Efecto del tiempo de almacenamiento de trozas de Pinus radiata D

Efecto del tiempo de almacenamiento de trozas de
Pinus radiata D. Don, sobre la refinación de las fibras y
sus propiedades papeleras
Patrocinante: Sra. Silvana
Mariani A.
Trabajo de Titulación
presentado como parte de los
requisitos para optar al Título
de Ingeniero en Maderas.
PAULA YOLANDA MÜLLER ESPINOZA
VALDIVIA
2009
CALIFICACIÓN DEL COMITÉ DE TITULACIÓN
Nota
Patrocinante:
Sra. Silvana Mariani A.
6,6
Co – Patrocinante:
Sr. Alfredo Aguilera L.
5,8
Informante:
Sr. Juan Eduardo Díaz – Vaz O.
5,7
Informante:
Sr. Hernán Poblete W.
5,5
El patrocinante acredita que el presente Trabajo de Titulación cumple con los
requisitos de contenido y de forma contemplados en el reglamento de
Titulación de la Escuela. Del mismo modo, acredita que en el presente
documento han sido consideradas las sugerencias y modificaciones propuestas
por los demás integrantes del Comité de Titulación.
___________________________________
Sra. Silvana Mariani A.
A mí hijo y familia con amor…
AGRADECIMIENTOS
A todos los profesores de la Facultad de Ciencias Forestales que durante mí
estadía en la Universidad me apoyaron, entregando conocimientos y ayuda.
Especialmente a mí comité de titulación: Sra. Silvana Mariani A., Sr Alfredo
Aguilera L., Sr. Hernán Poblete W., Sr. Juan Eduardo Díaz - Vaz O.
También Al la Sra. .Alicia Fernández por su ayuda en las laborancias
realizadas y su especial trato como persona.
Al Sr. Marcos Torres por su apoyo durante la fase experimental de mi trabajo
de titulación.
A Mis amigos que siempre me apoyaron y siguen haciéndolo: Rocío, Katarina,
Rodolfo, Rodrigo.
A mí Hermana Alejandra que está siempre a mi lado.
A Marcelo que llena mi corazón de alegría.
A mi Abuelita y mamá que están en el cielo y siempre están en mí corazón
A mí hijo que es la razón por la cual siempre he luchado y seguiré luchando en
mi vida…..
Gracias a todos.
INDICE DE MATERIAS
Página
1
INTRODUCCIÓN
1
1.1
Objetivo General
2
1.1.2
Objetivos Específicos
2
2
MARCO TEÓRICO
3
2.1
Antecedentes generales del papel
3
2.1.1
Papel
3
2.1.2
Etapas en la fabricación del papel
3
2.2
Refinación
4
2.2.1
Teorías del refino
5
2.2.2
Efectos producidos durante la refinación
6
2.3
Variables del refino
8
2.3.1
Características del equipo
8
2.3.2
Variables del proceso
9
2.3.3
Materias primas
10
2.3.4
Estado fitosanitario de la materia prima
15
2.3.5
Efecto de refinado en las propiedades de la pulpa y el
papel
17
3
DISEÑO DE INVESTIGACIÓN
22
3.1
Materiales
22
3.1.1
Pulpa
22
3.1.2
Equipos
22
3.2
Métodos
23
3.2.1
Normas
23
3.2.2
Procedimiento
24
3.3
Análisis y diseño experimental
26
4
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
27
4.1
Resultado para el porcentaje de pentosanos en la pulpa
27
4.2
Resultados para clasificación de fibras
28
4.3
Resultados de la Refinación versus Drenabilidad
29
4.4
Resultados para las propiedades de resistencia en el
papel
30
4.4.1
Índice de tracción
30
4.4.2
Índice de explosión
32
4.4.3
Índice de rasgado
33
4.4.4
Densidad aparente
34
4.4.5
Volumen específico
34
4.5
Resultados coeficiente de correlación
35
5
CONCLUSIONES
37
RESUMEN
SUMMARY
BIBLIOGRAFÍA
ANEXOS
A
Abstract
B
Análisis de varianza y tabla de medias para
porcentaje de pentosanos
C
Análisis de varianza y tabla de medias para
refinación
D
Análisis de varianza y tabla de medias para índice
de tracción, a diferentes tiempos de
almacenamientos.
E
Análisis de varianza y tabla de medias para índice
de explosión, a diferentes tiempos de
almacenamientos.
F
Análisis de varianza y tabla de medias para índice
de rasgado, a diferentes tiempos de
almacenamientos.
G
H
Análisis de varianza y tabla de medias para
densidad aparente, a diferentes tiempos de
almacenamientos.
Análisis de varianza y tabla de medias para
volumen específico, a diferentes tiempos de
almacenamientos.
INDICE DE CUADROS
Página
Cuadro 1.
Composición química de la madera y
hemicelulosas, libre de extraíbles (Britt,
1970).
16
Cuadro 2.
composición química de algunas
especies de Norteamérica, libres de
extraíbles
18
Cuadro 3.
Normas para cada ensayo.
23
Cuadro 4.
Medias del porcentaje de pentosanos
para los diferentes tiempos de
almacenamiento.
27
Cuadro 5.
Medias del porcentaje de pentosanos
28
para los diferentes tiempos de
almacenamiento.
Cuadro 6.
Correlación entre tiempo de
almacenamiento y las propiedades de
resistencia físico- mecánicas del papel
para los distintos tiempos de refinación
35
INDICE DE FIGURAS
Página
Figura 1.
Esquema de las etapas en el proceso
de fabricación del papel
4
Figura 2.
Transformación física de la fibra debido
al proceso de refinación (a) Desprendimiento capas externas de la
fibra (fibrilación); (b) - separación de las
fibras finas; (c) - hidratación de las
fibras; (d) - acortamiento de las fibras
(Zalewska y Barbosa, 2005)
6
Figura 3.
Microfotografía de una fibra celulósica
con fibrilación externa, extraída de
Parra, 2003 (Cuberos-Martinez; Park,
2006).
7
Figura 4.
Fibras blanqueadas de celulosa de
Eucalypto (a) sin refino, (b) refinadas en
laboratorio con refinador PFI a 45°SR.
Extraído de Yasumura 2004 (CuberosMartinez, Park, 2006)
8
Figura 5.
Representación
de
las
acciones
realizadas a las fibras durante el refino,
delaminación
externa
(Fibrilación
externa)
8
Figura 6.
Esquema de la pared celular (Zalewska
y Barbosa, 2005)
12
Figura 7.
(a) Microfibrilla celulosa, (b) Lignina
residual
13
Figura 8.
Figura 8: distribución lignina a través de
la pared celular
14
Figura 9.
Tensión pulpa kraft versus densidad
22
Figura 10.
Desarrollo de las propiedades físico –
mecánicas durante la refinación.
25
Figura 11.
Pulpa Kraft cruda Pinus radiata D.Don
26
Figura 12.
(a) Medidor de drenabilidad tipo
Shopper-Riegler; (b) quipo Bauer
McNett; (c) batidora pila holandesa vista
superior; (d) batidora pila Holandesa
22
vista lateral.
Figura 13.
(a) Equipo Müllen, resistencia a la
explosión; (b) equipo Thwing Albert,
resistencia al rasgado; (c) equipo
Thwing Albert, resistencia a la tensión;
(d)formadora de hojas.
23
Figura 14.
Esquema procedimiento estudio
24
Figura 15.
Correlación pentosanos – tiempo de
almacenamiento
27
Figura 16.
Porcentaje de fibras retenida a distintos
tiempos de almacenamiento
28
Figura 17.
Comportamiento drenabilidad
versus tiempo de refinación
pulpas
29
Figura 18.
Gráfico índice de tracción para distintos
tiempos de almacenamiento
30
Figura 19.
Gráfico índice de explosión para
distintos tiempos de almacenamiento
32
Figura 20.
Gráfico índice de rasgado para distintos
tiempos de almacenamiento
33
Figura 21.
Gráfico densidad aparente para distintos
tiempos de almacenamiento
34
Figura 22.
Gráfico
volumen
específico
para
distintos tiempos de almacenamiento.
35
Resumen Ejecutivo
Debido a las abundantes precipitaciones en las temporadas más extremas de
otoño e invierno, el acceso a los predios forestales de la Región de los Ríos es
dificultoso, produciéndose un déficit de materia prima.
Los prolongados períodos de almacenamientos, en centros de acopio de
madera, deterioran la materia prima, afectando la densidad, composición
química y propiedades de resistencia físico-mecánicas de las pulpas. El
presente estudio tiene como objetivos caracterizar el comportamiento de las
pulpas en función de su tiempo de almacenamiento en canchas y evaluar sus
propiedades físico-mecánicas después del proceso de refinación.
Para alcanzar los objetivos propuestos, se utilizaron pulpas Kraft de Pinus
radiata D. Don proveniente de astillas de madera con diferentes tiempos de
almacenamiento, evaluándose sus propiedades papeleras, después de
someterlas a un tratamiento de refinación. La refinación es un tratamiento, de
tipo mecánico, al cual se somete la fibra previo a la fabricación del papel. Con
éste tratamiento se pretende que la fibra mejore algunas de sus propiedades
de resistencia físico-mecánicas.
La proporción de los pentosanos en la fibra es un indicador de su grado de
refino. Cuanto mayor es el nivel de pentosanos, mejor es la respuesta de la
fibra en el proceso de refinación. No se observaron diferencias significativas en
el porcentaje de pentosanos al variar los tiempos de almacenamiento.
En el caso de la fibra Bauer McNett, un aumento en el tiempo de
almacenamiento produce un acortamiento de la fibra, incrementando la
proporción de finos.
La drenabilidad, parámetro que evalúa el comportamiento del
refino,
disminuye, significativamente, al aumentar el tiempo de almacenamiento de la
madera, de la cual se obtiene la pulpa. Lo mismo sucede con el índice de
rasgado, pero no así con los índices de tensión y explosión, que miden la
resistencia de las hojas formadas. Estos dos últimos índices aumentan al
aumentar el tiempo de almacenamiento.
Finalmente, la mayoría de las propiedades físico-mecánicas se incrementan
dentro de un período de cinco meses. Pasado este tiempo, se producen
cambios que impiden alcanzar las mejores propiedades de la pulpa.
Palabras claves: Tiempo almacenamiento, Pulpa Kraft, Refinación,
Propiedades pulpa.
1. INTRODUCCIÓN
Chile se sitúa como uno de los mayores productores y exportadores de pulpa Kraft de
madera en América Latina, dado esto principalmente, por poseer un volumen elevado
de especies arbóreas de rápido crecimiento, que tienen un gran potencial de
establecimiento y desarrollo (INFOR, 2007).
Asia es uno de los principales destinos para la exportación de pulpa en Chile, siendo la
pulpa blanqueada de Pinus radiata D. Don, la que ocupa el primer sitial de los
productos forestales exportados. La pulpa cruda de Pinus radiata D. Don, se encuentra
en el quinto lugar, mientras que el papel y cartulina multicapas ocupan el séptimo
lugar, en tanto, el papel periódico ocupa el octavo lugar en relación al total de
productos exportados, en relación al año 2006, todos estos productos han tenido una
variación positiva, principalmente por la acción combinada de los mejores precios y la
cantidad de volumen exportado (INFOR, 2007).
En la fabricación de papeles existen diferentes procesos de obtención de pulpa, por
ejemplo, para los papeles de menor calidad se utilizan procesos mecánicos, mientras
que para los papeles de mayor calidad como los papeles de impresión y los papeles
tisúes se utilizan procesos químicos (Bermúdez, Touza, Sanz,2006).
Esto depende del uso al cual estarán expuestos los diferentes productos, el proceso
de obtención para pulpas químicas utilizado en Chile en su totalidad es el sulfato o
“Kraft”, ya que éste produce una pulpa que tiene una mayor resistencia mecánica.
