Universidad Técnica Federico Santa María Departamento de Ingeniería Química y Ambiental Valparaíso, Chile “ESTUDIO TÉCNICO-ECONÓMICO PARA LA INSTALACIÓN DE UNA PLANTA DE RECICLAJE INTEGRADA DE PRODUCCIÓN DISTRIBUIDA EN LA REGIÓN DE MAGALLANES Y LA ANTÁRTICA CHILENA” VALERIA ISABEL VALENCIA ÁLVAREZ Memoria de titulación para optar al título de Ingeniero Civil Ambiental Profesor Guía: DANIEL RAMÍREZ LIVINGSTON Profesor Co-Referente: HENRIK HANSEN KIRTEN Valparaíso, 13 de Septiembre del 2019
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Universidad Técnica Federico Santa María
Departamento de Ingeniería Química y Ambiental Valparaíso, Chile
“ESTUDIO TÉCNICO-ECONÓMICO PARA LA INSTALACIÓN DE UNA PLANTA DE RECICLAJE INTEGRADA DE PRODUCCIÓN DISTRIBUIDA EN
LA REGIÓN DE MAGALLANES Y LA ANTÁRTICA CHILENA”
VALERIA ISABEL VALENCIA ÁLVAREZ
Memoria de titulación para optar al título de Ingeniero Civil Ambiental
Profesor Guía:
DANIEL RAMÍREZ LIVINGSTON
Profesor Co-Referente:
HENRIK HANSEN KIRTEN
Valparaíso, 13 de Septiembre del 2019
Agradecimientos A mi mamá, por su esfuerzo, compañía, apoyo y cariño, por darme las herramientas y reiterarme en confiar siempre en mis capacidades, sobre todo, por enseñarme que somos mujeres fuertes. A mis hermanos, que me han alentado siempre y me han ayudado también a ser independiente, por siempre reforzarme que soy capaz de lograr todos mis objetivos, muchas gracias. A mi sobrina María Jesús que llegó en el momento preciso para alegrarme la vida. A mis amigos de la universidad, por todos los aprendizajes, risas y alegrías. Gracias por acompañarme en todas esas noches de estudio y trasnoche, por levantarnos mutuamente el ánimo cuando pensábamos que todo se nos ponía cuesta arriba, con ustedes, todo fue más llevadero. Muchas gracias por eso. Gracias especialmente a mis grandes amigos que me llevo de este paso por la universidad, Andrés Thiers, Felipe Barrera, Ricardo Rozas, Manuel Véliz, Sebastián Ríos. Gracias por permitirme ser su amiga, estoy muy agradecida de haberlos conocido, espero nuestra amistad dure para siempre. Gracias también a Francisco Hermosilla que fue mi compañero durante mi etapa universitaria, gracias también a su familia. A mis amigos de la vida, Diego Alvarado, Ricardo Fariña, Joaquín Blanco, Diego Véliz, Marcelo Canales, Anais Torres, Jimena Prado, Victoria Gómez por siempre alentarme en este proceso, gracias por la paciencia. A mis profesores y profesoras, por haberme formado, enseñado y ayudado a lo largo de estos años. Mención especial a mi profesor guía de memoria Daniel Ramírez Livingston, un gran profesor, pero sobre todo una gran persona, llena de conocimientos y humildad, atributos que aplicó siempre para enseñar. Muchas gracias. A la Universidad técnica Federico Santa María y a toda su comunidad. A Federico Santa María, por creer y ayudar a quienes lo necesitan y desean aprender.
Esto se lo dedico principalmente a mi papá a quién sentí siempre presente acompañándome y orgulloso de mis logros
A mis abuelos, a Don Benito.
Resumen ejecutivo En los últimos años, se han puesto en la palestra una serie de daños medio ambientales que han
sido causados por la industrialización del planeta, por lo que se han debido actualizar leyes y
normativas, y se ha procurado generar consciencia en la población en el fin de disminuirlos y
contrarrestar aquellos que ya han sido, provocados, como en el caso de Chile, donde se aprobó
en 2016 la Ley de Responsabilidad Extendida del Productor. Es por ello, que se desarrolla el
proyecto interno en la Universidad Técnica Federico Santa María llamado “Producción
Distribuida” en el que se propone realizar un estudio sobre la aplicación de este tipo de modelo
en Chile.Esta sexta parte del proyecto se propone como objetivo principal el realizar un análisis
técnico y económico necesario para instalar una planta de reciclaje en la Región de Magallanes
y la Antártica Chilena, con motivo de evaluar la factibilidad de su instalación.
En el estudio de mercado previamente elaborado se determinaron los productos a tratar.
Dentro de los productos prioritarios fueron escogidos: chatarras de acero, vidrio, plástico PET
1, cartones, aceites lubricantes y se determinó que en su capacidad inicial serán tratados
5000[ton/año], 330[ton/año], 500[ton/año], 1200[ton/año] y 1000[m3/año]
respectivamente, donde habrá un aumento progresivo de la producción hasta alcanzar la
máxima capacidad utilizando los equipos adquiridos y dimensionados para el funcionamiento.
La diferencia entre ambas capacidades se debe principalmente a las proyecciones de reciclaje,
esperando que éstas aumenten con el pasar de los años, logrando llegar a utilizar la capacidad
máxima de la planta. Para lograr esta capacidad de manera progresiva, se sugiere aumentar la
producción anualmente un 10% en el caso de los plásticos, 5% vidrios, 1% acero, 4% cartón y
aceites lubricantes. Este aumento productivo es respecto a la capacidad inicial, por lo que toma
un valor constante cada año.
Se considera la implementación de la planta en dependencias de Enap Magallanes, motivo por
el cual no se considera en la matriz de costos la compra de terrenos. Los costos totales de los
equipos ascienden a $1.700 [MM CLP], la mayor inversión está asociada al procesamiento del
acero con un 41% debido al elevado costo del horno de arco eléctrico y de afino. Dentro de los
costos variables, los asociados a la energía eléctrica son los más altos que representan el 87%
del total operativo. Se estima que la planta tiene una capacidad instalada de 1,164 [MW], por lo
cual puede adscribirse a ser cliente libre y gozar de un mejor precio que actualmente es de 44
[CLP/KWh]. El elevado consumo de energía eléctrica se debe principalmente al procesamiento
del acero, que en su capacidad mínima trabaja a 5000 [ton/año].
El proyecto es rentable sin financiamiento, la inversión se recupera en el año 15 de la vida útil
del proyecto y la tasa interna de rendimiento (13%) es casi igual a la tasa de descuento (10%),
lo que significa que el proyecto está muy cerca de no ser rentable. El valor presente del ejercicio
asciende a $ 2.1 [MM CLP]. Esto se debe principalmente a que la inversión inicial es elevada en
comparación con los costos operativos y no operativos del proyecto, por lo cual sin haber
financiamiento la recuperación es considerablemente más lenta que con financiamiento. El
proyecto con financiamiento también es rentable, la recuperación es de 3 años, por lo que la
inversión es recuperada 17 años antes del final del proyecto, la tasa interna de rendimiento es
del 43%. Debido a que el proyecto es rentable con y sin financiamiento, se sugiere escoger la
alternativa financiada debido a que genera un payback 12 años menor que con el caso de
realizarse con capital propio.
Se analiza por separado, cómo varían los indicadores económicos al haber una variación en el
precio de venta de cada producto, manteniendo constante los demás precios. Se puede apreciar
cómo el precio de venta del acero seguido de los cartones son los que pueden generar cambios
más significativos en el resultado operacional, generando una variación positiva en los
indicadores económicos. No es de mayor relevancia la variación del precio de compra de las
materias primas.
Los elementos tratados que retornan una mayor rentabilidad son el cartón, el vidrio y el acero,
motivo por el cual se sugiere que se analice la factibilidad de incrementar la capacidad de
recolección de estos materiales. De no ser posible mediante el intermediario de recolección, se
podría evaluar la implementación propia de contenedores en el cuarto período, cuando el
payback se ve reflejado. El factor clave para explicar la rentabilidad del proceso corresponde
al bajo costo de la adquisición de materias primas. Podría ser un proyecto aún más rentable si
las capacidades de recolección aumentasen, motivo por el cual se sugiere que se desarrollen
políticas de educación ambiental en la región de Magallanes.
Se recomienda realizar también un estudio de instalación de planta de reciclaje de residuos
líquidos, debido a que el costo de disposición de éstos es de aproximadamente 3UF por [m3] de
Ril emanado, además de 15 UF por camión arrendado, los cuáles en la región de Magallanes son
de 20 [m3]. Por lo tanto, se sugiere además estudiar la compra de camiones aljibes para poder
realizar todo el servicio en la planta.
Se sugiere además a las asociaciones, empresas y entidades gubernamentales establecer
sistemas de información actualizados, además de realizar estudios de forma periódica, con el
fin de tener a disponibilidad información actualizada sobre los procesos económicos y
Tabla de contenido .................................................................................................................................................. 7
Índice de Tablas Tabla 1: Etapas evolutivas de las plantas de producción distribuida .................................................. 21 Tabla 2: Proyección del uso del material a tratar ......................................................................................... 22 Tabla 3: Toneladas recolectadas por RECIPAT en Punta Arenas. (Fuente: entrevista a Lissette Salles) ............................................................................................................................................................................. 24 Tabla 4: Distribución de las plantas de producción de Chile según el estudio “Levantamiento de la industria chilena para la aplicación de producción distribuida”. ............................................... 25 Tabla 5; Principales aleantes utilizados en la fabricación del acero .................................................... 34 Tabla 6: Propiedades físicas de los distintos tipos de acero .................................................................... 36 Tabla 7: Características nominales y dimensiones de los resaltes de barras de reforzamiento para hormigón. ............................................................................................................................................................ 38 Tabla 8: Características mecánicas para distintos grados de acero ..................................................... 40 Tabla 9: Características producto elaborado: acero .................................................................................... 40 Tabla 10: Condiciones de producto entregado: acero ................................................................................ 41 Tabla 11: Capacidad de diseño proceso acero ............................................................................................... 43 Tabla 12: Especificaciones técnicas embalaje requerido: acero ............................................................ 47 Tabla 13: Embalaje requerido para el producto entregado: acero ....................................................... 47 Tabla 14: Ratios para la determinación del balance de masa ................................................................. 50 Tabla 15: Balance de masa, producción de barras de reforzamiento de acero............................... 52 Tabla 16: Resumen balance de masa ................................................................................................................. 54 Tabla 17: insumos y servicios a utilizar. En base a (INGEA, 2012) y (Espinoza, 2014). .............. 55 Tabla 18: Principales insumos del proceso de producción de acero. En base a (Espinoza, 2014)............................................................................................................................................................................... 55 Tabla 19: Tipos de vidrio según composición................................................................................................ 58 Tabla 20: Composición de vidrio de envases ................................................................................................. 59 Tabla 21: Propiedades físicas del vidrio a 25 [°C] ........................................................................................ 59 Tabla 22: Características producto elaborado: vidrio ................................................................................ 61 Tabla 23: Características del producto elaborado ....................................................................................... 62 Tabla 24: Disposición de los envases para el despacho ............................................................................. 64 Tabla 25: Características del producto entregado: vidrio ........................................................................ 65 Tabla 26: Capacidad de diseño proceso revalorización cartones .......................................................... 65 Tabla 27: Agentes refinantes y sus dosificaciones máximas ................................................................... 68 Tabla 28: Elementos utilizados en la coloración del vidrio ...................................................................... 68 Tabla 29: Estimación de consumo de embalaje en producción de botellas de vidiro ................... 70 Tabla 30: Ratios para elaboración de balance de masa. En base a (Cuevas, 2017). ...................... 75 Tabla 31: Balance de masa producción de cartones ................................................................................... 77 Tabla 32: Resumen balance de masa ................................................................................................................. 78 Tabla 33: Emisiones específicas [gr/Kg vidrio] por tipos de horno ..................................................... 79 Tabla 34: Principales insumos del proceso de producción de vidrio. En base a (Cuevas, 2017) y (Comisión Nacional del Medio Ambiente, ACHS, 2000) ......................................................................... 79 Tabla 35: Clasificación de los distintos tipos de plástico .......................................................................... 80 Tabla 36: Propiedades físicas tereftalato polietileno (PET) .................................................................... 82 Tabla 37: Propiedades térmicas tereftalato polietileno (PET) ............................................................... 82 Tabla 38: Propiedades químicas del PET ......................................................................................................... 82 Tabla 39: Porcentaje de cristalinidad del plástico según porcentaje de reciclado ......................... 83 Tabla 40: Características técnicas del producto elaborado: plástico ................................................... 85 Tabla 41: Capacidad de diseño proceso revalorización PET ................................................................... 86
Tabla 42: Composición botellas de plástico PET .......................................................................................... 87 Tabla 43: Características del embalaje requerido para la entrega del producto ............................ 94 Tabla 44: Estimación de consumo de embalaje en producción de plástico ...................................... 95 Tabla 45: Ratios para balance de masa ............................................................................................................. 99 Tabla 46: Balance de masa (PET) .................................................................................................................... 101 Tabla 47: Resumen del balance de masa: plástico .................................................................................... 103 Tabla 48: Servicios e insumos consumidos .................................................................................................. 105 Tabla 49: Caracterización tipos de fibras de madera............................................................................... 108 Tabla 50: Clasificación del cartón en base a cantidad de caras ........................................................... 110 Tabla 51: Clasificación del cartón según ondas por metro .................................................................... 110 Tabla 52: Características y dimensiones del semiproducto .................................................................. 112 Tabla 53: Especificaciones técnicas producto elaborado: cajas de cartón ondulado ................. 114 Tabla 54: Dimensiones cajas apiladas ............................................................................................................ 116 Tabla 55: Capacidad de diseño proceso revalorización cartones ....................................................... 117 Tabla 56: Porcentaje de humedad en distintas operaciones ................................................................ 127 Tabla 57: Estimación de consumo de embalaje en producción de cajas de cartón ..................... 129 Tabla 58: Balance de masa formación cajas de cartón ............................................................................ 136 Tabla 59: Resumen balance de masa: cartón .............................................................................................. 138 Tabla 60: Servicios e insumos consumidos: cartones.............................................................................. 139 Tabla 61: Capacidad de diseño proceso revalorización cartones ....................................................... 143 Tabla 62: Ratios utilizados para el balance de masa ................................................................................ 146 Tabla 63: Balance de masa considerando tratamiento con Zeolita ................................................... 148 Tabla 64: Balance de masa considerando hidrotratamiento ................................................................ 149 Tabla 72: Tipos de tasa de descuento. Fuente (Peters et al, 2004).................................................... 155 Tabla 65: Resumen costos fijos ......................................................................................................................... 156 Tabla 66: Costos variables: Servicios consumidos .................................................................................... 157 Tabla 67: Potencia Instalada por comuna .................................................................................................... 178 Tabla 68: Características de precios de base de nudo de Sistema Eléctrico de Magallanes .... 178 Tabla 69:Precio del servicio hídrico histórico Aguas Magallanes ...................................................... 182 Tabla 70: Proyección del precio de agua de alcantarillado y potable (Aguas Magallanes) ..... 182 Tabla 71: Proyección de precios de productos a elaborar..................................................................... 158 Tabla 73: Lista de equipos requeridos ........................................................................................................... 159 Tabla 74: Costos directos e indirectos ........................................................................................................... 163 Tabla 75: Depreciación de los activos fijos .................................................................................................. 165 Tabla 76: Reinversión necesaria ...................................................................................................................... 165 Tabla 77: Parámetros amortización ................................................................................................................ 166 Tabla 78: Amortización para flujo de caja con financiamiento ............................................................ 166 Tabla 79: Capital impago ................................................................................. ¡Error! Marcador no definido. Tabla 80: Flujo de caja sin financiamiento ................................................................................................... 167 Tabla 81: Flujo de caja con financiamiento .................................................................................................. 169 Tabla 82: Análisis sensibilidad materias primas ....................................................................................... 171 Tabla 83: Análisis sensibilidad precio de venta ......................................................................................... 171
Índice de Figuras
Figura 1: Ubicación propuesta de la planta de reciclaje integrada en la Región de Magallanes y la Antártica Chilena. Fuente:Google Maps. ..................................................................................................... 27 Figura 2: Sector Cabo Negro, ubicación propuesta de la planta de reciclaje integrada en la Región de Magallanes y la Antártica Chilena. Fuente: Google Maps .................................................... 28 Figura 3: Galpón propuesto a utilizar para la planta de reciclaje integrada en la Región de Magallanes y la Antártica Chilena. Fuente: Google Maps .......................................................................... 28 Figura 4: Distancia entre ENAP y puntos estratégicos Fuente: Google Maps. .................................. 29 Figura 5: Diagrama de fases y solidificación hierro – carbono. .............................................................. 33 Figura 6: Imagen referencial sobre el producto a elaborar: acero Fuente:Gerdau Aza, www.gerdau.cl ............................................................................................................................................................ 38 Figura 7: Parámetros de los resaltes de barras de reforzamiento de acero Fuente: Gerdau Aza, www.gerdau.cl ............................................................................................................................................................ 38 Figura 8: Condiciones de entrega del producto: acero Fuente: www.gerdau.cl .............................. 41 Figura 9: Producto entregado: barras de reforzamiento de acero Fuente: Gerdau Aza, www.gerdau.cl ............................................................................................................................................................ 42 Figura 10: Referencia para la fabricación de etiquetas Fuente: Gerdau Aza, Catálogo técnico de barras y perfiles laminados. Edición 2014-2015 .......................................................................................... 42 Figura 11: Embalaje requerido para el almacenamiento y traslado de barras de refuerzo: Zuncho de acero inoxidable Fuente: www.soitem.cl .................................................................................. 47 Figura 12: Diferencias estructurales entre estado cristalino y vítreo ................................................. 57 Figura 13: Logaritmo de viscosidad según temperaturas ........................................................................ 60 Figura 14: Imagen referencial del producto elaborado Fuente: www.cervezaaustral.cl ............. 61 Figura 15: Dimensiones parte superior de la botella Fuente: www.tonbaypacking.cn ............... 62 Figura 16: Dimensiones de la parte inferior de la botella elaborada Fuente: www.tonbaypacking.cn ........................................................................................................................................... 63 Figura 17: Ángulos y curvaturas de la botella elaborada Fuente: www.tonbaypacking.cn ........ 63 Figura 18: Vista inferior de la base de la botella elaborada Fuente: www.tonbaypacking.cn ... 64 Figura 19: Referencia de condiciones de la entrega del producto: vidrio .......................................... 64 Figura 20: Proceso Blow-Blow Fuente: www.cristalchile.cl .................................................................... 69 Figura 21: Proceso Blow-Blow de moldeado y formado de las botellas de vidrio. Fuente: (Comisión Nacional del Medio Ambiente; ACHS, 2000) ............................................................................ 69 Figura 22: Estructura química de los distintos tipos de plástico Fuente: Gewert, Berit; Plassmann, Merle M.; MacLeod, Matthew. Environmental Science: Processes & Impacts, 2015 Polietileno (PE), polipropileno (PP), policloruro de vinilo (PVC), poliestireno (PS), poliuretano (PU) y tereftalato de polietileno (PET) ................................................................................... 81 Figura 23: Imagen referencial respecto al producto a elaborar Fuente: www.alibaba.com Fuente: www.made-in-china.com ....................................................................................................................... 84 Figura 24: Diseño de producto elaborado: chips de tereftalato de polietileno (PET) Fuente: Elaboración propia .................................................................................................................................................... 85 Figura 25: Condiciones de entrega del producto: plástico Fuente: www.logismarket.com.ar .. 86 Figura 26: Imagen referencial sobre constituyentes de una tapa de botella Fuente: www.tecnologiadelosplasticos.blogspot.com ................................................................................................ 87 Figura 27: Recepción de materia prima: plásticos Fuente: Extraído de: www.tecnologiadelosplasticos.blogspot.com ................................................................................................ 88 Figura 28: Descarte manual: plásticos Fuente: Extraído de: www.tecnologiadelosplasticos.blogspot.com ................................................................................................ 88 Figura 29: Separación electromagnética Fuente: Extraído de:
www.tecnologiadelosplasticos.blogspot.com ................................................................................................ 89 Figura 30: Trituración: plásticos Fuente: Extraído de: www.tecnologiadelosplasticos.blogspot.com ................................................................................................ 90 Figura 31: Limpieza de material particulado mediante ciclón: plásticos Fuente: Extraído de: www.tecnologiadelosplasticos.blogspot.com ................................................................................................ 92 Figura 32: Referencia embalaje requerido: plástico Fuente: www.logismarket.com.ar .............. 95 Figura 33: Estructura química celulosa Fuente: Escuela de ingenierías industriales, Universidad de Valladolid, (Extraído de: www.eii.uva.es) ................................................................... 106 Figura 34: Estructura de las fibras Fuente: Alma R. Saucedo, Juan Ramos y Maria L. Reynoso “Comportamiento de la Fibra de Celulosa Reciclada en el Proceso de Hidratación”.(DOI:10.1612/inf.tecnol.3955it.07) ........................................................................................ 107 Figura 35: Tipos de pulpeo Fuente: Elaboración propia en base a informe anual CMPC celulosa (Obtenido en: www.cmpc.com) ........................................................................................................................ 107 Figura 36: Determinación coeficiente de ondulación (C) Fuente: REVISTA OFICIAL de la Asociación de Corrugadores del Caribe, Centro y Suramérica (ACCCSA) (www.corrugando.com) ...................................................................................................................................... 111 Figura 37: Imagen referencial sobre semiproducto Fuente: Elaboración propia en base a www.alibaba.com ................................................................................................................................................... 112 Figura 38: Imagen referencial sobre el producto a elaborar: cajas de cartón Fuente: Alibaba (www.alibaba.com) ............................................................................................................................................... 113 Figura 39: Características caja tipo solapa Fuente: Implementación de métodos de analisis y ensayos en una planta de cajas de carton corrugado" (Ticlla, Wilma 2003) .................................... 114 Figura 40: Condiciones del producto entregado: cajas de cartón....................................................... 116 Figura 41: Pulpeado Fuente: Elaboración propia a partir de: Venditti, R. “Paper recycling technology” Disponible en: https://faculty.cnr.ncsu.edu/richardvenditti ..................................... 118 Figura 42: Desmenuzado de pulpa Fuente: Venditti, R. “Paper recycling technology” Disponible en: https://faculty.cnr.ncsu.edu/richardvenditti .............................................................. 119 Figura 43: Limpieza de pulpa Fuente: Venditti, R. “Paper recycling technology” ........................ 120 Figura 44: Diagrama del proceso de flotación y esquema del agregado partícula – burbuja Fuente: adaptado de Wills et al. (2015) ........................................................................................................ 121 Figura 45: Eficiencia de remoción de contaminantes en papeles reciclados respecto al tamaño de partícula Fuente: Venditti, R. “Paper recycling technology” ........................................................... 122 Figura 46: Headbox y descripción de zona húmeda Fuente: Pinedo, J. (2014) “Reducción del consumo de vapor en una Máquina papelera utilizando el Control por presión diferencial a Través de un control remoto” .............................................................................................................................. 124 Figura 47: Vaccuum foils cuyo rango de vacío se mide en “h2O Fuente: Pinedo, J. (2014) “Reducción del consumo de vapor en una Máquina papelera utilizando el Control por presión diferencial a Través de un control remoto” .................................................................................................... 125 Figura 48: Rollo couch de succión Fuente: Pinedo, J. (2014) “Reducción del consumo de vapor en una Máquina papelera utilizando el Control por presión diferencial a Través de un control remoto” ....................................................................................................................................................................... 126 Figura 49: Prensas de jebe de succión Fuente: Pinedo, J. ( 2014) “Reeducción del consumo de vapor en una Máquina papelera utilizando el control por presión diferencial a través de un control remoto” ....................................................................................................................................................... 127 Figura 50: disposición del producto embalado .......................................................................................... 129 Figura 51: Estructura de una zeolita faujasita Fuente: Universidad nacional de Colombia, facultad de ciencias, departamento de química ......................................................................................... 142 Figura 52: Capacidad instalada Servicio Eléctrico Magallanes Fuente: www.energiabarierta.cl ........................................................................................................................................................................................ 177 Figura 53 .................................................................................................................................................................... 177
Figura 54: Proyección del precio de la energía eléctrica en Magallanes Fuente:https://www.cne.cl/wp-content/uploads/2017/07/Informe-Final-SSMM-Magallanes.pdf ......................................................................................................................................................... 179 Figura 55: Proyección del precio del petróleo diésel [US$/galón] Fuente: Elaboración Propia a partir de información disponible en eia.gov (Annual Energy Outlook 2019 del U.S. Energy Information Administration (EIA) .................................................................................................................. 180 Figura 56: Proyección de precio del gas natural ........................................................................................ 181 Figura 57: Fluctuación del valor del IPC en los últimos 10 años Fuente: Elaboración Propia .................................................................................................................................... ¡Error! Marcador no definido. Figura 58: Proyección del valor del IPC en los próximos 20 años Fuente: Elaboración Propia .................................................................................................................................... ¡Error! Marcador no definido. Figura 59: Flujo de caja sin financiamiento Fuente: Elaboración propia ........................................ 168 Figura 60: Flujo de caja acumulado, con financiamiento Fuente: Elaboración Propia .............. 170
Capítulo 1: Antecedentes 1 Introducción Durante el último tiempo se ha puesto especial énfasis en los daños medioambientales y su
reparación y prevención, es por esto que se han actualizado normativas medio ambientales y
se creó la Ley de Responsabilidad Extendida del Productor con el fin de promover la
reutilización de residuos y evitar su eliminación. Estas leyes y las actuales normativas
presentan una creciente dificultad para desarrollar proyectos industriales de gran tamaño, ya
sea por las aprobaciones medioambientales, disponibilidad de personal calificado, saturación
de barrios y la poca confianza en las industrias por parte de las comunidades.
