416-020

21º CBECIMAT - Congresso Brasileiro de Engenharia e Ciência dos Materiais
09 a 13 de Novembro de 2014, Cuiabá, MT, Brasil
COMPUESTOS RECICLADOS DE PELBD CARGADO CON ASERRIN PARA
TRATAMIENTO DE DERRAMAMIENTOS
Daniel Enrique Horna Hernández 1, Daniel Reategui Reategui ², Ruth Marlene
Campomanes Santana3
1,2,3
Universidade Federal do Rio Grande do Sul –PPGE3M
1,2
Universidad Nacional de Trujillo-UNT, Trujillo, Perú
1
[email protected], 2 [email protected], [email protected]
Resumen
Las nuevas formas de explotación y transporte del crudo de petróleo pueden
originar grandes derrames de este, ocasionando daños irreparables al ecosistema.
En este sentido, el objetivo de esta investigación fue preparar y evaluar un
material con capacidad para adsorber y aglomerar líquidos oleosos (LO) para su
recuperación. Fueron usados en este trabajo compuestos termoplásticos de
polipropileno/fibra vegetal: PELBD/FV en las siguientes proporciones másicas
60/40; 70/30; 80/20. El tamaño de partícula de la FV usada en los compuestos fue
de 150 µm y 500 µm. El material adsorbente (MA) fue estrusado y picado en la
forma de gránulos, cuyas dimensiones fueron de 2.5 mm de diámetro y con un
largo de 3mm. El ensayo de adsorción al óleo fue realizado bajo la norma ASTM
F726. Resultados gravimétricos mostraron ser satisfactorios para una proporción
de MA/LO (3/4), obteniendo una eficiencia de adsorción entre 76 a 97% de óleo.
Horna, D.E.H. (1); Reategui, D.R. (1); Santana, R.M.C. (2)
21º CBECIMAT - Congresso Brasileiro de Engenharia e Ciência dos Materiais
09 a 13 de Novembro de 2014, Cuiabá, MT, Brasil
Introducción:
El crudo de petróleo es una mixtura de hidrocarburos (moléculas de
carbono hidrógeno) que tienen origen en la descomposición de materia orgánica,
principalmente el plancton (plantas y animales microscópicos en suspensión en las
aguas), puede ser de colores como verde amarillo, marrón o negro y es generado
por causada de la acción de bacterias en medios con baja concentración de
oxígeno. (Kelman et al, 2008; Celis, 2010; Mitjà et al, 2002)
Los hidrocarburos es una de las fuentes de energía más importantes de la
era moderna. Si el petróleo se expora, transporta, almacena y utiliza, existe el
riesgo de derrame(Al-Majed et al, 2012). Cuando hay un derrame de petróleo en
un ambiente marino, este está sujeto a varios procesos incluyendo la difusión, a la
deriva, la evaporación, la disolución, la fotolisis, la biodegradación y la formación
de emulsiones agua - aceite
The demolition of oil storage tanks in Kuwait during the war in 1991 spilled
several hundred million gallons of oil into the sea (Chol et al, 1992), In March 1989
the Exxon Valdez incident spilled 11.2 million gallons of crude oil into the coastal
waters of Prince William Sound, AK, ( Westermeyer, 1991), In June 2011, an oil
spill accident occurred at the 19-3 oil field of ConocoPhillips Company in the sea
area near Penglai in Bohai Bay, China. This spilled 500t, but according to the
calculation of some scholars, the total amount should be much greater (more than
10 times) ( Kuang et al, 2011). In addition, spills from tanker loading and uploading
operations, pipeline rupture and other sources pose serious threats to the
environment including fisheries and wildlife. In Greece, over 300 accidents were
reported yearly during the last 10 years (Yando, 1995; [4])
Los derrames de petróleo contribuyen a importantes impactos ambientales,
matan aves, bivalvos, moluscos, delfines, impartiendo las mutaciones genéticas en
los camarones y cangrejos, entre otras cosas, e incluso pueden ser tóxicos para
los seres humanos (Aguillera et al., 2010). Las perdidas económicas son también
significativas, perjudicando la pesca, el turismo y la industria del petróleo (EEA,
2010; Karan et al., 2011). Es así que una acción rápida para su contención y
remediación evitaría cuantiosas pérdidas.