Por esto la pulpa kraft sin blanquear es utilizada principalmente en la obtención de
papeles utilizados para embalar y envolver. Además el proceso Kraft puede utilizar
cualquier tipo de madera, a diferencia del método al sulfito que tiene restricciones
respecto a las maderas coníferas (Sanjuán, 1997; Melo, 2001).
Ligado al método de obtención de la pulpa, para la fabricación de papel, es primordial
efectuar una adecuada selección y control de la materia prima a utilizar, ya que esto
influirá finalmente en el producto final, tomando en cuenta también cada una de las
etapas que se utiliza para la formación del papel, ya que cada una de ellas asume una
función específica.
El proceso del refino es una de las operaciones esenciales en la fabricación del papel,
ya que dependiendo del tipo de papel que se pretenda producir, éste proceso permite
generar, en las fibras, características determinadas de las que carecen en su estado
original.
La refinación es un tratamiento de tipo mecánico, que es efectuado antes de la
fabricación del papel. En ésta etapa, las pastas químicas pierden, parcialmente, las
capas externas de la fibra, facilitando la entrada de agua, lo cual produce fenómenos
tales como: fibrilación interna, fibrilación externa, formación de finos y acortamiento de
la fibra. Como consecuencia de esto, aumenta la flexibilidad de las fibras, su volumen
específico y área superficial, facilitando la formación de enlaces tipo puente
hidrógeno, entre fibras adyacentes. Esto se ve reflejado, tanto en las pastas como en
el papel, aumentando así la resistencia de sus propiedades físico-mecánicas. Si bien
1
algunas propiedades se maximizan otras se ven reducidas. Por esta razón, es
necesario refinar de acuerdo a lo que se requiere como producto final (Melo, 1995)
En Chile, la materia prima utilizada para la individualización de las fibras y fabricación
del papel es, en su totalidad, la madera de Pinus radiata D. Don y Eucayptus, por ser
éste un recurso abundante y de alta rotación. Sin embargo, en la zona sur de nuestro
país, la pluviometría dificulta el acceso a las faenas forestales en invierno, lo que
resulta en un almacenamiento prolongado de la materia prima (Toledo, 2006).
Los períodos prolongados de almacenamiento afectan al estado fitosanitario de la
materia prima, produciendo, inevitablemente, una degradación de sus componentes
químicos. En efecto, por una parte se incrementa el porcentaje de lignina, la cual
genera una fibra más resistente al refino y, por otra, disminuyen los porcentajes de
celulosa y hemicelulosas, lo cual causa una disminución de la flexibilidad de la fibra
para desarrollar al máximo sus propiedades de resistencia físico – mecánicas (dificulta
el refino efectivo). Todo esto hace que sea importante estudiar el efecto que produce
el tiempo de almacenamiento de la madera, de Pinus radiata D. Don, en el desarrollo
de las propiedades físico-mecánicas que alcanzan las fibras durante la refinación.
1.1 Objetivo General
El objetivo principal del presente trabajo de titulación es determinar el efecto que el
tiempo de almacenamiento de trozas de Pinus radiata D. Don tiene en el desarrollo
de las propiedades físico – mecánicas que el papel alcanza después del proceso de
refinación de las fibras.
1.1.2 Objetivos Específicos
Conocer si el contenido de pentosanos presentes en la pulpa obtenida con
distintos tiempos de almacenamiento, es un indicador del comportamiento de la
pulpa en la refinación.
Conocer si la clasificación de fibras obtenida para cada pulpa de madera con
distintos tiempos de almacenamiento, sirve como indicador de las propiedades
físico mecánicas de las pulpas después de refinar.
Correlacionar el tiempo de almacenamiento con las propiedades físico mecánicas del papel.
Determinar el tiempo máximo de almacenamiento necesario para lograr
resistencias físico – mecánicas similares a las obtenidas con la madera fresca.
2
2. MARCO TEÓRICO
2.1 Antecedentes generales del papel
2.1.1 Papel
Lámina constituida, esencialmente, por fibras celulósicas de origen natural y otras
sustancias orgánicas e inorgánicas que se entrelazan y forman una hoja afieltrada
(Sanjuán, 1997).
2.1.2 Etapas en la fabricación del papel
Preparación de la pulpa
Es la etapa mediante la cual el material fibroso en suspensión se transforma, llevando
la fibra a un estado individual, desarrollándola, extrayendo el aire de la suspensión
fibrosa y eliminando aquellas partículas que pueden ser nocivas para obtener una
óptima formación.
La óptima eficiencia en los procesos de preparación de pastas tiene marcada
influencia en la calidad del papel y en una adecuada operación de la máquina de
formación del papel (Grellmann, 2001)
Parte húmeda
En ésta etapa se realiza la formación de la hoja del papel, la cual tiene la función de
enlazar, distribuir y orientar a las fibras. Además se elimina el agua mediante desgote
y presión (Grellmann, 2001)
Parte seca
En ésta etapa se realiza el secado del papel mediante evaporación, donde el papel
mediante un rodillo es expuesto a temperatura y éste evapora toda el agua libre, de
impregnación e hidratación presente en las fibras. Además, se da el acabado al papel,
proceso denominado calandrado. Este proceso es realizado entre dos rodillos para
darle calibre o espesor y satinarlo (Grellmann, 2001)
Figura 1: Esquema de las etapas en el proceso de fabricación del papel (Grellmann, 2001)
3
2.2 Refinación
La refinación es un tratamiento mecánico que se da a las fibras, obtenidas por
procesos químicos antes del proceso de formación del papel. Mediante este
tratamiento, las fibras desarrollan mejores propiedades de resistencia para ser
utilizadas en la producción de papeles. (Melo, 1995)
La refinación se puede describir como una operación que a través de la transferencia
de energía mecánica de un equipo llamado refinador, transfiere energía y modifica
irreversiblemente la morfología estructural de la fibra celulósica (Cuberos - Martinez;
Park, 2006)
El objetivo del refino es maximizar la resistencia de los enlaces entre las fibras,
minimizando el daño de las fuerzas interiores de la fibra individual (Britt, 1970).
Sin embargo, durante el refino existe una limitación que es determinada por las
características morfológicas de cada fibra, que hace alcanzar niveles máximos en
algunas propiedades, pero mínimos en otras. Por esta razón, con el refino no se puede
tener un óptimo que sea satisfactorio en cada caso (Melo, 1995).
De acuerdo con Smook (1989)
Los siguientes son factores básicos que deben tomarse en cuenta en la refinación:
Característica de la fibra que se va a refinar.
Especificaciones del papel que se va a producir.
Propiedades de la pasta para obtener una buena operación de la máquina
del papel.
Aspectos económicos.
(Smook, 1989)
Las características que podría tener una pasta para formar papel sin refino pueden
ser: baja resistencia mecánica, elevado volumen específico, superficie irregular
cubierta de pelusas, trama muy abierta, papel muy poroso y una formación deficiente.
Por esto es necesario refinar previamente la pasta, en forma adecuada, a fin de que
las fibras que la constituyen modifiquen su estructura en forma conveniente y
adquieran las características adecuadas (Melo, 1995; Casey, 1960).
2.2.1 Teorías del refino
Existen dos teorías que explican y tienen una importancia clara en el proceso de
refinación de las pulpas. Estas son:
4
Teoría Química
Indica que el aumento de resistencia del papel, conseguido por el refino, se debe a
una transformación de las capas exteriores de las fibras en hidrato de celulosa, que
tiene características gelatinosas y actúa como adhesivo, manteniendo así unidas a las
fibras. Este fenómeno, conocido como hidratación, consistiría en una modificación
química de la celulosa (Casey, 1960).
A medida que el refino progresa, una cierta cantidad de agua es fuertemente
absorbida en la superficie del hidrato de carbono, mientras que una cantidad mayor es
retenida en los capilares por fuerza de tensión superficial. Esta última es la que
aumenta con el refino (Casey, 1960).
Teoría de solubilidad parcial
Esta teoría considera a la celulosa como miembro de un tipo de productos y no como
una sustancia única, independiente. Campbell señala que por reinmersión de agua, se
rompe una proporción de enlaces. Esto produce una debilitación del armazón
estructural del conjunto de moléculas de la celulosa y, al mismo tiempo, una cierta
tendencia, de algunas moléculas, de pasar a un estado denominado solubilización
parcial.
Cuando es producido este estado de debilitación de la estructura del conjunto, como
consecuencia de la entrada en el interior de el de un gran número de moléculas de
agua, las microfibrillas, formadas en su mayor parte por celulosa, están mas “sueltas”,
es decir, menos unidas al conjunto. Esto facilita el contacto entre microfibrillas de
fibras contiguas, sobre todo si, posteriormente, se seca el conjunto. A medida que
las moléculas de agua son eliminadas, disminuye el volumen del papel, con lo que las
microfibrillas entran en un contacto más íntimo, estableciéndose fuerzas de unión muy
resistentes (Melo, 1995).
2.2.2 Efectos producidos durante la refinación
Efectos primarios
Los efectos primarios son los que permiten distinguir entre una fibra refinada y otra sin
refinar. Los siguientes efectos caen en esta categoría:
Fibrilación externa
Fibrilación interna
Acortamiento de las fibras
Formación de finos
5
Figura 2: Transformación física de la fibra debido al proceso de refinación (a) - Desprendimiento capas
externas de la fibra (fibrilación); (b) - separación de las fibras finas; (c) - hidratación de las fibras; (d) acortamiento de las fibras (Zalewska y Barbosa, 2005)
Fibrilación externa
La fibrilación externa se produce en las primeras etapas de la refinación y consiste en
el rompimiento y desprendimiento parcial de la pared primaria (P) y la pared
secundaria externa (S1), lo que facilita la entrada de agua en la fibra. A la vez, las
fibrillas de la pared secundaria (S2) se cortan por efecto del hinchamiento y tienden a
desarrollarse, permaneciendo con un extremo fijo a la fibra y el otro libre para formar
enlace con otra fibra (Fibrilación). Finalmente, algunas de estas fibrillas se rompen y
se separan, uniéndose a la fracción de finos que se genera por desprendimiento de la
pared primaria (P) y secundaria (S1) (Melo y Paz, 1992).
delaminação
ou fibrilação
externa
Figura 3: Microfotografía de una fibra celulósica con fibrilación externa.
Extraída de Parra, 2003 (Cuberos-Martinez y Park, 2006).
6
Fibrilación interna
La fibrilación interna es paralela o posterior a la fibrilación externa y consiste en la
absorción de agua por la fibra, ya sea por sus espacios capilares o por los enlaces de
tipo puente hidrógeno existentes. Los enlaces de puente hidrógeno interfibra se
rompen y son sustituidos por enlaces de hidrógeno fibra - agua. Esto produce su
hidratación, acompañado del hinchamiento de la pared hacia el lumen (Melo, 1995).
La fibrilación interna hace a la fibra más flexible plásticamente. Se supone que ello se
debe a la rotura de los enlaces laterales entre moléculas adyacentes, dentro de la
región amorfa del hidrato de carbono. Las capas coaxiales pueden deslizarse unas
sobre otras, es decir, la pared celular, relativamente sólida se ha transformado en
elementos más finos y flexibles, que pueden ser fácilmente lubricados por el agua
(Melo 1995).
Acortamiento de las fibras
El acortamiento de las fibras, durante el refino, depende principalmente del tipo de
fibra y del tipo de refino utilizado. Las fibras pueden ser cortadas no sólo por acciones
puramente de corte, sino también por la acción de un flujo a gran velocidad (Melo,
1995).
Formación de finos
El arrancamiento de las capas externas de las fibras especialmente de las capas
primarias (P), y secundaria externa (S1), junto con el de las microfibrillas desprendidas
de la superficie fibrosa durante el tratamiento mecánico del refino, es la causa principal
de la formación de finos. Mientras más intenso es el refino mayor es la proporción de
finos producidos.