Por otra parte, existen lugares en donde se requiere de este desarrollo industrial debido a las
dificultades que presentan por su lejanía con respecto al continente y a los demás territorios.
Este es el caso de la región de Magallanes, en la cual actualmente existen 166.553 habitantes 1
una universidad y varias industrias enfocadas principalmente al sector salmonero. Esta región
ha visto dificultado su crecimiento al encontrarse alejada del continente y se refleja también al
observar que gran cantidad de los productos que se consumen en la región provienen desde
otras regiones del país, existiendo además, una problemática con los residuos generados dentro
de la región, ya que como hay dificultad para ingresar, también las hay para sacar residuos,
haciéndose esto relevante frente a la reciente aprobación de la Ley de Responsabilidad
Extendida del Productor en 2016.
En conjunto con lo anterior, se desarrolla el proyecto “Producción Distribuida”, proponiendo
realizar un estudio sobre la aplicación del modelo de Producción Distribuida en Chile, en este
caso, para industrias que se dediquen al reciclaje de productos, debido a que éstas permiten
trabajar con volúmenes a baja escala, obteniendo como beneficio el trabajo dentro de una
región, en este caso la Región de Magallanes y la Antártica Chilena, con motivo de satisfacer sus
necesidades utilizando sus propios residuos.
1.1 Objetivos
Objetivos generales Realizar un estudio técnico y económico para evaluar la factibilidad de instalar una planta de
reciclaje integrada en la Región de Magallanes y de la Antártica Chilena bajo el marco de la Ley
1 Instituto Nacional de Estadísticas INE, 2017
de Responsabilidad Extendida del Productor y la aplicación del concepto de Producción
Distribuida.
Objetivos específicos
• Analizar los estudios realizados anteriormente para establecer la pertinencia de
instalar la planta distribuida con las condiciones propuestas inicialmente.
• Evaluar la factibilidad de operación de la planta con residuos recolectados en la Región
de Magallanes y la Antártica Chilena contemplando la revalorización de aceros,
cartones, plásticos tipo PET, vidrios y revalorización energética de los aceites
lubricantes.
• Realizar un estudio técnico donde se determine el detalle del producto a elaborar, los
volúmenes de producción, características del producto elaborado, servicios e insumos
consumidos, equipos que serán requeridos, entre otros.
• Evaluar la factibilidad económica de integrar los diferentes procesos.
• Realizar una propuesta de operación para la planta de reciclaje integrada.
Alcances Esta memoria busca realizar una propuesta de aplicación del concepto de “Producción
Distribuida” en el marco del proyecto realizado por la Universidad Técnica Federico Santa
María. Para esto se realizará un análisis de los sectores productivos propuestos en
investigaciones anteriores y se planteará un estudio técnico y económico para la realización del
proyecto para evaluar la factibilidad de ello.
2 Antecedentes
2.1 Proyecto “Producción distribuida”
Se desarrolla el proyecto interno en la Universidad Técnica Federico Santa María llamado
“Producción Distribuida” en el que se propone realizar un estudio sobre la aplicación de éste
tipo de modelo en Chile, habiendo terminado ya cinco trabajos de memoria, esta es la sexta
parte del proyecto que se propone como objetivo principal el realizar un análisis de las bases
técnicas y de factibilidad económica necesarias para instalar una planta de reciclaje en la Región
de Magallanes y la Antártica Chilena para cinco productos prioritarios como son: acero, aceites
lubricantes, cartones, plásticos y vidrios. A continuación se detallan los trabajos previos
desarrollados.
Estado del Arte “Producción Distribuida” (González, F. et al. 2018) Este análisis de estado del arte propone la definición de producción distribuida para la industria
como: “un sistema de producción a pequeña escala, multi-sitio, el cual puede ser de producción
paralela como en serie (manufactura de partes de un producto), y que se beneficia de las
tecnologías de mejora de procesos y automatización para descentralizar la industria y producir
sus productos cercano a los clientes, manteniendo una administración centralizada, y así,
disminuir costos de transporte, almacenamiento, disminuir el impacto ambiental y visual,
mejorar la respuesta a los clientes y la seguridad” recomendando continuar con la investigación
con respecto a los alcances que puede tener éste método de producción en diferentes áreas
productivas.
Estado del arte de la legislación ambiental internacional, referente a la evaluación del impacto ambiental que beneficie el modelo de producción distribuida (Vásquez, 2017).
Uno de los principales problemas que existen actualmente en Chile es que los proyectos
comprendidos en los artículos 10 y 11 de la ley 19.300 deben someterse a una evaluación de
impacto ambiental, ya sea con una declaración de impacto ambiental o un estudio de impacto
ambiental, indistintamente de su volumen de producción. Al ser un punto importante dentro
de los costos fijos de la realización de un proyecto, por su elevada inversión en tiempo y dinero,
se busca evitarla a través de la propuesta de producción a baja escala buscando como referencia
la legislación ambiental internacional, realizando una revisión de las diferentes normativas con
el fin de encontrar países referentes que por su estructura permita aplicar éste modelo de
producción distribuida sin la necesidad de realizar este tipo de evaluaciones, disminuyendo así
la inversión en tiempo y dineros enfocados a su tramitación legal .
El estudio analizó la normativa ambiental de 15 países de América, Asia y Europa, además de la
normativa general de la Comunidad Europea, clasificándolos según su nivel de especificidad en
la legislación, respecto a los proyectos que requieren evaluación de impacto ambiental,
seleccionando a Alemania, España, Finlandia y Reino Unido como los mejores referentes en éste
ámbito, destacando principalmente la normativa alemana. La selección de estos países permite
usarlos como referencia al momento de modificar y adaptar la legislación chilena, debido a su
grado de especificidad y gran numero considerado de proyectos.
Finalmente, el autor expuso la información recopilada en una tabla que condensa el listado de
proyectos y límites productivos que requiere la normativa de los países seleccionados, teniendo
194 tipos de proyectos, que se agruparon en 20 categorías.
Propuesta de modificación de normativa ambiental chilena para fomento de la Producción Distribuida” (Jorquera, 2017)
El principal objetivo de este trabajo fue la elaboración de una propuesta de modificación de
normativa ambiental chilena para fomentar la producción distribuida, analizando así la
legislación nacional e internacional, identificando factores relevantes que favorezcan su
implementación. Para esto, en primer lugar se analizó la normativa chilena, encontrando dos
principales factores: la planificación territorial y la evaluación de impacto ambiental, luego,
como segundo punto, se analizó la normativa internacional identificando como puntos
significativos la especificidad de los proyectos en la evaluación ambiental y la factibilidad de la
industria a pequeña escala y sus costos logísticos.
Se utilizó como guía una lista de proyectos que ingresaron al sistema de evaluación de impacto
ambiental (SEIA) con el fin de determinar qué industrias se podrían considerar dentro de la
propuesta de modificación. Según un análisis realizado con una matriz de decisión, se propone
realizar modificaciones en los límites de entrada del SEIA los siguientes tipos de industria:
Química, Minería, Textiles, Cría de animales (Bovinos, caprinos y ovinos), Láctea, Metal-
Mecánica y Energía, proponiendo cambios en diferentes incisos del reglamento del SEIA, en
donde se propone analizar y evaluarlo con el fin de incorporar nuevas industrias, especificar
industrias ya existentes en el país y la modificación de los límites de producción a pequeña
escala, recomendando finalmente un análisis de la industria química en el país, sobre los
productos más utilizados, su consumo, factibilidad de producirlos en pequeña escala y su
impacto ambiental para considerarlos dentro de futuras modificaciones (Jorquera, 2017).
“Levantamiento de la Industria Chilena para la aplicación de Producción Distribuida” (Hernández, C. 2017)
En esta etapa del proyecto, se identificaron sectores industriales en donde se podría aplicar el
modelo de Producción Distribuida, realizando una encuesta en conjunto con la Sociedad de
Fomento Fabril y recopilando dato sobre plantas productivas instaladas en territorio nacional
(capacidades, tipo de producto, ubicación, entre otros). Con los datos recopilados en el trabajo
se establecieron criterios asociados a medir la importancia de la logística de distribución en la
economía de las empresas, concluyendo finalmente que existen sectores industriales donde se
puede aplicar el modelo de producción distribuida. Los sectores con mayores posibilidades y
atractivos para aplicar este modelo son aquellos que tienen altos costos de transporte de
productos terminados, fortaleciendo la idea de instalar plantas cerca de los centros de consumo.
Por otra parte, se encuentran diversas condiciones que favorecen la aplicación del modelo,
como lo son la simpleza de los proceso como los avances en tecnologías de manejo y control de
información de procesos. En base a los datos recopilados se observó que la mayoría de la
actividad industrial se concentra en la Región Metropolitana, seleccionando 18 de 342
empresas analizadas, que aplican de forma directa o particular como candidatas a producción
distribuida.
Como principales conclusiones del estudio, se encuentra que al existir políticas y mecanismos
que favorezcan la aplicación del modelo de Producción distribuida, se potencia el desarrollo de
negocios emergentes e instalaciones a baja escala, especialmente en empresas dedicadas a la
valoración de residuos. Este modelo de producción actúa, fomentando el progreso industrial de
regiones y disminuyendo la migración de trabajadores a regiones centrales.
“Estudio de mercado y bases técnicas para una planta integrada de reciclaje en la Región de Magallanes y la Antártica Chilena utilizando el concepto de Producción Distribuida” (Navarro, C. 2018)
Se define que la planta propuesta se enfocará en el reciclaje, abarcando principalmente el
sector de empresas recuperadoras, propuesto por el estudio descrito en el punto 2.1.4 las
cuales se ven favorecidas por la puesta en marcha de la Ley REP, seleccionándose dentro de los
productos contenidos en ella como prioritarios: el vidrio, plástico, papeles y cartones y aceites
lubricantes, adicionando a éstos el acero. Los primeros, al encontrarse dentro del sector de
envases y embalajes, son aquellos que poseen un mayor impacto y son consumidos de forma
masiva por la población y el acero se incluye debido a que existen empresas que se dedican a
producirlo solo a través de la chatarra y se encuentra centralizado en la zona central del país.
Se realizó un estudio de mercado para cada producto con el objetivo de establecer la factibilidad
de introducirse en el mercado regional. En este estudio se definieron los productos a
comercializar, que serán: acero para la construcción, vidrio para botellas de cervezas, plástico
para pellets, cartón para cajas de cartón corrugado y aceites lubricantes para su valorización
energética. Determinándose finalmente gracias a los estudios de oferta y demanda que existen
situaciones favorables para insertarlos en el mercado, al haber un margen que no está siendo
cubierto por la industria nacional y además, a la creciente demanda que han tenido en los
últimos años por el crecimiento económico. Como las materias primas son materiales
reciclados, se realizó un análisis de las capacidades de recolección, encontrándose una
tendencia al alza en todos los productos seleccionados para la planta.
Finalmente, en el estudio de mercado se realizaron análisis estratégicos como análisis de
Fuerzas de Porter y FODA, desde los que se identificaron diversos factores que podrían
favorecer o dificultar la operación y el establecimiento de la planta, determinándose una serie
de acciones enfocadas en el uso de medios de marketing para favorecer la recolección de
residuos y el aprovechamiento del anterior conocimiento sobre los procesos de las empresas
que estarán a cargo de cada producto, mediante instancias de capacitación y retroalimentación,
entre otras medidas. Finalmente, se analizaron a grandes rasgos las bases técnicas necesarias,
con el fin de establecer la factibilidad de incorporar los procesos en una misma planta, para lo
cual se determinaron las capacidades de operación, seleccionándose una inicial, en
concordancia con lo reciclado actualmente y una máxima, con respecto a las metas de
recolección y a las actuales necesidades de la región
Se propone que la planta debería instalarse en el sector de Cabo Negro, a 39 kilómetros al este
de Punta Arenas, debido a que se trata de un sector industrial, cercano al centro de la ciudad, a
la empresa recolectora y al destino final de los productos.
Finalmente, se propusieron tres programas de producción, considerando la complejidad de los
procesos, la cantidad a procesar, las necesidades de la planta y las capacidades de inventario,
en la que procesos como la producción de acero y vidrio tuvieron preferencia debido a su
complejidad.
2.2 Ley de Responsabilidad extendida al productor, Ley REP.
La ley de Responsabilidad Extendida del Productor o Ley REP, es un instrumento económico
con origen en Europa en el cual se extiende la responsabilidad a los productores por los
residuos que generan cuando termina su vida útil. Este concepto está definido por la OCDE
como un enfoque de políticas por el que a los productores se les da la responsabilidad financiera
y/o física del tratamiento o la eliminación de los productos luego de ser consumidos. 2
2 Ministerio del Medio Ambiente, 2016
En Chile, éste concepto se pone en marcha formalmente en el año 2016 gracias a la aprobación
de la Ley 20.920 o Ley de Responsabilidad Extendida del Productor (REP), según esta
normativa, los productores de productos definidos como prioritarios, deberán gestionar y
financiar iniciativas que permitan reducir, reusar y valorizar los residuos generados cuando sus
productos finalicen su vida útil, estableciendo además metas de recolección y valorización, que
serán establecidas por el Ministerio del Medio Ambiente (MMA) 3
La Ley REP tiene dos objetivos principales: promover el diseño de productos que tengan una
vida útil y un potencial de valorización mayores; e incentivar la reutilización y valorización de
productos al final de su vida útil, de tal forma de internalizar externalidades ambientales
propias de los residuos, como la contaminación del suelo, aguas, olores, emisiones y vectores,
además de disminuir la disposición final de residuos y aumentar la vida útil de los rellenos
sanitarios y formalizar el mercado del reciclaje, impulsando además el crecimiento y desarrollo
sustentable, fomentando además el cambio desde una economía lineal hasta una circular, en
donde el valor de los productos y materiales se mantienen durante el mayor tiempo posible,
reduciendo al mínimo los residuos y el uso de recursos se reduce al mínimo para volver a
utilizarlos y seguir creando valor como materia prima.
Tal como se mencionó anteriormente, la Ley REP define productos prioritarios para su
tratamiento, los cuales su disposición y tratamiento serán regulados por reglamentos como: el
Reglamento Procedimental, Reglamento del Fondo para el Reciclaje, y Reglamento de
Movimiento Transfronterizo de Residuos, los cuales corresponden a los tres primeros
reglamentos de la Ley, siendo sometidos a consultas públicas. Además, fueron creados registros
de emisiones y transferencia de contaminantes, donde los fabricantes e importadores deberán
inscribirse y declarar las toneladas de productos que se pusieron en el mercado nacional,
además de informar las toneladas recuperadas a través de los gestores de residuos. 4
Los productos prioritarios tienen las siguientes descripciones: 5 • Aceites lubricantes: residuos peligrosos que corresponden al clúster automotriz, tienen
un alto porcentaje de reciclaje o valorización energética.
• Aparatos electrónicos y eléctricos: contienen numerosos materiales que se pueden
reciclar, varios del tipo peligroso.
• Envases y embalajes: residuos no peligrosos, pueden ser cualquier material que envase
y/o embale a algún bien de consumo, pueden ser plásticos, vidrios, latas, papeles y
cartones.
• Neumáticos: residuos no peligrosos, actualmente poseen un reciclaje limitado.
3 Ministerio del Medio Ambiente, 2016 4 CENEM, 2017 5 Bahamondes, G. (2018). “Propuesta de plan de gestión para la recuperación y valorización de residuos de envases y embalajes para el cumplimiento de la Responsabilidad Extendida del Productor en CMPC Tissue Chile” Obtenido de: http://repositorio.uchile.cl/bitstream/handle/2250/147247/Seminario%20de%20Titulo%2 0G.%20Bahamondes%20V..pdf?sequence=1&isAllowed=y
• Pilas: residuos peligrosos debido a sus metales pesados.
Además de lo anterior, se creó un fondo del reciclaje que destinará dinero para apoyar
proyectos municipales o asociaciones municipales que postulen a proyectos vinculados al
reciclaje, además, se están actualizando las normativas para simplificar la construcción e
instalación de puntos limpios y de acopio . 6
Los reglamentos antes mencionados tienen las siguientes características: 7
• Reglamento de la Ley 20.920: Establece procedimientos para elaborar decretos de
metas y los instrumentos de prevención y valorización, además de procedimientos,
requisitos y criterios para la autorización de los sistemas de gestión.
• Reglamento de movimiento transfronterizo de residuos: establece requisitos,
exigencias y procedimientos para el control del movimiento transfronterizos de
residuos importados a Chile, que estén en tránsito o que sean exportados, además de
procedimientos, requisitos y criterios para la autorización de los sistemas de gestión.
Éste reglamento permite la exportación de residuos para su valorización solo a países
miembros de la OCDE y la importación solo a instalaciones autorizadas mediante RCA,
prohibiendo la importación de residuos para su eliminación.
• Reglamento del fondo para el reciclaje: establece un fondo destinado a financiar
proyectos, programas y acciones para Municipios y asociaciones, además define tres
líneas de financiamiento en base a la sensibilización ciudadana, promoción del
conocimiento técnico municipal y de lo recicladores de base y finalmente la
implementación de proyectos de infraestructura para instalaciones de recepción y
almacenamiento de residuos.
6 CENEM. (2017). Ley REP: Primeras metas de reciclaje se fijarán para la industria de envases y embalajes. Obtenido de http://www.cenem.cl/detalle-noticia.php?id=152 7 Ministerio del Medio Ambiente. (2017). Implementación Ley de fomento al reciclaje. Hoja de ruta y avances 2017-2018. Obtenido de http://portal.mma.gob.cl/wpcontent/uploads/2017/05/Desayuno-Ley-RECICLAJE-MMena_12_05_17.pdf
3 Planta de producción distribuida
La selección de los productos a elaborar en la planta propuesta de producción distribuida fue
realizada según su tamaño, participación en el mercado y los residuos, en las capacidades de
recolección y en la importancia que poseen en la industria, analizadas en el estudio de mercado.
