos,
estos son: humedad, sólidos totales, granulometría y textura. La caracterización se efectuó
en el laboratorio de la empresa.
2.5.1.1. Humedad y sólidos totales
Los parámetros de humedad y sólidos totales se analizaron según los siguientes pasos:
a. Pesado de recipiente vacío.
b. Pesado de recipiente con 50 gramos de cada muestra compuesta (total 7 muestras),
registro de datos.
c. Se colocó el recipiente identificado con lodo residual, en la mufla a 105 grados
centígrados durante 24 horas, luego de lo cual se retiraron los recipientes de la misma.
d. Se procedió al pesado de recipientes con la muestra y se registraron los datos en la
tabla.
Luego se realizaron los cálculos que permitieron determinar el contenido porcentual de
agua y sólidos totales del lodo de PTAR, mediante la aplicación de la fórmula:
Ecuación 1. Ecuación de Porcentaje de Humedad.
12
Tabla 3. Datos obtenidos en el análisis de humedad
No.
Peso en gramos
Peso en gramos
(recipiente +
(recipiente + lodo
lodo)
seco a 105 )
Peso en gramos
(recipiente)
Muestra 1
93,297
79,317
43,225
Muestra 2
94,069
79,767
42,798
Muestra 3
92,821
78,691
42,284
Muestra 4
94,823
80,672
43,710
Muestra 5
92,316
77,737
41,559
Muestra 6
97,692
83,780
47,421
Muestra 7
89,556
76,672
42,608
Fuente: Cynthia Rodríguez
Humedad (%)
50%
45%
40%
35%
30%
27,92%
27,89%
27,96%
27,69%
28,72%
27,67%
27,44%
1
2
3
4
5
6
7
25%
20%
15%
10%
5%
0%
Figura 8. Resultados análisis de humedad. Fuente: Cynthia Rodríguez
El porcentaje de sólidos totales del lodo proveniente de la PTAR, se determinando
utilizando la fórmula:
Ecuación 2. Ecuación de Porcentaje de Sólidos Totales
13
Tabla 4. Datos obtenidos en el análisis de porcentaje de sólidos totales
Peso en
Peso en gramos
gramos
No.
(recipiente +
lodo)
(recipiente + lodo seco a
105 )
Peso en gramos
(recipiente)
Muestra 1
93,297
79,317
43,225
Muestra 2
94,069
79,767
42,798
Muestra 3
92,821
78,691
42,284
Muestra 4
94,823
80,672
43,710
Muestra 5
92,316
77,737
41,559
Muestra 6
97,692
83,780
47,421
Muestra 7
89,556
76,672
42,608
Fuente: Cynthia Rodríguez
Sólidos totales (%)
100%
90%
80%
72,08%
72,11%
72,04%
72,31%
71,28%
72,33%
72,56%
1
2
3
4
5
6
7
70%
60%
50%
40%
30%
20%
10%
0%
Figura 9. Resultados análisis de sólidos totales. Fuente: Cynthia Rodríguez
2.5.2.
Caracterización química del lodo residual
Se determinaron los principales parámetros químicos que ayudarán a identificar si el lodo
es un residuo industrial peligroso o no peligroso. Se analizaron los parámetros: Arsénico,
Bario, Cadmio, Cromo, Plomo, Selenio, para esta investigación se tomaron los resultados
de análisis realizados en el 2014 por el Laboratorio ANNCY, los resultados se
almacenaron en formato digital y se muestran en el Anexo C.
14
Del Balance de Masa del proceso de elaboración de ladrillos cerámicos, se tiene que el
esmalte, tiene una composición en peso de la pasta del 91%, como se indica en la Tabla 5.
Tabla 5. Composición en peso de la pasta cerámica
Materia
prima
Composición
en peso (%)
Composición
en peso (Kg)
Pasta
91,0
91,0
Esmalte
9,0
9,0
Total
100,0
100,0
Fuente: EDESA
Para la fabricación de 100 kilogramos de esmalte cerámico, se utilizan las composiciones
que se indican a continuación:
Tabla 6. Composición en peso del esmalte
Materia prima
Composición
en peso (%)
Composición
en peso (Kg)
99,5
99,5
0,5
0,5
Caolín
Carbonato de calcio
Feldespato
Frita
Pigmentos cerámicos
Fuente: EDESA
Se tiene que por cada tonelada de pigmento, existen 300 gramos de Óxido Zinc (ZnO)
que actúa como fundente, el detalle se muestra a continuación:
Tabla 7. Composición en peso del pigmento
Materia prima
Composición
en peso (%)
Composición
en peso (Kg)
99,97
99,97
0,03
0,03
Li₂O, CaO, BaO, MgO, SnO₂, ZrO₂,
Bi₂O₃, CdO, FeO - Fe₂O₃, NiO, P₂O₅,
CuO, Na₂O, K₂O, MgO, CaO, SrO, BaO,
MnO, CoO, NiO, Al₂O, TiO₂, entre otros.
ZnO
Fuente: Cynthia Rodríguez.
Por lo tanto, se tienen 15 ppm de ZnO en la composición de la mezcla del esmalte y 1,48
ppm de ZnO, en la mezcla de la pasta cerámica.
15
2.5.3.
Caracterización física de la rotura cerámica
Se tomaron los resultados de estudios como Sánchez, Marín, Frías, & Rivera (2001) y
Pacheco-Torgal F y Jalali S. (2010), en que se determinó la composición mineralógica
mediante Difracción de Rayos X del residuo, el mismo que está formado por cuarzo,
moscovita, mullita y montmorollonita, como compuestos cristalinos principales.
2.5.4.
Caracterización química de la rotura cerámica
Teniendo en cuenta que el árido utilizado se cirnió con un tamiz No. 10, se considera que
la rotura es un agregado fino, de tamaño de grano de 2mm.
Los compuestos cristalinos encontrados en el residuo de rotura cerámica se muestran en
la Figura 10.
Figura 10. Difracción de Rayos X rotura cerámica. Fuente: Pacheco-Torgal F, Jalali S
(2010)
Adicionalmente, se determinó la porosidad del árido de rotura cerámica, para ello se tomó
de referencia los datos de los autores antes mencionados y se obtuvo que la cerámica
tiene una porosidad del 0,32% tal como indica la Figura 11.
16
Figura 11. Porosidad del árido de cerámica. Fuente: Pacheco-Torgal F, Jalali S (2010)
2.5.5.
Elaboración de las unidades experimentales de ladrillos cerámicos
Las pruebas se realizaron en el laboratorio de EDESA, tomando como base la tabla de
combinaciones o proporciones propuestas de cada materia prima.
Para las unidades experimentales de la elaboración de ladrillos, se siguió la metodología
aplicada por autores como Barranzuela (2014), Jiménez & Salazar (2005), Ministerio del
Ambiente (2013), Robusté (1969) y la Asociación Industrial y Tecnológica de Arcillas
(2013), el detalle de dichos lineamientos se encuentran en el Anexo E.
2.5.5.1. Dosificación de materia prima
La mezcla que en próximas menciones la llamaremos pasta, se preparó en recipientes de
plástico utilizando las cantidades de lodo y residuos de cerámica (tamizada) de acuerdo a
las proporciones señaladas en la Tabla 8.
17
Tabla 8. Porcentajes de materia prima utilizados para las mezclas
A1
Composición en peso
lodo:arcilla
3:2
60
% p/p cerámica
triturada
40
A2
3:2
60
40
A3
3:2
60
40
B1
7:3
70
30
B2
7:3
70
30
B3
7:3
70
30
C1
4:1
80
20
C2
4:1
80
20
C3
4:1
80
20
D1
9:1
90
10
D2
9:1
90
10
D3
9:1
90
10
No.
% p/p lodo
Fuente: Cynthia Rodríguez
Tuvieron lugar tres repeticiones con cuatro diferentes dosificaciones de lodo y cerámica
triturada tamizada, tal como se indica a continuación:
Figura 12. Pesaje de materia prima para elaboración de ladrillos. Fuente: Cynthia
Rodríguez
18
Figura 13. Proporciones cerámica triturada para elaboración de ladrillos. Fuente: Cynthia
Rodríguez
Figura 14. Proporciones de lodos para elaboración de ladrillos. Fuente: Cynthia
Rodríguez
2.5.5.2. Elaboración de la mezcla para la elaboración de ladrillos
La pasta se preparó en unos recipientes de plástico utilizando la cantidad de lodo y
cerámica señalados en el numeral anterior. Cabe indicar que el contenido de agua en el
lodo fue constante en todo el experimento, 29.10 % p/p de humedad del lodo. Sin
embargo, fue necesario agregar a la mezcla un 10% en peso de humedad, para conseguir
una consistencia homogénea, para el mezclado se utilizó una espátula de metal y la mano
para obtener una mejor homogeneidad.
El vaciado en los moldes se hizo colocando una capa de mezcla y presionando con la
espátula para después colocar otra capa de la pasta y ejercer de nuevo presión. Se tuvo la
19
precaución de depositar la totalidad de la mezcla, de manera que no queden residuos en el
recipiente plástico.
Figura 15. Elaboración de la mezcla para la elaboración de ladrillos. Fuente: Cynthia
Rodríguez
Figura 16. Vaciado de la mezcla en moldes. Fuente: Cynthia Rodríguez
2.5.5.3. Secado de los ladrillos
Se colocó las piezas bajo el sol durante siete días para su secado. Esto ayudó que la
evaporación del agua se de paulatinamente, en las piezas, a fin de que, en la cocción, no
existiera un desprendimiento brusco de humedad que pudiera fracturar las piezas.
20
Figura 17. Secado de ladrillos. Fuente: Cynthia Rodríguez
2.5.5.4. Cocción de los ladrillos
Una vez identificados los ladrillos con esmalte, se procedió a colocarlos sobre la vagoneta
para arrancar el proceso de quema en el horno túnel de la empresa, el mismo que es de
temperatura programable, el tiempo de cocción fue de 12 a 14 horas. La temperatura
inicial del horno fue de 35 . Kingery (1976), explica los intervalos de cocción de un
horno para la producción de sanitarios de cerámica, que sirvieron de referencia para el
proyecto, estos se indican en la Tabla 9.
Tabla 9. Intervalos y tiempos de cocción para ladrillos cerámicos
Intervalo
Temperatura
Temperatura Horas
Observaciones
final,
(Tf-To),
Fase
Desprendimiento de
80
agua higroscópica
2,5
200
Deshidratación/inicio
300
de la reacción
2
800
Inicio fase vítrea
100
1
950-1200
Enfriamiento
<150
2
750
Temple
----
---
500
--Tiempo de
espera de
mínimo una
hora para
aumento de
temperatura.