Figura 4: Fibras blanqueadas de celulosa de Eucalypto
(a) sin refino, (b) refinadas en laboratorio con refinador PFI a 45°SR.
Extraído de Yasumura 2004 (Cuberos-Martinez y Park, 2006)
Efectos secundarios
Se refiere a los cambios producidos, como consecuencia directa de los efectos
primarios sobre las fibras. Estos efectos son los que realmente le interesan al
fabricante de papel, ya que son los que determinan la propiedad del papel. Estos son:
superficie específica, volumen específico y flexibilidad. El aumento de volumen
específico de la fibra, durante el refino, se facilita por el arrancamiento de las capas
más externas.
7
La superficie específica de una fibra depende, directamente, de la fibrilación externa y
de la producción de finos, ya que ambos efectos aumentan la superficie total
disponible para la formación de uniones por puentes de hidrógeno, con fibras o
partículas contiguas (Melo, 1995).
2.3 Variables del refino
2.3.1 Características del equipo
Equipos de Refinación
Son dispositivos en los que se efectúa el refino de las pastas, las que fluyen
paralelamente a los cruces de las cuchillas, generando así, golpes mecánicos, los
cuales determinan las características del producto final (Smook, 1998).
Para éste trabajo, solo se mencionarán los equipos ya que no es el objetivo analizar el
efecto de éstos.
Figura 5: Representación de las acciones realizadas a las fibras
durante el refino, delaminación externa (Fibrilación externa)
8
Existen dos acciones principales que participan en la refinación:
Los esfuerzos cortantes, que son causados por las acciones de tensión, enrollado y
retorcido entre las barras y por las hendiduras y canales del refinador.
Los esfuerzos normales de tensión y compresión que son causados por las
acciones de lado, enrollado, retorcido, aplastamiento, tracción y empuje sobre los
agregados de fibras situados entre las superficies de las cuchillas (Smook, 1998).
Un gran número de impactos de baja intensidad, privilegia la fibrilación de la fibra, y un
número pequeño de impactos con una gran intensidad, privilegia el corte de las fibras
(Yasumura, 2006).
En la preparación de la pulpa son utilizados, principalmente, dos grandes grupos: Pila
Holandesa y Refinadores. Estos últimos pueden, a su vez, ser de tres clases:
refinadores cónicos, refinadores de gran ángulo y refinadores de discos (Melo, 1995).
2.3.2 Variables del proceso
Temperatura
Es una variable muy importante en el refino de la pulpa. Durante este proceso, la
temperatura de la pasta aumenta en relación directa con la duración del tratamiento,
debido a la conversión de la energía mecánica en energía térmica en algunos casos,
la temperatura puede llegar hasta 70 ºC (Melo, 1995).
Un aumento de la temperatura en la refinación puede tener consecuencias negativas,
ya que disminuye la hidratación de las fibras y aumenta el fenómeno de corte. En
efecto, al no hidratarse bien, las fibras se hinchan menos, perdiendo flexibilidad y
plasticidad (Melo, 1995).
pH
El pH del medio influye en el refino, en cuanto afecta a la hidratación de las fibras.
Se ha comprobado que tanto en un medio ácido como en uno fuertemente alcalino, las
características mecánicas de las fibras se ven afectadas en forma adversa.
En el refino, un pH neutro parece ser el más adecuado, pues en este medio las fibras
adquieren mejores características mecánicas (Melo, 1995).
Consistencia
Consistencia es el porcentaje en peso de fibra en cualquier combinación de fibra y
agua (Libby, 1967).
La tendencia actual es producir una refinación a alta consistencia en la suspensión
fibrosa. El objetivo de trabajar a altas consistencias es obtener un trabajo mecánico
más eficiente sobre la fibra
9
En la pila holandesa se trabaja a consistencias entre 3,0 – 8,0 % aproximadamente, en
los refinadores cónicos las consistencias varían entre 2,0 – 5,0 % aproximadamente
(Libby, 1967).
Energía aplicada
Dentro del refinador las fibras, son modificadas morfológicamente por sucesivos y
cíclicos golpes aplicados por las barras del rotor al estator, dependiendo de la
intensidad y del número de impactos, ésta sufrirá una fibrilación interna, externa o
ruptura (Cuberos -Martinez y Park, 2006).
Es necesario que la refinación sea conocida y controlada, para que la productividad de
la máquina de formación de papel no sea afectada, y al mismo tiempo los costos de
fabricación, no se excedan de lo proyectado (Cuberos-Martinez y Park, 2006).
2.3.3 Materias primas
Morfología de la fibra
Dependiendo del origen, es decir, estas sean, latifoliadas, conífieras u otro tipo de
materia prima las fibras, varían principalmente en la longitud, diámetro, espesor de
pared y flexibilidad (MacDonald, 1969).
Las especies coníferas, conocidas como de fibra larga, tienen longitud de traquéidas
fluctuando entre 2,0 y 7,0 mm. Las especies latifoleadas, catalogadas como de fibra
corta, tienen longitud de fibras fluctuando entre 0,5 y 2,0 mm. (Melo y Paz, 1993).
Las traquéidas son células alargadas, fusiformes, de extremos cerrados y provistos de
punteaduras, que permiten el paso de los líquidos entre las células. Son, además, las
de mayor longitud en las coníferas (Sanjuán, 1997)
La pared de una traquéida o fibra se compone de varias capas o membranas, las que
pueden separarse en: lámina media, pared primaria y pared secundaria. Esta última
puede subdividirse en S1, S2 y S3 (Díaz – Vaz, 2003).
10
Figura 6: Esquema de la pared celular (Zalewska y Barbosa, 2005)
Lámina media, la parte más externa de la célula, siendo una estructura amorfa
e isótropa. Rica en sustancias pépticas, lignina y polisacáridos no celulósicos,
ésta es la región con mayor concentración de lignina de la pared celular.
Pared primaria, presenta una estructura fibrilar reticulada de fibrillas celulósicas
muy sueltas. La mayor proporción de compuestos químicos corresponden a
pectina, lignina y poliosas. La presencia de sustancias celulósicas la diferencian
de la lámina media
Pared secundaria, durante la formación de la pared secundaria las microfibrillas
celulósicas, depositadas, tienen una orientación paralela entre ellas y quedan,
cada una, humedecidas por la matriz de compuestos hemicelulósicos y lignina.
Por ser la pared secundaria la de mayor grosor, su estructura fibrilar es la que
predomina teniendo así una mayor influencia en las características y
comportamiento de la madera. La composición química de la pared secundaria
es fundamentalmente celulósica., se distinguen en ella tres zonas
denominadas: S1, S2, S3 (Díaz – vaz, 2003).
Las propiedades del papel dependen, en gran medida, de la estructura de las diversas
fibras que componen la hoja. Las dos características más importantes son la longitud
de la fibra y el espesor de la pared celular (Smook 1998).
Cantidad y distribución de los componentes químicos de la fibra
El principal componente de la pared celular de las fibras vegetales es la celulosa.
Asociada a esta se encuentra: la lignina, poliosa, sustancias pécticas, ácidos grasos,
resina, mucílagos, almidón, residuos protéicos, componentes orgánicos y sustancias
minerales (Melo, 1995).
11
Desde el punto de vista del papelero, los de mayor importancia son, la celulosa,
poliosas y lignina. (Melo, 1995).
Figura 7: (a) Microfibrilla celulosa, (b) Lignina residual
Las diferencias de composición química y estructura fibrilar, dentro de la pared celular,
se deben a que cada capa se forma, en su mayor parte, durante alguna de las etapas
de la diferenciación celular. Estas diferencias contribuyen a la heterogeneidad y
anisotropía de la pared celular y por ende de la madera (Díaz – Vaz, 2003).
Lignina
Es un compuesto cementante de la pared celular que le otorga rigidez al árbol
(MacDonald, 1969).
Es un polímero heterogéneo, tridimensional, formado por unidades de fenil propano, el
cual es difícil de extraer de la madera (Díaz – Vaz, 2003).
Se concentra en la lámina media y en la pared primaria, es decir, en las capas más
exteriores de la fibra, disminuyendo en dirección del lumen (Melo, 1995).
12
1.0
CONCENTRACIÓN (unidades arbitrarias)
Lámina media
Componente
Lámina media
0.5
0
Pared celular
LUMEN
Pared celular
LUMEN
Figura 8: distribución lignina a través de la pared celular
Según lo estudiado por Bailey en 1936, la lámina media contiene alrededor de un 71%
de lignina, 14 % pentosanos y 4 % celulosa y otras investigaciones por (Lange y
Sweden), usando métodos de absorción ultravioleta mostraron una proporción de 70
% de lignina (Casey, 1960).
La lignina ha mostrado restringir el hinchamiento y disminuir las fuerzas de adhesión
entre las fibras, debido a la naturaleza hidrófoba y dominante en las superficies de la
fibra (Rydholm, 1965).
Celulosa
La celulosa es el principal componente de la pared celular. Es un compuesto orgánico
de alto grado de polimerización, originado a partir de glucosa (Díaz – Vaz, 2003).
El agrupamiento de moléculas de celulosa da origen a las unidades básicas de la
pared celular que son las microfibrillas, con dimensiones aproximadas de unos 10nm
hasta 30 nm de diámetro (Díaz – Vaz, 2003).
Desde el punto de vista de su ordenamiento en el espacio, una parte de las
macromoléculas de la celulosa están ordenadas paralelas entre sí, formando una
estructura cristalina; otra parte de las macromoléculas no están en forma paralela, la
cual es llamada zona paracristalina o amorfa. De acuerdo a resultados obtenidos en
diversas investigaciones (Berlyn, 1964; Newman, 1992;), estas zonas están
íntimamente asociadas a polisacáridos no celulósicos (Díaz – Vaz, 2003).
Para los solventes o reactivos moleculares, es difícil penetrar, en las regiones
cristalinas de la celulosa, ya que, se encuentran unidas herméticamente, por enlaces
de hidrógeno y otras fuerzas moleculares secundarias (Britt, 1970).
13
En las regiones amorfas de la celulosa, las cadenas se encuentran menos asociadas,
lo que genera una mayor reacción entre las moléculas, lo que conlleva a una mayor
penetración de solventes y reactivos moleculares (Britt, 1970).
Poliosas
Son polisacáridos no celulósicos que, a diferencia de la celulosa, son compuestos de
mayor solubilidad y termo degradación. Son de diferente composición y distinto grado
de polimerización. En general, son compuestos que tienen mayor higroscopicidad que
la celulosa y se encuentran íntimamente ligados a la lignina y a la parte paracristalina
de las microfibrillas celulósicas (Díaz – Vaz, 2003).
Por su naturaleza amorfa, disponen de grupos hidroxilos libres que pueden asociarse
libremente con el agua, sin restricciones, no así como es el caso de la fracción
cristalina de la celulosa (Melo, 1995).
Cuadro1: Composición química de la madera y hemicelulosas,
(Libre de extraíbles) (Britt, 1970).
Composición química de la madera y Hemicelulosas
Especie
Porcentaje
Celulosa
Lignina
Pectinas
Almidón
Hemicelulosas
Latifoliadas
%
40 - 50
20 - 25
1-2
Trazas
25 - 35
Coníferas
%
40 - 45
25 - 35
1-2
Trazas
25 - 30
Glucuronoxilano
Muy grande
Pequeña
Trazas
Mediana
Glucuronarabinoxilano
Glucomanano
Galactoglucomanano
Pequeñas
Grande
Muy pequeña
Mediana
Arabinogalactano
Pequeñas
Muy pequeña
Otros galactanos
Trazas pequeñas
Trazas pequeñas
14
En el cuadro 1 se puede observar que las hemicelulosas están compuestas por cinco
azúcares básicos, tres hexosas (glucosa, manosa, y galactosa) y dos pentosas (xilosa
y arabinosa) (Britt, 1970).Los resultados de investigaciones recientes, muestran que
los xilanos que se encuentran exclusivamente en la pared secundaria, se distribuye de
modo tal que decrecen centrípetamente en una gradiente de densidad con un máximo
en la cara externa de la S2. (Díaz – Vaz, 2003).