Según datos mostrados en el “Diagnóstico de producción, importación y distribución de
envases y embalajes y el manejo de los residuos de envases y embalajes” realizado para el
Ministerio del Medio ambiente y como se mencionó anteriormente, los tres principales actores
de los envases y embalajes corresponden a los papeles y cartones, vidrios y plásticos, por lo
que se realizará ésta elección inicialmente, al encontrarse las cantidades y condiciones para
recolectar y reciclar éstas materias primas de forma inicial, además se encuentran dentro de la
selección descrita en el punto 2.1.4 . Además de lo anterior y considerando nuevamente el
mismo estudio, es que se seleccionarán los Aceites Lubricantes y el Acero como industria
recuperadora, debido a que son residuos potenciales y transversales a cualquier sector en
donde se escoja instalar la planta de producción distribuida.
3.1 Descripción de la planta
Con el fin de reducir los impactos ambientales de las grandes industrias y el costo de logística
y transporte que conlleva trasladar éstos residuos a las regiones donde se encontrarán las
plantas recicladoras, se propone instalar una planta de baja escala que sea amigable con el
entorno de la región, sin generar residuos ni ruidos excesivos, produciendo In Situ, cerca de los
clientes de la Región y de las industrias productoras que requieren de los productos fabricados,
satisfaciendo al mercado regional y descentralizando la industria, considerando los resultados
de estudios anteriores a este.
La idea de esta planta será integrar los procesos de tal forma que se puedan compartir servicios
básicos, materias primas, productos y tratamiento de residuos, además de analizar la
posibilidad de aplicar integración energética en los procesos 8 ocupando de esta forma,
características de las grandes industrias, pero al estar cercana a los consumidores se dará una
flexibilidad a la producción y como se mencionó anteriormente, disminuirán os costos
logísticos.
De esta forma, aplicando los conceptos de la Enciclopedia de Ingeniería de Producción 9 la
planta propuesta deberá cumplir con las características de una planta de manufactura
distribuida completa, en la que se producirá todo el producto cercano a los clientes,
adaptándose a los mercados locales. En este caso, la planta tendrá la flexibilidad necesaria para
disminuir los tiempos de respuesta a fluctuaciones en la demanda o problemas con las cadenas
8 González, F. (2018). Producción Distribuida: definición, características y estado del arte. Valparaíso: Universidad Técnica Federico Santa María. 9 Windt, K. (2014). CIRP Encyclopedia of Production Engineering (1 ed.). Alemanía: Springer-Verlag Berlin Heidelberg.: L. Produ, The International Academy forLaperrière & G. Reinhart, Eds. doi:10.1007/978-3-642-35950-7
de suministros 10 por lo demás, en base a esto, se espera que cada línea de producción esté a
cargo de empresas que fueron seleccionadas en el estudio anterior y que cumplen con las
características de ser aplicable este modelo en ellas, lo que permitirá desde otro punto atacar
los posibles problemas que pudiesen presentarse en la planta.
Se proyecta, además, que en algunos productos, pudiese darse la posibilidad de establecer un
modelo de manufactura distribuida simple, en el cual sólo se establezca un paso en la línea de
producción y sean trasladados los productos intermedios hacia otras regiones del país, en el
caso que la factibilidad de incorporar la manufactura completa en la planta propuesta sea
desfavorable.
Se espera que esta planta propuesta para Magallanes, sea replicable en otras regiones con
similares condiciones, pasando por las etapas evolutivas mostradas en la Tabla 1 desde ser un
modelo que se pudiera estandarizar y replicar, para en un corto plazo llegar a ser plantas
modulares que se encuentren dispersas en varias regiones del país, hasta en un futuro, poder
ser plantas inteligentes con gran nivel de adaptabilidad.
Tabla 1: Etapas evolutivas de las plantas de producción distribuida
Clasificación Descripción y características
Plantas modelo
estandarizadas y
replicables
Plantas modelo replicables y estandarizadas para la producción
distribuida global de productos con un número definido de unidades.
Corresponde al caso más simple de producción descentralizada y es
un concepto utilizado desde los inicios de la globalización.
Plantas modelo
modulares y
escalables
Plantas modulares para producciones geográficamente dispersas
de productos definidos con flexibilidad en relación con la cantidad
producida y con capacidad de escalar el sistema de manufactura.
Poseen la ventaja con relación al descrito anteriormente, en la
capacidad de poseer flexibilidad en la producción.
Plantas modelo
flexibles y
reconfigurables
Corresponden a plantas flexibles y que puedan reconfigurarse
rápidamente para producir de forma distribuida diferentes
variedades de productos (flexibilidad en productos) y a diferentes
cantidades. Para ello se requiere una mayor planeación que los
modelos anteriores, pero
presenta grandes ventajas en la personalización.
Plantas modelo
intercambiables e
“Inteligentes”
Plantas inteligentes y auto-optimizables con un gran nivel de
adaptabilidad a una producción globalmente distribuida de
diferentes productos a diferentes cantidades. Corresponden a
plantas que se puedan adaptar a cambios en el entorno y poder
decidir cuándo, cómo,
dónde y cuánto producir de cierto producto.
Fuente: González, F. (2018). Producción Distribuida: definición, características y estado del arte.
10 González, F. (2018). Producción Distribuida: definición, características y estado del arte. Valparaíso: Universidad Técnica Federico Santa María.
Valparaíso: Universidad Técnica Federico Santa María. En base a Matt, Rauch, & Dallasega, (2015)
Debería considerarse que esta planta al estar alejada y en una zona con poco desarrollo
industrial no existirá necesariamente el personal capacitado para su operación, debiendo
buscar tecnologías que permitan controlarla de forma remota o teniendo diversos sistemas de
control y gestión que permitan operarla de forma óptima, teniendo una mínima interacción
local y considerando principalmente personal especializado para la puesta en marcha,
modificaciones o reparaciones. 11
3.2 Definición de la producción
Considerando los productos anteriormente mencionados, es que proponen los siguientes usos
y destinos de los productos a elaborar en la planta, la cual será manejada por empresas líderes
en cada rubro y que hayan clasificado para aplicar a producción distribuida:
Tabla 2: Proyección del uso del material a tratar
Acero
Destinado a la construcción, teniendo en consideración para esto que deberá cumplir con diversas normas de calidad y especificaciones técnicas, sus atributos estarán asociados a estas mismas normas y a los requerimientos del mercado. Se plantea la fabricación de barras de hormigón armado debido a la alta demanda del material. La materia prima será acero reciclado proveniente de la misma Región.
Plástico
Destinado a la formación de pellet o resinas para ser enviado a plantas que lo utilicen para obtener un producto final comercializable a partir de plástico de tipo PET que se recicle dentro de la Región.
Aceites lubricantes
En este caso, se buscará refinar aquellos aceites desechados para su uso como combustible. Su materia prima será aceite lubricante usado, el cual también se deberá recolectar mediante convenios con empresas.
Vidrio
Se desea reciclar vidrios para producir botellas, teniendo cuidado en la coloración final de las botellas que se producirán según requerimientos del cliente.
Cartón
El principal objetivo es reciclar cartones para producir cajas de cartón cumpliendo con los requerimientos estándar de calidad y la normativa que regule su producción, con el fin de estar disponibles a los requerimientos del mercado. De no ser factible la posibilidad de la fabricación de cajas, se plantea la posibilidad de llegar hasta un semiproducto de planchas de cartón ondulado, para vender a papeleras en la zona.
En el marco del concepto de producción distribuida, como se mencionó anteriormente, se
espera que los productos obtenidos en la planta sean comercializados principalmente dentro
de la Región de Magallanes, con el fin de cumplir en primer lugar con sus necesidades
territoriales, además de fortalecer la industria regional, la generación de empleos dentro de
11 11 González, F. (2018). Producción Distribuida: definición, características y estado del arte. Valparaíso: Universidad Técnica Federico Santa María
ella y el compromiso de los habitantes con su Región al promover dentro de ella las costumbres
del reciclaje y generación de residuos.
3.3 Estrategia comercial
Este proyecto está enfocado principalmente en las empresas que ya poseen relaciones
comerciales con la región, ya sea en el ámbito de la recolección de residuos como de la entrega
de productos terminados.
Acero: Se propone para el caso del acero que Gerdau Aza se encargue del reciclaje del acero,
debido a que es la principal industria en Chile que produce este en base a chatarras, existiendo
en la región ya una empresa que se dedica a recolectarla, por lo que puede entregarla
directamente. Además, la elección se basa en que esta empresa concentra sus operaciones en
Santiago, debiendo mover las chatarras hacia la ciudad y luego desplazarlas nuevamente hacia
todo Chile para su comercialización, ofreciendo una ventaja el ponerla en la región, ya que
disminuye de gran forma el costo de transporte al haber determinado además que existe un
nicho de mercado creciente en la Región, que requerirá de estos productos en un futuro.
Cartones: Se propone la fabricación de cajas de cartón ondulado para embalaje.
Al realizar el estudio económico, de no ser factible la producción de cajas se propone fabricar
rollos de cartón ondulado de una sola cara. (Especificados en Tabla 50) que permitan que el
producto sea enrollado. De ser esta la alternativa escogida, se propone que la línea esté a cargo
de la empresa Forestal y Papelera Concepción, compañía del rubro papelero y forestal a la cual
actualmente están siendo enviados gran parte de los residuos y se dedica a producir papeles
de embalaje a partir de éstos.
Plástico: se propone a la empresa Wenco S.A., sociedad anónima con más de 50 años en el
rubro, teniendo dos sectores con ventas masivas: productos enfocados al hogar (aseo,
organizadores, niños, muebles y terraza) representando el 20% de la venta y la línea de
productos enfocados al sector industrial (exportación, agrícolas, industria, pesca, lo que
representa el 80% restante de la venta.
Vidrio: se propone a Cristal Chile como empresa que se haga cargo de la línea, esto debido a
que por el caso de la recolección de residuos, actualmente gran cantidad están siendo
destinados a Elige Vidrio, campaña de ésta compañía que tiene como fin la recolección de éstos
para su reciclaje, y además, en la Región, se encuentra ubicada la Cervecería Austral,
dependiente de CCU y cliente de Cristal Chile, por lo tanto no perderá ni fuentes ni clientes,
disminuyendo también los costos de transporte tanto en la materia prima como en los
productos terminados.
Aceites lubricantes: se propone en primera instancia realizar el análisis para determinar la
factibilidad de utilizarlo para su valorización energética dentro de la misma planta de
producción propuesta, haciéndose cargo para esto las empresas propuestas o se podría
analizar la posibilidad de realizar un acuerdo con los miembros del consorcio formado entre
empresas importadoras y productoras.
4 Recolección de materias primas
4.1 Cartones, Vidrio y Plástico
La metodología más importante para la realización de este proyecto corresponde a la
recolección de la materia prima, es decir, mediante el intermediario de recolección.
Actualmente, existe una empresa que se dedica a recolectar diversos tipos de residuos dentro
de la Región de Magallanes y principalmente en Punta Arenas, llamada RECIPAT. Esta empresa
cuenta actualmente con convenios con empresas y oficinas públicas que les entregan sus
residuos. Los residuos que recolectan son:
• Papeles y cartones
• Vidrio
• Plásticos (tipo 1, 2, 4, 5)
El detalle de sus destinos y capacidad de recolección se muestra a continuación:
Tabla 3: Toneladas recolectadas por RECIPAT en Punta Arenas. (Fuente: entrevista a Lissette Salles)
Ciudad de Destino Ton promedio
mensual
Toneladas anuales
promedio
Cartón Coronel 70 840
Diario Coronel 2 24
Papel Santiago 2 24
Vidrio Elige vidrio, Santiago 10 120
Plásticos 1 Santiago 3,5 42
Plásticos 2 Santiago 1 12
Plásticos 4 San Antonio 20 240
Plásticos 5 San Antonio 1 12
El mayor potencial de recolección corresponde a la provincia de Punta Arenas, que representa
el 80% de la generación total de residuos en la región debido a la mayor concentración de la
población en el área.
4.2 Acero
En cuanto a la distribución nacional, la mayoría de las empresas pertenecientes al sector
metalmecánico se encuentran en la Región Metropolitana, mientras que en la Región de
Magallanes solo existe una: Cometsur. El acero utilizado en la Región proviene de la
importación o despacho local, que se somete a la normativa chilena en términos de construcción
con el fin de garantizar la calidad de los productos, como lo son la NCh2043 OF2006 de barras
laminadas en acero para hormigón armado, la cual está incorporada en la ordenanza general
de urbanismo y construcción, siendo obligatoria en todos los edificios que se construyan en el
territorio nacional. 12
12 Hernández, C. (2017). “Levantamiento de la Industria Chilena para la aplicación de Producción Distribuida”. UTFSM, Santiago
Cometsur es la empresa más antigua y la única autorizada para el manejo y recolección de
chatarra que se encuentra en la ciudad de Punta Arenas, se dedica a los metales ferrosos
(hierro) y metales no ferrosos (cobre, reciclaje de bronce, aluminio). En 2004, la empresa
comenzó a vender restos de hierro a Gerdau AZA, en Santiago, hoy en día, Cometsur produce
entre 2300 y 2500 toneladas de chatarra de hierro, dos o tres camiones semanales que son
enviados a Santiago. La chatarra gruesa se carga directamente en camiones o contenedores,
mientras que lo liviano se prensa en una máquina compactadora que se envía a Gerdau AZA una
vez al año. A demás de esta empresa, no existe otra planta de producción de acero en la Región. 13
4.3 Aceites lubricantes
En este caso, se buscará producir nuevos aceites o “refinar” aquellos aceites desechados para
su uso como combustible. Su materia prima será aceite lubricante usado, el cual también se
deberá recolectar mediante convenios con empresa, coordinando el retiro de barriles de los
aceites lubricantes usados.
5 Localización del proyecto
5.1 Justificación de la macro localización
Según el estudio “Levantamiento de la industria chilena para la aplicación de producción
distribuida”, 14 es posible determinar el emplazamiento de todas las plantas de producción que
fueron analizadas para ser candidatas a aplicar el modelo de producción distribuida,
obteniendo el resultado presentado en la Tabla 4 .
Tabla 4: Distribución de las plantas de producción de Chile según el estudio “Levantamiento de la industria chilena para la aplicación de producción distribuida”.
XV I II III IV V RM VI VII VIII IX XIV X XI XII Cárneos
preparados 5 4 8 3 2
Bebidas no alcohólicas
1 1 2 1 2 5 2 2 1 1 1 1
Bebidas alcohólicas
1 5 1 1 1 1
Alimentos elaborados
2 25 2 9 3 3 2 1
Productoras de vino
1 4 1 1
Cemento, hormigón y
4 2 6 4 4 5 1 2
13 Hernández, C. (2017). “Levantamiento de la Industria Chilena para la aplicación de Producción Distribuida”. UTFSM, Santiago 14 Hernández, C. (2017). “Levantamiento de la Industria Chilena para la aplicación de Producción Distribuida”. UTFSM, Santiago
áridos Productos para la construcción
1 1 13 1
Asfalto 6 1 4 1 Cartón, papel y
tissue 1 13 3 1 3 3 1
Celulosa 2 4 1 Envases de
cartón 8 2 1
Minería (Cal) 1 1 2 2 1 1 Productos metálicos
1 1 5 35 1 5 1 1
Plástico 1 4 1 4 96 2 1 3 R.
Agroindustria 1 1 1
R. Metal 1 1 2 1 2 5 R. Química y
caucho 2 2 12 4
R. Papel y cartón
1 1 2 2 6 3 2 3 1 1
R. Plástico 1 1 8 1 2 1 1 R. aceites
lubricantes 1 4 1 2
Total 1 9 15 6 12 31 238 41 27 33 17 10 12 0 3 Fuente: Elaboración propia. En base a (Hernández C. , 2017).
Es por lo anterior, considerando por sobre todo el PIB regional, sumado a que ya existe cierto
grado de actividad industrial en la región, su considerable lejanía y las dificultades que se tienen
para llegar a la región es que la región escogida para instalar y realizar el proyecto de una planta
que funcione con el modelo de producción distribuida será efectivamente la Región de
Magallanes y la Antártica Chilena.
Esta elección se condice con que, además, actualmente, existe una planta recuperadora
instalada en Punta Arenas, RECIPAT, la cual se encarga de recolectar gran parte de los
productos que servirán como materia prima para la producción de la planta.
5.2 Justificación de la zona de emplazamiento
En el lugar se encuentra un terminal marítimo, portuario y terrestre, en donde se almacena,
distribuye y transportan productos derivados del gas natural y del petróleo, teniendo una
capacidad de almacenamiento para el gas licuado de 70.000 [m3] y para productos limpios, de
27.000 [m3], junto con un patio de carga para la entrega de productos a camiones.
En la planta de Cabo Negro se fracciona propano, butano y gasolina natural en estanques a
presión y refrigerados para su posterior embarque a centros de consumo del país. 15
15 Mansilla, D. (2009). “Construcción de Gasoductos en Magallanes” Recuperado de:
La ubicación de la planta es estratégica, ya que corresponde a un galpón desocupado con
posibilidades de conseguir algún comodato o préstamo por un periodo de tiempo, el cual se
encuentra en medio de una planta de ENAP, la cual cuenta con ciertos servicios básicos y de
conectividad.
La forma de llegar a la planta es a través de la Ruta 9 por medio terrestre, teniendo costos de
transporte considerablemente bajos, al encontrarse a 29 [km] del centro de la ciudad.
Permitiendo de esta forma que los trabajadores de la planta tengan acceso a ella sin mayores
dificultades al existir buses de acercamiento, considerando que ya existen personas que
trabajan en la planta de la empresa ENAP.
La cercanía con el mercado es bastante favorable, ya que los destinos finales de los productos
se encuentran a distancias reducidas, de la misma forma que las empresas recuperadoras que
Figura 2: Sector Cabo Negro, ubicación propuesta de la planta de reciclaje integrada en la Región de
Magallanes y la Antártica Chilena. Fuente: Google Maps
Este galpón tiene una superficie aproximada de 1430 [m2] y se encuentra a 29,6 [km] de la
Plaza de Armas de Punta Arenas hacia el norte en el sector de Cabo Negro.
Figura 3: Galpón propuesto a utilizar para la planta de reciclaje integrada en la Región de Magallanes y
la Antártica Chilena. Fuente: Google Maps
5.4 Distancia a puntos estratégicos
Recipat Se encuentra a 29,4 [km] de Recipat, lo que equivale a 24 minutos en auto por la Ruta 9. Actualmente, existe una planta recuperadora instalada en Punta Arenas, Recipat, la cual se
encarga de recolectar gran parte de los productos (cartones, plásticos y vidrios) que servirán
como materia prima para la producción de la planta y cuenta con una bodega de
almacenamiento de 600 [m2].
Cervecería austral Está ubicada a 28,1 [km], a 28 minutos en auto por la Ruta 9.
Específicamente en Punta Arenas existen cuatro empresas dedicadas a la producción de cerveza
artesanal e industrial: Cervecería Austral, Cervecería Baguales, Cervecería Hernando de
Magallanes y Cervecería Polar Imperial, siendo la primera la más importante, produciendo más
de 57.000 hectolitros al año 16 produciendo más de 13,4 millones de botellas de 330 [cc] al año,
ésta depende de CCU, la cual es controlada principalmente desde Santiago.
En este caso, la oferta de vidrio en la Región de Magallanes no existe como plantas productoras,
sino que es transportado desde las plantas productoras que se encuentran en la zona más
central del país, principalmente para ofertarlo a las cerveceras que se emplazan en la Región,
como lo es la Cervecería Austral. 17
Cometsur Se encuentra a 28,5 [km], 25 minutos en auto por la Ruta 9 Cometsur es la empresa más antigua y la única autorizada para el manejo y recolección de chatarra que se encuentra en la ciudad de Punta Arenas, se dedica a los metales ferrosos (hierro) y metales no ferrosos (cobre, reciclaje de bronce, aluminio). En 2004, la empresa comenzó a vender restos de hierro a Gerdau AZA, en Santiago. Cometsur produce entre 2300 y 2500 toneladas de chatarra de hierro, dos o tres camiones semanales que son enviados a Santiago. La chatarra gruesa se carga directamente en camiones o contenedores, mientras que lo liviano se prensa en una máquina compactadora que se envía a Gerdau AZA una vez al año. A demás de esta empresa, no existe otra planta de producción de acero en la Región. 18
Recipat Cervecería Austral Cometsur
Figura 4: Distancia entre ENAP y puntos estratégicos Fuente: Google Maps.
16 (CCU, 2009), 17 Navarro, C. (2018) “Estudio de mercado y bases técnicas para una planta integrada de reciclaje en la Región de Magallanes y la Antártica Chilena utilizando el concepto de Producción Distribuida” 18 Hernández, C. (2017). “Levantamiento de la Industria Chilena para la aplicación de Producción Distribuida”. UTFSM, Santiago.
6 Regulaciones generales aplicables
6.1 Generales
Ley Nº 19.300
Título : Ley de Bases Generales del Medio Ambiente.
D.S. Nº 30
Título : Reglamento del Sistema de Evaluación de Impacto Ambiental.
6.2 Ubicación de industrias
D.S. Nº 458
Título : Aprueba Nueva Ley General de Urbanismo y Construcciones (Art. 62 y 160).
D.S. Nº 718
Título : Crea la Comisión Mixta de Agricultura, Urbanismo, Turismo y Bienes Nacionales.
D.S. Nº 47
Título : Ordenanza General de Urbanismo y Construcciones.
6.3 Emisiones atmosféricas
D.F.L. Nº 725
Título : Código Sanitario (Art. 89 Letra a).
D.S. Nº 144
Título : Establece Normas para Evitar Emanaciones o Contaminantes Atmosféricos de
Cualquier Naturaleza.
D.S. Nº 32
Título : Reglamento de Funcionamiento de Fuentes Emisoras de Contaminantes Atmosféricos
que Indica en Situaciones de Emergencia de Contaminación Atmosférica.
D.S. Nº 322
Título : Establece Excesos de Aire Máximos Permitidos para Diferentes Combustibles.
D.S. Nº 185
Título : Reglamenta el Funcionamiento de Establecimientos Emisores de Anhídrido Sulfuroso,
Material Particulado y Arsénico en Todo el Territorio Nacional.