---El enfriamiento
lento evita
cuarteos en la
pieza.
Descenso de
temperatura en
intervalos
cortos.
Fuente: Introduction to Ceramics. Autor: Kingery, 1976.
21
Tabla 10. Condiciones de operación del horno túnel
Ciclo de cocción
14 horas
Temperatura de entrada de las piezas
35 °C
Temperatura de salida
75 °C
Potencia del horno
961 HP
Consumo de combustible
118.18 KG/H
Temperatura de operación
1200 °C
Fuente: Cynthia Rodríguez
Los intervalos de cocción utilizados para las unidades experimentales de ladrillos fueron
similares a los lineamientos del ANEXO E, con la diferencia en la etapa intermedia (en
donde aparece la fase vítrea), en que el tiempo destinado fue de 2 horas. Es decir, en total
se utilizaron 10 horas para la etapa de calentamiento y cocción, y 3 horas para
enfriamiento y temple.
Figura 18. Perfil de temperatura de cocción de los ladrillos. Fuente: Cynthia Rodríguez
Las imágenes del procedimiento seguido para la identificación y cocción de ladrillos se
muestran a continuación:
22
Figura 19. Identificación de ladrillos. Fuente: Cynthia Rodríguez
Figura 20. Colocación de ladrillo en la plataforma móvil . Fuente: Cynthia Rodríguez
Figura 21. Cocción de ladrillos de prueba en horno túnel. Fuente: Cynthia Rodríguez
2.5.6.
Caracterización de ladrillos cerámicos
La caracterización de los ladrillos cerámicos se llevó a cabo midiendo los parámetros que
corresponden a las variables de respuesta del trabajo experimental: resistencia a la
compresión, porcentaje de absorción de agua, porcentaje de contracción por cocción y
pérdidas por calcinación (%).
23
Es importante mencionar que todos los parámetros y propiedades de la pieza se realizaron
en los ladrillos de prueba, con la acotación que para el análisis de resistencia la
compresión, fue necesario el corte del ladrillo en aristas de 2cm.
2.5.6.1. Contracción lineal por cocción
Los ladrillos durante el proceso de cocción sufren un encogimiento, debido a la cantidad
de pasta para vitrificarse, el volumen de la pieza se contrae. La contracción al secado va a
depender de la plasticidad de los materiales que contenga la pasta (Singer & Singer,
1971)
La contracción lineal por cocción se determinó siguiendo la metodología descrita en (Da
Silva, 2012). Antes y después del proceso de cocción de los especímenes se midió el
ladrillo, trazando una línea recta atravesada a lo largo del mismo justo en el medio (como
se puede ver en la Figura 22.
Figura 22. Trazado de línea de encogimiento. Fuente: Vázquez Malagón (2001)
La longitud inicial fue medida al terminar de secar el ladrillo y la longitud final se midió
después de haber cocido el especímen.
Se realizaron tres ladrillos probetas idénticos por combinación a ensayar, con lo que el
resultado final es la media aritmética de los tres
a) Cálculo del porcentaje de contracción:
Ecuación 3. Ecuación de Porcentaje de Contracción por Cocción
24
b) Cálculo del porcentaje de contracción promedio:
Ecuación 4. Ecuación de Porcentaje de Contracción Promedio
Donde:
%Lm = Porcentaje de contracción medio.
%L1 = Porcentaje de contracción de la prueba 1.
%L2 = Porcentaje de contracción de la prueba 2.
%L3 = Porcentaje de contracción de la prueba 3.
2.5.6.2. Pérdidas por calcinación
Se determinaron las pérdidas por calcinación de cada una de las muestras, en primer lugar
se pesaron los ladrillos de prueba utilizados para determinar el porcentaje de contracción,
después del secado y se registró este peso como P1; luego se quemaron los ladrillos y se
pesaron las piezas luego de la quema, este peso se registró como P2.
Se realizaron tres ladrillos probetas idénticos por combinación a ensayar, con lo que el
resultado final es la media aritmética de los tres
a) Cálculo de Pérdidas por calcinación:
Ecuación 5. Ecuación de Porcentaje de Pérdidas por Calcinación
Donde:
PPC = Pérdidas por Calcinación
P1 = Peso de la muestra seca antes de la quema, en g.
P2 = Peso de la muestra luego de la quema, en g.
b) Cálculo de las pérdidas por calcinación promedio:
Ecuación 6. Ecuación de Porcentaje de Pérdidas por Calcinación promedio
Donde:
PPCm = Pérdidas por Calcinación media.
PPC1 = Pérdidas por Calcinación de la prueba 1.
25
PPC2 = Pérdidas por Calcinación de la prueba 2.
PPC3 = Pérdidas por Calcinación de la prueba 3.
Figura 23. Prueba de pesaje del ladrillo para prueba de Pérdidas por Calcinación. Fuente:
Cynthia Rodríguez
2.5.6.3. Absorción de agua
Expresa en porcentaje (%) el aumento de peso que experimenta un material sólido al ser
sumergido en agua, referido al peso del material seco (Singer & Singer, 1971).
Para la determinación del porcentaje de absorción de agua, se siguió la metodología
descrita en la norma INEN 296 – 1977- 05 “Ladrillos cerámicos determinación de
absorción de humedad” (Instituto Ecuatoriano de Normalización, 1977). En primer lugar
se determina el peso del ladrillo seco. Una vez pesados se sumergieron totalmente, en 5
litros de agua destilada durante 24 horas y después se sacaron las muestras del agua, se
secaron con una toalla húmeda antes de pesarlas. La pesada de cada muestra se concluyó
antes de transcurridos cinco minutos de sacada del agua. Con esto se conoce el peso de
saturación.
Se realizaron tres ladrillos idénticos por combinación a ensayar, con lo que el resultado
final es la media aritmética de los tres.
a) Cálculo del porcentaje de absorción de humedad:
Ecuación 7. Ecuación de Porcentaje de Absorción de humedad
26
Donde:
P2: peso de la muestra seca
P3: peso de la muestra después de 24 horas de sumergida
Figura 24. Ladrillos sumergidos en agua destilada para prueba de Absorción de agua.
Fuente: Cynthia Rodríguez
Figura 25. Ladrillos sumergidos en agua destilada transcurridas 24 horas. Fuente:
Cynthia Rodríguez
Figura 26. Pesado de ladrillo saturado de agua. Fuente: Cynthia Rodríguez.
27
b) Cálculo del porcentaje de absorción de humedad promedio:
Ecuación 8. Ecuación de Porcentaje de Absorción de humedad promedio
Donde:
%Absm = Porcentaje de absorción medio.
%Abs1 = Porcentaje de absorción de la prueba 1.
%Abs2 = Porcentaje de absorción de la prueba 2.
%Abs3 = Porcentaje de absorción de la prueba 3.
2.5.6.4. Resistencia a la compresión
La prueba de resistencia a la compresión se realizó siguiendo lo establecido en la norma
ASTM D 2938 – 95 “Método de prueba estándar de resistencia a la compresión”
(American Society for Testing and Materials, 2002). Esta norma aplica para ladrillos
cerámicos que se emplean en albañilería, elaborados a partir de arcilla moldeada y cocida.
Los ladrillo se cortaron en medidas de 2cmX2cmX2cm, para obtener los resultados de
contracción por cocción que permitan contar con el aristas iguales con caras plana s y
paralelas, requeridas según la norma, para la prueba de resistencia a la compresión.
Las muestras se ensayan centrándolas con respecto a la rótula y de manera que la carga se
aplique en la dirección de su menor dimensión. Aproximadamente hasta la mitad de la
carga máxima probable, se aplica ésta a cualquier velocidad. La carga restante se aplica
gradualmente, en un tiempo no inferior a un minuto ni superior a dos.
Se realizaron tres ladrillos idénticos por combinación a ensayar, con lo que el resultado
final es la media aritmética de los tres.
Figura 27. Corte del ladrillo en aristas iguales. Fuente: Cynthia Rodríguez.
28
Figura 28. Aplicación de la carga mediante el probador de fuerza de compresión. Fuente:
Cynthia Rodríguez.
Figura 29. Rotura de la muestra. Fuente: Cynthia Rodríguez.
a) Cálculo de la resistencia a la compresión:
Ecuación 9. Ecuación de resistencia a la compresión
C = La resistencia a la compresión, en Megapascales.
P = La carga de rotura, en Newtones.
A = Área de la seccionen milímetros cuadrados.
La superficie A se calcula por la ecuación siguiente: A =a x l
29
Siendo:
a = ancho de la muestra, en milímetros.
l = largo de la muestra, en milímetros.
b) Cálculo de la resistencia a la compresión promedio:
Ecuación 10. Ecuación de resistencia a la compresión promedio
Dónde:
C= Resistencia a la compresión promedio
C1= Resistencia a la compresión de la prueba 1
C2= Resistencia a la compresión de la prueba 2
C3= Resistencia a la compresión de la prueba 3
30
3. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
3.1.
CARACTERIZACIÓN DEL LODO RESIDUAL
3.1.1.
Caracterización física del lodo residual
En la caracterización física de lodos se determinaron: los principales parámetros
fisicoquímicos (humedad y sólidos totales), que permitirían determinar el potencial de
aprovechamiento de los mismos.
3.1.1.1. Humedad y sólidos totales
De acuerdo a los cálculos señalados en el capítulo anterior, a continuación se presentan
los resultados del análisis de humedad y sólidos totales realizados a las muestras de lodo
de la PTAR.
Tabla 11. Resultados del análisis de porcentaje de humedad
No.
Porcentaje de Humedad (%)
Muestra 1
27,92 %
Muestra 2
27,89 %
Muestra 3
27,96 %
Muestra 4
27,69 %
Muestra 5
28,72 %
Muestra 6
27,67 %
Muestra 7
27,44 %
Promedio
27,90%
Fuente: Cynthia Rodríguez.
Humedad (%)
50%
45%
40%
35%
30%
25%
20%
15%
10%
5%
0%
27,92%
27,89%
1
2
27,96% 27,69%
3
4
28,72%
5
27,67% 27,44%
6
7
Figura 30. Resultados análisis de humedad. Fuente: Cynthia Rodríguez
31
Del análisis de humedad, se obtuvo un porcentaje de humedad promedio de 27,9%. En la
parte técnica es una ventaja contar con lodos que ha pasado por un proceso de
acondicionamiento de manera que los porcentajes de humedad no superen el 40%, lo cual
provocaría dificultades en la manipulación y en el transporte de los de los mismos hasta
los sitios de aprovechamiento.