Las hemicelulosas se encuentran a lo largo de toda la pared celular, pero predominan
en la parte externa de la pared celular (Rydholm, 1965; Walter, 2006)
En coníferas el monómero de mayor importancia es manosa, mientras que en las
latifoliadas, el monómero de mayor importancia es xilosa (Rydholm, 1965)
Las poliosas, llamadas también hemicelulosas, son altamente hidrofílicas. Por el hecho
de encontrarse en los espacios que hay entre los filamentos celulósicos, son las
causantes de que la fibra atraiga moléculas de agua, se hinche y sea más plástica.
Esto da como resultado una fibra mas dócil a la acción física que se le da con el
tratamiento mecánico y que se produzca más fibrilación que una acción de corte
(Casey, 1960).
En general las pulpas con alto contenido de hemicelulosas, se refinan mas
rápidamente que las que son bajas en contenido de hemicelulosas (MacDonald, 1969).
Un alto contenido de hemicelulosas en la pulpa, produce papeles resistentes a la
explosión y a la tensión (MacDonald, 1969).
Se necesita cierta cantidad de hemicelulosa, especialmente para la producción de
papeles de impresión y escritura, para que las pastas tengan una mayor resistencia
mecánica, ya que al ser refinada estas son menos densas y más flexibles (Kibblewhite,
2004).
Se debe alcanzar un contenido de hemicelulosas que tenga un efecto sobre el refino y
sobre las propiedades de resistencia (MacDonald, 1969).
Los pentosanos se pueden evaluar, de acuerdo a una determinación en la pulpa, esto
es tomado como un indicador de la retención o pérdida d hemicelulosas durante los
procesos de cocción y también blanqueo, para esta evaluación, el método tradicional
se basa en la degradación de xilosa a furfural por acción de acido clorhídrico caliente,
con lo que se determina de manera indirecta el contenido de xilano (Sanjuán, 1997).
2.3.4 Estado fitosanitario de la materia prima
Tanto la densidad como la calidad fitosanitaria se ven alteradas por el tiempo de
almacenamiento y las condiciones ambientales, provocándose un deterioro biológico
por la degradación de los componentes químicos de la madera (Toledo, 2005).
Como ya se ha mencionado, el tiempo prolongado de almacenamiento de la materia
prima es de gran importancia en las propiedades del papel y también en el tratamiento
mecánico de preparación de la pasta (refinación) (Melo, 2001).
15
Un almacenamiento prolongado disminuye la resistencia de la pulpa. También se
producen pulpas de colores más oscuros y con una mayor cantidad de manchas
(Melo, 2001).
Agentes destructores de origen biótico
Los hongos lignícolas son formas inferiores de plantas carentes de clorofila que suelen
invadir la madera viviendo como parásitos o saprófitos (Juacida, 1992).
La forma de realizar su ataque depende de la segregación de fermentos (enzimas o
diastasas), que actuan sobre el contenido celular, como los hongos cromógenos y
otros , los más importantes, sobre la pared celular, que se denominan Hongos
xilófagos o de pudrición (Juacida, 1992).
Una gran fuente de energia,nutrientes, humedad, oxígeno y una temperatura
favorable, son los requerimientos necesarios para que los hongos de pudrición se
desarrollen (Hunt y Garratt, 1953; Kollmann, 1959).
Los hongos acidifican cualquier substrato que vegeten, desrrollaandose sólo en medio
ácido, el pH óptimo está entre 4.5 – 5.5, que es la cifra aproximada que corresponde a
la reacción normal de la madera (Juacida, 1992).
Los hongos xilófagos o pudridores, pasan a la madera de una célula a otra, a través
de las punteadas areoladas y también al perforar las paredes celulares por acción de
los fermentos segregados (Kollmann, 1959).
Los hongos pudridores en madera, tienen un efecto directo sobre la composición
química de la pard celular, reduciendo el rendimiento y la calidad de la pulpa, ésto
producido por un prolongado almacenamiento de las trozas o astillas de madera
(Martinez, 1943; Hunt y Garratt, 1953).
Los hongos Xilófagos se dividen en; Hongos de pudrición parda y Hongos de pudrición
Blanca.
Los de pudrición parda atacan, principalmente, a la celulosa y a los hidratos de
carbono, mientras que los de pudrición blanca tienden a consumir la lignina y respetan
la celulosa (Kollman, 1959; Rydholm, 1965).
Las resistencias mecánicas de la madera son reducidas después de un corto periodo
de incubación. La degradación es acompañada por un anormal encogimiento
longitudinal y deformación en la pared celular (Fengel y Wegener, 1983).
El contenido de celulosa muestra diferencias significativas con el tiempo de
almacenamiento, en donde hay una reducción de un 3,4% y un 3,7% para los 5 y 10
meses respectivamente. Sin embargo, para la madera que es almacenada por 20
meses existe una pérdida de un 5.3%, esto producto del ataque de microorganismos
(Toledo 2005).
La reducción de celulosa implica, necesariamente, un incremento del porcentaje de
lignina. Esto se observó en la madera que estuvo almacenada por 5 y 10 meses. El
16
incremento que se produjo en el porcentaje de lignina corresponde a 8,5 y 8,4%
respectivamente, mientras que en la madera que fue almacenada por 20 meses el
incremento del porcentaje de lignina es del 10,9%. Esto ocurrió en la provincia de
Valdivia, Región de los Ríos (Toledo, 2005).
2.3.5 Efecto de refinado en las propiedades de la pulpa y el papel
El propósito del refino es incrementar el área de contacto entre las fibras, aumentando
su superficie, a través de la fibrilación y haciéndolas más flexibles (Rydholm, 1965).
Cuando la hoja de papel húmeda es aplastada mediante presión, ayuda a que las
fibras se mantengan juntas para que, se facilite la acción de las fuerzas de tensión
superficial, además aumentando la densidad y la resistencia del papel (Rydholm,
1965).
La acción del refino permite a la fibra embeber el agua más libremente, ocurriendo una
plastificación en la materia intermicelar, que hace a la fibra más flexible (Rydholm,
1965).
La plastificación de las fibras así también como el incremento del área superficial,
mejoran el contacto interfibra en el secado (Rydholm, 1965).
En general, el incremento del refinado reduce la resistencia al rasgado e incrementa la
resistencia a la explosión, a la tracción y al plegado debido al incremento del área de
enlace (Melo, 1995).
Cuando el refinado se incrementa, la pulpa adquiere una mayor resistencia al desgote
y las hojas de pulpa se vuelven más densas, lo que causa una reducción en su
porosidad y pérdidas de opacidad y estabilidad dimensional. (Melo, 1995; Rydholm,
1965)
La densidad y el volumen específico del papel son características inversas. La
densidad es la masa que tiene un centímetro cúbico de papel, en otras palabras, es
3
masa por unidad de volumen (g / cm ), mientras que el volumen especifico es el
3
volumen que ocupa un gramo de papel (cm / g), esto es, el volumen por unidad de
masa.
La densidad puede estar expresada en términos de porosidad, así también como el
peso del volumen. Las propiedades de resistencia del papel están estrechamente
relacionadas con el peso del volumen, o más bien el aumento en el peso del volumen
de un papel (Rydholm, 1965)
Dado que de la densidad del papel dependen, prácticamente, todas sus características
físicas, este parámetro ha sido propuesto como medio de comparación de dichas
características. Por tal motivo, las características físicas del papel se expresan,
gráficamente, en función de su densidad y no de su grado de refino (Grado Shopper Riegler o CSF) (Melo, 1995).
17
to
dim
ien
10
ren
9
, 4
5%
8
aft
7
Kr
6
lpa
5
pu
RESISTENCIA A LA TENSIÓN ( km )
11
4
3
2
1
0
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
DENSIDAD DE LA HOJA ( g / cm3 )
Figura 9: tensión pulpa kraft versus densidad
La relación existente entre la densidad del papel y las propiedades de resistencia se
atribuyen principalmente por el incremento del área de contacto de las fibras (Casey,
1960)
Clark menciona que la resistencia a la tensión y a la explosión son linealmente
proporcionales con la densidad del papel, mientras que el rasgado era inversamente
proporcional a la densidad del papel (Casey, 1960)
El grado de refinación mide la capacidad de desgote de una pulpa, es decir la
resistencia de las fibras al flujo de agua (Sanjuán, 1997)
El drenaje en la hoja formada inicialmente es un anticipado indicador de las
propiedades de la hoja final y sus propiedades de resistencia (Lavigne, 1972).
El probador del drenaje (freeness) es un instrumento diseñado para la medición de
características de drenaje de una suspensión diluida de fibras. El origen de ésta
prueba fue diseñada para definir la calidad de las pulpas mecánicas, y se ha
encontrado valiosa proporcionando un índice del grado de refino en las pulpas
químicas (MacDonald, 1969).
En estudios del comportamiento del drenaje en pulpas indican que la porción de finos
(malla de 200 mesh), es principalmente el responsable del cambio en el drenaje
(MacDonald, 1969).
Una gran cantidad de finos disminuyen la propiedad del drenaje en la pulpa, al mismo
tiempo disminuyendo la opacidad y porosidad en el papel, a pesar que los finos
contribuyen muy poco en la resistencia del papel, tienen importancia en las
propiedades ópticas de la lisura (Rydholm, 1965)
18
Se puede decir que el parámetro mas simple para la representación del refino es la
drenabilidad en este caso el °SR, sin embargo, considerar este parámetro no es basto
para analizar el proceso de refinación, por ésto es que debe ser acompañado con
algún otro ensayo de resistencia.
Para evaluar las propiedades físico – mecánicas de las pulpas, es necesario realizar
hojas hechas a mano, según la norma TAPPI 205 a las cuales se realizan diferentes
pruebas tales como:
El gramaje
Es la masa de la hoja expresada en unidades de área. Para el caso del sistema
métrico, este se expresa en gramos por metro cuadrado (g/m2). El gramaje real o peso
base, también expresado en la masa de la hoja por unidad de área, considera la masa
como masa anhidra.
La resistencia a la explosión
Se expresa como la presión hidrostática en kilopascales, en libras por pulgadas al
cuadrado (lb/in2) o en kilogramos por centímetro cuadrado (kg/cm2) requeridos para
producir una ruptura estructural en el material cuando existe un incremento en la
presión uniformemente distribuido y aplicado en ángulo recto bajo la superficie de la
hoja de pulpa o papel. En general esta resistencia depende del tipo y cantidad de las
fibras presentes en la hoja.
La resistencia al rasgado
Determina la fuerza perpendicular al plano de la hoja, necesaria para rasgar esta luego
de haberle hecho un corte inicial.
A partir de los valores de resistencia obtenidos se calcula el Factor de rasgado, que
corresponde a la fuerza necesaria para rasgar una hoja de papel en 100 gramos
fuerza (gf), dividido entre el gramaje en gramos por metro (g/m).
El índice de rasgado, corresponde a la resistencia al rasgado medida en kilopascal
(kPa), dividido entre el peso base en gramos por metro (g/m).
La resistencia a la tracción
Determina la fuerza de tracción requerida para romper una tira de papel de
dimensiones estándar. Esta hoja sufre un estiramiento que va aumentando a medida
que aumenta la carga aplicada hasta que se rompe, pudiéndose determinar con esto
el alargamiento de rotura a la tracción. La carga de rotura, es la carga que soporta
directamente la tira de papel, expresada en kilogramos fuerza (kgf), libras fuerza (lbf),
o en Newton (N).