Las técnicas usadas para la remediación de los derrames de oleo como los
booms y skimmers(Al-Majed et al, 2012), uso de dispersante(Song et al, 2013),
quema insitu del óleo(Belilacqua et al, 1994), biorremediación(Torres, 2003) y el
uso de adsorbentes(Armada et al, 2008); estos últimos tienen un gran desarrollo
porque permite la remoción completa del óleo, mediante el cambio de una fase
liquida a una semisólida(Karakasi et al, 2010)
Es así que en este trabajo se utilizaran gránulos de compuestos termoplásticos
conformados de residuos sólidos de Polietileno Lineal de Baja Densidad (PELBD)
y fibra vegetal (FV) de la especie Itaúba como material adsorbente de un óleo
21º CBECIMAT - Congresso Brasileiro de Engenharia e Ciência dos Materiais
09 a 13 de Novembro de 2014, Cuiabá, MT, Brasil
pesado con un rango de viscosidad de 1500 a 2500 cP y un rango de densidad de
0.930 a 1.000 g/cm3 (según norma ASTM F726) variando dos parámetros de
preparación, el primero, la relación PELBD/FV y el segundo, granulometría de la
FV, manteniendo fijo el tamaño de los gránulos en 3mm y comparándolos con
gránulos de polímero virgen y fibra vegetal sola.
2- MATERIALES Y MÉTODOS.
2.1. Materiales.
Para elaboración de los compuestos termoplásticos fueron usado dos tipos de
materiales: PELBD (polietileno lineal de baja densidad) y residuos de madera de
la especie Itaúba (FV). Los residuos de madera pasaron por un proceso de
tamizado para separar en dos granulometrías, la primera de 150μm y la segunda
de 500 μm, respectivamente. Los residuos de PELBD fueron provenientes de
tapas de botellas de gaseosas. Los compuestos de PELBD/FV fueron procesados
en una extrusora monorosca de marca CIOLA, modelo MEP- 18, con perfil de
temperatura de 140, 170 y 190°C y velocidad de la rosca 50 rpm. Los espaguetis
extrusados de los compuestos de PELBD/FV y del PELBD virgen tienen un
diámetro medio de 2 mm fueron cortados en tamaños de 3 mm de largo.
2.2. Método.
Para la realización experimental (laboratorios de la LAPOL de la UFRGS), fue
necesario separar las muestras en dos grupos, de acuerdo con las características
necesarias de la granulometría de la FV, como es presentado en la Tabla 1.
Tabla N°1. Clasificación de los gránulos.
GRUPO
Tamaño de
Proporción
partícula(μm) (PELBD/MADERA)
Fibra
Vegetal
150
-
500
-
PELBD
150
500
150
500
150
500
60/40
60/40
70/30
70/30
80/20
80/20
A
B
C
Los gránulos de este trabajo, según la Norma ASTM F726-12, son clasificados
como un adsorbente tipo IIIB, ya que según su morfología la mejor opción para
que actúen es estando dentro de una malla o tejido exterior que es permeable al
21º CBECIMAT - Congresso Brasileiro de Engenharia e Ciência dos Materiais
09 a 13 de Novembro de 2014, Cuiabá, MT, Brasil
óleo pero con aberturas lo suficientemente pequeñas como para contener al
adsorbente dentro de ella, como mostrada en la imagen de la Figura 1.
Figura 1. Gránulos envueltos en la malla.
Es así que además de su clasificación los gránulos y la malla fueron sometidos a
una prueba de "degradación dinámica", la cual está diseñada para determinar las
propiedades oleofílicas de los componentes, es decir, que tanta agua pueden
adsorber bajo condiciones dinámicas; los gránulos por si solos (mostrados en la
Figura 2-a) pasaron esta prueba sin embargo el material de la malla presento una
densidad mayor que el agua, lo que mostro un hundimiento; pero el conjunto
gránulos-malla flotaron totalmente en el agua como mostrados en la Figura 2-b.
(a)
(b)
Figura 2. (a)Gránulos libres flotando en la prueba de degradación dinámica. (b)
sistema de gránulos con malla flotando en el agua.