3.1.1.2. Sólidos totales
Tabla 12. Resultados del análisis de porcentaje de sólidos totales
No.
Porcentaje sólidos totales
Muestra 1
72,08 %
Muestra 2
72,11 %
Muestra 3
72,04 %
Muestra 4
72,31 %
Muestra 5
71,28 %
Muestra 6
72,33 %
Muestra 7
72,56 %
Promedio
72.10%
Fuente: Cynthia Rodríguez.
Sólidos totales (%)
100%
90%
80%
72,08%
72,11%
72,04%
72,31%
71,28%
72,33%
72,56%
1
2
3
4
5
6
7
70%
60%
50%
40%
30%
20%
10%
0%
Figura 31. Resultados análisis de sólidos totales. Fuente: Cynthia Rodríguez.
32
Del análisis de sólidos totales, se tiene un porcentaje de sólidos totales promedio de
72,10%. En la parte técnica esto se traduce en un alto contenido de sólidos totales, que
permiten un mayor aprovechamiento de los lodos.
3.1.2.
Caracterización química del lodo residual
Se analizó el contenido de metales pesados presentes, comparando las caracterizaciones
químicas del lodo, con los valores del Anexo B, que contiene la Norma Técnica de Quito
de Desechos Especiales, que estipula los límites máximos permisibles para considerar
a un desechos como peligroso o especial.
Tabla 13. Comparación de resultados con límites máximos permisibles
Límite máximo permisible
Contaminante
Norma Técnica SA DMQ
(mg/L)
Resultados
análisis
laboratorio
Arsénico
5,0
<0,010
Bario
100,0
0,714
Cadmio
1,0
0,012
Cromo
5,0
0,018
Mercurio
0,2
0 (No se usa en el proceso)
Plata
5,0
0 (No se usa en el proceso)
Plomo
5,0
<0,050
Selenio
1,0
<0,010
Fuente: Cynthia Rodríguez
Del análisis comparativo de los lodos procedentes de la PTAR y los resultados del
laboratorio, se tiene que por las mínimas cantidades en que se presentan los metales
pesados en el lodo, el residuo cumple con los límites máximos permisibles, que permiten
su consideración como lodos no peligrosos o especiales, es decir, se permite el contacto
directo durante su manipulación o aplicación.
Debido a que el contenido de ZnO en la composición de la mezcla del esmalte fue
mínimo, 15 ppm, y 1,48 ppm en la mezcla de la pasta cerámica, por ello, no fue necesario
el análisis de dicho óxido en el lodo.
3.2.
CARACTERIZACIÓN DE LA ROTURA CERÁMICA
3.2.1.
Caracterización física de la rotura cerámica
De acuerdo a lo señalado por Sánchez, Marín, Frías, & Rivera (2001) y Pacheco-Torgal F
y Jalali S. (2010), los resultados de la composición mineralógica estudiada por dichos
33
autores mediante Difracción de Rayos X, evidencian que la rotura está formada por
cuarzo, moscovita, microclina, mullita, zircón, hematite, ortoclasa, como compuestos
cristalinos principales.
3.2.2.
Caracterización química de la rotura cerámica
El árido cerámico se caracteriza por tener un fuerte carácter ácido, con predominio de
sílice SiO₂ (69%) y alúmina Al₂O₃(23%), seguido de forma minoritaria por otros óxidos,
entre los que destaca el óxido de sodio Na₂O
óxido ferroso Fe₂O₃ <
, el xido de potasio K₂O <
, el
y el xido de calcio CaO (<1%).
Del análisis de la porosidad del árido de rotura cerámica, se obtuvo que la cerámica tiene
una porosidad del 0,32%. El árido utilizado como materia prima es un agregado fino, de
tamaño de grano de 2mm.
3.3.
CARACTERIZACIÓN DE LOS LADRILLOS CERÁMICOS
De acuerdo a la dosificación de materia prima, señalada en el anterior capítulo, se realizó
la caracterización de ladrillos cerámicos, las variables de respuesta fueron la contracción
lineal por cocción, las pérdidas por calcinación, la absorción de humedad y la resistencia
a la compresión.
Cabe la pena indicar que los resultados obtenidos se compararon con los valores
estipulados por las normativa nacional sobre ladrillos cerámicos, razón por la cual, no fue
necesaria la propuesta de un modelo estadístico.
En la evaluación preliminar y a simple vista, las piezas elaboradas presentan su superficie
vitrificada, no se observaron fracturas en ninguna de las muestras, ni poros negros, ni
imperfecciones.
Figura 32. Ladrillos cerámicos posterior a la quema. Fuente: Cynthia Rodríguez.
34
3.3.1.
Contracción lineal por cocción
De la Tabla 14 puede observarse que todas las muestras de prueba elaboradas,
presentaron aceptables valores de porcentaje de contracción por cocción, menores al 10%.
Esto es positivo desde el punto de vista técnico puesto que no se requieren moldes muy
grandes en el proceso de elaboración para contar con las dimensiones requeridas.
Tabla 14. Resultados de las pruebas de contracción por cocción
No. % lodo
% cerámica
triturada
40
Contracción por
cocción (L, %)
6,19
A1
60
A2
60
40
6,25
A3
60
40
6,12
B1
70
30
6,74
B2
70
30
7,69
B3
70
30
7,69
C1
80
20
8,85
C2
80
20
8,95
C3
80
20
8,92
D1
90
10
9,95
D2
90
10
9,33
D3
90
10
9,90
Fuente: Cynthia Rodríguez
Tabla 15. Resultados promedio de las pruebas de contracción por cocción
% cerámica
triturada
Contracción por
cocción promedio
(L, %)
No.
% lodo
A
60
40
6,19
B
70
30
7,37
C
80
20
8,91
D
90
10
9,72
Fuente: Cynthia Rodríguez
35
% Contracción por cocción
10
9
8
7
6
5
50
60
70
80
90
100
% lodo por peso
Figura 33. Curva de porcentaje de contracción lineal por cocción. Fuente: Cynthia
Rodríguez.
En la Figura 33, se observa que, conforme aumenta el porcentaje de lodos en la
composición de las muestras aumenta el porcentaje de Contracción y que conforme
aumenta el porcentaje de rotura cerámica en la composición de las muestras disminuye el
porcentaje de contracción por cocción. Los cambios en los valores de contracción se
explican por que tanto el lodo como la rotura está constituido por finas partículas muy
sensibles al secado.
3.3.2.
Pérdidas por calcinación
Respecto a las pérdidas por calcinación, según muestra la Tabla 16, puede observarse que
todas las muestras de prueba elaboradas, presentaron aceptables valores de porcentaje de
pérdidas por calinación menores al 1%. Por criterio se recomiendan valores de porcentaje
de pérdida por ignición menores al 15%.
36
Tabla 16. Resultados de las pruebas de pérdidas por calcinación
% cerámica
triturada
Pérdidas por
calcinación (PPP,
%)
0,73
No.
%
lodo
A1
60
40
A2
60
40
0,75
A3
60
40
0,75
B1
70
30
0,74
B2
70
30
0,74
B3
70
30
0,75
C1
80
20
0,76
C2
80
20
0,76
C3
80
20
0,76
D1
90
10
0,88
D2
90
10
0,77
D3
90
10
0,77
Fuente: Cynthia Rodríguez
Tabla 17. Resultados promedio de las pruebas de pérdidas por calcinación
Pérdidas por
% cerámica
calcinación promedio
triturada
(PPP, %)
40
0,740
No.
% lodo
A
60
B
70
30
0,742
C
80
20
0,76
D
90
10
0,81
Fuente: Cynthia Rodríguez
37
% Pérdidas por calcinación
1
0,95
0,9
0,85
0,8
0,75
0,7
50
60
70
80
90
100
% lodo por peso
Figura 34. Curva de porcentaje de pérdidas por calcinación. Fuente: Cynthia Rodríguez.
Según muestra la Figura 34, se observa como tendencia que, conforme aumenta el
porcentaje de lodos en la composición de las muestras aumentan las pérdidas por
calcinación y que conforme aumenta el porcentaje de rotura en la composición de las
formulaciones disminuyen las pérdidas por calcinación.
3.3.3.
Absorción de agua
Respecto a las pruebas de absorción de agua, según muestra la Tabla 18, puede
evidenciarse que se presentan porcentajes de absorción que fluctúan entre el 18% y 10%,
dichos valores se consideran como aceptables. De acuedo a los criterios de la Norma NTE
INEN
297-1978
“L
á
.
R
t ”
(Instituto
Ecuatoriano
de
Normalización, 1978), las muestras A, B y C, cuentan con las características de Ladrillo
Macizo Tipo A (<16%), por ello, podrían comercializarse en el sector de la construcción
para el recubrimiento de suelos; en cambio la muestra D (<18%), puede considerarse
como Ladrillo Macizo Tipo B, su uso se limita a edificaciones. Este parámetro es
importante controlarlo puesto que un elevado porcentaje de absorción puede generar un
aumento en la porosidad, lo que conlleva a una reducción en la resistencia de la pieza.
38
Tabla 18. Resultados de las pruebas de absorción de agua
No. % lodo
% cerámica
triturada
40
Absorción agua
(Abs, %)
10,04
A1
60
A2
60
40
10,08
A3
60
40
10,04
B1
70
30
11,01
B2
70
30
11,04
B3
70
30
11,16
C1
80
20
15,14
C2
80
20
14,32
C3
80
20
15,25
D1
90
10
17,12
D2
90
10
16,99
D3
90
10
16,93
Fuente: Cynthia Rodríguez
Tabla 19. Resultados promedio de las pruebas de absorción de agua
% cerámica
triturada
40
Absorción agua
promedio (Abs, %)
No.
% lodo
A
60
B
70
30
11,07
C
80
20
14,90
D
90
10
17,01
10,05
Fuente: Cynthia Rodríguez
39
20
% Absorción agua
18
16
14
12
10
8
50
60
70
80
90
100
% lodo por peso
Figura 35. Curva de porcentaje de absorción de agua en función de la proporción de
materia prima. Fuente: Cynthia Rodríguez.
Del análisis de la Figura 35, se evidencia que, al aumentar el porcentaje de lodos en la
composición de las muestras, se incrementa el porcentaje de absorción y que conforme
aumenta el porcentaje de rotura en la composición de las muestras disminuye el
porcentaje de absorción.
3.3.4.
Resistencia a la compresión
Referente a la resistencia a la compresión, como lo muestra la Tabla 20, los experimentos
obtuvieron valores de resistencia a la compresión mayores a 39 MPa. Comparados con
los criterios de la Norma NTE INEN 297 - 1978 (INEN, 1978), se evidencia que todos los
ladrillos pueden considerarse como Ladrillo Macizo Tipo A, resistencia individual mayor
a 20 MPa .