19
Con esta carga se pueden realizar una serie de cálculos, como son:
Resistencia a la tracción, corresponde a la máxima fuerza de tensión que se
aplica sobre la hoja, por unidad de ancho, para lograr su rotura. Las unidades
en que esta resistencia se expresa es en kilogramos Newton por metro (kgN/m).
Longitud de ruptura, corresponde a la longitud necesaria para que una hoja de
pulpa o papel de ancho uniforme, suspendida por sus extremos, se rompa por
su propio peso. El resultado obtenido se expresa en metros (m) o en kilómetros
(km).
Índice de tracción, determina la relación que existe entre la tensión y el gramaje
o peso base de la hoja de papel o pulpa. Este índice se expresa en Newton
metros por gramos (Nm/g).
Las unidades en que se expresa comúnmente las características de resistencia son en
lb/in2 o en kg / cm2, debido a que los fabricantes de papel y cartón utilizan estas
unidades como criterio de calidad. Sin embargo, el índice de explosión representa un
significado más exacto al relacionar la resistencia con el peso base de la pulpa, papel
o cartón.
TENSIÓN
RASGADO
EXPLOSIÓN
El índice de explosión se define como La resistencia a la explosión de una hoja de
pulpa o papel en kPa, entre el peso base (gramaje) en g/m2 .Reportando sus unidades
en kPa. m2/g.
110
22 2.8
90
18 2.4
70
14 2.0
50
10 1.6
30
6 1.2
10
2 0.8
TENSIÓN
EXPLOSIÓN
RASGADO
800
750
700
650
600
550
500
CFS
AUMENTO REFINACIÓN
Figura 10: Desarrollo de las propiedades físico – mecánicas durante la refinación
Tensión, explosión, rasgado respectivamente (Smook, 2002).
20
3. DISEÑO DE INVESTIGACIÓN
3.1 Materiales
3.1.1 Pulpa
Se utiliza pulpa Kraft cruda de Pinus radiata D. Don, con número Kappa en el rango de
27 a 34, proveniente de astillas de madera con distintos tiempos de almacenamiento,
desde madera fresca a almacenada por 5, 10 y 20 meses.
3.1.2 Normas y Equipos
El equipo clasificador de fibras Bauer McNett es facilitado por laboratorio de CMPC
Cartulinas, Planta Valdivia.
El Medidor de drenabilidad de las pulpas tipo Shopper-Riegler (° SR), facilitado por
laboratorio de pulpa y papel, Instituto de Tecnología de Productos Forestales,
Facultad de Ciencias Forestales de la Universidad Austral de Chile.
Figura 14: Batidora holandesa Pila Valley
a
b
c
d
Figura 12: (a) Medidor de drenabilidad tipo Shopper-Riegler; (b) Equipo Bauer McNett;
(c) batidora pila holandesa vista superior; (d) batidora pila Holandesa vista lateral.
21
a
b
c
d
Figura 13: (a) Equipo Müllen, medidor de la resistencia a la explosión; (b) Equipo Thwing Albert,
medidor de la resistencia al rasgado; (c) Equipo Thwing Albert, medidor de la resistencia a la tensión;
(d) Formadora de hojas TAPPI.
Cuadro 3: Normas para cada ensayo.
Parámetro
Norma
Pentosanos
TAPPI um 236
Consistencia
TAPPI T 240 om - 93
Shopper Riegler
ISO TC 6/SC5-21 SE-1968
Clasificación de fibras
TAPPI T 233 cm-95
Confección de hojas
TAPPI T 205 om 88
Propiedades de resistencia de la pulpa
TAPPI T 220 om 88
Densidad aparente
TAPPI 220 om-88
Resistencia a la Tracción
TAPPI T 404- cm-92
Resistencia a la Explosión
TAPPI T 403 om-97
Resistencia al Rasgado
TAPPI 414 om-88
Gramaje
TAPPI T 410 om-98
22
3.2 Método
3.2.2 Procedimiento
Figura 14: Esquema procedimiento estudio
Las pulpas se sometieron a un análisis de contenido de pentosanos (hemicelulosas),
el que servirá de indicador de la capacidad de la pulpa para la refinación.
Las siguientes serán las condiciones del proceso de refinación:
Temperatura : 23 º C
Consistencia : 1,57%
Una proporción de pulpa especificada en la norma TAPPI T 233 cm-95, se somete
a clasificación de fibras en equipo Bauer McNett, el cual por medio de un flujo de agua
hace que las fibras se desplacen por las mallas encontradas en el equipo,
separándose de acuerdo al tamaño, luego las fibras son secadas y pesadas, para
calcular la proporción de fibra que se encuentra en cada una de las mallas.
La otra proporción de fibra se somete a proceso de refinación en batidora holandesa
(Pila Valley), para evaluar su comportamiento, utilizando el sistema de medición
Shopper-Riegler (° SR), determinando el grado de drenaje, es decir la resistencia que
las fibras ejercen al paso del agua, esto permite ver como la pulpa se desarrolla a
medida que el proceso de batido progresa.
El rango de los tiempos de refinación
almacenamiento) son:
evaluados para cada muestra (meses de
23
0 minutos
5 minutos
25 minutos
60 minutos
Para cada punto (tiempo) de refinación se confeccionan hojas de 60 g/m2, en formador
de hojas TAPPI y se mantienen luego de ser secadas en una sala climatizada a 59%
HR y 23 º C. lo cual se encuentra normalizado.
Para medir las propiedades de resistencia, se confeccionarán hojas en formador
2
TAPPI de 60 g/m . Para cada una de las hojas se realizaron los ensayos de
resistencia físico-mecánicas tales como: Índice de tensión, índice de rasgado, índice
de explosión, además, se evalúa la densidad y volumen específico de las hojas.
24
3.3 Análisis y diseño experimental
Para interpretar los datos obtenidos después de los ensayos realizados, se utilizó la
herramienta estadística de análisis de varianza (ANDEVA), empleando el software
STARTGRAPHICS Plus 5.1.
Este procedimiento permite probar hipótesis mediante la comparación de las medias
poblacionales y ver si existen diferencias significativas entre éstas. Realiza varios test
y gráficos para determinar qué factores tienen un efecto estadísticamente significativo.
Cuando la prueba F, del análisis de varianza, muestre diferencias significativas entre
los diferentes ensayos (distintos tiempos de almacenamiento), las medias de los
valores de éstos serán comparadas mediante el Test de rango múltiple de Duncan, el
cual determina las medias que son significativamente diferentes unas de otras.
25
4. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
En éste apartado se presentan y discuten los resultados obtenidos para cada uno de
los análisis realizados, de acuerdo a los objetivos específicos planteados inicialmente.
4.1 Resultado para el porcentaje de pentosanos en la pulpa
En el cuadro 4 se puede observar las medias para cada una de las muestras y la
variación porcentual respecto de la muestra testigo.
Cuadro 4: Medias del porcentaje de pentosanos para los diferentes tiempos de almacenamiento.
Nivel
Frecuencia
Media
Testigo
3
6,5
5 Meses
3
7,3
10 Meses
3
7,3
20 Meses
3
7,6
Total
12
7,2
El porcentaje de pentosanos tuvo un aumento a medida que el tiempo de
almacenamiento aumentó, en relación a la muestra testigo. Se realizó un análisis de
varianza simple (ANDEVA) para determinar si existía alguna diferencia
estadísticamente significativa entre el porcentaje de pentosanos a medida que el
tiempo de almacenamiento aumentaba, no se encontraron diferencias
estadísticamente significativas, para los diferentes valores (porcentajes de
pentosanos) en relación al tiempo de almacenamiento, puesto que el p - valor, fue
superior a 0,05, para un nivel de 95 % de confianza.
9
R2 = 0,3056
8
Pentosanos (%)
7
6
5
4
3
2
1
0
0
5
10
15
20
Tiem po de alm acenam iento (m eses)
Figura 15: Gráfico correlación pentosanos – tiempo de almacenamiento
Se puede observar que no existe una correlación entre el tiempo de almacenamiento y
el porcentaje de pentosanos para este estudio.
26
4.2 Resultados para clasificación de fibras
En la figura se puede apreciar como las fibras fueron retenidas y en que porcentajes
fueron retenidas para cada tiempo de almacenamiento.
Tiempo de
almacenamiento (meses)
malla 28
malla 48
malla 100
malla 200 + polvo
20 meses
10 meses
5 meses
Testigo
0%
20%
40%
60%
80%
100%
Porcentaje retenido (%)
Figura 16: Porcentaje de fibras retenida a distintos tiempos de almacenamiento
En general las fibras retenidas se encuentran en la malla de 28 mesh, por consiguiente
corresponderá a la fracción predominante en la formación del papel.
Cuadro 5: Medias de porcentajes retenidos en clasificación de fibras para los diferentes tiempos de
almacenamiento.
Mallas
( mesh)
Porcentaje retenido (%)
Testigo
5 meses
10 meses
20 meses
malla 28
89,1
88,8
77,7
76,1
malla 48
4,8
4,0
13,0
14,0
malla 100
1,4
1,7
3,2
3,7
malla 200 + polvo
4,7
5,5
6,1
6,2
Se puede apreciar que para las muestras testigo, 5, 10 y 20 meses
de
almacenamiento, la proporción retenida en la malla 28 va en descenso, lo cual se ve
representado por la muestra testigo y la muestra de 20 meses con 13 puntos
porcentuales de disminución en la malla 28 mesh.
Esto principalmente dado por que el porcentaje retenido en las mallas de 200 mesh +
polvo se ve acrecentado a medida que el tiempo de almacenamiento aumenta, siendo
mas notorio para las muestras testigo y de 20 meses de almacenamiento, teniendo un
aumento de 1,5 puntos porcentuales
Las fibras de tamaño intermedio (mallas 48 y 100), para la muestra de 10 meses
aumentó en un 10 puntos porcentuales, mientras que la muestra de 20 meses
aumentó en 11,5 puntos porcentuales, lo que representa que a medida que el
27
almacenamiento aumenta la concentración de fibra se retiene en las mallas de menor
tamaño, en relación a la muestra testigo.
Se visualiza que la fibra sufrió un mayor daño fitosanitario por agentes degradadores
principalmente hongos xilófagos, a medida que el almacenamiento de la madera
aumentó, lo que es también mencionado por Toledo, 2006.
4.3 Resultados de la Refinación versus Drenabilidad
Los resultados indican que existe una disminución en la Drenabilidad a medida que el
tiempo de refinación aumenta, esto ocurre por que las fibras comienzan a sufrir los
efectos causados por la refinación
La trama fibrilar comienza a se obstruida por todos los efectos ya mencionados y esto
provoca que el agua utilice una mayor cantidad de tiempo en decantar.
80,0
Drenabilidad (°SR)
70,0
60,0
50,0
40,0
30,0
20,0
10,0
0,0
0
5
25
60
Tiempo refinación (min)
Testigo
5 Meses
10 Meses
20 Meses
Figura 17: Gráfico comportamiento drenabilidad pulpas versus tiempo de refinación
De acuerdo al análisis de varianza realizado (Anexo), se logró determinar que los
factores analizados tiempo de almacenamiento y tiempo de refinación, tiene efecto
estadísticamente significativo en los valores de drenabilidad (°SR), con un 95% de
confianza.
Según los resultados del test de rangos múltiples, se puede decir que entre las pulpas
testigo y 5 meses no se observan diferencias significativas, ya que las pulpas tienen
características similares. Mientras que entre la pulpa testigo y la de 10 meses si
obtuvieron diferencias significativas teniendo el mismo comportamiento para la pulpa
de 20 meses de almacenamiento. De acuerdo a los resultados del test de rangos
múltiples se observa que para el tiempo de almacenamiento la Drenabilidad (°SR)
disminuye a partir de los 10 meses, mostrando diferencias estadísticamente
significativas para los diferentes tiempos de almacenamiento.