Resolución Nº 1.215: artículos 3, 4 y 5
Título : Normas Sanitarias Mínimas Destinadas a Prevenir y Controlar la Contaminación
Atmosférica.
6.4 Descargas líquidas
Ley Nº 3.133
Título : Neutralización de Residuos Provenientes de Establecimientos Industriales.
D.S. Nº 351
Título : Reglamento para la Neutralización de Residuos Líquidos Industriales a que se Refiere
la Ley Nº 3.133.
D.F.L. Nº 1/90
Título : Determina Materias que Requieren Autorización Sanitaria Expresa (Art. 1, Nº 22 y 23).
D.F.L. Nº 725
Título : Código Sanitario (Art. 69–76).
D.S. Nº609
Título : Establece Norma de Emisión para la Regulación de Contaminantes Asociados a las
Descargas de Residuos Industriales Líquidos a Sistemas de Alcantarillado.
6.5 Residuos sólidos
D.F.L. Nº 725
Título : Código Sanitario (Art. 78–81).
D.F.L. Nº 1/89
Título : Determina Materias que Requieren Autorización Sanitaria Expresa (Art. Nº 1).
D.L. Nº 3.557
Título : Establece Disposiciones Sobre Protección Agrícola (Art. 11).
D.S. Nº 745
Título : Reglamento Sobre Condiciones Sanitarias y Ambientales Básicas en los Lugares de
Trabajo (Art. 17, 18, 19).
Resolución Nº 5.081
Título : Establece Sistema de Declaración y Seguimiento de Desechos Sólidos Industriales.
Capítulo 2: Estudio Técnico
7 Revalorización de Acero
7.1 El acero
Propiedades del acero Los metales, en términos generales, se clasifican de acuerdo a la presencia de hierro en su
composición.
Metales no ferrosos: son aquellos que no contienen hierro. Entre éstos se encuentran el
aluminio, magnesio, zinc, cobre, estaño, plomo y otros elementos metálicos. Las llamadas
“aleaciones no ferrosas”, como el latón y el bronce, son una combinación de algunos de estos
metales.
Metales ferrosos: son aquellos que contienen hierro como su componente principal; es decir,
las numerosas calidades de hierro y acero, que pueden contener otros elementos, pero en baja
composición.
El acero es uno de los metales más resistentes, versátiles, adaptables y ampliamente utilizado.
Al contener hierro, posee una característica única, su magnetismo. Esto lo hace uno de los
materiales más fáciles de reciclar: al ocupar un electroimán sobre el flujo de residuos, se pueden
recuperar fácilmente todos los productos fabricados con acero. El Acero es básicamente una
aleación o combinación de hierro y carbono (alrededor de 0,05% hasta menos de un 2%).
Existen diversos tipos de acero en función del elemento o los elementos aleantes que estén
presentes. Al acero formado simplemente por hierro y carbono se le suele llamar “acero al
carbono” y posee diferentes constituyentes según su temperatura, concretamente, de mayor a
menor dureza, cementita, ferrita y austenita según se puede ver en Figura 5. Las principales
características de los constituyentes son las siguientes:
Ferrita: A temperatura ambiente la forma estable se denomina ferrita que es relativamente
blanda y magnética por debajo de los 768 [°C]. Es la forma más blanda de todos los
constituyentes del acero, muy dúctil y maleable, además de magnética. La ferrita experimenta
a 912[°C] una transformación polimórfica a austenita.
Austenita: Es blanda, muy dúctil y tenaz. Es amagnética. Tiene gran resistencia al desgaste,
siendo el constituyente más denso de los aceros.
Cementita (Fe3C): es un compuesto intersticial duro y quebradizo. Tienen límites despreciables
de solubilidad y una composición del 6,67% en carbono y 93,3% en hierro. Es débilmente
ferromagnética a baja temperatura, perdiendo sus propiedades magnéticas a 217 [°C].
Figura 5: Diagrama de fases y solidificación hierro – carbono.
Cada tipo de acero se produce acorde con sus necesidades y según sus propiedades, pertenece
a una categoría o a otra. Según el American Iron and Steel Institute (AISI), el acero se puede
separar en cuatro grupos basados en sus propiedades: aceros al carbono, acero aleado, acero
inoxidable y acero para herramientas.
Aplicaciones de los distintos tipos de acero
Aceros al carbono: Más del 90% de todos los aceros son aceros al carbono. Estos tipos de aceros,
pueden ser subcategorizados de la siguiente manera:
• Acero bajo en carbono – contiene un 0.3% de carbón
• Acero con contenido medio de carbono – contiene entre 0.3% y 0.6% de carbón
• Acero con un alto contenido en carbono – contiene entre 0.6% y 2.1% de carbón.
Entre los productos fabricados con aceros al carbono figuran máquinas, carrocerías de
automóvil, la mayor parte de las estructuras de construcción de acero, cascos de buques,
somieres y horquillas.
Aceros aleados
Los aceros aleados contienen aleaciones de elementos (manganeso, silicio, níquel, titanio,
cobre, cromo, y aluminio) en diferentes cantidades, con tal de manipular las propiedades del
acero, como por ejemplo: durabilidad, resistencia a la corrosión, dureza, flexibilidad,
soldabilidad y ductilidad. Sus aplicaciones suelen ser tuberías, piezas de vehículo,
transformadores, generadores y motores eléctricos.
Tabla 5; Principales aleantes utilizados en la fabricación del acero
Tipo de aleante Característica
Cobalto - Se combina con la ferrita, aumentando su dureza y resistencia.
- Disminuye la templabilidad 19 en los aceros de alto porcentaje de carbono.
Cromo
Es el aleante más empleado en aceros aleados. Su uso:
– aumenta la dureza y la resistencia a la tracción de los aceros
– mejora la templabilidad,
– aumenta la resistencia al desgaste,y a la abrasión,
– aumenta la resistencia en altas temperaturas
– proporciona inoxidabilidad, etc.
El cromo se disuelve en la ferrita.
Manganeso
Este aleante proporciona el equilibrio necesario ante los inconvenientes
del azufre y del oxígeno, presentes en los procesos de fabricación.
-Con el oxígeno: El manganeso es un desoxidante que evita que se
desprendan gases, en la solidificación del acero y se originen poros.
-Con el azufre: El manganeso en los aceros permite laminar y forjar, porque
el azufre que suele encontrarse en los aceros, forma sulfuros de hierro, que
tiene muy bajo punto de fusión (981[°C] aprox.), y en que temperaturas de
trabajo en caliente se funde y fragilizan.
Molibdeno
-El molibdeno en los aceros cromo-níquel, elimina la fragilidad de
revenido, o fragilidad Krupp, que se presenta cuando estos aceros son
revenidos 20 en la zona de 450[°C] a 550[°C]
-Reemplaza al wolframio en la fabricación de los aceros rápidos, 21
pudiéndose emplear para las mismas aplicaciones aproximadamente una
parte de molibdeno por cada dos de wolframio.
Níquel
- Evita el crecimiento del grano en los tratamientos térmicos, lo que sirve
para producir en ellos gran tenacidad.
- El níquel además hace descender el punto crítico Ac y por ello los
tratamientos pueden hacerse a temperaturas ligeramente más bajas que la
que corresponde a los aceros ordinarios.
- El níquel es imprescindible en la fabricación de aceros inoxidables y/o
resistentes a altas temperaturas, en los que además de cromo se emplean
porcentajes de níquel de entre un 8% al 20%.
19 Un acero aleado de alta templabilidad es aquel que endurece no sólo en la superficie sino también en
su interior. Por tanto, la templabilidad es una medida de la profundidad a la cual una aleación específica
puede endurecerse. (Extraído de: www.ingelibreblog.wordpress.com) 20 El revenido es un tratamiento térmico a un material con el fin de variar su dureza y cambiar su resistencia mecánica. El propósito fundamental es disminuir la gran fragilidad que tienen los aceros tras el temple (Extraído de: www.ecured.com) 21 Los Aceros Rápidos son aceros especiales de alto rendimiento con elevada dureza hasta los 500 [°C] y elevada resistencia al desgaste gracias a elementos de aleación como el tungsteno, molibdeno, vanadio y cromo capaces de formar carburos. (Extraído de: www.erasteel.com)
- Proporciona gran poder desoxidante, complementario al manganeso
para evitar la aparición de poros y rechupes. 22
- Mejora la templabilidad en aceros con elementos no graficitantes.
- Aumenta la resistencia de los aceros bajos en carbono
- Eleva sensiblemente el límite elástico y la resistencia a la fatiga de los
aceros sin reducir su tenacidad
Titanio
- Su uso como aleante solo se aplica en aceros de alta gama y en cantidades
bajas
- Gran poder desoxidante.
- Formador de carburos y combina rápidamente con el nitrógeno.
- Se usa también en los aceros inoxidables cromo-níquel.
Vanadio
- Desoxidante muy fuerte.
- Gran formador de carburos, por ello su porcentaje es muy pequeño,
0.02%/0.03%, excepto en los aceros de herramientas.
- Dificulta enormemente el ablandamiento por revenido.
- Puede no influir en la templabilidad si se encuentra disuelto.
Wolframio - Se disuelve ligeramente en la ferrita
- Tiene una gran tendencia a formar carburos (estables)
- Mejora la dureza de los aceros a elevadas temperaturas.
- Retarda el ablandamiento de los aceros, durante el revenido.
Fuente: (Extraído de: http://www.biltra.com/asesor/influencia-de-los-aleantes-en-los-aceros/)
Aceros inoxidables
El acero inoxidable suele contener entre un 10-20% de cromo debido a que este elemento
proporciona una alta resistencia a la corrosión. Con más de 11% de cromo, el acero es 200 veces
más resistente a la corrosión que un acero bajo en carbono. Este tipo de acero se puede dividir
en tres grupos basándonos en su estructura cristalina:
• Austenítico: Los aceros austeníticos no son magnéticos ni se pueden moldear con calor
y normalmente contienen alrededor de 18% de cromo, 8% de níquel y menos del 0.8%
de carbón. Forman el mayor grueso de aceros inoxidables disponibles en el mercado y
son muy utilizados en equipamiento alimenticio, utensilios de cocina y tuberías.
• Ferritivo: Los aceros ferríticos contienen restos de níquel, 12-17% de cromo, menos de
un 0.1% de carbón, además de otros metales, como molibdeno, aluminio o titanio. Estos
metales magnéticos no se pueden moldear con calor pero se pueden
endurecer trabajando con ellos en frío.
22 El rechupe es una cavidad que se forma en el lingote como consecuencia de la contracción que experimenta el acero durante su solidificación y enfriamiento. Cuando el acero líquido se cuela, las paredes del molde absorben el calor rápidamente y se forma inmediatamente una costra fina de metal sólido. Esta costra va creciendo hacia el interior por el depósito de metal sólido sobre ella. Cuando el metal líquido del centro empieza a solidificar tira de la costra hacia el interior, pero como ésta se encuentra ya rígida no se deforma, produciéndose la rotura a través de la última parte solidificada y creando una cavidad en la región central. (Extraído de: www.cienciaymateriales.blogspot.com)
Fuente: Gerdau Aza, www.gerdau.cl La inclinación de los resaltes respecto al eje central es entre 60° y 70°.
El Diámetro de las Barras de Refuerzo Gerdau para Hormigón Armado, de acuerdo a la Norma
Chilena NCh204 Of.2006 está dado por la relación:
Diámetro nominal
𝐷𝑛 (𝑚𝑚) = 12,73 √𝑚𝑛
Calculándose los parámetros de la siguiente forma: Sección nominal
𝑆𝑛 (𝑚𝑚2) = 0,785 ∗ 𝑑𝑛2
Perímetro nominal
𝑃𝑛(𝑚𝑚) = 3,1416 ∗ 𝑑𝑛 Masa nominal
𝑚𝑛 (𝑘𝑔
𝑚) = 0,00785 𝑆𝑛
Ambos aceros están normados por la NCh.204, (descrita en
40
) los números de cada uno indican la resistencia del acero lo cual determina su uso. Generalmente los proyectos de edificación en altura en Chile casi en su totalidad utilizan acero de grado A630 el cual en conjunto con el hormigón cumple con algunas condiciones sísmicas necesarias para el diseño de este tipo de estructuras. El acero de grado A440, por sus resistencias mecánicas es utilizado habitualmente en la construcción de casas. 26
Conforme a las denominaciones adoptadas por el Instituto Nacional de Normalización, la letra
A significa "acero al carbono" y la letra H indica que "su uso es para hormigón". Los números se
refieren, respectivamente, a la resistencia de rotura a la tracción y al límite de fluencia mínimo
por tracción. Sin embargo, la norma NCh204.Of2006, también permite el uso de los términos
A440 para designar el acero A440- 280H y A630 para el acero A630-420H.
Tabla 8: Características mecánicas para distintos grados de acero
Condiciones del producto entregado Las barras serán embaladas en paquetes de 100 unidades, un equivalente a 800 [kg], asegurándolos en zunchos de acero, como se muestra en la figura:
Figura 8: Condiciones de entrega del producto: acero
Fuente: www.gerdau.cl
Es importante tener en conocimiento que el producto elaborado se realiza en base a los
requerimientos del cliente, por lo que la selección de este producto se basa en para poder
realizar el análisis técnico y económico pertinentes, siendo de menor relevancia el formato
(dimensiones) del producto entregado. Se estudia el caso de la barra estándar más demandada.
Tabla 10: Condiciones de producto entregado: acero
Característica Cantidad Unidad Peso de barra 8,00 [kg]
Cantidad de barras por paquete 100 [u] Peso paquete 800 [kg]
Fuente: Elaboración propia
42
Figura 9: Producto entregado: barras de reforzamiento de acero
Fuente: Gerdau Aza, www.gerdau.cl
Para identificar plenamente los productos, se coloca una etiqueta plástica de alta resistencia
con la información del producto y la fabricación. Dentro de la información que esta contiene
destaca:
• descripción del producto
• peso del paquete
• número de colada
• fecha y hora de fabricación
• huella de carbono del producto [ton Co2/ton producto]
• sello de certificación
o Norma ISO 9001
o Norma ISO 14001
o Norma OHSAS 18001
Figura 10: Referencia para la fabricación de etiquetas
Fuente: Gerdau Aza, Catálogo técnico de barras y perfiles laminados. Edición 2014-2015
43
7.3 Descripción del proceso
El proceso será diseñado para una capacidad inicial de planta la cual se estima será ampliada a
una capacidad máxima en cuanto se encuentren las condiciones de recolección. (según
proyección efectuada en el estudio de mercado previo denominado “Estudio de mercado y
bases técnicas para una planta integrada de reciclaje en la Región de Magallanes y la Antártica
Chilena utilizando el concepto de Producción Distribuida” Navarro Camila, 2018)
Tabla 11: Capacidad de diseño proceso acero
Capacidad [ton/año] Capacidad inicial de diseño de planta 5.000
Capacidad máxima de diseño de planta 6.000 Fuente: Elaboración propia
Características de materia prima La chatarra que será tratada en la planta corresponde exclusivamente a chatarra proveniente
de aceros en desuso.
Las principales formas de acero en desuso en nuestro entorno consiste principalmente en:
restos de carrocería, maquinarias, defensas de caminos viales, carros del supermercado, mallas
de acero, rejas y portones de acceso, cables de postes, balones de gas licuado, postes de
señalización urbana y rural, estructuras de bicicleta, tarros, brocas, entre otros.
Proceso externo Recolección: La chatarra es recolectada en un punto de acopio, donde se irá acumulando el
material o trasladando a las cavas, según la etapa del proceso. Se espera este espacio se
encuentre en las dependencias del mismo taller donde las empresas colectoras de metales
(Cometsur) vayan a depositarlo.
La chatarra de acero que llega para ser procesada se debe clasificar según su peso y verificar
que no exista agua que pudiera estar presente dentro, ya que la expansión de volumen del agua
al evaporarse cuando entra en contacto con el acero líquido causa explosiones que pueden
originar situaciones riesgosas. Debe ser medianamente triturada y clasificada según el peso
que las piezas tengan, parte fundamental para el proceso de fundición. 27
Proceso interno
La chatarra de acero (Ao) es recibida clasificada por peso, esta pasa por electroimanes (A1)
27 Cabe recalcar que el personal que manipula chatarra debe estar siempre vacunado contra la infección del tétanos, pues puede infectarse al sufrir alguna herida con la chatarra. Cualquier persona que sufra un corte con un elemento de acero, debe acudir a un centro médico y recibir dicha vacuna, o un refuerzo de la misma si la recibió con anterioridad.
44
que la cargan a la cuba mediante ubicación en capas. Se requiere que los elementos más
pesados se coloquen en el fondo, y los más livianos en la parte superior, para que los electrodos
que actuarán posteriormente en el horno de arco eléctrico puedan perforar fácilmente los
materiales blandos y poder derretir posteriormente los más pesados. Este amortiguamiento
permite una buena conductividad eléctrica de la carga, bajo riesgo de fractura del electrodo y
una buena protección de las paredes del horno durante el proceso de fusión.
Horno de arco eléctrico: La materia prima clasificada y puesta en cestas llega al horno eléctrico
(A2), en donde el acero se funde gracias a electrodos de grafito a los cuales se les aplica un
potencial eléctrico suficiente para elevar la temperatura del acero desde temperatura
ambiente hasta los 1.580-1.620 [°C] el cual se va fundiendo a medida que existe carga. Los
electrodos están conectados a un transformador que proporciona condiciones de tensión e
intensidad adecuadas para hacer que el arco salte, con intensidad variable, en función de la fase
de operación del horno. Cables fuertes refrigerados con agua y brazos transportadores de
potencia conectan el transformador del horno con los electrodos.
Una vez introducida la chatarra en el horno (que debe poseer un remanente de acero líquido
para mantener la temperatura del horno y principalmente optimizar calor y tiempo de
calentamiento) se añade cal calcítica (C1) para obtener una escoria más espumosa y óxido de
magnesio (M1) para proteger el material refractario del horno. Posteriormente, se desplaza la
bóveda hasta cerrar el horno y se bajan los electrodos hasta la distancia apropiada, haciéndose
saltar el arco hasta fundir completamente los materiales cargados. El proceso se repite hasta
completar la capacidad del horno, constituyendo este acero una colada.
De forma simultánea en el horno eléctrico ocurren las reacciones que involucran los reactivos,
escorificantes y el oxígeno añadidos. La adición de cal (CaO) otorga la composición adecuada
de escoria, mientras que el oxígeno (O1) es necesario para generar monóxido de carbono,
componente crítico para la formación de una buena espuma de escoria.
Las reacciones que ocurren dentro del horno, en donde se funde el acero pasando a estado
líquido, son las siguientes:
Descarburación:
𝐶 + 1
2 𝑂2 → 𝐶𝑂
𝐶 + 𝑂2 → 𝐶𝑂2
Remoción de fósforo:
2𝑃 + 5
2
𝑂2 → 𝑃2𝑂5
45
Remoción de azufre:
3𝑆 + 3𝐶𝑎𝑂 + 2𝐴𝑙 → 3𝐶𝑎𝑆 + 𝐴𝑙2𝑂3
Reacción de oxidación:
𝐹𝑒 + 1
2
𝑂2 → 𝐹𝑒𝑂
𝑆𝑖 + 𝑂2 → 𝑆𝑖𝑂2
𝑀𝑛 + 1
2
𝑂2 → 𝑀𝑛𝑂
2𝐴𝑙 + 3
2
𝑂2 → 𝐴𝑙2𝑂3
Cuando finaliza la fusión, el contenido de carbono en el acero es alrededor de 0.25% en el nivel
de vaciado final, evitando la sobre oxidación del baño, mientras que por otra parte, la escoria
formada (E1) está compuesta en 55% de CaO, 15% SiO2 y entre 15 y 20% de FeO.
Cuando se ingresa la última carga al horno, se mide la temperatura y el porcentaje de carbono
del acero para analizar la evolución de la fusión, si el contenido es alto o suficiente para la
calidad requerida se inyecta el oxígeno (O1) para oxidar el carbono y liberar gases de
combustión, separando la escoria compuesta por óxidos de metales e impurezas y se vacía el
líquido en un recipiente con material refractario llamado “cuchara” para continuar a la
siguiente etapa del proceso.
Refinación: En esta segunda etapa, a la corriente saliente del horno eléctrico (A3) se agregan
los aditivos férricos (F1) necesarios para cumplir las normativas, debiendo ser analizado
previamente el producto mediante espectrometría eléctrica obteniendo las composiciones de
la mezcla. Además de lo anterior, para mantener la mezcla homogénea se inyecta nitrógeno
gaseoso (N1) a la cuchara.
Horno de afino: En este caso, luego de los ajustes, el acero (A4) se vacía en un cucharon de
vertido, el cual es el recipiente de éste segundo horno de refinado y está revestido de material
refractario. Este segundo horno también posee electrodos de grafito, pero de menor tamaño,
siendo los responsables de mantener la temperatura en la cuchara e impedir la solidificación
temprana del acero.
El acero ajustado dejará ésta etapa con la composición deseada y una temperatura adecuada
para la siguiente fase. En caso que las muestras indiquen que el compuesto sobrepase los
límites de composición según las normas, se devuelve parte de la carga de acero al horno
46
eléctrico (R), de tal forma de realizar una mezcla hasta alcanzar la calidad deseada. Se vuelve
a medir la composición en caso de verse modificada por la recirculación y se añaden aditivos
férricos (F2) para llegar a la composición requerida.
Fundiciones continuas o colada continua: La cuchara es llevada a un canal receptor de la colada
continua, en donde se vacía su contenido en un canal e recepción. En éste proceso el metal (A6)
se vierte directamente en un molde de fondo deslizante, que su sección transversal tiene la
forma del semi-producto deseado. El canal de recepción tiene un orificio de fondo por el que
se distribuye el líquido en varias líneas de vertido, teniendo cada una su lingote o molde, con
una capa interna de cromo para hacer más resistente el material. Posee un distribuidor capaz
de almacenar acero líquido en todo momento, ya que apenas se termina de vaciar la cuchara,
llega otra para realizar el proceso de colada continua.