Cabe indicar que la muestra A de composición de mezcla 60% de lodo y 40% cerámica
triturada, presentó una mayor resistencia a la compresión 68 MPa. Esto se debe a que las
muestras fueron cocidas a alta temperatura (1200º C), los valores de resistencia a la
compresión reflejaron una alta calidad de los materiales, muy por encima de los
requerimientos de la Norma INEN.
40
Tabla 20. Resultados de las pruebas de resistencia a la compresión
No. % lodo
%
cerámica
triturada
40
Resistencia a la
compresión (C, MPa)
A1
60
68
A2
60
40
65
A3
60
40
69
B1
70
30
57
B2
70
30
61
B3
70
30
58
C1
80
20
50
C2
80
20
53
C3
80
20
53
D1
90
10
46
D2
90
10
39
D3
90
10
44
Fuente: Cynthia Rodríguez.
Tabla 21. Resultados promedio de las pruebas de resistencia a la compresión
% cerámica Resistencia a la compresión
triturada
promedio (C, MPa)
40
67
No.
% lodo
A
60
B
70
30
59
C
80
20
52
D
90
10
43
Fuente: Cynthia Rodríguez.
41
Resistencia a la compresión promedio,
MPa
100
90
80
70
60
50
40
30
50
60
70
80
90
100
% lodo por peso
Figura 36. Resultados de pruebas de resistencia a la compresión en función de la
proporción de materia prima. Fuente: Cynthia Rodríguez.
Del análisis de la Figura 36, se tiene que conforme aumenta el porcentaje de lodos en la
composición de las formulaciones disminuye la resistencia a la compresión y que
conforme aumenta el porcentaje de rotura en la composición de las formulaciones
aumenta la resistencia a la compresión.
3.3.5.
Resultados caracterización de ladrillos cerámicos
En las Tablas 22 y 23 se observan los resultados obtenidos de la caracterización de los
ladrillos elaborados, bajo condiciones definidas por el diseño experimental planteado.
Esta caracterización consistió en medir el porcentaje de contracción por cocción, pérdidas
por calcinación, porcentaje de absorción de agua y resistencia a la compresión de las
piezas cerámicas.
Los mejores resultados de caracterización se obtuvieron con una mezcla con lodo y rotura
cerámica (3:2; p/p), con la cual se fabricaron los ladrillos cerámicos.
42
Tabla 22. Características de las unidades experimentales de ladrillos cerámicos
%
No.
lodo
%
cerámica
triturada
Longitud
lineal
ladrillo seco
(L1, cm)
Longitud
lineal
ladrillo
quemado
(L2, cm)
Peso
Peso
Contracción
ladrillo ladrillo
por cocción
seco
quemado
(L, %)
(P1, g) (P2, g)
Pérdidas
por
calcinación
(PPP, %)
P3: Peso
ladrillo
quemado
húmedo
Absorción
agua
(Abs, %)
Resistencia a
la
compresión
(C, MPa)
A1
60
40
19,40
18,20
6,19
468,59
465,19
0,73
511,89
10,04
68
A2
60
40
19,20
18,00
6,25
469,23
465,73
0,75
512,68
10,08
65
A3
60
40
19,60
18,40
6,12
466,95
463,45
0,75
509,99
10,04
69
B1
70
30
19,30
18,00
6,74
471,50
468,00
0,74
519,54
11,01
57
B2
70
30
19,50
18,00
7,69
473,77
470,27
0,74
522,19
11,04
61
B3
70
30
19,50
18,00
7,69
469,23
465,73
0,75
517,69
11,16
58
C1
80
20
19,20
17,50
8,85
457,86
454,36
0,76
523,17
15,14
50
C2
80
20
19,00
17,30
8,95
462,41
458,91
0,76
524,64
14,32
53
C3
80
20
19,05
17,35
8,92
457,86
454,36
0,76
523,64
15,25
53
D1
90
10
19,10
17,20
9,95
454,95
450,95
0,88
528,16
17,12
46
D2
90
10
19,30
17,50
9,33
453,32
449,82
0,77
526,25
16,99
39
D3
90
10
19,20
17,30
9,90
453,32
449,82
0,77
525,96
16,93
44
Fuente: Cynthia Rodríguez.
Del análisis de la Tabla 22, respecto a las propiedades físicas cualitativas de los productos obtenidos de cada formulación, se observa que las
mencionadas características se favorecen con alto contenido de rotura cerámica en su mezcla, y se afectan negativamente en sus propiedades, con
altas concentraciones de lodos en su composición.
43
Tabla 23. Resultados promedio de las unidades experimentales de ladrillos cerámicos
Pérdidas
Contracción
por
% cerámica por cocción
No. % lodo
calcinación
triturada
promedio
promedio
(L, %)
(PPP, %)
Absorción
agua
promedio
(Abs, %)
Resistencia
a la
compresión
promedio
(C, MPa)
A
60
40
6,19
0,740
10,05
67
B
70
30
7,37
0,742
11,07
59
C
80
20
8,91
0,76
14,90
52
D
90
10
9,72
0,81
17,01
43
Fuente: Cynthia Rodríguez.
3.4.
ANÁLISIS DE FACTIBILIDAD ECONOMICA DEL PROYECTO
La evaluación de la Factibilidad Económica comprende principalmente los siguientes
aspectos:
•C t
,
y
equipos, materiales y herramientas
necesarias para el acondicionamiento y aprovechamiento de los lodos.
• C t
p
,
t
t
p
b
materiales cerámicos.
•C t
•C t
t t
,
t
ón y operación.
gestión, se evaluaron en función de las distancias de la Fosa de Lodos de la
PTAR hasta los sitios de gestión ya sea mediante la EMASEO y EMGIRS, o los costos
por entrega del residuos al gestor autorizado.
Por último se hizo el análisis de costos y beneficios, tomando en cuenta los costos del
funcionamiento del horno como los recursos necesarios para obtener los ladrillos
quemados comparados con los costos por gestión con gestores privados y municipales.
3.4.1.
Costos de inversión, operación y gestión
Para efectos del proyecto se procederá a analizar el costo de un horno túnel con las
características de la Tabla 24:
44
CHIMENEA
AIRE
ENFRI.
A. ATOMIZACION
AIRE COMBUSTION RAPIDO
CALIENTE
ENFRI.
LENTO
COMBUSTIBLE
Figura 37. Diseño de horno túnel. Fuente: Cynthia Rodríguez.
Figura 38. Dimensiones de horno túnel. Fuente: Cynthia Rodríguez.
Tabla 24. Características horno túnel para la elaboración de ladrillos
Largo, L
Altura, h
Ancho, b
N° de quemadores
60 metros
1.5 metros
2.2 metros
44
Fuente: Cynthia Rodríguez.
45
Con las características de los ladrillos de prueba (20 x 6 cm) y teniendo en cuenta que se
requiere contar con un espacio libre entre la pared y la pieza que será de 0,35 metros a
cada lado. Adicionalmente, la distancia entre pieza y pieza no deberá ser muy amplia
debido a las características de contracción por cocción, se asumirá que la distancia de
separación es de 5 cm, se tiene:
Largo utilizable del horno= 50m
Donde:
L: Espacio requerido por ladrillo
Lx: largo del ladrillo
Ls: espacio de separación
L= 0,20 m+0.05m
L= 0,25m
Ancho utilizable del horno= 1,50m
B: Espacio requerido por ladrillo
bx: largo del ladrillo
bs: espacio de separación
L= 0,06 m+0.03m
L= 0,09m
Por lo tanto caben 200 ladrillos a lo largo y 16 ladrillos a lo ancho.
rodu i
ladrillos
46
Volumen longitudinal = Longitud horno/Longitud ladrillo
Volumen ancho= Ancho horno/Ancho ladrillo
rodu i
etros
ladrillos
rodu i
,
etros
,
ladrillos
Realizando los cálculos de la capacidad de producción de los ladrillos se tiene un total de
3200 ladrillos, asumiendo que existirá tres rejillas ubicadas paralelamente a la superficie,
se tendrá que la producción máxima de ladrillos por ciclo de cocción será como se indica
a continuación:
rodu i
ladrillos
x
rodu i
rodu i
ladrillos
o re illas
ladrillos
x
produ i
ladrillos
x
x
Las rejillas estarán separadas a 0,30 metros de altura cada una.
3.4.1.1. Condiciones de operación horno túnel mensual
Las condiciones de operación del horno túnel, se encuentran descritas a continuación:
Tabla 25. Condiciones de operación del horno túnel
Ciclo de cocción
12 horas
Temperatura de entrada de las
35°C
piezas
Temperatura de salida
75 °C
961 HP
Potencia del horno
(706,81kw)
Consumo de combustible
118.18 kg/h
Temperatura máxima de operación
1200 °C
Energía eléctrica
3497 kw
Fuente: Cynthia Rodríguez.
47
Los costos de insumos, energía y mano de obra mensual, se citan a continuación:
Tabla 26. Condiciones de energía requerida por horno túnel
Costo de kg GLP (unidad)
0.95 $
Costo de kg GNLP (unidad)
0.35 $
Costo del galón diésel (unidad)
1.82 $
Costo energía KWH
0.91 $
Mano de obra directa
474 $
Fuente: Cynthia Rodríguez.
Para el cálculo del costo real de operación de la elaboración de ladrillos, se consideró la
cantidad de lodo y cerámica producida (ton/mensual), para calcular los costos de
adquisición de maquinaria que cubra dicha cantidad, para la estimación de los costos,
considerando la depreciación de la maquinaria.
Tabla 27. Cuadro de generación promedio mensual de residuos industriales
Año
Generación mensual de
Generación mensual de
lodos de PTAR
rotura cerámica
(Toneladas)
(Toneladas)
2014
235
367
Fuente: Cynthia Rodríguez.
3.4.1.2. Cantidad aprovechable del residuo industrial
Para determinar la cantidad que se podría destinar para su aprovechamiento, se realizó el
cálculo en función de la proporción óptima de mezcla y la cantidad producida
mensualmente.
Tabla 28. Cantidad aprovechable de residuos industriales mensual
Generación
Lodos de PTAR
Rotura cerámica
Proporción para
mezcla óptima
60%
40%
Cantidad
aprovechable mensual
(Toneladas)
235
157
Fuente: Cynthia Rodríguez.
48
La cantidad aprovechable sería de 235 toneladas de lodo y 157 toneladas de
cerámica mensual.