28
Esto se debe a que tal como indico la clasificación de fibras el incremento de tiempo
de almacenamiento provoco para los 10 y 20 meses de almacenamiento mayor
acortamiento de fibras y mayor generación de finos, lo cual produce una trama de
fibras más cerrada puesto que las fibras más cortas y finos tapan los huecos entre
fibras, generando un entramado más compacto y cerrado que impide que el agua de la
suspensión de fibras drene con facilidad.
4.4 Resultados para las propiedades de resistencia en el papel
4.4.1 Índice de tracción
El test de Fisher indica que existen diferencias estadísticamente significativas, para
cada uno de los factores (Tiempo de almacenamiento y tiempo de refinación). Dado
que los p - valores son inferiores a 0,05, a un nivel de confianza de un 95%
Tiempo de alm acenamiento
Índice de tracción (Nm/g)
142
Testigo
5 m eses
122
10 meses
20 meses
102
82
62
42
0
5
25
60
Tiempo de refinación (min)
Figura 18: Gráfico índice de tracción para distintos tiempos de almacenamiento
Se puede observar que el índice de tracción va en aumento a medida que el tiempo de
refinación aumenta, esto se da por que la fibra sufre los cambios físicos provocados a
medida que la refinación progresa, lo que genera que los enlaces entre las fibras
contiguas sea mayor.
El refino posibilita la formación de de uniones interfibrilares, principalmente por la
fibrilación interna que rompe los enlaces de puente Hidrogeno primitivamente
existentes en la fibra entre moléculas de celulosa o hemicelulosa y su transformación
en nuevos puente Hidrogeno, entre los OH de las cadenas de celulosa y
hemicelulosas y las moléculas de agua que entran en la fibra produciéndose su
hidratamiento (Melo, 1995)
Los resultados expuestos en el anexo demuestran que existe una diferencia
significativa entre las pulpas testigo y las otras muestras (5, 10, 20 meses de
almacenamiento), ya que los valores del índice de explosión se vieron reducidos en
relación a las otras muestras.
Se puede decir que las pulpas (5, 10, 20 meses de almacenamiento), muestran un
comportamiento similar y sin una diferencia estadísticamente significativa.
29
Índice de explosión (KPam2/g)
4.4.2 Índice de explosión
12,1
Tiempo almacenamiento
Testigo
5 meses
10,1
10 meses
20 meses
8,1
6,1
4,1
0
5
25
60
Tiempo de refinación (min)
Figura 19: Gráfico índice de explosión para distintos tiempos de almacenamiento
Se puede observar que a medida que la refinación progresa el índice de explosión se
incrementa para todas la muestras, por el porcentaje de las zonas de contacto entre
las fibras contiguas.
La pulpa testigo muestra diferencias significativas en relación a todas las otras pulpas
(5, 10, 20 meses de almacenamiento), ya que los valores no alcanzaron los niveles de
las otras muestras.
Los valores del índice de explosión para las muestras de 10 y 20 meses se
comportaron de forma similar, sin mostrar diferencias significativas entre ellas.
Los
valores más altos se encontraron
para la muestra de 5 meses de
almacenamiento, esta mostrando una diferencia significativa con todas las otras
muestras testigo, 10, 20 meses de almacenamiento.
30
4.4.3 Índice de rasgado
Índice de rasgado ( mNm2/g)
24
Tiempo de almacenamiento
Testigo
21
5 meses
10 meses
18
20 meses
15
12
9
6
0
5
25
60
Tiempo de refinación (min)
Figura 20: Gráfico índice de rasgado para distintos tiempos de almacenamiento
En las primeras etapas de la refinación las pulpas están influenciadas positivamente
por la fibrilación externa, ya que aumenta la fricción entre fibras contiguas, a medida
que se incrementa el proceso de refinación, las fibras van sufriendo pequeños cortes,
lo que influencia en la resistencia al desgarro, por esto los valores del índice de
rasgado se ven reducidos a medida que transcurre el tiempo de refinación (Melo,
1995).
La muestra testigo obtuvo los valores mas altos para el índice de rasgado, en relación
a las otras muestras (5, 10, 20 meses de almacenamiento) teniendo una diferencia
significativa entre ellas.
También se puede observar que la muestra de 20 meses de almacenamiento, obtuvo
los valores mas bajos en relación a las otras muestras, también demostrando una
diferencia significativa entre ésta y las otras muestras(testigo, 5, 10 meses de
almacenamiento).
Las muestras de 5 y 10 meses de almacenamiento no, mostraron diferencias
significativas entre ellas, aunque la muestra de 5 meses obtuvo valores levemente
superiores a la de 10 meses.
La longitud de fibra es el factor de mayor influencia en la resistencia al desgarro, por
esto se puede predecir que, la influencia del porcentaje de finos en la pulpa de 20
meses, demuestra la tendencia a un mayor corte en la fibra, transcurrido el tiempo de
refinación.
31
Densidad aparente (gr/cm3)
4.4.4 Densidad aparente
1
Tiempo de almacenamiento
Testigo
0,9
5 meses
10 meses
0,8
20 meses
0,7
0,6
0,5
0
5
25
60
Tiempo de refinación (min)
Figura 21: Gráfico densidad aparente para distintos tiempos de almacenamiento
La fibrilación externa y el acortamiento de las fibras no tienen una gran influencia en la
densidad del papel, no así la producción de finos, ya que estos al rellenar los
insterticios existentes entre las fibras, comunican una a la hoja de papel una mayor
densidad, sin embargo su influencia es menor que la de la fibrilación interna (Melo,
1995).Lo que se ve reflejado en que la pulpa obtenida de madera con mayor tiempo de
almacenamiento generó más finos para todos los puntos de refinación y por ende
mayores de densidad
Por esto es posible decir que las fibras existentes en las muestra de 20 meses,
sufrieron un mayor desprendimiento de finos a medida que el refino transcurría,
principalmente por que la fibra se encontraba mas dañada, tal como se observó en los
resultados de clasificación de fibras.
4.4.5 Volumen específico
El volumen específico de las hojas y la densidad son características, inversas, cuando
existen un elevado volumen específico, es porque existe una menor porción de sólidos
por unidad de volumen (Melo, 1995)
Las muestras de 5 y 10 meses no presentaron diferencias significativas, mientras que
con las otras muestras se presentaron diferencias significativas.
La muestra de 20 meses demostró tener el menor valor para el volumen específico, en
tanto la muestra testigo demostró tener los valores más altos para el volumen
especifico, principalmente por que la fibra se encontraba intacta originalmente,
también influenciada por la menor proporción de finos existentes en las pulpas.
32
Volumen específico (cm3/g)
1,99
Tiempo de almacenamiento
Testigo
1,79
5 meses
10 meses
1,59
20 meses
1,39
1,19
0,99
0
5
25
60
Tiempo de refinación (min)
Figura 22: Gráfico volumen específico para distintos tiempos de almacenamiento
4.5 Resultados coeficiente de correlación, propiedades físico-mecánicas /
tiempo de almacenamiento
Cuadro 6: Correlación entre tiempo de almacenamiento y las propiedades de resistencia físicomecánicas del papel para los distintos tiempos de refinación
Índice de
Índice de
Índice de
Densidad
Volumen
Correlación
tracción
explosión
rasgado
aparente
específico
Tiempo de refinación
(0 min)
(0 min)
(0 min)
(0 min)
(0 min)
r
0,91
0,91
0,98
0,99
0,93
2
r
0,83
0,83
0,96
0,99
0,87
Tiempo de refinación
(5 min)
(5 min)
(5 min)
(5 min)
(5 min)
r
0,77
0,50
0,61
0,93
0,90
2
r
0,59
0,25
0,38
0,86
0,80
Tiempo de refinación
(25 min)
(25 min)
(25 min)
(25 min)
(25 min)
r
0,60
0,20
0,57
0,93
0,91
2
r
0,36
0,04
0,33
0,86
0,83
Tiempo de refinación
(60 min)
(60 min)
(60 min)
(60 min)
(60 min)
r
0,59
0,16
0,81
0,97
0,93
2
0,35
0,03
0,65
0,94
0,87
r
Se puede observar que cuando las pulpas no son sometidas a tratamiento mecánico,
existe una elevada correlación entre las propiedades físico mecánicas (Índice tracción,
explosión y rasgado) y el tiempo de almacenamiento, puesto que las fibras se
encuentran en su estado original.
A medida que el tiempo de refino transcurre la relación entre el tiempo de
almacenamiento y las propiedades comienza a disminuir, lo que esta afectado por
acción mecánica del refino, lo que genera en la fibra cambios que no están afectados
33
por el tiempo de almacenamiento, sino por los efectos producidos durante la
refinación, fibrilación externa, interna, corte en la fibra y la formación de finos.
Para la densidad aparente y el volumen específico de las hojas, se puede observar
que existe una alta correlación entre el tiempo de almacenamiento y estas
propiedades.
34
5. CONCLUSIONES
Para este estudio el porcentaje de pentosanos no presentó una diferencia
estadísticamente significativa a medida que el tiempo de almacenamiento
aumenta, por lo que este no ejercería efecto sobre la refinación.
El incremento del tiempo de almacenamiento de la madera ocasiona que se
obtenga de pulpaje una pulpa menos apta al refinado, obteniéndose los
resultados no deseados del refinado como son acortamiento de fibras y
aumento de finos. especialmente en la madera almacenada sobre los 5 meses.
La pulpa cruda Kraft de Pinus radiata D.Don, sin tratamiento de refinación, tiene
una correlación directa con el tiempo de almacenamiento y propiedades de
resistencia físico mecánicas.
El comportamiento general de una refinación es directamente proporcional al
relacionar el tiempo de almacenamiento con refinación.
Las propiedades físico-mecánicas medidas a los papeles se puede ver que para
el índice de tracción y de explosión sus valores aumentan a medida que el
tiempo de almacenamiento se acrecienta.
Dado que la refinación a medida que la pulpa se obtiene con madera con mayor
tiempo de almacenamiento (especialmente sobre 5 meses de almacenamiento)
se dificulta y se produce acortamiento de fibras y generación de finos, se
obtienen pulpas de mayor densidad y menor volumen especifico en
comparación con pulpas obtenidas de madera fresca o tiempo de
almacenamiento de hasta 5 meses.
El índice de rasgado por ser función del contenido de finos, se incrementa a
medida que aumenta el tiempo de almacenamiento.
Podemos mencionar que el tiempo máximo de almacenamiento para el cual las
propiedades físico-mecánicas no son afectadas está entre la pulpa fresca y los
cinco meses de almacenamiento.
35
6. BIBLIOGRAFÍA
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Cidicyp Congreso Iberoamericano de investigación en celulosa y papel,
Santiago- Valdivia, Octubre 2006.
37
ANEXOS
38
ANEXOS A
Abstract
39
Executive Abstract
The abundant and intense rains, which usually occur during the most extreme periods
of autumn and winter, make difficult the access to the Región de los Ríos forestry
properties, generating a deficit of raw material.
The long storage time of the wood in yards, damage the raw material, affecting the
density, chemical composition and physic-mechanical resistant properties of the pulps.
The objectives of the present study are to characterize the behaviour of the pulps
obtained from logs with different storage time and evaluate their physic-mechanical
properties after the refining process.
In order to reach the above-mentioned objectives, Kraft pulps of Pinus radiata D. Don,
obtained from chips of logs with different storage times, were subjected to a refinement
process and their paper properties were evaluated. Refinement is a mechanical type
treatment to which the fibers are subjected, previous to the paper manufacture. This
treatment allows that the fiber improves some of its strength characteristics.
The abundance of pentosan in the fiber is an indicator of its degree of refinement. As
higher is the pentosan content, better is the response of the fiber to the refinement
process. The percentage of pentosan is not significantly affected by the storage time.