Laminación y manufactura: La laminación se realiza para mover el semi-producto entre dos
rodillos o cilindros que giran a misma velocidad pero en sentidos opuestos, reduciendo su
sección transversal por la presión ejercida por estos. El material que se desprende del tren de
laminación (D1) y del proceso de manufactura (D2) es recirculado al tanque de almacenamiento
de acero. Para esto es necesaria la ductilidad del acero y su capacidad de deformación, la cual
aumenta con el aumento de la temperatura, debiéndose llevar a cabo en caliente, con
temperaturas entre 1.250 [°C], al comienzo del proceso, y 800 [°C] al final de la misma. En esta
etapa se da la forma del producto final.
Almacenamiento
Los productos finales son etiquetados según la colada, calidad de carbono y longitud final del
producto, realizando además pruebas de resistencia a cada perfil comprobando el
cumplimiento de las normativas. Las condiciones de almacenamiento están especificadas en el
punto 7.2.2.
Embalaje requerido Como se mencionó anteriormente, se requiere de zunchos de acero para sostener y almacenar
las barras de acero de refuerzo. El zuncho en acero inoxidable es resistente a la corrosión y
abrasión.
47
Figura 11: Embalaje requerido para el almacenamiento y traslado de barras de refuerzo:
Zuncho de acero inoxidable Fuente: www.soitem.cl
Las especificaciones técnicas del embalaje quedan detalladas a continuación: Tabla 12: Especificaciones técnicas embalaje requerido: acero
Característica Valor Unidad Largo 30 [m] Ancho 2,0 [cm]
Espesor 1,8 [mm] Fuente: www.soitem.cl
La cantidad de zunchos de acero requeridos tanto por paquete como estimación según la producción se encuentran descritos en la tabla siguiente: Tabla 13: Embalaje requerido para el producto entregado: acero
Tipo
Requerimiento por cada paquete
100 [unidades] 800 [kg]
Requerimiento total estimado para
paquetes de 100 [unidades]
capacidad inicial
Requerimiento total estimado
para paquetes de 100 [unidades]
capacidad máxima Zuncho de acero
inoxidable 2 9.958 11.950
Fuente: Elaboración propia.
Cabe recalcar que la información para requerimiento inicial y capacidad máxima están descritos en la sección “Balance de masa”.
Parámetros relevantes a medir En Chile, los productos elaborados por Gerdau se comercializan bajo las siguientes normas
técnicas:
• NCh697.Of1974
o Acero – Barras y perfiles livianos – Clasificación y tolerancias
• Nch3334:2014
o Acero – Barras laminadas en caliente soldables para hormigón armado –
Requisitos
• Norma SAE J403
o Composición química de aceros al carbono
Otro parámetro sugerido importante a medir es el siguiente:
• NCh201.Of1968
o Acero – Ensayo de doblado de planchas de espesor superior o igual a 3 mm,
barras y perfiles
Normativa Dentro de las principales normativas que definen términos y características destacan:
• NCh434:1970 o Barras de acero de alta resistencia en obras de hormigón armado
• ASTM A36
o Acero al carbono estructural
• NCh203. Of2006
o Acero para uso estructural – Requisitos
• NCh204. Of2006
o Barras laminadas en caliente para hormigón armado
7.6 Programa de producción
La manera en que se pretenden producir las barras de reforzamiento de hormigón se encuentra
basado en el trabajo “Estudio de mercado y bases técnicas para una planta integrada de reciclaje
en la Región de Magallanes y la Antártica Chilena utilizando el concepto de Producción
Distribuida” (Navarro Fuentes, Camila, 2018)
50
Consideraciones:
• El equipo deberá diseñarse para la capacidad máxima propuesta, es decir, 6.000
toneladas anuales, es por esto, que considerando la producción promedio diaria para
éste, se determina que deberá adquirirse un equipo que tenga capacidad aproximada
de 60 toneladas por día. 28
• La producción de 60 toneladas por día equivale a un tiempo total de producción anual
de 84 días.
• Es un material fácilmente almacenable y no requiere de grandes cuidados.
• Su puesta en marcha es compleja y larga, debido a que se deben alcanzar altas
temperaturas en el horno para comenzar la operación.
• Su producción de puede realizar en periodos espaciados de tiempo, manteniendo el
producto y la chatarra en bodega.
• El espacio que ocuparían 5.000 toneladas de acero corresponde a 633 [m3]
aproximadamente.
Es por lo anterior, que se propone que la producción de acero se realice por periodos de 21 días,
cada tres meses, es decir, una producción trimestral de 1.260 toneladas, lo que equivale además
a tener un espacio disponible en bodega de 160 [m3] como mínimo.
7.7 Balance de masa
La planta diseñada propuesta es de 5.000 [ton/año], por lo que los balances serán realizados
para alcanzar ésta meta de tratamiento Se presenta además la proyección para una capacidad
productiva de 6.000 [ton/año].
Los factores utilizados fueron obtenidos de las fuentes bibliográficas y consideraciones propias
(en el caso de no encontrar un dato considerado relevante) presentadas a continuación en la
siguiente tabla. Para la determinación de los ratios, se utilizó como base de cálculo el estudio
“Thermodynamic analysis of EAF electrical energy demand” 2002, (Pfeifer Herbert, Kirschen
Marcus) donde se realizó un balance de masa de un horno de arco eléctrico. Determinando las
razones expuestas en el trabajo, se determinaron los ratios a utilizar.
Tabla 14: Ratios para la determinación del balance de masa
Factor Unidades Fuente
1036 base cálculo
Según proporciones extraídas del paper: “Thermodynamic analysis of EAF electrical
energy demand” 2002, (Pfeifer Herbert, Kirschen Marcus)
0,15 [ton descarte/ton chatarra] Consideración personal
28 GHI Smart Furnaces. (2018). Horno de Arco Eléctrico para Fusión y Afino de Hierro y Acero. Obtenido de http://www.ghihornos.com/hornos-industriales/fundicion-hierro-acero/horno-arcoelectrico
51
1 [ton chatarra/ton totales
entrada]
0,054054054 [ton oxígeno/ton alimentación
total al horno]
Thermodynamic analysis of EAF electrical energy demand (Pfeifer Herbert, Kirschen
Marcus) 2002
0,027027027 [ton cal/ton alimentación total
al horno]
Thermodynamic analysis of EAF electrical energy demand (Pfeifer Herbert, Kirschen
Marcus) 2003
0,003861004 [ton gas natural/ton
alimentación total al horno]
Thermodynamic analysis of EAF electrical energy demand (Pfeifer Herbert, Kirschen
Marcus) 2004
0,02027027 [ton mg/alimentación total al
horno]
Thermodynamic analysis of EAF electrical energy demand (Pfeifer Herbert, Kirschen
Marcus) 2005
0,156370656 [ton aire infiltrado/ton
chatarra]
Thermodynamic analysis of EAF electrical energy demand (Pfeifer Herbert, Kirschen
Marcus) 2006
0,205598456 [ton gases contaminantes/ton
chatarra]
Thermodynamic analysis of EAF electrical energy demand (Pfeifer Herbert, Kirschen
Marcus) 2007
0,015444015 [ton polvo/ton chatarra] Thermodynamic analysis of EAF electrical energy demand (Pfeifer Herbert, Kirschen
Marcus) 2008
0,075289575 [ton escoria/ton chatarra] Thermodynamic analysis of EAF electrical energy demand (Pfeifer Herbert, Kirschen
Marcus) 2009
0,97 [ton acero líquido/ton
chatarra]
Thermodynamic analysis of EAF electrical energy demand (Pfeifer Herbert, Kirschen
Marcus) 2010 Fuente: Elaboración propia.
Las ecuaciones del balance de masa quedan descritas a continuación.
Nomenclatura: A: acero R: recirculación de acero M: metal D: descarte F: aditivos férricos C: cal G: gases de combustión M: óxido de magnesio NG: gas natural O: oxígeno N: nitrógeno gaseoso E: escoria a: aire
52
Almacenamiento de chatarra:
Acero in = descarte de laminación + descarte de manufactura + Acero out
A0 = D1 + D2 + A1
Carga por electroimanes a cesta
Acero in = Acero out
A1 = A2
Horno de arco eléctrico: Acero in + Cal + Óxido de magnesio + Recirculación de acero + Aire + Gas Natural + Oxígeno = Gases de combustión + Escoria + Acero out
A2+C1+M1 + R +a1 + NG1 + O1 = G1 + E1 +A3
Cuchara:
Acero in + Aditivos férricos + Nitrógeno gaseoso = Acero out
A3 + F1 + N1 = A4
Horno de afino: Acero in + Oxígeno + Gas Natural +Aire = Gases de combustión + Escoria + Recirculación de acero + Acero out
A4+O2 +a2+ NG2 = G2 + E2 + R +A3
Colada continua:
Acero in + Aditivos férricos= Acero out
A5 + F2 = A6
Tren de laminación:
Acero in = Descarte acero + Acero out
A6 = D1 + A7
Manufactura:
Acero in = Descarte (laminilla) + Producto terminado: Barras de reforzamiento de acero A7 = D2 + A8
Tabla 15: Balance de masa, producción de barras de reforzamiento de acero
Corriente Nomencla-
tura Corriente
Capacidad inicial [ton/año]
Capacidad máxima
[ton/año]
RECEPCIÓN CHATARRA
Chatarra Ao x 5000,0 6000,0
Chatarra A1 x 5000,0 6000,0
53
CARGA MEDIANTE ELECTROIM
ANES
Chatarra A1 x 5000,0 6000,0
Chatarra A2 x 5000,0 6000,0
HORNO DE ARCO
ELÉCTRICO
Acero chatarra A2 x 5000,00 6000,00
Cal c1 x 135,14 162,16
Oxígeno o1 x 270,27 324,32
Magnesio m1 x 101,35 121,62
Gas Natural ng1 x 19,31 23,17
Aire infiltrado a1 x 781,85 938,22
Polvo x 77,22 92,66
Gases salida N2, O2, CO, CO2, H2
g1 x 1027,99 1233,59
Acero fundido A3 x 4826,25 5791,51
Escoria e1 x 376,45 451,74
CUCHARA
Acero fundido x 4826,25 5791,51
Nitrógeno gaseoso x
Aditivos férricos x
Acero fundido x 4826,25 5791,51
HORNO DE AFINO
Acero fundido A4 x 4826,3 5791,5
Cal C2 x 130,4 156,5
Oxígeno o2 x 260,9 313,1
Magnesio m2 x 97,8 117,4
Gas Natural ng2 x 18,6 22,4
Aire infiltrado a2 x 754,7 905,6
Polvo x 74,5 89,4
Gases salida N2, O2, CO, CO2, H2
g2 x 992,3 1190,7
Acero fundido A5 x 4658,5 5590,3
recirculación x
Escoria e2 x 363,4 436,0
COLADA CONTINUA
Acero fundido A5 x 4658,5 5590,3
Acero fundido A6 x 4658,5 5590,3
LAMINA-CIÓN
PALAN-QUILLA
Acero fundido A6 x 4658,5 5590,3
Acero perdido como laminilla
d1 x 232,9 279,5
Acero solidificado como palanquilla
A7 x 4425,6 5310,7
MANUFAC-TURA
Acero solidificado como palanquilla
A7 x 4425,6 5310,7
Acero perdido como laminilla
d2 x 442,6 531,1
54
Acero como barra producto x 3983,1 4779,7
DESCARTE LAMINA-
CIÓN Y MANUFAC-
TURA
Descarte chatarra d1+d2 675,5 810,6
Tabla 16: Resumen balance de masa
Producto Capacidad inicial Capacidad final
Acero en forma de barras de reforzamiento para hormigón
armado [ton/año] 3.983 4.779
Barras de reforzamiento de 8 [kg] para hormigón armado
[unidades/año] 497.882 597.458
zuncho requerido para embalaje de paquetes de 100[u]
[unidades/año] 4.978 5.974
Acero perdido como laminilla [ton/año] 442,6 531,1
Escoria [ton/año] 363,4 436
Gases de salida [ton/año] 1027,99 1233,59
Polvo [ton/año] 77,22 92,66
Fuente: Elaboración Propia
Residuos producidos
Gases de salida: los gases de combustión del horno y los metales pesados producidos se
trasladan en ductos que con sistemas de refrigeración de agua constante para disminuir la
temperatura de los gases (G1) y producir menor daño a la estructura. Este sistema de
refrigeración permite que el material particulado precipite, liberando a la atmósfera gases de
combustión fríos y con baja cantidad de metales y funciona gracias a sistemas de recirculación
de agua que llega a piscinas abiertas a la atmósfera en donde desciende su temperatura desde
los 35°C hasta los 30°C aproximadamente, para volver a ingresar al sistema.
Polvo: El polvo es capturado en ductos para posteriormente ser eliminado en sacos como
residuo sólido.
Escoria: La escoria que sale por la piquera del horno a una temperatura próxima a los 1500[°C]
se puede enfriar siguiendo diferentes técnicas, obteniéndose materiales con características de
utilización claramente diferenciadas: 29
• Escoria cristalizada: enfriamiento lento de escoria líquida en grandes fosos, quedando
Figura 18: Vista inferior de la base de la botella elaborada
Fuente: www.tonbaypacking.cn
Condiciones del producto entregado La entrega del producto consiste en pallets de 700 unidades de botellas de vidrio dispuestas en
7 bandejas de 100 unidades por nivel. Estas bandejas son de cartón ondulado producido en la
misma empresa, envueltas en polietileno termoencogible/termocontraíble lo que permite
asegurar el apilamiento y transporte.
Figura 19: Referencia de condiciones de la entrega del producto: vidrio
Para facilitar el traslado, se entregarán en pilas de 7 bandejas, cada una conteniendo 100 botellas. Tabla 24: Disposición de los envases para el despacho
Disposición de los envases Cantidad botellas en pallet [u] Botellas por piso [u]
700 100
65
Pisos 7
Arreglo
Tabla 25: Características del producto entregado: vidrio
Características producto entregado Tipo Operación Cantidad
Cantidad Cantidad de bandejas 7 Botellas por bandeja 10 [u] x 10 [u] 100 [u]
Botellas por pallet 7 x 100 [u] 700 [u]
Dimensión
Altura estimada aportada por las bandejas
1 [cm] x 7 [u] 0,07 [m]
Altura estimada del pallet 19 [cm] x 7 (alto botellas)
+ 1[cm] x 7 (alto bandejas)
1,40 [m]
Ancho estimado del pallet 66 [cm] 0,66 [m] Largo estimado del pallet 66 [cm] 0,66 [m]
Fuente: Elaboración propia
8.3 Descripción del proceso
El proceso será diseñado para una capacidad inicial de planta la cual se estima será ampliada a
una capacidad máxima en cuanto se encuentren las condiciones de recolección. (según
proyección efectuada en el estudio de mercado previo denominado “Estudio de mercado y
bases técnicas para una planta integrada de reciclaje en la Región de Magallanes y la Antártica
Chilena utilizando el concepto de Producción Distribuida” Navarro Camila, 2018)
Tabla 26: Capacidad de diseño proceso revalorización cartones
Capacidad [ton/año]
Capacidad inicial de diseño de planta 300
Capacidad máxima de diseño de planta 4.000
66
El proceso de producción de botellas de vidrio se divide en dos procesos. Primero, el proceso
de limpieza del vidrio reciclado y segundo, el proceso de producción de los envases.
Características materia prima La materia prima consiste en vidrio triturado de manera no homogénea en tonalidades, verdes,
transparentes y marrón. La condición de trituración se debe a que al depositar las botellas de
vidrio en los contenedores, éstos de quiebran, lo que beneficia a las empresas recolectoras
porque les permite ahorrar volumen de material recuperado y por ende, volumen de traslado.
Proceso externo Recolección: los vidrios son recolectados en campanas o rejas de colección situadas en diversos
puntos de la ciudad. La empresa encargada de la colección de la materia prima es RECIPAT y
para el correcto desarrollo del proyecto se espera que abastezca en la totalidad de los formatos
de vidrios disponibles, (transparentes, verdes o marrones) 300 [ton/año] en su etapa inicial y
4.000 [ton/año] como capacidad máxima.
Proceso interno
Pesaje y almacenamiento de vidrio: La primera fase consiste en la recepción de vidrio, donde
la materia prima recibida se pesa y almacena para ser utilizada en el proceso de reciclaje. Para
garantizar la calidad del vidrio a tratar, es necesario que la corriente de vidrio (V1) se dirija a
realizar los descartes manuales.
8.3.3.1 Etapa fría
Descartes manuales: Ocurre la inspección manual por parte de los trabajadores, descartando
materiales y adhesivos de fácil remoción a través de una cinta transportadora. El objetivo de
esta actividad es identificar y expulsar todos los materiales que impiden las siguientes
actividades de limpieza y que pueden ser detectados por el ojo humano, por ejemplo: bolsas de
plástico, papeles y otros. Se estima que este porcentaje de descarte es del 1% (D1). Mediante la
misma cinta transportadora se dirige el material hacia el triturador (V2).
Trituración: Ocurre la reducción del volumen por aplastamiento o ruptura después de la
separación de tapas metálicas y anillos que no se han eliminado previamente. La reducción de
volumen facilita el siguiente proceso de separación electromagnética. A este equipo entra
además una recirculación (R) de material que no es aceptado más adelante en el separador por
granulometría.
67
Separador magnético
A través de cintas transportadoras, el vidrio entrante (V3) pasa a través de un imán que atrae
materiales ferrosos, generalmente latas de acero o estaño. Se considera que el material
descartado (M1) corresponde a un 5% de la corriente de vidrio que se dirige al separador
granulométrico.
Separación por granulometría
Después de la purga por metales, el vidrio reciclado (V4) se transporta en un tamiz vibratorio
mecánico con dos granulometrías: vidrio de menos de 20 mm de diámetro y otro de objetos de
hasta 60 mm de diámetro. Una vez que el vidrio se clasifica en las dos granulometrías descritas,
se inician los procesos para cada tipo.
El producto de menos de 20 mm (V5) se considera apto para pasar a la siguiente sección, a
través de una cinta transportadora. En cambio, el vidrio con medida superior a 20 mm (R) se
recircula hasta la etapa de trituración hasta obtener la granulometría necesaria. Se considera
que la tasa de recirculación corresponde al 30% de la corriente inicial que ingresa al triturador
Limpieza de vidrios
El vidrio separado por granulometría se une nuevamente y se lava sólo con agua para eliminar
las impurezas y las grasas que se ha adherido, además sirve para separar los objetos de menor
densidad como corchos, papel, etc. El consumo de agua de lavado (W1) corresponde a 0,064
[ton agua/ton vidrio].
Separador magnético: Una segunda revisión metálica se realiza mediante el paso de imanes
para separar los objetos metálicos. Dado que ya existió una previa remoción se estima que el
porcentaje de eliminación de metales (M2) es de un 1 %
Transporte a tolvas Finalmente, las cintas transportadoras llevan el vidrio (V7) completamente
revisado a las tolvas de almacenamiento para la siguiente parte del proceso.
8.3.3.2 Etapa caliente
Fusión: El vidrio se transporta por elevadores desde las tolvas hasta el horno para su fusión, la
cual se realiza entre los 1.050 y 1.100 °C, fundiéndose en un proceso que requiere de la quema
de combustible dentro del tanque, produciendo grandes llamas que pasan sobre la superficie
del vidrio fundido. Entrando la mezcla en un extremo y extrayendo el vidrio fundido desde el
otro (V9) siendo enviado posteriormente a un tanque donde se uniformará su temperatura
para distribuirlo entre los canales hasta las máquinas de conformando.
El horno se trata de un contenedor rectangular hecho de materiales refractarios resistentes al
desgaste producido por el vidrio y las llamas, este horno por lo general usa gas natural como
68
combustible. Por lo general la operación de estos hornos es continua, llegando a una vida útil
de entre 8 y 10 años. El tiempo que demoran en alcanzar las temperaturas de proceso es de
aproximadamente 15 horas.
Acondicionamiento y formando: El vidrio caliente es transportado por un canal de alimentación
a las máquinas de conformando, disminuyendo gradualmente su temperatura, aumentando por
consiguiente su viscosidad, dejándolo al final del camino en un estado moldeable, siendo de
gran importancia llegar a una temperatura adecuada del vidrio. En este momento se añade el
refinante (F1), con la finalidad de eliminar las burbujas contenidas en el vidrio fundido,
mejorando así su calidad. En Tabla 27 se muestran los tipos de refinantes comúnmente
utilizados y su dosificación máxima.
Tabla 27: Agentes refinantes y sus dosificaciones máximas
Agente refinante Dosificación máxima [kg/100 kg vidrio]
Sulfatos y sulfitos 1,0
Cloruros 1,5
Arsénico 0,2
Nitrato 1,5
Óxido de Antimonio 0,4
Óxido de Cerio 0,4
Fuente: Guía para el control y prevención de la contaminación industrial, 2000 www.achs.cl
Se añade además el colorante (C1) que permite colorarlo o volverlo incoloro según la necesidad,
anulando de esa forma la tonalidad verde, que le es natural.
Tabla 28: Elementos utilizados en la coloración del vidrio
Compuesto Químico Coloración
Óxidos de cromo Verde
Óxidos de cobalto Azul a violeta
Selenio Naranja a rojo
Sulfito de cadmio Amarillo
Oro Rubí a rojo
Plata Amarillo
Óxidos de manganeso/Sodio-Selenio +
Óxidos de cobalto Incoloro
Fuente: Guía para el control y prevención de la contaminación industrial, 2000 www.achs.cl
Cuando está acondicionado, se forma una gota con el peso y la forma deseada por medio de un
tubo encargado de controlar el flujo de vidrio hacia el orificio, que posee una aguja que lo
69
impulsa hacia el orificio, regulando la cantidad de vidrio por sistemas de tijeras que cortan las
gotas. Estas gotas caen en el molde donde hay una espiga destinada a hacer una abertura por
la que entrará aire comprimido para empujar el vidrio hacia arriba y formar una burbuja y un
paso.