Además, se consideraron las horas trabajadas al día, los días al año a trabajar y el
combustible necesario para que la maquinaria pueda realizar su trabajo y, de ésta manera,
estimar los costos por la extracción de los lodos por día (costo real de operación), a la vez
consideraron los costos por gestión del lodo por parte de empresas autorizadas. Al final se
realiza el análisis de costo beneficio de ésta opción planteada.
Asumiendo que el combustible a utilizarse en el horno diariamente sea Gas Licuado de
Petróleo se tiene que un costo por consumo:
Costo de GLP = masa GLP x precio del GLP
,
osto de
osto de
,
,
ora
Considerando que se trabaja el horno por 12 horas, se requieren 22 ciclos de cocción por
los días laborables de un mes:
,
Los costos por consumo de energía se supondrán que no tienen ningún subsidio, los costos
necesarios se exponen a continuación:
osto de e er a
er a requerida
pre io del
osto de e er a
49
Tabla 29. Tabla resumen de costos de operación
RUBROS
Mano de obra
Clases Costo Energía Eléctrica
Clases Costo Combustibles
Gastos de Oficina
Mantenimiento
Depreciaciones
y
Amortizaciones
Materiales de Fabricación
Otros Gastos
TOTAL
COSTO, $
6636 (14
trabajadores)
3182
29639
26
1311
1861
792
197
43644
Fuente: Cynthia Rodríguez.
3.4.2.
Comparación de costos respecto a gestores ambientales privados y locales
Para el costo de gestión de la cerámica se tomó en cuenta el peso específico del mismo, es
decir: 1800 Kg/m3.
Tabla 30. Cantidad disponible de residuos y costos por gestión
EMGIRS
Cantidad Costo de (Estación de EMGIRS
Total
mensual
disposición Transferencia (Escombrera)
producida
Norte y Sur)
Desecho
industrial
Lodo
PTAR
Rotura
cerámica
de
235 (Ton)
157 (Ton)
28,92
$/Ton
0,5 $/m3 =
0,28$/ Ton
$ 6796,2
-
-
$ 43,61
$
6839,81
Fuente: Cynthia Rodríguez.
De la tabla 30, se tiene que el costo por disposición de residuos es de $29,2 por
tonelada (lodo+cerámica).
Adicionalmente, se realizó la comparación con los costos de gestión del residuos
por parte de dos Gestores Ambientales, los mismos que se indican a continuación:
50
Tabla 31. Costos por gestión de residuos (Gestores Privados)
Gestor
AVCORP
GADERE
Costo gestión $/Ton
70
225
Fuente: Cynthia Rodríguez.
Para poder estimar los costos de inversión se tomaron en cuenta las actividades
necesarias para el acondicionamiento de los lodos que consistió en el secado de los
lodos hasta una humedad del 5 al 10% de agua. Como esta operación no implica el
uso de tecnología de secado, los costos se minimizan al utilizar las condiciones
ambientales únicamente.
Los costos de operación tal como se indica en la Tabla 29, son de $ 43644
mensual, es decir. Por lo tanto, al año se deberán pagar: $523728.
Para hacer el cálculo del costo de la tonelada de lodo se consideran 392 toneladas
mensuales utilizadas, tal como se indica a continuación:
Toneladas al mes (lodo+cerámica): 235 + 157= 392 Toneladas
Peso ladrillo común aproximado ~ 3 kg (25 x 5,5 x 12,5)
,
Con esta cantidad (392 Toneladas de material), se tiene una capacidad de
elaboración de 130666 ladrillos (teniendo en cuenta un peso de ladrillo
aproximado de 3 kg).
Si durante el mes se tienen 22 ciclos de cocción destinados exclusivamente a la
producción de ladrillos, se tiene que se pueden obtener 5939 ladrillos diarios, los
cuales pueden satisfacer la demanda estimada requerida para la implementación
del subproceso de elaboración de ladrillos.
51
Si asumimos que el costo de un ladrillo es similar al costo de un ladrillo de arcilla
común: 0,25 centavos, se tiene que con una producción de 130666 ladrillos
mensuales, se obtendrían $ 32666,5 mensuales.
,
,
Es decir, $28 por tonelada de materia prima. Por lo tanto, con la venta de los
ladrillos se recuperaría en gran parte el costo de operación. Adicionalmente si se
compara con el costo mensual por Tonelada de $29,2 (un 4.29% menos que la
gestión a través de la empresa EMGIRS).
Para esa cantidad de ladrillos, con un porcentaje del 60% de lodo y 40% de
cerámica por ladrillo, se necesitarían 392 Toneladas de lodo mensual que tendrían
un costo mensual por tonelada de $28 (un 803,6% menos que la gestión a través de
la empresa GADERE y un 250% menos que la gestión a través de la empresa
AVCORP).
Para calificar el aspecto económico se tienen los siguientes indicadores tomados
arbitrariamente para ayudar a estimar los impactos negativos y/o positivos.
Calificación de costo con respecto a los materiales convencionales:
1, muy baja 10 % más caro.
2, baja; igual.
3, media 4% - 5 % menos caro.
4, alta 10 % menos caro.
5, muy alta 15 % menos caro.
Por lo tanto, al haberse estimado que la producción de ladrillos utilizando 60% de
lodo y 40% de cerámica, es menos costosa que la gestión a través de la empresa
52
EMGIRS, se tiene que la factibilidad en este caso es medio aceptable. Sin
embargo, al compararla con las empresas gestoras GADERE y AVCORP, la
factiblidad es muy alta.
53
4.
4.1.
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
CONCLUSIONES
-
La caracterización de los lodos residuales y la cerámica triturada permitió determinar
que estos residuos presentan un alto potencial de valoración como materia prima para
elaborar productos cerámicos, por poseer características similares a las de la arcilla.
Adicionalmente, los lodos residuales presentaron contenidos de metales pesados para
poder clasificarlos como no peligrosos, puesto que sus contenidos están muy por
debajo de los valores especificados en la norma.
-
Los resultados de las pruebas experimentales permitieron elaborar un ladrillo teniendo
como materia prima los lodos de la planta de tratamiento de aguas residuales y
residuos de cerámica triturada dentro del proceso de fabricación de sanitarios. Se
determinó que las proporciones óptimas para la mezcla de la pasta cerámica es: 60% de
lodo residual y 40% de cerámica triturada.
-
Las unidades experimentales cumplen con los requisitos de resistencia a la compresión
y porcentaje de absorción de agua, establecidos en la Norma INEN, por ello, estos,
ladrillos pueden ser utilizados con fines estructurales según las tipología de ladrillo
macizo tipo A, con resistencia individual a la compresión mayor a 20 MPa y
porcentaje de absorción a la humedad menor a 16%. Su aplicación e implementación
en la industria puede reducir la necesidad de un gran volumen de material arcilloso
utilizado como materia prima; y minimizar el residuo destinado a las escombreras y
rellenos sanitarios del DMQ.
-
Se determinó que la cantidad de los residuos utilizados en este estudio, pueden
satisfacer la demanda estimada requerida para la implementación del subproceso de
utilización como materia prima en la elaboración de ladrillos. La cantidad
aprovechable estimada sería de 235 toneladas de lodo y 157 toneladas de
cerámica, mensualmente.
-
La factibilidad económica de la opción propuesta en este trabajo es muy alta, al
compararla con los gestores privados GADERE y AVCORP. Al compararla con la
empresa pública EMGIRS, la factibilidad es media.
54
4.2.
RECOMENDACIONES
-
Que la Biblioteca de la Universidad Central del Ecuador adquiera textos referentes a
reutilización y valoración de residuos y subproductos industriales de tal manera que
se facilite el desarrollo de esta línea de investigaciones.
-
Fomentar desde la academia y gobierno nacional, investigaciones de técnicas más
profundas que promuevan la reducción y valoración de residuos industriales no
peligrosos y su aplicación en la obtención de productos con aplicaciones tecnológicas
interesantes, de tal manera que se brinden alternativas al sector productivo para el
aprovechamiento y reciclaje de los mismos.
-
Que exista una regulación adecuada en las tarifas por gestión de residuos industriales
ya que al momento las empresas incurren en altos costos por la entrega de dichos
residuos a gestores privados.
-
Se recomienda que el lodo atraviese por un proceso de acondicionamiento previo,
esto evitará el exceso de humedad en la mezcla; además esto elevará el contenido de
sólidos totales, que permitirá un mayor aprovechamiento de los lodos.
-
Las condiciones deseables para la elaboración del ladrillo son: un contenido de
sólidos totales del lodo del 72,10% en peso; un porcentaje de humedad extra de 10%
en peso; un tamaño de grano de la cerámica triturada de 2mm y una temperatura
máxima de cocción de 1200º C. Bajo mencionados parámetros, los valores de las
variables de optimización cumplen con las condiciones requeridas para las
propiedades de la pieza, esto es, baja contracción por cocción, bajas pérdidas por
calcinación, baja absorción de agua y alta resistencia a la compresión.
-
A medida que aumenta el porcentaje de lodos en la composición de la mezcla,
aumenta el porcentaje de absorción de agua, aumenta el porcentaje de contracción
longitudinal, aumentan las pérdidas por calcinación y disminuye la resistencia a la
compresión de los productos obtenidos.
-
Conforme aumenta el porcentaje de rotura en la composición de las formulaciones:
disminuye el porcentaje de absorción de agua, disminuye el porcentaje de contracción
longitudinal, disminuye las pérdidas por calcinación y aumenta la resistencia a la
compresión de los ladrillos.
55
LITERATURA CITADA
1. AGENCIA VALENCIANA DE LA ENERGÍA. (2006). Guía de Ahorro y Eficiencia
Energética en el sector de la cerámica artística, de uso y técnica de la Comunidad
Valenciana. Valencia, España: Edición para la Comunidad Valenciana. Pág. 161.
2. AMERICAN SOCIETY FOR TESTING AND MATERIALS. (1997). Standard Practice
for Sampling Aggregates. ASTM D75. Philadelphia, U.S.A.
3. AMERICAN SOCIETY FOR TESTING AND MATERIALS. (2002). Método de prueba
estándar de resistencia a la compresión. ASTM D 2938 – 95. Philadelphia, U.S.A.
4. ARMENTER, J., ROCA, J., CUSIDÓ, J., ARTEAGA, F., & CREMADES, L. (2002).
Innovación en el tratamiento de fangos de una ETAP. Secado por atomización y
aprovechamiento en la industria cerámica. Tecnología del Agua, Pág. 26-33. Barcelona,
España.
5. ASOCIACIÓN
INDUSTRIAL
Y
TECNOLÓGICA
DE
ARCILLAS.
(2013).
Implementación de tecnologías limpias, diversificación e innovación de productos de
alfareria y otros. Boyacá, Colombia. Pág: 51-53.