In the case of the Bauer Mc Nett fiber, an increase in the storage time of the logs
produces a shortage of the fiber and increases the proportion of fine material.
Meanwhile both the drenability, a parameter that allows to evaluate the behavior of the
refined material, and the tear index decrease significantly as the storage time
increases. On the contrary, the tensile and explosion indexes, parameters that
measure the strength of the generated sheets, increase as the storage time increases.
Most of the physic-mechanic properties increase within the first five months, after this
time, there exists some changes that avoid that the pulp reaches its best properties.
Keywords: wood storage, Kraft Pulp, refinement, pulp properties.
40
ANEXOS B
Análisis de varianza y tabla de medias para porcentaje de pentosanos
41
Análisis de varianza para el porcentaje de pentosanos
Fuente de
variación
Suma de
cuadrados
Gl
Cuadrados
medios
Coeficiente - F
p - Valor
Entre los
grupos
1.7
3
0.5
1.3
0.3
Dentro de
grupos
3.4
8
0.4
Total
5.1
11
Contraste de rangos múltiples para porcentaje de pentosanos, según tiempo de almacenamiento
Grupos
Nivel
Frecuencia
Media
homogéneos
Testigo
3
6.5
X
5 meses
3
7.3
X
10 meses
3
7.3
X
20 meses
3
7.6
X
Contraste
Diferencias
0-5
-0.7
0 - 10
-0.7
0 - 20
-1.0
5 - 10
-0.1
5 – 20
-0.3
10 – 20
-0.3
*Indica una diferencia significativa
Medias para porcentaje de pentosanos según tiempo de almacenamiento, basado en el método de
Scheffé de comparaciones múltiples.
42
Prueba de Scheffé para porcentaje de pentosanos a diferentes tiempos de almacenamiento.
Frecuencia
Media
Error
estándar
Límite
inf.
Límite
sup.
Testigo
3
6.5
0.3
5.6
7.5
5 Meses
3
7.3
0.3
6.3
8.2
10 Meses
3
7.3
0.3
6.3
8.2
20 Meses
3
7.6
0.3
6.6
8.5
Nivel
Gráfico de medias para porcentaje de pentosanos, a diferentes tiempos de almacenamiento.
8,6
Pentosanos (%)
8,1
7,6
7,1
6,6
6,1
5,6
0
5
10
Tiempo de almacenamiento (meses)
43
20
ANEXOS C
Análisis de varianza y tabla de medias para refinación
44
Tablas de medias por mínimos cuadrados para refinación con 95 % confianza
Suma de
Cuadrado Coeficiente
Fuente
cuadrados
Gl
medio
–F
p - Valor
A :Tiempo de
almacenamiento
171.1
3
57.0
3.4
0.3
B :Tiempo de refinación
Residuos
Total
Nivel
15332.3
3
5110.7
411.2
25
16.4
15914.7
31
310.6
Tabla de medias para los diferentes tiempos de almacenamiento
Error
Frecuencia
Media
estándar
Límite inf.
0.00
Límite sup.
Testigo
8
27.0
1.1
24.70
29.4
5 Meses
8
28.2
1.1
25.8
30.6
10 Meses
8
32.7
1.1
30.2
34.9
20 Meses
8
31.7
1.1
29.3
34.0
Tabla de contraste múltiple de rango para índice de rasgado según tiempo de refinación
Error
Nivel
Frecuencia
Media
estándar
Límite inf. Límite sup.
0 min.
8
14.5
1.1
12.1
16.8
5 min .
8
15.2
1.1
12.8
17.6
25 min.
8
22.4
1.1
20.0
24.7
60 min.
8
67.4
1.1
65.0
69.7
Drenabilidad (°SR)
36
34
32
30
28
26
24
0
5
10
20
Tiempo de almacenamiento (meses)
45
Tabla de medias para los diferentes tiempos de almacenamiento
Grupos
homogéneos
Nivel
Frecuencia
Media
Sigma LS
Testigo
8
27.0
1.1
X
5 meses
8
28.2
1.1
X
10 meses
8
32.6
1.1
X
20 meses
8
31.6
1.1
X
Contraste
Diferencias
0–5
-1.1
0 -10
* -5.5
0 – 20
* - 4.6
5 - 10
* - 4.3
5 – 20
* - 3.4
10 - 20
0.9
Grupos
homogéneos
Nivel
Frecuencia
Media
Sigma LS
0 min.
8
14.5
1.01
X
5 min .
8
15.2
1.01
X
25 min.
8
22.4
1.01
60 min.
8
67.4
1.01
46
X
X
Contraste
Diferencias
0–5
-0.7
0 – 25
* -7.9
0 – 60
*- 52.9
5 - 25
*- 7.1
5 - 60
*-52.1
25 - 60
*-45.0
Drenabilidad (°SR)
80
60
40
20
0
0
5
25
Tiempo de refinación (min)
47
60
ANEXO D
Análisis de varianza y tabla de medias para índice de tracción, a diferentes tiempos de
almacenamientos.
48
Análisis de varianza y tabla de medias para índice de tracción, a diferentes tiempos de
almacenamientos.
Análisis multifactorial para la varianza de el índice de tracción
Fuente
Suma de
cuadrados
Gl
Cuadrado
medio
Coeficiente - F
p - Valor
A :Tiempo de almacenamiento
5240.4
3
1746.8
28.3
0.0
B :Tiempo de refinación
61034.4
3
20344.8
329.7
0.0
Interacciones AB
912.5
9
101.4
1.6
0.1
Residuos
4935.3
80
61.6
Total
72122.7
95
Tablas de medias por mínimos cuadrados para el índice de tracción con 95 % confianza.
Frecuencia
Media
Error
estándar
Testigo
24
75.9
1.6
72.7
79.1
5 Meses
24
90.9
1.6
87.7
94.1
10 Meses
24
94.1
1.6
90.9
97.3
Nivel
20 Meses
Límite inf. Límite sup.
24
93.3
1.6
90.1
Tabla de medias para los diferentes tiempos de almacenamiento
Índice de tracción (Nm/g)
102
97
92
87
82
77
72
0
5
10
Tiempo de almacenamiento (meses)
49
20
96.5
Grupos
homogéneos
Nivel
Frecuencia
Media
Sigma LS
Testigo
24
75.9
1.6
5 meses
24
90.9
1.6
X
10 meses
24
93.3
1.6
X
X
20 meses
24
94.1
1.6
X
Tabla de contraste múltiple de rango para índice de tracción según tiempo de almacenamiento
Contraste
Diferencias
0-5
*-14.9
0 - 10
*-18.1
0 - 20
*-17.3
5 - 10
-3.2
5 - 20
-2.3
10 - 20
0.8
Indica diferencia significativa, para tcada tiempo de almacenamiento
Nivel
Frecuencia
Media
Error
estándar
0 min
24
52.3
1.6
49.1
55.5
5 min
24
79.4
1.6
76.2
82.6
25 min
24
103.7
1.6
100.5
106.8
60 min
Límite inf. Límite sup.
24
118.8
1.6
115.6
Tabla de medias para los diferentes tiempos de refinación
Índice de tracción (Nm/g)
129
109
89
69
49
0
5
25
Tiempo de refinación (min)
50
60
122.0
Nivel
Frecuencia
Media
Sigma LS
0 min
24
52.3
1.6
5 min
24
79.4
1.6
25 min
24
103.7
1.6
Grupos
homogéneos
X
X
X
60 min
24
118.8
1.6
X
Tabla de contraste múltiple de rango para índice de tracción según tiempo de refinación
Contraste
Diferencias
0-5
*-27.1
0 – 25
*-51.3
0 - 60
*-66.5
5 – 25
*-24.2
5 - 60
*-39.4
25 - 60
*-15.1
*Indica diferencia significativa, para tcada tiempo de refinación
51
Tiempo de
almacenamiento
(meses)
Tiempo de
refinación
(min.)
Frecuencia
Media
Error
estándar
Límite
inf.
Límite
sup.
0
0
6
42.3
3.2
35.9
48.7
0
5
6
63.8
3.2
57.4
70.1
0
25
6
86.6
3.2
80.4
93.1
0
60
6
110.9
3.2
104.5
117.2
5
0
6
53.3
3.2
46.9
59.6
5
5
6
83.7
3.2
77.3
90.1
5
25
6
105.6
3.2
99.2
112.0
5
60
6
121.0
3.2
114.6
127.4
10
0
6
53.9
3.2
47.5
60.2
10
5
6
83.6
3.2
77.2
90.0
10
25
6
115.8
3.2
109.4
122.1
10
60
6
123.2
3.2
116.8
129.6
20
0
6
59.8
3.2
53.4
66.1
20
5
6
86.6
3.2
80.2
93.0
20
25
6
106.5
3.2
100.1
112.9
20
60
6
120.2
3.2
Tabla de medias, para índice de tracción
113.8
126.6
52
ANEXOS E
Análisis de varianza y tabla de medias para índice de explosión, a diferentes tiempos
de almacenamientos.
53
Análisis multifactorial para la varianza de el índice de explosión
Fuente
Suma de
cuadrados
Gl
A :Tiempo de almacenamiento
20.3
3
6.7
B :Tiempo de refinación
375.3
3
125.1
Interacciones AB
12.3
9
1.3
9.6
80
0.1
Residuos
Cuadrado
medio
Coeficiente –
F
p – Valor
56.3
0.0
1042.9
0.0
11.4
0.0
Total
417.6
95
Tablas de medias por mínimos cuadrados para el índice de explosión con 95 % confianza
Frecuencia
Media
Error
estándar
Límite inf.
Límite
sup.
Testigo
24
6.9
0.01
6.8
7.1
5 Meses
24
8.2
0.01
8.0
8.3
10 Meses
24
7.8
0.01
7.6
7.9
Nivel
Índice de explosión (KPam2/g)
0.01
20 Meses
24
8.0
7.8
8.1
Tabla de medias para los diferentes tiempos de almacenamiento
8,4
8
7,6
7,2
6,8
0
5
10
Tiempo de almacenamiento (meses)
54
20
Nivel
Frecuencia
Media
Sigma LS
Testigo
24
6.9
0.01
5 meses
24
8.2
0.01
10 meses
24
7.8
0.01
Grupos
homogéneos
X
X
X
20 meses
24
8.0
0.01
X
Tabla de contraste múltiple de rango para índice de explosión según tiempo de almacenamiento
Contraste
Diferencias
0-5
* - 1.2
0 -10
* -0.8
0 - 20
* -1.0
5 - 10
* 0.3
5 - 20
* 0.2
10 - 20
-0.1
* Indica diferencia significativa, para tcada tiempo de almacenamiento
Nivel
Frecuencia
Media
Error
estándar
Límite inf.
Límite
sup.
0 min
24
4.8
0.01
4.7
5.0
5 min
24
7.0
0.01
6.9
7.1
25 min
24
8.9
0.01
8.8
9.1
Índice de explosión (KPam2/g)
60 min
24
10.0
0.01
9.9
Tabla de medias para los diferentes tiempos de refinación
10,7
9,7
8,7
7,7
6,7
5,7
4,7
0
5
25
Tiempo de refinación (min)
55
60
10.2
Nivel
Frecuencia
Media
Sigma LS
0 min
24
4.8
0.01
5 min
24
7.0
0.01
25 min
24
8.9
0.01
Grupos
homogéneos
X
X
X
60 min
24
10.0
0.01
X
Tabla de contraste múltiple de rango para índice de explosión según tiempo de refinación
Contraste
Diferencias
0-5
* - 2.1
0 -25
* -4.0
0 - 60
* - 5.2
5 – 25
* -1.9
5 – 60
* - 3.0
25 - 60
* -1.1
* Indica diferencia significativa, para tcada tiempo de refinación
56
Tiempo de
almacenamiento
(meses)
Tiempo de
refinación
(min)
Frecuencia
Media
Error
estándar
Límite
inf.