Luego de formado este molde, se retira la paleta y transfiere a un molde final donde se inyectará
aire nuevamente hasta el llenado de su cavidad, retirando finalmente la botella, colocándola en
una cinta transformadora, este proceso se conoce como Blow-Blow.
Figura 20: Proceso Blow-Blow Fuente: www.cristalchile.cl
Figura 21: Proceso Blow-Blow de moldeado y formado de las botellas de vidrio. Fuente: (Comisión Nacional del Medio Ambiente; ACHS, 2000)
Tratamiento superficial caliente: Este es un primer tratamiento en donde se aplica una
aspersión de tetracloruro de estaño (S1), mientras la botella está aún a 550 [°C], en esta etapa
se eliminan las micro grietas que la naturaleza del vidrio produce y mejora la resistencia
mecánica de los recipientes.
70
Recocido: Se realiza para liberar las tensiones internas que se forman por el enfriamiento
rápido e irregular del trozo de vidrio durante la operación del moldeado, en este caso, se
calienta la pieza (V11) hasta los 600[°C] y se enfría lentamente, para esto se utiliza un horno de
túnel, por el que se transportan y posteriormente salen las botellas de vidrio (V12) a lo largo de
quemadores que se encuentran dispuestos en él.
Tratamiento superficial frio: Este segundo tratamiento de superficie corresponde a una
aspersión de agua (W2), que funciona como un lubricante facilitando el uso de los envases en
las líneas de envasado mejorando su deslizamiento y eliminando el riesgo de arañar la
superficie.
Control de calidad y envasado: Finalmente, las botellas (V13) pasan una a una a la estación de
inspección automática en donde se evalúan los diámetros, espesores y altura, para
transportarlas finalmente a una inspección óptica automática donde se eliminan de las líneas de
producción (D2) aquellos materiales que no cumplan con las especificaciones técnicas del
producto. Junto con lo anterior se retira una muestra de botellas con cierta frecuencia para
evaluarlas mecánicamente en los laboratorios.
Finalmente las botellas se empaquetan (V14) con el método de palletizado y se almacenan en las
bodegas para cargarlas finalmente a los camiones de distribución.
Embalaje requerido El consumo de cada material requerido por pallet entregado se encuentra detallado a continuación:
Cartón Ondulado: [
m2cartón ondulado
pallet]
= n° bandejas ∗ área a cubrir bandeja [m2] = 7 ∗ (0,66[m] ∗ 0,66[m]) = 3,05 [m2]
Polietileno Termocontraíble: [
m2polietileno tc.
pallet]
= área total del pallet [m2] = 2 ∗ (0,66[m] ∗ 0,66[m]) + 4 ∗ (1,40 [m] ∗ 0,66[m]) = 0,8712 [m2] + 3,696 [m2] = 4,57 [m2]
Tabla 29: Estimación de consumo de embalaje en producción de botellas de vidiro
Polietileno (PE), polipropileno (PP), policloruro de vinilo (PVC), poliestireno (PS), poliuretano (PU) y tereftalato de polietileno (PET)
Propiedades del PET Es posible destacar entre ellos, el tipo PET, a un plástico transparente, fuerte y liviano,
perteneciente a la familia del poliéster. Normalmente se llama "poliéster" cuando se usa para
fibras o telas, y "PET" o "Resina PET" cuando se usa para botellas, frascos, contenedores y
aplicaciones de empaque. El PET es la opción de envasado del mundo para muchos alimentos y
bebidas porque es higiénico, fuerte, ligero, inastillable y retiene la frescura. (petresin.org, s.f.)
Es favorable al momento de ser utilizado como embalaje en comparación con el vidrio, aluminio
y otros materiales por su liviandad y resistencia. El plástico PET es reciclable y sostenible, es
inerte y resistente al ataque de microorganismos, no reaccionando con productos alimenticios,
sin embargo, puede tardar 150 años o más en descomponerse (PETRA, s.f.)
Tiene una excelente compatibilidad para el manejo de alimentos, debido a sus propiedades
físicas, y es muy utilizado para la producción de envases y laminados para envasado al vacío.
Algunas propiedades del PET son:
• Resistencia al desgaste
• Bajo coeficiente de fricción
• Alto módulo de flexión
• Material versátil para el diseño de piezas mecánicas y electromecánicas.
La naturaleza semi-cristalina de este poliéster permite obtener una gran variedad de
82
propiedades tanto físicas como mecánicas que se ajustan muy bien a la fabricación de fibras,
películas, botellas y diferentes partes moldeadas. Estas partes son convertidas en productos
finales tales como prendas de ropa, alfombras, empaques y bienes industriales.
Las propiedades físicas y térmicas del material vienen dadas a continuación en las tablas
siguientes:
Tabla 36: Propiedades físicas tereftalato polietileno (PET)
Propiedad física Valor Unidad
Densidad 1,33-1,40 [kg/m3]
Cristalino/Amorfo
Grado de cristalización
Semicristalino
30-40
-
%
Resistencia a la tracción 55-80 MPa
Resistencia a la elongación >50 %
Resistencia a la torsión 4-7 %
Constante elástica 2100-3100 MPa
Fuente: “Polymeric Materials Structure”, Ehrenstein Gottfried W. (2001)
* Consideración: en base a PET virgen
Tabla 37: Propiedades térmicas tereftalato polietileno (PET)
Propiedad térmica Valor Unidad
Calor específico 1200-1350 [J/kg K]
Coeficiente de expansión térmica 20-80 [x10-6 K-1]
Conductividad térmica a 25 [°C] 0,15-0,4 -
Temperatura máxima de utilización 115-170 [°C]
Temperatura mínima de utilización -40 a -60 [°C]
Temperatura de deflección en
caliente 0,45MPa 115 [°C]
Temperatura de deflección en
caliente 1,8MPa 80 [°C]
Fuente: Biblioteca de materiales, Universidad de Barcelona, www.ub.edu
* Consideración: en base a PET virgen
Tabla 38: Propiedades químicas del PET
Resistencia Química Calidad
Ácidos concentrados Buena-Mala
Ácidos diluidos Buena
Alcalís Mala
Alcoholes Buena
83
Cetonas Buena-Aceptable
Grasas y aceites Buena
Halógenos Buena-Aceptable
Hidrocarbonios halógenos Buena-Mala
Hidrocarburos aromáticos Buena-Aceptable
Fuente: Biblioteca de materiales, Universidad de Barcelona, www.ub.edu
* Consideración: en base a PET virgen
Como se mencionó anteriormente, este material puede ser producido tanto por fibra 100%
virgen como también mezcla de fibra virgen con plástico reciclado (RPET). A continuación se
muestra cómo la temperatura de fusión sufre leves variaciones a medida que se disminuye el
porcentaje de fibra virgen contenida, siendo el parámetro más afectado la cristalinidad.
Tabla 39: Porcentaje de cristalinidad del plástico según porcentaje de reciclado
Porcentaje de contenido de
PET reciclado (%) Porcentaje de cristalinidad Temperatura de fusión [°C]
100% PET virgen 33,01 250,0
90% PET virgen 10% RPET 30,84 250,0
80% PET virgen 20% RPET 27,21 249,8
70% PET virgen 30% RPET 32,03 249,9
50% PET virgen 50% RPET 32,04 249,7
100% RPET 34,03 251,2
Fuente: www.plastico.com
Aplicaciones del PET Debido a las propiedades anteriormente descritas, es que el PET tiene sus principales usos en
el ámbito textil y alimentario. Estos usos son descritos a continuación:
Film: El PET se utiliza en gran cantidad para la fabricación de film, en la práctica la mayoría de
las películas fotográficas, de rayos X y de audio están hechas de PET. 31
Textil: Las fibras de PET son una aplicación importante del material y se producen forzando el
PET fundido a través de pequeños agujeros en un dado. La resistencia de la fibra se logra
aplicando tensión para alínear las cadenas a través del estiramiento uniaxial 32 Es utilizado
para fabricar fibras sintéticas, principalmente poliéster (nombre común con el que se denomina
al PET de grado textil) en sustitución de algunas como algodón o lino. Se emplea para la
31 Alfredo Argueta Amador. Proyecto de inversión en una planta recicladora de pet en el estado de puebla.
http://catarina.udlap.mx/u_dl_a/tales/documentos/mepi/ argueta_a_a/, Octubre 2006 32 Firas Awaja and Dumitru Pavel. Recycling of PET. European Polymer Journal, 41(7):1453 – 1477, 2005
84
producción de fibras de confección.
Botella: Es utilizado para fabricar botellas, debido principalmente a que el PET ofrece
características favorables en cuanto a resistencia contra agentes químicos, gran transparencia,
ligereza y comodidad en su manejo, lo cual conlleva un beneficio añadido para el consumidor
final. Aunque comúnmente se asocia con el embotellado de las bebidas gaseosas, el PET tiene
infinidad de usos dentro del sector de fabricación de envases.
9.2 Características del producto elaborado: pellet de PET
Es por el motivo anteriormente mencionado que el producto elaborado consistirá en chips de
tereftalato de polietileno (PET), lo que permitirá la libre elaboración de productos según
requerimientos por parte de empresas manufactureras, principalmente destinada a producción
de bandejas de alimentos, envases y botellas de líquidos como bebidas o aguas.
Perfil técnico del PET chipeado El producto elaborado consiste en gránulos de tereftalato de polietileno reciclado (RPET) más
conocidos técnicamente como pellet o chips. El color que éstos posean estará condicionado por
la tonalidad de la botella reciclada, siendo principalmente transparente, verde y celeste las
alternativas.
Figura 23: Imagen referencial respecto al producto a elaborar
Figura 24: Diseño de producto elaborado: chips de tereftalato de polietileno (PET)
Fuente: Elaboración propia
Tabla 40: Características técnicas del producto elaborado: plástico
Característica Valor Unidad Alto chip ~5 [mm]
Diámetro chip ~5 [mm] Peso por cada 100
chips/pellet 1.55 ± 0,10 [g]
Polvo contenido <100 ppm
Potencial uso Fabricación de envases alimentarios (bandejas, botellas,
etc) Forma chip/pellet Aproximadamente cilíndrica
Color Según requerimiento del cliente (celeste, verde,
transparente) Fuente: Extraído de producto cotizado en: hbxiongye.en.china.cn
Condiciones del producto entregado El fondo del silo de almacenamiento de producto terminado tiene una abertura a la cual se
conecta un bolsón plástico de rafia de polipropileno (big bag). Se retira, se cierra, se pesa y se
lo identifica con una etiqueta que contiene todos los datos concernientes a la producción. Previo
control de calidad, el producto es liberado y está listo para su comercialización.
Los maxi sacos (big bags) suelen llevar asas y que se emplean para almacenar o transportar
materiales granulados, generalmente. Se trata de sacos fabricados en rafia plastificada o sin
plastificar, que en su interior incorporan también una bolsa de polipropileno o polietileno para
almacenar el material. El saco “big bag” es una de las soluciones más resistentes para
granulados y está diseñado para ser manejado mediante grúas o maquinaria pesada. Esto es
debido a la incorporación de sus asas laterales que permiten un traslado más sencillo.
86
Figura 25: Condiciones de entrega del producto: plástico
Fuente: www.logismarket.com.ar
9.3 Descripción del proceso
El proceso será diseñado para una capacidad inicial de planta la cual se estima será ampliada a
una capacidad máxima en cuanto se encuentren las condiciones de recolección. (según
proyección efectuada en el estudio de mercado previo denominado “Estudio de mercado y
bases técnicas para una planta integrada de reciclaje en la Región de Magallanes y la Antártica
Chilena utilizando el concepto de Producción Distribuida” Navarro Camila, 2018)
Tabla 41: Capacidad de diseño proceso revalorización PET
Capacidad [ton/año]
Capacidad inicial de diseño de planta 500
Capacidad de diseño máxima 1.500
Fuente: elaboración propia
Caracterización materia prima
Los componentes principales de la botella de PET post consumo son: el envase mismo, la tapa
y la etiqueta. A continuación se detallas cada uno de ellos:
• El envase en sí mismo es PET, la materia prima que interesa.
• La etiqueta, compuesta principalmente de PP (polipropileno), PEBD (polietileno de baja
densidad), PCV (policloruro de vinilo) o papel. Además de la tinta con que se imprimen
las etiquetas y los adhesivos con que se las pega.
• La tapa tiene dos componentes, el de la tapa con su anillo de seguridad que es de PP
(polipropileno) o PEAD (polietileno de alta densidad) y la junta de hermeticidad
interior que le confiere estanqueidad a la tapa impidiendo que se escape el anhídrido
carbónico. El material de la junta de hermeticidad, en general, es de EVA
(etilenvinilacetato).
87
Figura 26: Imagen referencial sobre constituyentes de una tapa de botella
Fuente: www.tecnologiadelosplasticos.blogspot.com
La composición típica de una botella de uso alimenticio queda detallada a continuación:
Tabla 42: Composición botellas de plástico PET
Cuerpo Tapa Etiqueta
Material Polietileno
tereftalato (PET)
Polipropileno (PP) o
Poliestileno de alta
densidad (PEAD)
Polipropileno (PP) o
Polietileno de baja
densidad (PEBD)
% en peso 91% 6% 3%
Fuente:www.ecoembes.com
*Relación en base a botella de 2[L] (principalmente relevante en el porcentaje de peso de la tapa)
Proceso externo Recolección: las botellas de PET postconsumo de alimentos (sólo bebidas, aguas, jugos, etc) son
recolectadas en campanas o rejas de colección situadas en diversos puntos de la ciudad. La
empresa encargada de la colección de la materia prima es RECIPAT y para el correcto desarrollo
del proyecto se espera que abastezca en la totalidad de los formatos de PET disponibles,
(transparentes, verdes o celestes) 500 [ton/año] en su etapa inicial y 1.500 [ton/año] como
capacidad máxima.
Proceso interno Acopio de fardos de botellas prensadas: En la zona de acopio se reciben los camiones con
materia prima para ser tratadas. Esta área está destinada principalmente a la realización de las
siguientes tareas:
• Descarga de los camiones de los proveedores con fardos de botellas prensadas
• Vaciado de los bolsones y/o desarme de los fardos, para verificar que:
o Las botellas sean de PET y no de otro material como ser PVC, PEBD, PEAD, PP.
o Las botellas no estén llenas de agua u otros líquidos. (normalmente el contenido
de ser agua, jugo o bebidas, no genera un problema para el proceso de reciclado,
88
esto cambia si el contenido de la botella es aceite o detergente, en este caso las
botellas deben ser tratadas de otra forma, ya que generan problemas en la línea
de reciclaje y en las propiedades finales del producto)
o Las botellas sean de un material uniforme. Este es un factor primordial, ya que
si la botella con la que se trabaja es transparente, esta podrá conservar esta
propiedad o ser teñida con cualquier color que se necesite, en el caso contrario
que la botella ya tenga un pigmento de algún color(usualmente azul o verde), el
producto final solo podrá tener ese color u otro más oscuro.
La presencia excesiva de estos defectos decidirá la aceptación o rechazo de la carga.
Figura 27: Recepción de materia prima: plásticos
Fuente: Extraído de: www.tecnologiadelosplasticos.blogspot.com
Desarme de fardos: mediante un tornillo sinfín, se procede a des compactar la masa de plástico
entrante (P1) para facilitar la manipulación de la materia prima.
Descarte manual: se procede a eliminar manualmente residuos sólidos de gran volumen que
hayan ingresado a la cinta transportadora, siendo estos principalmente metales, etiquetas
sueltas, tapas, maderas y cartones. Este porcentaje de descarte de residuos sólidos (D1) se
plantea en un escenario conservador correspondiendo al 5% de la corriente de PET entrante.
Este valor se encuentra sujeto a evaluación.
Figura 28: Descarte manual: plásticos
Fuente: Extraído de: www.tecnologiadelosplasticos.blogspot.com
Separación electromagnética: Se eliminan metales que puedan estar contenidos mediante el
89
uso de un separador electromagnético. Este paso incluye un detector de metales con el
dispositivo transportador de banda para separar los metales ferrosos y no ferrosos en las
materias primas. Se generan por consecuencia residuos sólidos revalorizables (M1),
correspondiendo en masa al 2% 33 de la corriente entrante de PET.
Figura 29: Separación electromagnética
Fuente: Extraído de: www.tecnologiadelosplasticos.blogspot.com
Prelavado de botellas: El material es transferido mediante una cinta transportadora al
prelavador (tambor giratorio cribado) donde las botellas son liberadas de la suciedad gruesa
exterior (principalmente tierra y piedras) pasando luego las botellas al saca-etiquetas. Por
medio del saca-etiquetas, de gran parte de las botellas son removidas las etiquetas que tenía
adheridas. El equipo se compone de un eje con paletas que al girar a gran velocidad despoja a
las botellas de las etiquetas. Las paredes metálicas del equipo presentan perforaciones, de
aproximadamente 5[cm], que permiten la eliminación de las etiquetas (E1) mientras que las
botellas continúan su marcha hacia la siguiente etapa del proceso (P4).
Esta etapa de prelavado es crucial, debido a que existe un gran problema al fundir PVC
(policloruro de Vinilo) en conjunto con PET, esto debido a la similitud de densidades que
poseen. En el caso de Chile existen 3 materiales de etiquetado:
• PEAD(Polietileno de Alta Densidad),
• papel
• PVC(policloruro de Vinilo)
Los dos primeros tipos de materiales no generan un problema para el reciclado, ya que la
maquinaria es instalada para separar estos materiales por densidad como se describirá en el
siguiente punto. El problema del PVC es que tiene una densidad superior a la del agua cercana
a 1.4 [kg/m3], tal como el PET, lo que no permite su fácil separación, y además dificulta la
fabricación de un nuevo producto, ya que si al momento de fundir el PET este tiene un contenido
de PVC este ocasiona manchas oscuras en el PET transparente así como su degradación.
33 Estimación personal
90
El porcentaje de etiquetas removidas corresponde al 3% 34 en peso de la corriente que ingresa.
El agua de lavado (W1) consiste en una solución en caliente de soda cáustica al 2% (N1) a 80[°C] 35 y detergente (D1) opcional.
La razón de consumo de agua y NaOH es de 3 [kg H2O/kg PET] y 0,06 [kg NaOH/kg PET]. 36 Por
otra parte, se añade detergente en una razón de 0,012 [kg detergente/kg PET] 37
Trituración / Molienda en húmedo: Durante la molienda se puede generar suficiente calor por
fricción para quemar o fundir el material. Razón por la cual, se recurre a la molienda húmeda.
Esto es, moler el material con alimentación de agua (W2) en el molino. En este paso, las botellas
transportadas neumáticamente caen en la garganta del molino, el cual mediante un juego de
cuchillas giratorias y fijas, tritura la botella, lo que permite aumentar el área de contacto para
un posterior lavado más eficaz y una más favorable manipulación de la materia prima.
La corriente de salida corresponde a escamas de PET de un tamaño de 12 mm (P5).
La razón de consumo de agua de enfriamiento es de 0,12 [kg H2O/kg PET]
Figura 30: Trituración: plásticos
Fuente: Extraído de: www.tecnologiadelosplasticos.blogspot.com
Segundo lavado/Flotación en caliente: El material molido proveniente del molino, cae en una
batea llena de agua con circulación por bombeo y desborde. En el fondo de la batea se halla un
tornillo sin fin que gira lentamente. Las etiquetas y tapas están fabricadas con materiales que
tienen una densidad inferior a la del agua (PP: polipropileno), por lo tanto flotan. El PET tiene
una densidad mayor que el agua, por lo tanto se hunde y es transportado por el tornillo sin fin
a tanques de lavado con una solución acuosa de lavado caliente y agitación para eliminación de
suciedad adherida a las escamas de PET.
34 González, I. (2018) “Generación de un plan de acción para el reciclaje del producto prioritario con
mayor impacto en la ciudad de Coyhaique, en el marco de la Ley de Fomento al Reciclaje” 35 Dato extraído de: www.tecnologiadelosplasticos.blogspot.com 36 “González, I. (2018) “Generación de un plan de acción para el reciclaje del producto prioritario con
mayor impacto en la ciudad de Coyhaique, en el marco de la Ley de Fomento al Reciclaje” 37 BoReTech (PET recycling equipment)
Eliminación de agua por centrifugación: Mediante un tornillo sin fin las escamas de PET son
transportadas a la parte inferior de una centrífuga. Una vez que el material entra a la centrífuga,
este asciende y es proyectado contra una camisa perforada que permite escapar el agua.
Considerando una eficiencia del 90% de la centrífuga, 42 se determina el agua de recirculación
(W5).
Las escamas de PET ascienden por la centrífuga y salen por la parte superior. Allí se encuentran
con la depresión de una corriente de aire producida por un soplante. El vacío producido fuerza
a las escamas a entrar en el soplante y las arrastra mediante una corriente de aire, por cañerías,
hasta el ciclón.
Ciclón: La corriente de aire que conduce las escamas de PET desemboca en un ciclón separador.
Mediante una brusca expansión del diámetro de la cañería, las escamas pierden velocidad y
caen en la cinta de inspección mientras que la corriente de aire es conducida al exterior, previo
paso por una manga filtrante de tela que retiene las partículas de polvo de PET (X1) que se
originan en el previo transporte neumático.
La cantidad de polvo PET recuperado corresponde al 10% de la corriente de alimentación (P8)
38 Dato extraído de: www.tecnologiadelosplasticos.blogspot.com 39 González, I. (2018) “Generación de un plan de acción para el reciclaje del producto prioritario con
mayor impacto en la ciudad de Coyhaique, en el marco de la Ley de Fomento al Reciclaje” 40 En base a porcentajes de caracterización de botella 41 González, I. (2018) “Generación de un plan de acción para el reciclaje del producto prioritario con
mayor impacto en la ciudad de Coyhaique, en el marco de la Ley de Fomento al Reciclaje” 42 Eficiencia según equipo cotizado
92
Figura 31: Limpieza de material particulado mediante ciclón: plásticos
Fuente: Extraído de: www.tecnologiadelosplasticos.blogspot.com
Secado: El PET debe tener un adecuado secado previo a la extrusión puesto que es muy proclive
a sufrir hidrólisis produciendo una degradación durante el procesamiento. Asimismo, durante
el procesado de PET debe tener un riguroso control de temperatura.