6. AVGUSTINIC, A. (1983). Cerámica. Barcelona: Reverté S.A. Pág. 273.
7. BARRANZUELA, J. (2014). Proceso productivo de los ladrillos de arcilla producidos en la
Región de Piura. Piura, Perú. Pág. 87. Tesis de pregrado en Ingeniería Civil. Universidad de
Piura.
8. BLANCO, F. (2005). Cerámicas. España: Universidad de Oviedo. Pág: 8-9.
http://www6.uniovi.es/usr/fblanco/Leccion7.COCCION.pdf. Recuperado el 08 de enero
2016, 15H00.
9. COMISIÓN EUROPEA, LIFE MEDIO AMBIENTE. (2005). Gestión de lodos producidos
en las Estaciones Depuradoras. Proyecto Ecocerámica. Plan de Castilla de la Mancha.
Castilla, La Mancha, España: Consejería de Medio Ambiente y Desarrollo Rural. Pág:1618.
56
10. CUSIDÓ, J., & CREMADES, L. (2000). Nuevos materiales para la construcción mediante
valorización de lodos de aguas residuales urbanas: proyecto Ecobrick. V Congreso
Internacional de Ingeniería de Proyectos, Pág. 11-131. Barcelona, España.
11. DA SILVA, G. (2012). Evaluación de las metodologías de taguchi y aditividad en la
formulación de pastas cerámicas. Quito, Ecuador. Pág: 86. Tesis para optar por el Título de
Ingeniero en Materiales.
12. GALÁN, E., & APARICIO, P. (2005). Materias primas para la industria cerámica. Boletin
de la Sociedad Española de Cerámica. Sevilla, España. Pág: 48.
13. GALLEGOS, H., & CASABONE, C. (2005). Albañilería Estructural. Tercera edición.
Pontificia Universidad Católica del Perú. España: Fondo Editorial 2005. Pág. 435.
14. GLINKA, M. E., VEDOYA, D. E., & PILAR, C. A. (2006). Estrategia de reciclaje y
reutilización de residuos sólidos de construcción y demolición. El Chaco, Argentina. Pág:
23.
15. GOLDBOLD, P., LEWIN, K., GRAHAM, A., & BARKER, P. (1984). Reuse of water
utility products as secondary commercial materials, WRC. Report No. UC 6081, Pág. 8192. United Kingdom.
16. HERNÁNDEZ, D. (2006). Aprovechamiento de Lodos Aluminosos (de la Etapa de
Sedimentación) de Sistemas de Potabilización como Agregado en la Fabricación de
Ladrillos Cerámicos. Colombia. Pág: 109. Tesis Maestría en Ingeniería Sanitaria y
Ambiental de la Universidad del Valle.
17. IBÁÑEZ, V., GÓMEZ, A., BOVEDA, M. D., GALLARDO, A., & FRANCISCO, J. C.
(2011). Caracterización de residuos sólidos en la industria cerámica y su relación con las
Mejores Técnicas Disponibles. Hacia la sustentabilidad: Los residuos sólidos como fuente
de energía y materia prima. Ministerio de Medio Ambiente y Medio Rural y Marino.
Madrid, España. Pág: 36-41.
18. INSTITUTO ECUATORIANO DE NORMALIZACIÓN. (1977). Ladrillos cerámicos.
Definiciones, clasificación y condiciones generales. NTE INEN 293 1977 - 05. Quito,
Ecuador.
57
19. INSTITUTO ECUATORIANO DE NORMALIZACIÓN. (1977). Ladrillos cerámicos.
Determinación de la resistencia a la compresión. NTE INEN 294 1977 - 05. Quito,
Ecuador.
20. INSTITUTO ECUATORIANO DE NORMALIZACIÓN. (1977). Ladrillos cerámicos.
Determinación de absorción de humedad. NTE INEN 0296 - 1977 - 05. Quito, Ecuador.
21. INSTITUTO ECUATORIANO DE NORMALIZACIÓN. (1978). Ladrillos cerámicos.
Requisitos. NTE INEN 297. Quito, Ecuador.
22. INSTITUTO ECUATORIANO DE NORMALIZACIÓN. (2010). Muestreo de Áridos.
NTE INEN 695 - 2010. Quito, Ecuador.
23. JIMÉNEZ, A., & SALAZAR, O. (2005). Transferencia de tecnología a ladrilleras en
Cholula elaborando un manual de capacitación y diseñando un horno para pruebas de
laboratorio con capacidad para cocer veinte ladrillos de arcilla, para analizar y mejorar el
proceso de producción. Puebla, México. Pág: 149-152.
24. KINGERY, W. (1976). Introduction to Ceramics, Segunda edición E.U.A. Editorial Reverté
S.A. Pág: 308-312.
25. LAGUNA, M. C. (2011). Ladrillo ecológico como material sostenible para la construcción.
España: Universidad Pública de Navarra. Pág: 114
26. MARÍN, F. A., SÁNCHEZ, M. I., RIVERA, J. & FRÍAS, M. (2008). Valorización de
cascote cerámico como sustituto de materias primas para tejas hormigón. Madrid, España:
Instituto de Ciencias de la Construcción Eduardo Torroja. Pág: 82.
27. MENEZES, R., BRASILEIRO, M., SANTANA, L., NEVES, G., FERREIRA, H., & LIRA.
H. (2008). Utilization of kaolin processing waste for the production of porous ceramic
bodies. Waste Management & Research, Pág: 362–368. Brasil.
28. MINISTERIO DE MEDIO AMBIENTE Y MEDIO RURAL Y MARINO DE ESPAÑA.
(2011). Mejores Técnicas Disponibles de referencia Europea. Madrid: Centro de
Publicaciones, Secretaría General Técnica, Ministerio de Medio Ambiente y Medio Rural y
Marino. España. Pág: 316
58
29. MINISTERIO DEL AMBIENTE. (2013). Estudio de potenciales impactos ambientales y
vulnerabilidad relacionada con las sustancias químicas y tratamiento de desechos peligrosos
en el sector productivo del Ecuador. Pág. 301-305.
30. MORENO, F. (1981). El ladrillo en la construcción. España: Ediciones CEAC. Pág: 282.
31. MUÑOZ, J., MUÑOZ, R., MANCIL, P., & RODRIGUEZ, J. (2007). Estudio del
p
t
á
“L C
”p
p t
z
en la elaboración de piezas cerámicas. Revista Facultad de Ingeniería de la Universidad de
Antioquia, Pág: 68-78. Colombia: Grupo CYTEMAC.
32. NIETO, E. (2011). Gestión en las industrias de la Eco- Innovación en procesos industriales.
Madrid: Unión Europea. Pág: 49, 95.
33. NUVALORI, A. (2002). Inertização de Biossólidos em Tijolos Cerâmicos Maciços:
Aspectos Tecnológicos e Ambientais. Brasil. Pág: 128. Tesis Doutorado em Engenharia
Civil. Campinas: Faculdade de Engenharia Civil, Universidade Estadual de Campinas.
34. PACHECO, F., & JALALI, S. (2010). Reusing ceramic wastes in concrete. Construction
and Building Materials, Volumen 24, Pág. 832. Guimarães, Portugal.
35. PAN, J., LIN, S., & HUANG, C. (2004). Reuse of fresh water sludge in cement. National
Institutes of Health Magazine, volume 25, Pág. 8 - 11. E.U.A.
36. RAUPP-PEREIRA, F., SEGADÃES, A., HOTZA, D., & LABRINCHA, J. (2006). Ceramic
formulations prepared with industrial wastes and natural sub-products. Ceramics
International, volumen 32, Pág: 173–179. Brasil.
37. REVERTÉ, P. (1983). La industria ladrillera. Barcelona: Editorial Reverté S.A. Pág: 111.
38. ROBUSTÉ, E. (1969). Técnica y práctica de la industria ladrillera. Quinta Edición.
Barcelona: Ediciones CEAC. Pág: 41.
39. RODRIGUEZ, A., LETON, A., GARCÍA, R., DORADO, M., SUSANA, V., & SANZ, J.
(2006). Tratamientos avanzados de aguas residuales industriales. Confederación
Empresarial de Madrid, Pág: 15. Madrid, España.
59
40. SÁNCHEZ DE ROJAS, M., FRÍAS, M. R., ESCORIHUELA, M., & MARÍN, P. (2000).
Investigaciones sobre la actividad puzolánica de materiales de desecho procedentes de
arcilla cocida. Madrid, España: Instituto de Ciencias de la Construcción Eduardo Torroja.
Pág: 11-12.
41. SÁNCHEZ DE ROJAS, M., MARÍN, F., FRÍAS, M., & RIVERA, J. (2001). Viabilidad de
utilización de materiales de desecho procedentes de productos cerámicos en prefabricados
de hormigón. Madrid, España: Instituto de Ciencias de la Construcción Eduardo Torroja.
Pág: 39.
42. SINGER, F., & SINGER, S. (1971). Cerámica Industrial. Principios Generales de la
Fabricación de Cerámica, Enciclopedia de la Química Industrial. Volumen II, Tomo 10.
Primera Edición. Bilbao, España: Ediciones Espartero. Pág. 146.
43. TORRES, P., HERNÁNDEZ, D., & PAREDES, D. (2012). Uso productivo de lodos de
plantas de tratamiento de agua potable en la fabricación de ladrillos cerámicos. Revista
Ingeniería de la Construcción, Volumen 27, Pág: 142 - 154. Universidad del Valle,
Colombia.
44. ULLMANN. (2001). Encyclopedia of Industrial Chemistry, Sixth Edition, Pág. 15-21.
Weinheim, Germany.
45. VILLARINO, A. (2012). Breve resumen de la Ingeniería Civil. Escuela Politécnica
Superior de Ávila. Ávila, España. Pág: 47
60
ANEXOS
ANEXO A: GLOSARIO DE TÉRMINOS
A
Absorción
Proceso por el que una sustancia ejerce atracción sobre un fluido con el que está en contacto de
modo que las moléculas de éste penetren en aquella.
Almacenamiento de desechos peligrosos y/o especiales
Actividad de guardar temporalmente residuos/desechos peligrosos y/o especiales, ya sea fuera o
dentro de las instalaciones del generador.
Adsorción
Proceso superficial que se refiere a la acumulación de moléculas de un gas o líquido para formar
una fina película sobre la superficie de un sólido (asimilación de la superficie).
Aireación
Es la acción de mezclar un líquido con aire u oxígeno.
Aeróbico
Es un proceso biológico que se produce en presencia de oxígeno.