Límite
sup.
0
0
6
4.1
0.01
3.8
4.3
0
5
6
5.9
0.01
5.6
6.2
0
25
6
8.0
0.01
7.7
8.3
0
60
6
9.9
0.01
9.6
10.2
5
0
6
4.9
0.01
4.6
5.2
5
5
6
7.7
0.01
7.4
8.0
5
25
6
9.8
0.01
9.5
10.1
5
60
6
10.2
0.01
9.9
10.5
10
0
6
4.6
0.01
4.3
4.9
10
5
6
7.1
0.01
6.90
7.4
10
25
6
9.1
0.01
8.8
9.4
10
60
6
10.3
0.01
10.0
10.5
20
0
6
5.9
0.01
5.6
6.1
20
5
6
7.3
0.01
7.0
7.5
20
25
6
8.8
0.01
8.5
9.1
20
60
6
9.9
0.01
9.6
10.2
57
ANEXOS F
Análisis de varianza y tabla de medias para índice de rasgado, a diferentes tiempos
de almacenamientos.
58
Análisis multifactorial para la varianza de el índice de rasgado
Suma de
cuadrados
Gl
Cuadrado
medio
Coeficiente – F
p – Valor
591.0
3
197.0
137.9
0
2143.8
3
714.6
500.2
0
Interacciones AB
279.2
9
31.0
21.7
0
Residuos
114.2
80
1.4
Fuente
A :Tiempo de
almacenamiento
B :Tiempo de refinación
3128.3
95
Tablas de medias por mínimos cuadrados para el índice de rasgado con 95 % confianza
Frecuencia
Media
Error
estándar
Testigo
24
16.9
0.2
16.4
17.4
5 Meses
24
12.0
0.2
11.5
12.4
10 Meses
24
11.5
0.2
11.0
12.0
Nivel
Límite inf. Límite sup.
20 Meses
24
10.5
0.2
10.0
10.9
Tabla de medias para los diferentes tiempos de almacenamiento
18
Índice de rasgado (mNm2/g)
Total
16
14
12
10
0
5
10
Tiempo de almacenamiento (meses)
59
20
Nivel
Frecuencia
Media
Sigma LS
Grupos
homogéneos
Testigo
24
16.9
0.2
X
5 meses
24
12.0
0.2
X
10 meses
24
11.5
0.2
X
20 meses
24
10.5
0.2
X
Tabla de contraste múltiple de rango para índice de rasgado según tiempo de almacenamiento
Contraste
Diferencias
0-5
* 4.9
0 -10
* 5.4
0 - 20
* 6.4
5 - 10
0,4
5 - 20
* 1.5
10 - 20
* 1.0
* Indica diferencia significativa, para tcada tiempo de almacenamiento
Nivel
Frecuencia
Media
Error
estándar
0 min
24
19.9
0.2
19.4
20.3
5 min
24
13.9
0.2
13.4
14.3
25 min
24
9.5
0.2
9.0
10.0
Límite inf. Límite sup.
60 min
24
7.5
0.2
7.0
8.0
Cuadro 2. Tabla de medias para los diferentes tiempos de refinación
60
Índice de rasgado (mNm2/g)
22
19
16
13
10
7
0
5
25
60
Tiempo de refinación (min)
Nivel
Frecuencia
Media
Sigma LS
0 min
24
19.9
0.2
5 min
24
13.9
0.2
25 min
24
9.5
0.2
Grupos
homogéneos
X
X
X
60 min
24
7.5
0.2
X
Tabla de contraste múltiple de rango para índice de rasgado según tiempo de refinación
Contraste
Diferencias
0-5
* 5.9
0 -25
* 10.3
0 – 60
* 12.3
5 - 25
* 4.3
5 – 60
* 6.3
25 - 60
* 2.0
* Indica diferencia significativa, para cada tiempo de refinación
61
Tiempo de
Tiempo de
almacenamiento refinación
(meses)
(min)
Frecuencia
Media
Error
estándar
Límite inf.
Límite
sup.
0
0
6
23,9
0,4
22,9
24,9
0
5
6
21,3
0,4
20,4
22,3
0
25
6
12,7
0,4
11,7
13,7
0
60
6
9,7
0,4
8,7
10,6
5
0
6
20,9
0,4
20,0
21,9
5
5
6
11,4
0,4
10,4
12,3
5
25
6
8,3
0,4
7,3
9,2
5
60
6
7,3
0,4
6,3
8,3
10
0
6
20,4
0,4
19,4
21,4
10
5
6
10,6
0,4
9,6
11,6
10
25
6
8,2
0,4
7,3
9,2
10
60
6
6,7
0,4
5,7
7,6
20
0
6
14,2
0,4
13,2
15,2
20
5
6
12,2
0,4
11,2
13,1
20
25
6
8,9
0,4
8,0
9,9
20
60
6
6,5
0,4
5,6
7,5
62
ANEXOS G
Análisis de varianza y tabla de medias para densidad aparente, a diferentes tiempos
de almacenamientos.
63
Tablas de medias por mínimos cuadrados para densidad aparente con 95 % confianza
Suma de
Coeficiente –
Fuente
cuadrados
Gl
Cuadrado medio
F
A :Tiempo de
almacenamiento
0.1
3
0.1
36.3
p - Valor
0.0
B :Tiempo de refinación
2.1
3
0.7
475
0.0
Interacciones AB
0.1
9
0.0
0.9
0.5
Residuos
0.1
80
0.0
Total
2.4
95
Tabla de medias para los diferentes tiempos de almacenamiento
Nivel
Frecuencia
Media
Error estándar
Límite inf.
Límite sup.
Testigo
24
0.7
0.01
0.6
0.7
5 Meses
24
0.7
0.01
0.7
0.7
10 Meses
24
0.7
0.01
0.7
0.7
20 Meses
24
0.8
0.01
0.8
0.8
Dendidad aparente (gr/cm3)
0,84
0,81
0,78
0,75
0,72
0,69
0
5
10
Tiempo de almacenamiento (meses)
64
20
Tabla de contraste múltiple de rango para densidad aparente según tiempo de almacenamiento
Grupos
Nivel
Frecuencia
Media
Sigma LS
homogéneos
Testigo
24
0.7
0.01
5 meses
24
0.7
0.01
10 meses
24
0.7
0.01
20 meses
24
0.8
0.01
X
X
X
X
Tabla de medias para los diferentes tiempos de almacenamiento
Contraste Diferencias
0-5
* - 0.01
0 -10
* - 0.01
0 - 20
* - 0.01
5 - 10
* - 0.01
5 - 20
* - 0.01
10 - 20
* - 0.01
Tabla de medias para los diferentes tiempos de refinación
Nivel
Frecuencia
Media
Error estándar
Límite inf.
Límite sup.
0 min
24
0.5
0.01
0.5
0.5
5 min
24
0.7
0.01
0.6
0.7
25 min
24
0.8
0.01
0.8
0.8
60 min
24
0.9
0.01
0.9
0.9
65
Dendidad aparente (gr/cm3)
1,02
0,92
0,82
0,72
0,62
0,52
0
5
25
60
Tiempo de refinación (min)
Tabla de contraste múltiple de rango para densidad aparente según tiempo de refinación
Grupos
Nivel
Frecuencia
Media
Sigma LS
homogéneos
0 min
24
0.5
0.01
5 min
24
0.7
0.01
25 min
24
0.8
0.01
60 min
24
0.9
0.01
X
X
X
X
Tabla de medias para los diferentes tiempos de refinación
Contraste Diferencias
0–5
* - 0.1
0 -25
* - 0.3
0 - 60
* - 0.3
5 - 25
* - 0.1
5 – 60
* - 0.24
25 - 60
* - 0.1
66
Tiempo de
almacenamiento
(meses)
Tiempo de
refinación
(min)
Frecuencia
Media
0
0
6
0.5
Error
estándar
0.01
Límite inf. Límite sup.
0.4
0.5
0.6
0.6
0.7
0.8
0.8
0.9
0.4
0.5
0.6
0.7
0.7
0.8
0.8
0.9
0.5
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
0.9
0.9
0.5
0.6
0.7
0.7
0.01
0
5
6
0.6
0.01
0
25
6
0.8
0.01
0
60
6
0.9
0.01
5
0
6
0.5
0.01
5
5
6
0.7
0.01
5
25
6
0.8
0.01
5
60
6
0.9
0.01
10
0
6
0.5
0.01
10
5
6
0.7
0.01
10
25
6
0.8
0.01
10
60
6
0.9
0.01
20
0
6
0.6
0.01
20
5
6
0.7
20
25
6
0.9
0.01
0.8
0.9
20
60
6
1.0
0.01
0.9
1.0
67
ANEXOS H
Análisis de varianza y tabla de medias para volumen específico, a diferentes tiempos
de almacenamientos.
68
Tablas de medias por mínimos cuadrados para volumen específico con 95 % confianza
Suma de
cuadrados
Gl
Cuadrado
medio
Coeficiente
-F
p - Valor
A :Tiempo de
almacenamiento
0.4
3
0.1
32.2
0.0
B :Tiempo de refinación
7.4
3
2.4
526.3
0.0
Interacciones AB
0.1
9
0.1
3.9
0.0
Residuos
0.3
80
0.1
Total
8.4
95
Fuente
Cuadro 2. Tabla de medias para los diferentes tiempos de almacenamiento
Error
Nivel
Frecuencia
Media
estándar
Límite inf. Límite sup.
Testigo
24
1.4
0.01
1.4
1.4
5 Meses
24
1.3
0.01
1.3
1.4
10 Meses
24
1.3
0.01
1.3
1.3
20 Meses
24
1.2
0.01
1.2
1.2
´
Volumen específico (cm3/g)
1,5
1,45
1,4
1,35
1,3
1,25
1,2
0
5
10
20
Tiempo de almacenamiento (meses)
Tabla de contraste múltiple de rango para volumen específico según tiempo de almacenamiento
69
Grupos
homogéneos
Nivel
Frecuencia
Media
Sigma LS
Testigo
24
1.4
0.01
5 meses
24
1.3
0.01
X
10 meses
24
1.3
0.01
X
20 meses
24
1.2
0.01
X
X
Cuadro 2. Tabla de medias para los diferentes tiempos de almacenamiento
Contraste
Diferencias
0-5
* 0.067
0 -10
* 0.092
0 - 20
* 0.192
5 - 10
0.025
5 - 20
* 0.125
10 - 20
* 0.100
Cuadro 2. Tabla de medias para los diferentes tiempos de refinación
Nivel
Frecuencia
Media
Error estándar
Límite inf.
Límite sup.
0 min
24
1.78
0.01
1.76
1.81
5 min
24
1.44
0.01
1.40
1.47
25 min
24
1.18
0.01
1.15
1.20
60 min
24
1.06
0.01
1.03
1.09
70
Volumen específico (cm3/g)
2
1,8
1,6
1,4
1,2
1
0
5
25
60
Tiempo de refinación (min)
Tabla de contraste múltiple de rango para volumen específico según tiempo de refinación
Grupos
Nivel
Frecuencia
Media
Sigma LS
homogéneos
0 min
24
1.78
0.01
5 min
24
1.44
0.01
25 min
24
1.18
0.01
60 min
24
1.06
0.01
X
X
X
X
Cuadro 2. Tabla de medias para los diferentes tiempos de refinación
Contraste Diferencias
0–5
* 0.35
0 -25
* 0.60
0 - 60
* 0.73
5 - 25
* 0.26
5 – 60
* 0.38
25 - 60
* 0.12
71
Tiempo de
almacenamiento
(meses)
Tiempo de
refinación
(min)
Frecuencia
Media
Error
estándar
Límite
inf.
Límite
sup.
0
0
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