A continuación se realiza el ensayo de adsorción del conjunto granulo-malla, para
hacer esto se utilizara un vaso de precipitación de un (01) litro llenado hasta los
200ml de agua a la cual se le agregara 1ml (aprox) de aceite SAE 90 (este es
catalogado como un óleo pesado por la norma ASTM F726 – 12 por presentar una
densidad de entre 0.930 a 1.000 g/cm3)). Luego se agregan sobre la superficie del
líquido oleoso (LO) el sistema de malla con los gránulos. La relación entre el
líquido oleoso (LO) y el material adsorbente están en (3/4). El tiempo de
permanencia de este MA fue de 15 min +/- 20seg, (veja Figura 3) y luego se dejó
escurrir el exceso por un tiempo de 2 min +/- 2 seg. (Esto último se debe a que el
óleo usado está catalogado como pesado)
21º CBECIMAT - Congresso Brasileiro de Engenharia e Ciência dos Materiais
09 a 13 de Novembro de 2014, Cuiabá, MT, Brasil
(a)
(b)
Figura 3. (a) Sistema de adsorción de óleos. (b) vista lateral del sistema de
adsorción de óleos.
Resultados obtenidos
En la Figura 4 son mostrados los resultados del experimento realizado en el cual
se puede observar claramente que los gránulos de mayor eficiencia de adsorción
son la proporción de PELBD/FV de 80/20 con un tamaño de partícula de 150μm.
También se puede observar 2 datos que sobrepasa el 100% esto se debe a que el
sistema adsorbió agua obteniendo esos valores como resultado.
Tabla N°4. Figura 4. Resultados comparativos de la adsorción de óleo en función a
la diferencia de granulometría, proporción PELBD/FV, Polímero Virgen y Fibra
Vegetal.
-Fibra vegetal:
150 μm
500 μm
μm
μm
Fibra vegetal
21º CBECIMAT - Congresso Brasileiro de Engenharia e Ciência dos Materiais
09 a 13 de Novembro de 2014, Cuiabá, MT, Brasil
Con estos resultados se deduce la grande influencia de la presencia y tamaño de
la fibra vegetal en la matriz polimérica, como uno de los principales parámetros
que influencian en la absorción de aceite. La mayor área superficial proporcionada
por la fibra vegetal, origina una mayor rugosidad y/o porosidad de los gránulos, así
Como la tensión superficial de la matriz polimérica haciendo que adsorban hasta
incluso agua y no solamente óleo. Además se puede analizar que el aserrín
actuando directamente en el sistema tiene una mayor adsorción cuando su
granulometría es de 150 μm, sin embargo su actuar solo es aún mucho menor que
el polímero virgen y esto debido a que el PELBD está envuelto en una malla para
esta prueba siguiendo adecuadamente la norma ASTM F726 – 12.
Conclusiones y recomendaciones
Conclusiones
Los adsorbentes fabricados con algún polímero y carga vegetal tienen altas
eficiencias en la adsorción de óleo, sin embargo la granulometría de esta carga
aumento o disminuye su eficiencia además de tener probabilidad de adsorber
agua, en este caso debería de ser mínima para que no altere el proceso de
recuperación energética al cual estaría sujeto este tipo de materiales. Las nuevas
tendencias de uso de materiales reciclables en la adsorción de oleo abre nuevas
fronteras en las futuras investigaciones científicas para un mejor manejo y
tratamiento de los posibles accidentes que genere el ser humano.
Recomendaciones.
- La malla utilizada en los experimentos debe de flotar al igual que los pellets ya
que esta al ser más pesada que el agua hace que los pellets se sumerjan más y
tengan más contacto con el agua.
- El uso de las mallas debe ser exclusivamente como un saco sin costuras
adicionales de hilos o de algún otro polímero hidrofílico ya que incuba la
posibilidad de que estos adsorban más agua de la se piensa.
- Se debe analizar otras variables de madera y porcentajes de entre PELBD/FV
para poder hacer efectiva una mejora que ayude a las comunidades o pueblos
afectados por los derrames de petróleo
-El test de Fibra vegetal debe estar bajo las mismas condiciones que las demás
pruebas realizadas, en este caso no fue posible porque la malla utilizada no era
podía contener las partículas de 150 μm ni de 500 μm
21º CBECIMAT - Congresso Brasileiro de Engenharia e Ciência dos Materiais
09 a 13 de Novembro de 2014, Cuiabá, MT, Brasil
Bibliografía
1- Abdul Aziz Al-Majed, Abdulrauf R. Adebayo, M. Enamul Hossain. A NOVEL
SUSTAINABLE OIL SPILL CONTROL TECHNOLOGY. Environmental Engineering
and Management Journal p.333 – 353, 2012
Hyung-Mln Chol, Rlnn M. Cloud. Natural Sorbents in Oil Spill Cleanup. Environ.