Aprovechamiento de residuos no peligrosos
Conjunto de acciones o procesos asociados mediante los cuales, a través de un manejo integral de
los residuos sólidos, se procura dar valor a los desechos y/o residuos reincorporando a los
materiales recuperados a un nuevo ciclo económico y productivo en forma efi ciente, ya sea por
medio de la reutilización, el reciclaje, el tratamiento térmico con fines de generación de energía y
obtención de subproductos o por medio del compostaje en el caso de residuos orgánicos o cualquier
otra modalidad que conlleve beneficios sanitarios, ambientales y/o económicos.
61
Arcilla
Está constituida por silicatos de aluminio hidratado, procedente de la descomposición de minerales
de aluminio.
C
Caolín
Es un silicato de aluminio hidratado, producto de la descomposición de feldespatos. El término
caolín se refiere a arcillas en las que predomina el mineral caolinita.
Carbonato de Calcio
Es un compuesto químico, de fórmula CaCO3 que es una sustancia muy abundante en la naturaleza,
es utilizado en la preparación de esmalte por sus propiedades de plasticidad, porosidad, y
resistencia.
Celda emergente para desechos y/o residuos sólidos no peligrosos
Es una celda técnicamente diseñada, donde se depositan temporalmente los desechos y/o residuos
sólidos no peligrosos, los mismos que deberán tener una compactación y cobertura diaria con
material adecuado, poseer los sistemas de evacuación del biogás, recolección de lixiviados,
recolección de aguas de escorrentía; hasta la habilitación del sitio de disposición final, técnica y
ambientalmente regularizado.
Cerámica
Se utiliza para materiales inorgánicos (que pueden tener algún contenido orgánico) formados por
compuestos no metálicos y estabilizados mediante un proceso de cocción.
D
De la cuna a la tumba
La responsabilidad de los Sujetos de Control abarca de manera integral, compartida, y diferenciada,
todas las fases de gestión integral de las sustancias químicas peligrosas y la gestión adecuada de los
residuos, desechos peligrosos y/o especiales desde su generación hasta su disposición final.
62
Demanda Bioquímica de Oxigeno (DBO)
Es una prueba usada para determinar la cantidad de oxígeno disuelto requerido por los
microorganismos para descomponer materia orgánica. La unidad de medida es mg O2/l. En Europa,
la DBO suele medirse tras 3 (DBO3), 5 (DBO5) o 7 (DBO7) días.
Demanda Química de Oxigeno (DQO)
La DQO Determina la cantidad de oxígeno requerido para oxidar la materia orgánica en una
muestra de agua residual, bajo condiciones específicas de agente oxidante, temperatura y tiempo.
Desechos no peligrosos
Conjunto de materiales sólidos de origen orgánico e inorgánico (putrescible o no) que no tienen
utilidad práctica para la actividad que lo produce, siendo procedente de las actividades domésticas,
comerciales, industriales y de todo tipo que se produzcan en una comunidad, con la sola excepción
de las excretas humanas. En función de la actividad en que son producidos, se clasifican en
agropecuarios (agrícolas y ganaderos), forestales, mineros, industriales y urbanos. A excepción de
los mineros, por sus características de localización, cantidades, composición, etc., los demás poseen
numerosos aspectos comunes, desde el punto de vista de la recuperación y reciclaje.
E
Efluente
Fluido físico (aire o agua junto con contaminantes) que forma una emisión.
Esmalte Cerámico
El esmalte es una suspensión líquida de minerales muy finamente molidos, y que se aplica a las
piezas cerámicas
F
Feldespato
Rocas compuestas por silicatos de aluminio y de calcio, sodio o potasio, o mezclas de entre estas.
63
Frita
Vidrio obtenido a partir de la fusión a temperaturas elevadas y un enfriamiento rápido.
I
Impacto Ambiental
Son todas las alteraciones, positivas, negativas, neutras, directas, indirectas, generadas por una
actividad económica, obra, proyecto público o privado, que por efecto acumulativo o retardado,
generan cambios medibles y demostrables sobre el ambiente, sus componentes, sus interacciones y
relaciones y otras características intrínsecas al sistema natural.
M
Material peligroso
Es todo producto químico y los desechos que de él se desprenden, que por sus características
físico-químicas, corrosivas, tóxicas, reactivas, explosivas, inflamables, biológico- infecciosas,
representan un riesgo de afectación a la salud humana, los recursos naturales y el ambiente o de
destrucción de los bienes y servicios ambientales u otros, lo cual obliga a controlar su uso y limitar
la exposición al mismo, de acuerdo a las disposiciones legales.
R
Reciclaje
Proceso mediante el cual, previa una separación y clasificación selectiva de los residuos sólidos,
desechos peligrosos y especiales, se los aprovecha, transforma y se devuelve a los materiales su
potencialidad de reincorporación como energía o materia prima para la fabricación de nuevos
productos. El reciclaje puede constar de varias etapas tales como procesos de tecnologías limpias,
reconversión industrial, separación, recolección selectiva, acopio, reutilización, transformación y
comercialización.
Relleno sanitario
Es una técnica de ingeniería para el adecuado confinamiento de los desechos y/o residuos sólidos;
consiste en disponerlos en celdas debidamente acondicionadas para ello y en un área del menor
tamaño.
64
Reúso de desechos peligrosos y/o especiales
Utilización de desechos peligrosos y/o especiales o de materiales presentes en ellos, en su forma
original o previa preparación, como materia prima en un proceso de producción.
T
Tratamiento de aguas residuales
Conjunto de procesos, operaciones o técnicas de transformación física, química o biológica de las
aguas residuales.
Tratamiento de residuos sólidos no peligrosos
Conjunto de procesos, operaciones o técnicas de transformación física, química o biológica de los
residuos sólidos para modificar sus características o aprovechar su potencial, y en el cual se puede
generar un nuevo desecho sólido, de características diferentes.
Y
Yeso
Es un producto preparado a partir de rocas de sulfato de calcio deshidratado que es utilizado para la
elaboración de moldes de yeso.
65
ANEXO B: MARCO LEGAL
Límites máximos permisibles en el extracto PECT (Prueba de lixiviación)
Número del Chemical
Abstracts Service
Contaminante
Límite máximo
permisible (mg/l)
CONSTITUYENTES INORGÁNICOS (METALES)
7440-38-2
Arsénico
5,0
7440-39-3
Bario
100,0
7440-43-9
Cadmio
1,0
7440-47-3
Cromo
5,0
7440-97-6
Mercurio
0,2
7440-22-4
Plata
5,0
7440-92-1
Plomo
5,0
7440-49-2
Selenio
1,0
Constituyentes orgánicos semivolátiles
94-75-7
93-72-1
Ácido 2,4-Diclorofenoxiacético
Ácido 2,4, 5Triclorofenoxipropionico
10,0
1,0
0,03
57-74-9
Clordano
95-48-7
o-Cresol
200,0
108-39-4
m-Cresol
200,0
106-44-5
p-Cresol
200,0
1319-77-3
Cresol
200,0
121-14-2
2,4-Dinitrotolueno
0,13
72-20-8
Endrín
0,02
76-44-8
Heptacloro y su epóxido
0,008
67-72-1
Hexacloroetano
3,0
58-89-9
Lindano
0,4
74-43-5
Metoxicloro
10,0
66
Continuación:
Límites máximos permisibles en el extracto PECT (Prueba de lixiviación)
Número del Chemical
Número del Chemical
Abstracts Service
Abstracts Service
Número del
Chemical Abstracts
Service
Constituyentes orgánicos semivolátiles
98-95-3
Nitrobenceno
2,0
87-86-5
Pentaclorofenol
100,0
8001-35-2
Toxafeno
0,5
95-95-4
2,4,5-Tricolofenol
400,0
88-06-2
2,4,6-Tricolofenol
2,0
Constituyentes orgánicos volátiles
71-43-2
Benceno
0,5
108-90-7
Clorobenceno
100,0
67-66-3
Cloroformo
6,0
75-01-4
Cloruro de Vinilo
0,2
106-46-7
1,4- Diclorobenceno
7,5
107-06-2
1,2- Dicloroetano
0,5
75-35-4
1,4- Dicloroetileno
0,7
118-74-1
Hexaclorobenceno
0,13
87-68-3
Hexaclorobutadieno
0,5
78-93-3
Metil etil cetona
200,0
110-86-1
Piridina
5,0
127-18-4
Tetracloroetileno
0,7
56-23-5
Tetracloruro de carbono
0,5
79-01-6
Ticloroetileno
0,5
67
ANEXO C: RESULTADOS DE LA CARACTERIZACIÓN
QUÍMICA
DEL LODO
RESIDUAL
68
ANEXO D: RESULTADOS DE PRUEBAS DE RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN
69
70
71
72
73
74
75
76
77
78
79
80
ANEXO E: PROCESO DE ELABORACIÓN DE LADRILLOS CERÁMICOS
El ladrillo cerámico es el producto de la mezcla de diversas materias primas, principalmente arcillas
plásticas, en estado pulverulento o pastoso, esta pasta al ser sometida a procesos físico-químicos,
adquiere una consistencia pétrea. Las piezas resultantes se destinan a actividades de la construcción,
fábricas de muros, entre otros (Villarino, 2012).
Se consideran arcillas a todas las fracciones con un tamaño de grano inferior a 2 µm (García
Romero & Suárez Barrios). Las más utilizadas son: arcilla (Al₂O₃.2SiO₂.H₂O), feldespatos como:
feldespato potásico KAlSi₃O₈, albita NaAlSi₃O₈, amortita CaAl₂Si₂O₈, caliza (CaCO₃), caolines
(Al₂O₃· 2SiO₂·2H₂O), bentonita (Si₄ (AI(2-x) Rx) 010 (OH) ₂) (Ministerio del Ambiente, 2013).
Según Barranzuela (2014), el proceso de producción artesanal de ladrillos es similar a la producción
semi.industrial, con la diferencia del uso de herramientas y equipos en los ladrillos semiindustriales, mientras que en los ladrillos artesanales se emplean herramientas manuales.
Para la fabricación de ladrillos refractarios artesanales se sigue el procedimiento señalado en la
Figura 39:
Figura 39. Diagrama del proceso de fabricación de ladrillos refractarios. Fuente: Barranzuela,
2014.
81
E.1. Extracción y preparación de la materia prima
La tierra arcillosa es extraída de minas al aire libre, con herramientas manuales como lampas o
picos (proceso artesanal), tienen preferencia aquellas que contienen una composición mineralógica
con filosilicatos o silicatos laminares de tamaño de grano muy fino (Ministerio del Ambiente,
2013).