El proceso de secado es esencial. En este se elimina la humedad remanente del material, lo cual
reduce los efectos de la degradación hidrolítica. Esto se logra mediante secadores a 170[°C] y
por 6 horas, todo antes de alimentar a la extrusora. 43
Descarte manual: El material proveniente del ciclón cae en una cinta que lo arrastra a medida
que es inspeccionado visualmente y liberado de contaminantes que pudieran haber llegado
hasta esta etapa del proceso. Esta etapa es fundamental, debido a que se requiere que el
material que ingresa a la extrusión sea homogéneo y principalmente no tenga metales que
puedan dañar el equipo.
Actualmente, diferentes tecnologías de espectroscopía infrarroja (NIR, MIR, termografía de IR,
LIBS, fluorescencia de rayos X, etc.) permiten eliminar diferentes contaminantes en las escamas
de PET. No se considera la adquisición de ellas debido al costo que implica, (al menos no en
etapa de capacidad inicial), siendo que se contempla que solo un 1% es descartado, porcentaje
que se debe evaluar, a pesar de ser un escenario conservador. (D2)
43 Firas Awaja and Dumitru Pavel. “Recycling of PET” European Polymer Journal, 41(7):1453 – 1477,
2005.
93
* Varios contaminantes que acompañan a las hojuelas de PET pueden derivar en puntos negros
en el chip (PVC, suciedad, goma, otros polímeros, etc.), como así también los parámetros
incorrectos de extrusión como, por ejemplo, exceso de temperatura o material carbonizado en
el cilindro o matriz. Motivo por el cuál es determinante que en el último descarte manual se
extraigan todas las impurezas que hayan llegado a este punto del proceso.
Extrusión: Se realiza una acción de moldeado del plástico, que por flujo continuo con presión y
empuje, se lo hace pasar por un molde encargado de darle la forma deseada. El PET es fundido
a 250 [°C] hasta llegar a uno estado visco-elástico, siendo forzado a pasar a través de
un dado también llamado cabezal, por medio del empuje generado por la acción giratoria de
un husillo (tornillo de Arquímedes) que gira concéntricamente en una cámara a temperaturas
controladas. El PET es alimentado por medio de una tolva en un extremo de la máquina (P11) y
debido a la acción de empuje se funde, fluye y mezcla en el cañón y se obtiene por el otro lado
con un perfil geométrico preestablecido, en este caso, para dar moldura de chip se utiliza la
forma circular que dará origen a una barra. La corriente de salida (P12) corresponde a varas de
PET ajustadas a un diámetro de barra de 5 [mm].
Pelletización: luego de enfriadas las barras de PET a temperatura ambiente, proceden a ser
chipeadas mediante un pelletizador. La corriente de salida (P13) son chips de PET con un largo
aproximado de 0,5 [cm].
Almacenamiento: A la espera de ser envasados los chips de PET, son alojados en un silo. Los
mismos cuentan, por lo general, con dispositivos de dosificación (válvulas rotativas o tornillos
sinfín) que permiten detener el flujo de material que permiten el cambio de los bolsos cuando
están colmados, además de evitar la obturación del canal de salida con los mismos chips.
Envasado en bolsones: El fondo del silo tiene una abertura a la cual se conecta un bolsón
plástico de rafia de polipropileno (big bag). En aproximadamente una hora o menos, el bolsón
es llenado. Se retira, se cierra, se pesa y se lo identifica con una etiqueta que contiene todos los
datos concernientes a la producción. Previo control de calidad, el producto es liberado y está
Embalaje requerido Las características que debe poseer el embalaje requerido para la entrega del producto vienen detallado a continuación: Tabla 43: Características del embalaje requerido para la entrega del producto
Característica Medida Unidad Alto 90 [cm]
Largo 90 [cm] Ancho 90 [cm]
Peso útil carga 1000 [kg] Material Rafia de polipropileno
Detalle
Triple costura reforzada Maxi bolsa de polipropileno interior de mismas dimensiones
para almacenar producto Maxi saco de polipropileno de mayor densidad para reforzar
Figura 32: Referencia embalaje requerido: plástico
Fuente: www.logismarket.com.ar
La cantidad de maxi sacos que serán requeridos viene detallados a continuación: Tabla 44: Estimación de consumo de embalaje en producción de plástico
Embalaje requerido para el producto entregado
Tipo Requerimiento por
cada 1000 [kg]
Requerimiento total estimado
capacidad inicial
Requerimiento total estimado capacidad
máxima Maxi saco de polipropileno
1 420 1260
Fuente: Elaboración propia según balance de masa
96
9.4 PFD: diagrama del proceso
97
9.5 Control de calidad
Tal como se mencionó anteriormente, el control de calidad debe ser realizado a lo largo de todo
el proceso. La nueva normativa NCh3407 (detallada más adelante), define parámetros
necesarios para el control de calidad, y de características mínimas para ser medidas en la
planta.
En la industria del plástico reciclado, es muy importante controlar las características mecánicas
y químicas de los mismos, puesto que este material se va degradando conforme se va reciclando
y sus propiedades disminuyen. Por lo tanto, un correcto control de calidad, permite lograr una
estandarización en las especificaciones del material, según la NCh3407, e inclusive determinar
si se pueden mejorar sus propiedades. El control de calidad debe llevarse a lo largo del proceso,
para disminuir la variabilidad de cada estación lo más posible. Es usual que el cliente exija un
informe de algunas características mecánicas o químicas del material. 44 Algunas de las
características que más interesan en los plásticos reciclados son la densidad y la temperatura
de fusión. A continuación se presenta un método para medir ambas características, además del
Melting Flow Index (MFI).
Parámetros relevantes a medir Densidad: Se toman una escama de producto terminado RPET (plástico reciclado) y se la mide
en una balanza digital, anotando su peso. Luego se introduce esta misma escama en una probeta
con agua (cuyo volumen inicial es conocido). Como el PET solido tiene una densidad superior a
la del agua (1380 [kg/m3] para el PET; 1000 [kg/m3] para el agua), la escama precipita hasta el
fondo. Debido a esto, el nivel de agua aumentará. Tomando el nuevo nivel de agua, se puede
determinar el aumento de volumen ocupado dentro de la probeta, el cual es igual al volumen
de la escama de PET introducida. Conociendo el peso de las escamas y su volumen, se determina
su densidad.
Temperatura de fusión: Se introducen algunas escamas de PET dentro de un recipiente metálico
y se coloca el mismo sobre un mechero de Bunsen. Se calienta el mismo hasta que las escamas
comiencen a fluir, y se toma la temperatura de fusión con un termómetro, que para el PET
virgen es de alrededor de 260[°C] 45
Melting Flow Index: Este dato es solicitado por diversas industrias al momento de comprar un
producto, ya que es una prueba reológica básica que se realiza a un polímero para conocer su
fluidez. Se define como la cantidad de material (medido en gramos) que fluye a través del
44 Estas exigencias varían por cada cliente, por ejemplo: si el cliente fabricará productos que estén en contacto con alimentos, exigirá conocer el grado de contaminación y bacterias que posee el material. 45 Tomás Oviedo. Estudio de factibilidad para planta de reciclado de residuos de plástico pet. Agosto
2014. Universidad Nacional de Córdoba
98
orificio de un dado capilar en 10 minutos, se mide en [g/10 min], manteniendo constantes
presión y temperatura. (ISO 1133 o ASTM D1238). 46
Normativa
• Norma ASTM D1238 -13: Método de prueba estándar para Melt Flow tarifas de
termoplásticos por extrusión Plastómetro (descrita anteriormente)
• NCh3407:2016: Plásticos reciclados – Caracterización del poli(tereftalato de etileno)
(PET) reciclado.
o Esta norma proporciona las características y los métodos de ensayo asociados
para evaluar el PET reciclado destinado a ser utilizado en la producción de
productos acabados y semiacabados. Define un método para especificar las
condiciones de entrega del PET reciclado. 47
• Norma ASTM D5991-17: Práctica estándar para la separación e identificación de poli
(cloruro de vinilo) (PVC) Contaminación de poli (tereftalato de etileno) Flake (PET)
o Establece las pautas para la identificación de PVC en escamas de PET.
9.6 Programa de producción
Consideraciones: (en base a: Navarro, C. (2018) “Estudio de mercado y bases técnicas para una
planta integrada de reciclaje en la Región de Magallanes y la Antártica Chilena utilizando el
concepto de Producción Distribuida”
• Al igual que en los casos anteriores, el equipo deberá diseñarse para la capacidad
máxima propuesta, es decir, para 1.500 toneladas anuales, teniendo en su fase inicial
una operación de 500 toneladas anuales.
• Los equipos extrusores de plástico tienen capacidades de mercado de hasta 24
toneladas diarias en el caso del reciclado del papel, pudiéndose considerar incluso la
compra de dos equipos para la planta (Plástico.com, 2018), es por lo que se considerará
en el caso de éste producto, un diseño de equipo de capacidad de 20 toneladas diarias.
• La producción de 20 toneladas por día, equivale a un tiempo total de producción anual
de 25 días.
• Al ser un material inflamable es que se considera que su tiempo de bodegaje debería
reducirse al mínimo. - A diferencia de los otros productos, la puesta en marcha de éste
46 “Ingeniería de perfil de una planta de pretratamiento de botellas PET y un sistema de recolección de residuos” Universidad de Chile, facultad de ciencias físicas y matemáticas departamento de ingeniería mecánica (Campos P. Martín, 2017) 47 www.cenem.cl
99
proceso es simple, lo que permite realizar diversos periodos de operación al año.
• El espacio que ocuparían 500 toneladas de plástico corresponde a 556 [m3]
aproximadamente.
Es por lo anterior, que se propone la producción de plástico de manera bimensual, produciendo
en cada partida 42 toneladas de pellet, lo que equivale a poco más de 2 días de operación en
cada una, debiendo tener un espacio disponible en bodega de 47 [m3]
9.7 Balance de Masa
La producción de plástico propuesta es de 500 [ton/año], por lo que los balances serán
realizados para alcanzar ésta meta de producción. Se presenta además la proyección para una
capacidad productiva de 1500 [ton/año].
En este caso, para la determinación de los factores o ratios se tomará como referencia la
memoria “Generación de un plan de acción para el reciclaje del producto prioritario con mayor
impacto en la ciudad de Coyhaique, en el marco de la Ley de Fomento al Reciclaje” (González I.
, 2018), en donde se diseñó una planta de tratamiento de plástico PET, la caracterización del
gramaje de las botellas plásticas según su composición, fuentes bibliográficas y consideraciones
propias en el caso de no encontrar un dato considerado relevante.
Tabla 45: Ratios para balance de masa
Etapa Razón Factor Fuente
DESCARTE MANUAL [kg descarte/ kg pet] 0,05 Consideración propia
mientras que los blanqueados se usan para el papel de impresión, papeles de oficina y papeles
de seda.
Aplicaciones del cartón ondulado El cartón ondulado es un material utilizado principalmente en la elaboración de envases y
embalajes. Cuando se encuentra en sus mejores condiciones permite la manipulación,
almacenamiento, entrega, presentación de productos, protección de ellos frente a impactos
como vibraciones, luz, polvo y robo. Además, gracias a su cubierta lisa permite identificar
productos y promover en ella información y publicidad. Las principales formas de presentación
son las siguientes:
Rollos de cartón ondulado: utilizado para proteger las superficies frágiles de los golpes y para
envolver los productos pesados y voluminosos debido a que se adapta a sus formas. Sirve para
envolver objetos de diferentes formas, proporcionándoles una protección óptima frente a
golpes, arañazos y todo tipo de agresiones que sean susceptibles de sufrir durante su traslado.
También es muy útil para cubrir muebles, suelos, paredes y otras superficies cuando se realizan
obras de reforma en interiores.
Planchas de cartón corrugado: permite compartimentar espacios en el interior de los paquetes.
De esta forma se previenen los choques derivados de la manipulación, así como las
perforaciones accidentales del contenido.
Cajas de cartón corrugado: una amplia variedad de cajas diseñadas para el almacenaje y el
transporte de todo tipo de mercancías.
10.2 Características del producto elaborado: cajas de cartón ondulado
El cartón ondulado generalmente se compone de tres o cinco papeles, siendo los dos exteriores
lisos y el o los interiores ondulados, lo que le confiere una gran resistencia mecánica.
• Las hojas exteriores se llaman caras o cubiertas • Las hojas intermedias se llaman caras lisas (en el caso de ser cartón de cinco papeles) • Las hojas onduladas que forman los canales se llaman ondulado
Funciones del ondulado:
• Aporta la resistencia a la comprensión de la caja
• Aumenta la rigidez a la flexión
• Confiere una elasticidad parcial ante situaciones de aplastamiento y resistencia a
• Confiere características de imprimabilidad a la caja
• Aporta resistencia al embalaje
Funciones del adhesivo (cola):
• Une de una forma rápida y duradera los papeles a un ritmo apropiado de fabricación
• Confiere resistencia a la humedad (en caso de adhesivo antihumedad)
Clasificación del cartón según cantidad de caras Una clasificación por cantidad de caras que el producto posea está relacionada a la elasticidad
que se desea que el producto tenga. Los principales formatos elaborados quedan detallados a
continuación:
Tabla 50: Clasificación del cartón en base a cantidad de caras
Tipo Característica Imagen Referencial
Simple cara
Conformado por una hoja lisa (una cara) y un ondulado unidos entre sí por adhesivo. Este
corresponde al módulo elemental de cualquier cartón ondulado
Uso principal: actividades manuales.
Doble cara Formado por la unión de un simple cara con
otro papel liso. Uso principal: cajas de embalaje
Doble-doble cara Formado por la unión de dos simples caras y un
papel liso. Uso principal: cajas de embalaje.
Triple cara
Resulta de la unión de tres simples caras más un papel liso.
Uso principal: planchas de reforzamiento para superposición de cargas.
Fuente: elaboración propia (en base a “Universidad de Santiago de Chile Laboratorio de Envases LABEN-CHILE” Dr. Abel Guarda M.)
Clasificación del cartón según cantidad de ondas por metro
El cartón pude ser clasificado según la cantidad de ondas que este posea por cada metro
elaborado, lo cual está directamente relacionado con la resistencia. El detalle de los tipos de
perfiles existentes queda detallados en la siguiente tabla:
Tabla 51: Clasificación del cartón según ondas por metro
Perfil del ondulado
Espesor del cartón
ondulado en [mm]
Altura de onda en
[mm]
Paso en [mm]
Número de ondas por
metro
Coeficiente de
ondulación teórico
Canal K 6,1 a 7,0 6,0 11,7 90 1,50
111
(onda muy grande) Canal A
(onda grande) 4,5 a 5,8 4,4 a 4,8 8,1 a 9,5 123 a 105 1,48 a 1,60
Canal C (onda mediana)
3,6 a 5,0 3,5 a 4,0 7,0 a 8,1 143 a 123 1,38 a 1,50
Canal B (onda pequeña)
2,6 a 3,8 2,4 a 2,8 6,0 a 6,8 167 a 147 1,30 a 1,51
Canal E (microcanal)
1,2 a 2,0 1,1 a 1,4 3,0 a 4,2 333 a 238 1,17 a 1,43
Canal F (minimicro)
0,9 a 1,4 0,75 2,2 a 2,7 416 a 370 1,20 a 1,40
Fuente: REVISTA OFICIAL de la Asociación de Corrugadores del Caribe, Centro y Suramérica (ACCCSA) www.corrugando.com
Donde el coeficiente de ondulación teórico viene dado por la razón entre el largo del cartón a
ondular y el largo del cartón liso, como se muestra en la Figura 36.
Figura 36: Determinación coeficiente de ondulación (C)
Fuente: REVISTA OFICIAL de la Asociación de Corrugadores del Caribe, Centro y Suramérica (ACCCSA) (www.corrugando.com)
Perfil técnico del producto Debido a que las cajas elaboradas poseerán sus medidas dependiendo del requerimiento del
cliente, es que se analizará para el estudio la fabricación de una caja con cierre “tipo solapa” con
dimensiones estándar. Este estilo es apropiado para muchos productos y situaciones de
embarque. Tiene solapas superiores e inferiores, que se pliegan por dos líneas, perpendiculares
a los canales, los cuales se hacen en la corrugadora. 53
10.2.1.1 Semiproducto , bobinas de papel liner Mientras no se tenga conocimiento de las características físicas del producto a elaborar (alto,
53 "Implementación de métodos de analisis y ensayos en una planta de cajas de carton corrugado" (Ticlla, Wilma 2003)
112
ancho, largo, gramaje, tipo de onda, entre otros) se almacenará el semiproducto como bobina
de papel de grosor 0,5 [mm], 2,10 [m] de alto y 200 [m] de largo. Las cajas de cartón corrugado
serán fabricadas a partir de papel liso que se encontrara en los carretes de papel en forma de
bobina, como materia prima y mediante procesos de corrugado, corte, ranurado, empalmado, y
armado, se convertirá en un producto a medida de los requerimientos del cliente, realizando el
despacho en pallets. Para unir el papel liso con el papel ondulado se utilizará almidón lo que
proporcionara un correcto pegado entre las capas.
El dimensionamiento del ancho de la bobina viene dado principalmente para que permita
realizar un solo corte que genere completamente el largo de la plancha que conformará la caja
de cartón ondulado.
Figura 37: Imagen referencial sobre semiproducto
Fuente: Elaboración propia en base a www.alibaba.com
Tabla 52: Características y dimensiones del semiproducto
Material
Característica Valor Unidad
Material Celulosa fibra larga
Porcentaje humedad 7 [%]
Color Marrón kraft
Gramaje 300 [g/m2]
Alto bobina 2,10 [m]
Diámetro bobina ~1,0 [m]
Largo (cantidad de metros) 200 [m]
Área material por bobina
= (alto)*(largo)
=2,10[m] * 200[m]
=420 [m2]
[m2]
113
Volumen utilizado
= (área basal) * (altura)
=𝞹 * (radio)2 * (altura)
=3,14 * (0,5)2[m]2 * 2,10[m]
=1,6485 [m]3
[m]3
Peso =gramaje [g/m2] * área material [m2]
=126 [kg]
Fuente: elaboración propia
10.2.1.2 Producto, cajas tipo solapa de cartón ondulado El producto elaborado consiste en cajas de cartón ondulado de doble cara de onda mediana
(canal C), que consiste en el tipo de cajas más comunes. Esto debido a que el cartón con onda
tipo C permite una gran resistencia al aplastamiento en plano (flat crush) y a la compresión
vertical (BCT, box compression test) 54 Procedimientos descritos en el punto 10.5.
Figura 38: Imagen referencial sobre el producto a elaborar: cajas de cartón
Fuente: Alibaba (www.alibaba.com)
Las partes que conforman la caja tipo solapa quedan detalladas a continuación:
54 "Implementación de métodos de analisis y ensayos en una planta de cajas de carton corrugado" (Ticlla, Wilma 2003)
114
Figura 39: Características caja tipo solapa
Fuente: Implementación de métodos de analisis y ensayos en una planta de cajas de carton corrugado" (Ticlla, Wilma 2003)
Lengüeta
Extensión, de corte especial, en una o dos paredes extremas de la caja, para ser pegada o
engrapada a la otra pared extrema, formando la unión de fabricación de la caja.
Troquel
Cortes existentes en la mayoría de las cajas para la formación de las aletas.
Scores
Hendidura, determinada por aplastamiento o por corte intermitente (prepicado ), hecho con
una lámina especial, con o sin corte, para facilitar el doblez uniforme de la plancha.
Unión de fabricación
Unión, formada por medio de pegamento o corchetes, en las extremidades de la plancha que
forma la caja de cartón corrugado.
A continuación en la Tabla 53 se especifican las características del producto elaborado.
Tabla 53: Especificaciones técnicas producto elaborado: cajas de cartón ondulado
Material
Característica Valor Unidad
Material Celulosa fibra larga
Color Marrón kraft
Resistencia vertical (*) 12 [kg]
Peso caja (*) 545 [g]
Gramaje 300 [g/m2]
115
Fuente datos (*) www.alibaba.com
Dimensiones
Ancho (B) 40 [cm]
Alto (H) 50 [cm]
Largo (L) 60 [cm]
Volumen disponible 120.000 [cm3]
Área de material
requerido por caja
Para liners (caras lisas)
= 2* [área cuerpo + área solapa]
= [(H+B)*(2L+2B) + (1/8 B)*H]
= [(90)*(200)+(250)]
=2*1.825[m2]
= 3,65 [m2]
Para lámina ondulada
= [área cuerpo + área solapa] * coeficiente ondulación
teórico
=1.825[m2] * (1,50)
= 2,7375 [m2]
Área total material requerido por caja
= 6,875 [m2]
[m2]
Características lámina ondulada
Tipo de onda C
Largo del paso 8 [mm]
Grosor 0,5 [mm]
Características lámina lisa (liners)
Grosor 0,5 [mm]
Fuente: Elaboración propia
Consideraciones:
116
• Cabe recalcar que la lámina que compone tanto el liner como el ondulado es la misma,
provienen de la misma bobina y tienen el mismo grosor de 0,5 [mm]. La única diferencia
es que la lámina que compone el ondulado pasa por un proceso adicional que la moldea.
• Debe tenerse en consideración que existe una diferencia entre el gramaje del papel kraft
producido y el gramaje del cartón ondulado, puesto que ambos poseen distinta
superficie total que es considerada para el cálculo.
• Para elaborar una caja de cartón se requiere de 6,875 [m2] de papel kraft, lo que
equivale a 1,825 [m2] de cartón ondulado.
Condiciones del producto entregado
El producto entregado consiste en cajas de cartón de dimensiones según requiera el cliente.
Para efectos del estudio se contemplan los datos teóricos especificados en la Tabla 54.
Las cajas serán entregadas amarradas de a 100 unidades envueltas en papel stretch/film,
principalmente para evitar daños por humedad, sobre todo si quedan en bodega de
almacenamiento.