Sci. Technol. V. 26, p. 772-776, 1992.
Westermeyer, W. E. Enuiron. Sci. Technol. V. 25, p. 196-200, 1991.
F. Yando, Oil Spill Intelligence Report, Cutter Information Corp. 1995.
Marine Environmental Protection Division, Greek Ministry of Mercantile Marine,
Disponible en: http://www.yen.gr. Fecha de acceso: 20/07/2014
Cuiping Kuang, Yi Pan, Ying Hu, Jie Gu, Xiaodan Mao, Jing Huang
Primary Analysis of the 2011 ConocoPhillips Oil Spill in Bohai Bay,
China. Asia Pacific Conference on Environmental Science and Technology
Advances in Biomedical Engineering, Vol.6,p. 191- 195, 2012.
Aguilera, F., Mendez, J., Pásaro, E., Laffon, B. Review on the Effects of Exposure
to Spilled Oils on Human Health. App. Toxicology V. 30, p 291–300. 2010
EEA – European Environment Agency (2010). The European Environment State
and Outlook 2010 - Marine and Coastal Environment. Copenhagen, Denmark.
Disponible en: http://www.eea.europa.eu/soer/europe/marine-and-coastalenvironment. Fecha de acceso: 15/07/2014
Karan, C. P., Rengasamy, R. S., Das, D. Oil Spill Cleanup by Structured Fibre
Assembly. Indian J. Fiber Textile Res. V. 36, p. 190 - 200. 2011
Dandan Song, Shengkang Liang, Qianqian Zhang, Jiangtao Wang, Limei Yan.
Development of High Efficient and Low Toxic Oil Spill Dispersants Based on
Sorbitol Derivants Nonionic Surfactants and Glycolipid Biosurfactants. Journal of
Environmental Protection v. 4, p. 16-22, 2013
Mariapia Bevilacqua, Valois González. Effects of Crude Oil Spill and Fire On the
physiognomic and floristis composition of a palm swamp community(morichal).
Ecotropicos, V.7(2), p. 23-34. 1994
Duilio Torres Rodríguez. El papel de los microorganismos en la biodegradación de
compuestos tóxicos. Ecosistemas, vol. XII (2), p. 1-5, 2003.
Alejandro Armada, Eduardo Barquinero, Elaine Capote. Empleo del bagazo como
material absorbente en derrames de petróleo. Sobre los Derivados de la Caña de
Azúcar, vol. XLII (1-3), p. 96 – 100, 2008.
21º CBECIMAT - Congresso Brasileiro de Engenharia e Ciência dos Materiais
09 a 13 de Novembro de 2014, Cuiabá, MT, Brasil
O.K. Karakasi *, A. Moutsatsou. Surface modification of high calcium fly ash for its
application in oil spill clean up. Fuel v. 89, p. 250-265, 2010.
Ch. Teas, S. Kalligeros, F. Zanikos, S. Stoumas, E. Lois*, G. Anastopoulos
.Investigation of the effectiveness of absorbent materials in oil
spills clean up. Desalination v. 140, p. 259-264, 2001
Karan, P.C., Rengasamy, R.S., Das, D. Oil spill cleanup by structured
fibre assembly. Indian Journal of Fibre & Textile Research v. 36, p. 190-200, 2011.
Nur Aqilah binti Nordin. Oil Spill Cleanup using Raw Kapok as the Sorbent
Material. P. 1 - 43. 2013
Kelman J. et al. 2008. Atlas de energía eléctrica do Brasil.3° edición. P 111 - 117
Celis, Jose. 2010. Derrame de Petróleo. Catástrofe ecológica. Efecto sobre los seres
vivos y el ecosistema disponible en: http://www.biodisol.com/contaminacionambiental/derrame-de-petroleo-catastrofe-ecologica-efecto-sobre-los-seres-vivos-y-elecosistema-medio-ambiente-contaminacion-ambiental/. Acceso: 07 de marzo de 2014.
Albert Mitjà et al. 2002 El petróleo, el recorrido de la energía, v. 1, p. 4 -10.