De acuerdo a Jiménez & Salazar (2005), el proceso de selección abarca etapas individuales como:
desmenuzamiento de la materia prima en partículas pequeñas, por trituración o molienda; luego
pasa por una zaranda o criba que separa los elementos extraños que pueda tener.
Luego, se procede a la preparación de la mezcla, agregando agua de un porcentaje aproximado del
25% del total en peso (Jiménez & Salazar, 2005).
Algunos fabricantes artesanales de ladrillos añaden otros materiales como biomasa (aserrín,
cascarillas de cereales) o cenizas de cascarilla de arroz, para formar una pasta húmeda y uniforme
con la que se moldearán posteriormente los ladrillos. Esta mezcla húmeda se deja reposar por 24
horas (Barranzuela, 2014).
E.2. Moldeado
En Barranzuela (2014), el proceso de moldeado en la producción de ladrillo artesanal consiste en
llenar moldes de madera, compactándola con las manos y después alisándola con un rasero
cilíndrico, para quitar el excedente.
E.3. Secado
El secado de los ladrillos puede ser natural o artificial, en ocasiones se lo hace a cielo abierto, para
la actividad artesanal y en algunas actividades industriales, ubicando al producto sobre una
superficie horizontal por 24 horas y luego cambiando de posición sobre cada arista, cada día por 7
días aproximadamente, hasta completar el tiempo de secado, que estará condicionado a las
características climáticas del lugar y a la velocidad de difusión (tamaño, longitud y forma del poro
de la arcilla) (Barranzuela, 2014).
Esta es una de las etapas más importantes de la fabricación, pues un secado muy rápido puede
ocasionar fracturas o roturas y un secado incompleto puede impedir la correcta cocción del ladrillo
(Robusté, 1969).
82
E.4. Quema
Consiste en someter los ladrillos previamente secados, a condiciones de alta temperatura por
tiempos determinados en hornos, con el fin de mejorar sus propiedades mecánicas, físicas y la
apariencia final del producto, puesto que solo con el secado de la arcilla se tienen propiedades muy
bajas de resistencia (Barranzuela, 2014).
Según Kingery (1976), el proceso de quema se realiza en hornos, que pueden ser de hormiguero,
intermitentes, los Hoffman, los hornos de bóveda transversal, hornos de túnel, etc.
Según Barranzuela (2014), el proceso de cocción difiere tanto en el proceso artesanal como en el
industrial, por el tipo de horno, tipo de combustible y el tiempo de cocción. El periodo de cocción
en un horno artesanal, es de 36 horas (1,5 días) aproximadamente; en cambio en el proceso
industrial la quema de ladrillos tiene un periodo de cocción de aproximadamente 12 horas, las fases
en el horno son:

Precalentamiento (35 ºC - 100ºC): Se elimina paulatinamente el agua impregnada en la
arcilla, con esto evita grietas de la pieza al ser sometida al fuego.

Cocción (900 - 1250ºC ): Es el proceso físico - químico de calentamiento, de acuerdo con
un plan preestablecido, de las piezas crudas moldeadas, las arcillas se transforman en
silicatos de aluminio cristalinos sin hidratar. En esta fase el material adquiere la resistencia
necesaria para ser empleado como material de construcción (Asociación Industrial y
Tecnológica de Arcillas, 2013).

Enfriamiento (1150 a 650 ºC hasta 60 a 50 ºC): Prosigue el enfriamiento en un intervalo de
temperatura de 1150 a 650 °C, posteriormente, tiene lugar un enfriamiento natural, hasta
lograr la temperatura de 50 a 60°C (Ministerio del Ambiente, 2013).

Las condiciones ideales para una buena quema son: uniformidad de la temperatura en el
horno, evitar el contacto directo de la llama con la pieza, controlar la curva de cocción, aún
en el calentamiento y enfriamiento, de manera que no existan tensiones que produzcan
roturas y por último el control en la atmósfera del horno (Asociación Industrial y
Tecnológica de Arcillas, 2013).
83
Tabla 32. Datos operativos de los hornos de túnel utilizados en la industria cerámica
Rendimiento
t/h
Ladrillos de
arcilla refractaria
1,5-2,0
Longitud del horno
M
70-110
Sección transversal
m²
1,5-2,5
Densidad de carga
kg/m²
100-150
Horno de túnel
Unidad
Temperatura de cocción
Requisitos energéticos específicos
Flujo de volumen de gases de
combustión
Temperatura de gases de
combustión
1230
kJ/kg
8300
m³/h
12000
150-550
Fuente: Ministerio de Medio Ambiente y Medio Rural y Marino de España, 2011.
Figura 40. Ciclo de cocción de un horno túnel. Fuente: Universidad de Oviedo, 2012.
En Barranzuela (2014), se expone una síntesis de los efectos de cada etapa del proceso de
elaboración de ladrillos, en las propiedades físico químicas del producto, los mismos que se
muestran en la Tabla 30:
84
Tabla 33. Factores influyentes en las propiedades de la arcilla cocida
PROCESO DE PRODUCCIÓN
EFECTOS
Porosidad
Tamaño
Preparación
de la mezcla
-
-
Si hay sales
solubles en el
agua
o
materia
Eflorescencia prima
utilizada en
la mezcla, se
producirá
eflorescencia.
Resistencia a
la
compresión
-
Moldeo
Secado
Cocción
Intensidad
Enfriamiento
de quemado
Los moldes
deben
llenarse
correctamente
y
en
su
totalidad,
evitando
dejar vacíos.
-
-
-
-
Puede
presentarse
contracción
por
los
cambios
de
temperatura,
disminuyendo
sus medidas
originales.
De
presentarse
una
subcocción o
sobrecocción
se
modificarían
las
dimensiones
de la unidad.
-
-
-
-
-
-
Agrietamiento
en la unidad
que
disminuye su
resistencia, si
el secado es
demasiado
rápido.
Con
una
cocción muy
alta
se
disminuiría
la resistencia
del producto
final.
El
rápido
enfriamiento
ocasionaría la
rotura de la
unidad.
Fuente: Barranzuela, 2014.
85
ANEXO F: FOTOGRAFÍAS DE MATERIALES
Balanza. Fuente: Cynthia Rodríguez.
Calibrador. Fuente: Cynthia Rodríguez.
Probeta. Fuente: Cynthia Rodríguez.
86
Moldes de madera. Fuente: Cynthia Rodríguez.
Estufa de desecación. Fuente: Cynthia Rodríguez.
Prensa multi-ensayo. Fuente: Laguna, 2011.
87
Caja Petri. Fuente: Cynthia Rodríguez.
Espátula triangular. Fuente: Cynthia Rodríguez.
88
ANEXO G: HOJA DE VIDA
1. DATOS PERSONALES
NOMBRE:
Cynthia Paola Rodríguez Carrillo
CÉDULA DE IDENTIDAD:
0201581766
FECHA DE NACIMIENTO:
19 de marzo de 1986
LUGAR DE NACIMIENTO:
Guaranda, Bolívar
ESTADO CIVIL:
Soltero
DIRECCIÓN:
José Barba y Solano (El Dorado).
TELÉFONOS:
022900857 / 0987158146
E-MAIL:
[email protected]
1. PERFIL
Egresada de la Carrera de Ingeniería Ambiental, experticia de trabajo en las áreas de gestión
integral de residuos sólidos, gestión, control ambiental, educación ambiental, muestreo de aguas y
suelos (control de las características físicas, químicas y bacteriológicas), regularización ambiental,
aprovechamiento de subproductos y residuos industriales, normativa de ambiente y seguridad
industrial, reglamento de higiene y seguridad en el trabajo.
Excelentes relaciones interpersonales, predisposición para el trabajo en equipo, capacidad de
transferencia de experiencias y/o conocimientos.
Manejo de herramientas de la tecnología e información como Autocad, Word, Excel, Power Point y
Sistemas de Información Geográfica (GIS).
89
3. FORMACIÓN ACADÉMICA
Universitarios:
Universidad Central del Ecuador
Carrera de Ingeniería Ambiental
Estudios Secundarios:
Instituto Técnico Superior Angel Polibio
Chávez (Distinción)
Estudios Primarios:
Escuela Gustavo Lemos (Distinción)
Idioma Extranjero:
Inglés
Dominio del idioma hablado (Bueno)
Dominio del idioma escrito (Bueno)
4. CURSOS




Sistemas Integrados de Gestión. Auditor Interno (2012):
ISO 9001:2008
ISO14001:2004
OSHAS 18001:2007
Sistemas de Información Geográfica. Nivel intermedio. Total 50 horas
Catastro y SIG aplicados (40 horas): 07 al 18 de julio de 2014
Programas y Planes de beneficios de protección del Seguro General de Riesgos del Trabajo
y del Sistema de Pensiones (8 horas): 13 de julio de 2016
5. EXPERIENCIA LABORAL
 UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR
2 Marzo del 2010 – 30 de Julio del 2010
CARGO: Ayudante de cátedra de Mecánica de Fluidos II.
JEFE INMEDIATO: Ingeniero Salomón Jaya
 CÁMARA DE INDUSTRIAS Y PRODUCCIÓN
01 de Agosto de 2011 – 31 de Agosto de 2011
CARGO: Auxiliar en la Dirección de Ambiente y Seguridad Industrial de la CIP.
FUNCIONES: Manejo de la Bolsa de Residuos Quito
JEFE INMEDIATO: Ing. Ana María Noguera, Directora de Ambiente y Seguridad Industrial de la
Cámara de Industrias y Producción.
90

ECUACORRIENTE S.A.
06 de Agosto de 2012 – 04 de Septiembre de 2012
CARGO: Auxiliar en el Rescate Incidental de Flora y Fauna del Proyecto Minero a Ejecutarse en el
Cantón El Pangui.
FUNCIONES: Recopilación e interpretación de información del Rescate Incidental de Flora y
Fauna Proyecto Mirador.
JEFE INMEDIATO: Ing. Ruth Sivisaca, Directora HSE.
 CÁMARA DE INDUSTRIAS Y PRODUCCIÓN
10 de abril de 2013 – Actualidad
CARGO: Técnico de Ambiente y Seguridad Industrial.
FUNCIONES: Asesoría en trámites y normativa de ambiente, seguridad industrial y temas
municipales. Seguimiento normativo a proyectos o leyes implementadas.
JEFE INMEDIATO: Ingeniera Ana María Noguera, Directora de Ambiente y Seguridad
Industrial.
6. INVESTIGACIONES REALIZADAS

Reutilización de residuos industriales del proceso de fabricación de sanitarios, como
materia prima para la producción de ladrillos (2015-2016).

Trámites ambientales en Ecuador: desafíos, avances y oportunidades (2016).
91