Figura 40: Condiciones del producto entregado: cajas de cartón
Las dimensiones que poseen las cajas dobladas y apiladas de a 100 unidades son las siguientes:
Tabla 54: Dimensiones cajas apiladas
Característica Valor Unidad Grosor onda 0,5 [cm] Caja doblada desarmada
(con solapa pegada)
Alto 1 [cm] Ancho 100 [cm] Largo 90 [cm]
100 unidades de cajas dobladas desarmadas
apiladas
Alto 1 [m] Ancho 1 [m] Largo 0,9 [m]
Fuente: Elaboración propia.
117
10.3 Descripción del proceso
El proceso será diseñado para una capacidad inicial de planta la cual se estima será ampliada a
una capacidad máxima en cuanto se encuentren las condiciones de recolección. (según
proyección efectuada en el estudio de mercado previo denominado “Estudio de mercado y
bases técnicas para una planta integrada de reciclaje en la Región de Magallanes y la Antártica
Chilena utilizando el concepto de Producción Distribuida” Navarro Camila, 2018)
Tabla 55: Capacidad de diseño proceso revalorización cartones
Capacidad [ton/año]
Capacidad inicial de diseño de planta 1.200
Capacidad de diseño máxima 2.000
Fuente: elaboración propia en base a “Estudio de mercado y bases técnicas para una planta integrada de
reciclaje en la Región de Magallanes y la Antártica Chilena utilizando el concepto de Producción
Distribuida” Navarro Camila, 2018)
Caracterización materia prima
La materia prima recibida corresponde a cartones de tipo OCC en tonalidad natural (marrón) o
tintado (principalmente blanca) con o sin impresiones.
Se solicita al proveedor que el material venga sin scotch, adhesivos, corchetes y otros. De todas
formas, de existir remanentes de estos materiales, estos serán removidos en el proceso de
flotación.
Proceso externo Recolección: los cartones postconsumo de alimentos son recolectados en campanas o rejas de
colección situadas en diversos puntos de la ciudad. La empresa encargada de la colección de la
materia prima es RECIPAT y para el correcto desarrollo del proyecto se espera que abastezca
de 1.200 [ton/año] en su etapa inicial y 2.000 [ton/año] como capacidad máxima. Su servicio
finaliza al abastecer en la planta la materia prima, por lo que ese traslado de material es
considerado parte de su servicio.
Proceso interno
Cabe destacar que la principal diferencia entre producción de liners de cartón con una
producción de papel blanco radica en la flotación y el proceso de blanqueo que no se lleva a
cabo. Ambos procedimientos se consideran uno de los más costosos en el proceso de
fabricación de papel, por lo que se considera que el cartón tiene varias ventajas comparativas
con respecto al papel, tanto en términos económicos como en términos de disponibilidad de
materia prima.
118
Otra consideración a tener en cuenta es que a pesar de que todos los tipos de contaminantes se
encuentran de manera sólida (a excepción de algunos adhesivos) Los contaminantes varían
según: tamaño, densidad, forma, propiedades de la superficie y solubilidad. Ningún dispositivo
de separación puede eliminar todos los diferentes tipos de contaminantes, por lo tanto, los
procesos de reciclaje consisten en muchas suboperaciones que se complementan uno al otro.
10.3.3.1 Formación de la pulpa
Pulpeado: el proceso comienza cuando los fardos de OCC 55 (F3) se cargan en una cinta
transportadora, que deja caer el material en el pulper primario. Esta etapa consiste en un gran
tanque agitado donde el OCC seco se mezcla con una gran cantidad de agua (W1), formando una
mezcla de fibras bien separadas y otros contaminantes de papel de desecho. La relación entre
fibra (5%) y agua requerida (95%) 56 hace que el pulpeado se considere una etapa crucial y una
de las más demandantes del recurso hídrico.
La principal función del pulpeado es dispersar el papel recuperado en fibras separadas. Algunos
subobjetivos que también son importantes son:
• Separa los contaminantes de las fibras.
• Evita dañar las fibras (corte de fibra).
• Eliminación de residuos grandes del sistema.
Figura 41: Pulpeado
Fuente: Elaboración propia a partir de: Venditti, R. “Paper recycling technology”
55 Old Corrugated Containers: Cartones coarrugados viejos (postconsumo) 56 En base a consistencia ideal de la pulpa. Venditti, R. “Paper recycling technology”. Paper Science and Engineering North Carolina State University (Obtenido en: https://faculty.cnr.ncsu.edu/richardvenditti/wpcontent/uploads/sites/24/2018/10/Recycling1017HOforshortcourse.pdf)
Limpieza de pulpa: El material proveniente desde el pulper se bombea hacia la siguiente unidad
de limpieza de pulpa: pantallas de presión en cascada que utilizan la fuerza centrífuga para
separar el material contaminante pequeño debido a la densidad y el tamaño. Cada pantalla
posee una barrera para grandes contaminantes (ranuras o agujeros) que permiten a las fibras
para pasar a través de ellas, y salir, a pesar de la resistencia que oponen las fibras al paso,
asociadas principalmente a la consistencia.
Figura 43: Limpieza de pulpa
Fuente: Venditti, R. “Paper recycling technology”
El arreglo consiste en tres pantallas de presión en cascada, en las que el rechazo de la primera
pantalla se bombea a la siguiente pantalla y así sucesivamente. Esta matriz en cascada permite
la máxima recuperación de fibra. La pulpa con consistencia apropiada (P3) se dirige a la
siguiente unidad que corresponde a la celda de flotación.
Las pulpas grumosas (no bien fragmentada en el proceso de pulpeo) quedan en la parte externa
del casco y son recirculadas al pulper (R1)
Mezclado: En este proceso se mezcla la pulpa aceptada (P1) proveniente del pulper, con la pulpa
que fue aceptada de las pantallas de filtro (R2) y se reintegran al proceso de filtrado.
Celda de flotación: A la pulpa ya filtrada es necesario removerle la tinta y materiales adhesivos
(contiene en general un pigmento ligado con una resina polimérica con eventualmente
algunos residuos de aceites vegetales o minerales).
La pulpa (P3) es alimentada en una gran cuba llamada celda de flotación, donde el aire,
detergente y los surfactantes (S1) son inyectados en la pulpa. El hidróxido de sodio (NaOH)
añadido (N1) se emplea en el proceso de destintado para ajustar el pH a la región alcalina y
121
saponificar o hidrolizar las resinas de la tinta. En medio alcalino se produce el hinchamiento de
la fibra y modifica los compuestos ligantes de las tintas, lo cual ayuda a la liberación de la tinta
de la superficie de las fibras, facilitando la penetración de las demás sustancias químicas. El pH
empleado convencionalmente para el pulpeo es de 9,5 a 11,0, intervalo en el cual las fibras
adquieren mayor flexibilidad. 60
Los surfactantes generan la adhesión de las partículas de tinta con la burbuja, las cuales flotan
y se retiran en la parte superior de la celda, saliendo entonces por esa corriente espuma con
tinta y adhesivos (T1) saliendo por debajo de la celda la pulpa libre de tinta (P4). 61
Figura 44: Diagrama del proceso de flotación y esquema del agregado partícula – burbuja
Fuente: adaptado de Wills et al. (2015)
Es muy importante remover la mayor cantidad de materia adhesiva que se encuentre presente
en el pulpeado debido a que posteriormente puede depositarse en alambres de máquinas de
papel, filtros, telas de secado, enrollamiento, entre otros, causando un tiempo de inactividad
significativo en la máquina.
Se escoge flotación y no otro tipo de proceso debido al tamaño de partícula y remoción elevada
que se requiere, tal como detalla la Figura 45.
60 “Métodos utilizados en el destintado de papel desperdicio – Aproximación al estado del arte” Obtenido de la web; https://revistas.upb.edu.co/index.php/investigacionesaplicadas/index 61 Cobian, F. Sepúlveda, C, Villagra, P. (2018) “Producción de cartón corrugado a partir de papel reciclado”
122
Figura 45: Eficiencia de remoción de contaminantes en papeles reciclados respecto al tamaño de partícula
Fuente: Venditti, R. “Paper recycling technology”
Cabe destacar que de mejorar la calidad de los cartones reciclados es posible no contar con esta
etapa al exigir un mayor control de la calidad de la materia prima adquirida.
10.3.3.2 Formación del papel: Zona húmeda
La zonahúmeda de una máquina papelera se encuentra formada por un headbox abierto o
tanque cabecera de máquina donde la pasta diluída a una consistencia de 5% 62 es inyectada a
la tela de formación (P5). El control de la consistencia es muy importante en la zona del headbox
pues variaciones importantes pueden afectar en gramaje del papel.
62 Venditti, R. “Paper recycling technology”. Paper Science and Engineering North Carolina State
pasta al formador el cual debe originar una actividad en el agua y pasta para que las condiciones
de formación sean propicias.
Hidrofoils (cajas aspirantes húmedas): son cajones que tienen como función generar un vacío
autoinducido al pasar el papel por su cubierta, esta función se debe mucho al diseño del ángulo
del foil el cual generará microturbulencias en el papel a través de sus pulsos de presión y vacío.
Vacuum foils: son cajones donde el vacío producido proviene típicamente de un extractor de
vacío, esto se debe a la necesidad de obtener un vacío reducido de 1.5 a 2 pulgadas de mercurio.
Debido a la necesidad de producir vacíos bajos es muy común utilizar extractores tipo
ventilador. Exagerar el vacío podría producir el rompimiento de las fibras y una inestabilidad
en la máquina. 65
Figura 47: Vaccuum foils cuyo rango de vacío se mide en “h2O
Fuente: Pinedo, J. (2014) “Reducción del consumo de vapor en una Máquina papelera utilizando el Control
por presión diferencial a Través de un control remoto”
Rollo couch de succión: Tiene dos funciones principales: dar movimiento a la tela y eliminar
agua por succión dándole así a la hoja la resistencia debida para poder pasar al área de secado.
Por el vacío requerido en esta zona se aplican bombas de vacío de anillo líquido que pueden
proveer al menos de 20 a 22 pulgadas de mercurio.
65 Pinedo, J. (2014) “Reducción del consumo de vapor en una Máquina papelera utilizando el Control por presión diferencial a Través de un control remoto” Obtenido en (https://docplayer.es/89691509-Universidad-nacional-de-ingenieria-facultad-de-ingenieria-mecanica.html)
Fuente: Pinedo, J. (2014) “Reducción del consumo de vapor en una Máquina papelera utilizando el Control
por presión diferencial a Través de un control remoto”
Ambos efectos (eliminación del agua residual y la conducción de la tela) son debidos a la
aspiración que ejercen sobre la tela, a través de los agujeros de la camisa, las cajas aspirantes
interiores, lográndose evitar deslizamientos entre la tela y el cilindro, a la vez que se obtiene un
notable aumento en la sequedad de la hoja, que pasa de un 10 - 18 % (salida de cajas aspirantes)
al 25 % aproximadamente. En efecto, la hoja de papel que sale del formador con una humedad
aproximada del 75- 80%, pasa a continuación a la sección de prensas, donde se realiza la
operación de “prensado”. 66
Sistema de prensas: los objetivos primordiales de esta operación son los de eliminar agua y
consolidar la hoja, aunque también el prensado suministra lisura y proporciona mayor
resistencia a la hoja húmeda, para su mejor traslado al secador.
En las prensas la hoja de papel es sometida a una presión entre prensas giratorias,
conjuntamente con un fieltro existente entre ellas. En esta operación, parte del agua del papel
pasa al fieltro desde donde se evacua hasta alcanzar aproximadamente una humedad del orden
del 50-60% 67
La cubierta de las prensas naturalmente es de jebe 68 con cierta condición de dureza que le
permita soportar la presión de operación69. La tercera prensa debido a tener los rollos
descubiertos le da una propiedad de lisura al papel.
66 Venditti, R. “Paper recycling technology”. Paper Science and Engineering North Carolina State University 67 Venditti, R. “Paper recycling technology”. Paper Science and Engineering North Carolina State University 68 Goma elástica o caucho que se obtiene de la hevea 69 Estas prensas debido al material abrasivo del papel deben estar en mantenimiento cada mes siendo rectificadas en maestranza o si fuera el caso cambiando las cubiertas.
127
Figura 49: Prensas de jebe de succión
Fuente: Pinedo, J. ( 2014) “Reeducción del consumo de vapor en una Máquina papelera utilizando el
control por presión diferencial a través de un control remoto”
Tabla 56: Porcentaje de humedad en distintas operaciones
Proceso % Humedad
Zona Húmeda
Extensión de pulpa 99 – 95
Caja de entrada o Headbox 95
Mesa plana o Fourdrier 95
Tablero de formación 95
Hidrofoils 95
Vacuum foils 80 – 90
Rollo couch de succión 75 – 80
Prensas 50
Zona Seca Cilindro secador 7
Fuente: Elaboración propia a partir de consistencias óptimas expuestas en: Venditti, R. “Paper recycling
technology”.
10.3.3.3 Formación del papel: Zona Seca
La zona seca el agua se remueve por evaporación, el calor necesario para esta operación es
suministrado por el vapor en condiciones de saturación el cual se introduce en el cilindro
secador. El agua evaporada de la hoja de papel es extraída por extractores y la remoción del
condensado formado en el interior del cilindro es realizado por medio de sifones a través de
diferenciales de presiones controladas en el sistema.
128
Cilindro secador: En esta operación de secado se termina de eliminar el agua del papel hasta
alcanzar una humedad definitiva situada entre 5 y 7% 70. Esta operación se realiza poniendo en
contacto la hoja de papel húmeda con la superficie exterior de unos cilindros (secadores) que
están calentados interiormente con vapor. Una vez seco, las fibras se han unido convirtiéndose
finalmente en lo que consideramos papel. El papel fabricado se enrolla en el “Pope” en grandes
bobinas para su posterior uso.
Finalmente, la hoja continua de papel se procesa en una máquina bobinadora donde se corta y
se enrolla en rollos listos para ser almacenados como semiproducto o continuar en la línea de
producción.
10.3.3.4 Formación del cartón ondulado El producto obtenido se lleva a una bobinadora, en la cual se enrolla el papel obtenido, para
usarse como materia prima para el cartón corrugado. De las bobinas obtenidas, una fracción se
destina a la corrugadora y el resto a la forradora. En la corrugadora la bobina de papel a
procesar pasa entre dos rodillos y se le dispara una ráfaga de vapor, para formar la flauta
(papel ondeado). Las ondas crean una bolsa de aire entre la flauta y las hojas, dándole firmeza
al cartón. Para adherir las capas de papel se utilizará cola para cartón.
Al formar las planchas de cartón ondulado, se debe tener en consideración lo siguiente:
• Se componen de dos planchas lisas (liners) y de una lámina ondulada
• El largo requerido de material ondulado corresponde a 1,5 veces el largo de un liner
forrador. El detalle de este coeficiente de ondulación teórico se encuentra descrito en la
Tabla 51.
Por los puntos mencionados, se determina que un 57,14% del material debe ser requerido para
formar los liners (tapas) y un 42,86% debe ir a conformar el papel ondulado.
Embalaje requerido El embalaje requerido para el almacenamiento y entrega del producto, consiste en la aislación
de polietileno termocontraíble, y amarras de pita para evitar el desarme de la pila.
70 Venditti, R. “Paper recycling technology”. Paper Science and Engineering North Carolina State
Cantidad de [m2] de cartón requeridos por caja = 1,825
Cantidad de cajas elabradas = C1
1,825 = C2
Tabla 58: Balance de masa formación cajas de cartón
Balance de masa: formación de cajas de cartón Diseño Planta [ton/año]
Corriente Nomen-clatura
Entra Sale Cap.
inicial Cap. máxima
RECEPCIÓN fardos de occ f1 x 1.200 2.000
occ f2 x 1.200 2.000
TANQUE ALMACENA-
MIENTO
occ f2 x 1.200 2.000
occ f3 x 1.200 2.000
PULPER
fibra f3 x 1.200 2.000
agua w1 x 22.800 38.000
alimentación (fibra + agua) 24.000 40.000
recirculación de pantallas
r1 x 60 100
descarte d1 x 60 100
pulpa p1 x 24.000 40.000
CELDA DE FLOTACIÓN
pulpa p3 x 23.940 39.900
agua en pulpa p3,w 22.743 37.905
fibra en pulpa p3,f 1.197 1.995
aire a1 x 116 193
surfactantes s1 x 12 20
NaOH n1 x 36 60
pulpa p4 x 23.868 39.780
137
tinta t1 x 120 200
ALMACENA-MIENTO PULPA
pulpa p4 x 23.868 39.780
pulpa p5 x 23.868 39.780
ZONA HÚMEDA
pulpa ingreso p5 x 23.868 39.780
agua en pulpa p5,w 22.675 37.791
fibra en pulpa p5,f 1.193 1.989
agua extraída w2 x 21.481 35.802
pulpa egreso p6 x 2.387 3.978
agua en pulpa p6,w 1.193 1.989
fibra en pulpa p6,f x 1.193 1.989
CINTA TRANSPOR-
TADORA
pulpa p6 x 2.387 3.978
pulpa p7 x 2.387 3.978
ZONA SECA
pulpa ingreso p6 x 2.387 3.978
agua en pulpa p6,w 1.193 1.989
fibra en pulpa p6,f 1.193 1.989
agua extraida w3 x 1.104 1.839
pulpa egreso x 1.283 2.139
agua en pulpa 90 150
fibra en pulpa 1.193 1.989
CINTA TRANSPOR-
TADORA
pulpa p8 x 1.283 2.139
pulpa p9 x 1.283 2.139
Diseño Planta [ton/año]
Cap. inicial
Cap. máxima
BOBINADORA LINER
peso bobina [ton] 0,13
bobinas liner formadas (gramaje: 300 g/m2])
10.184 16.974
metros cuadrados por bobina 420
metros cuadrados totales formados
4.277.452 7.129.086
adhesivo G1 x 6,416 10,694
138
FORMACIÓN CARTÓN
ONDULADO
metros cuadrados totales formados de cartón ondulado
1.222.068 2.036.780
tapas (ambos liners) 2.444.136 4.073.560
onda 1.833.316 3.055.526
FORMACIÓN DE CAJAS
metros cuadrados requeridos por caja
1,83
cantidad de cajas potencialmente formadas [u] 669.626 1.116.044
rechazos de material por corte [u]
0,05 33.481 55.802
cajas formadas [u] 0,95 636.145 1.060.242
toneladas de recirculación de rechazos por corte
Fuente: Elaboración propia *Cifras redondeadas a la centécima
Tabla 59: Resumen balance de masa: cartón
Tipo Capacidad
inicial [ton] Capacidad
máxima [ton]
Alimentación OCC 1200 2000 Agua consumida 22.800 38.000
Producto elaborado
Metros cuadrados de cartón ondulado formados
1.222.068 2.036.780
Cantidad de cajas elaboradas 636.145 1.060.242
RISES: Residuos sólidos
Descarte sólidos (pulper) 29 88
TOTAL 84 252
RILES: Residuos líquidos
Riles (espuma + tinta) en flotación 1430 4290
TOTAL 12177 36531
Fuente: Elaboración propia
Residuos producidos
Descartes de pulper: se extraen los contaminantes voluminosos más importantes que queden
enredados en el ragger y junker.
Tinta en espuma: la tinta y adhesivos que se encuentran presentes en los cartones reciclados
son extraídos en el proceso de flotación. Esta espuma es enviada a un tanque de
almacenamiento de riles y posteriormente enviada a la planta de tratamiento.
139
10.8 Servicios e insumos consumidos
Adhesivo: necesario para pegar las fibras de liner con el ondulado.
Bórax: confiere gomosidad al adhesivo, proporciona estabilidad durante el almacenaje y
bombeo del pegamento. Debe haber un adecuado control de la cantidad de bórax aplicado
debido a que si es añadido en exceso produce pegamentos quebradizos.
Surfactantes: generan la adhesión de las partículas de tinta con la burbuja, las cuales flotan y se
retiran en la parte superior de la celda, saliendo entonces por esa corriente espuma con tinta y
adhesivo.
Tabla 60: Servicios e insumos consumidos: cartones
Producto Función
Agua Para formar la pulpa
NaOH
Permite saponificar los aceites vegetales que puedan haber
penetrado en el papel, hidrofilizar los grupos hidroxilo de la
celulosa y facilitar la separación de fibras, disolver
eventuales agentes hidrofobantes
Surfactante Adhesión tinta a burbujas
Adhesivo Pegar liner con ondulado
Combustible Para calentar vapor de caldera y equipos
Energía eléctrica Para consumo de equipos.
Fuente: Elaboración propia
11 Revalorización energética de aceites lubricantes
11.1 Aceites lubricantes
Los aceites lubricantes son fracciones de petróleo refinado usados para disminuir la fricción
entre superficies en movimiento, al ser colocados en dos piezas móviles mantiene sus
propiedades, no se degrada y evita el contacto entre ambas, permitiendo su movimiento a alta
velocidad e incluso a altas temperaturas y presión. En general, esta sustancia ayuda a reducir
la fricción entre dos superficies móviles, facilitando su movimiento y reduciendo su desgaste.72
El aceite lubricante tiene componentes minerales, vegetales o sintéticos y aditivos que les dan
sus propiedades y diferenciación entre cada producto. La base mineral se obtiene del petróleo
72 (ONCAE, 2016).
140
crudo, la sintética proviene de componentes orgánicos que dan las propiedades requeridas.
Molecularmente, estos aceites bases son hidrocarburos de cadena larga, relacionándose su
rendimiento con la saturación de sus átomos, mientras mayor sea la saturación, mejor será el
aceite base. El American Petroleum Institute (API) clasifica los aceites en 5 tipos según su
saturación, contenido de azufre y viscosidad 73
El aceite lubricante pierde su efectividad durante la operación debido a la presencia de
contaminantes. Estos contaminantes llegan a un punto crítico de saturación en el aceite
lubricante a los 3 meses de uso o 3000 [km] de recorrido en un automóvil. Dichos
contaminantes o sustancias ajenas a la composición normal del aceite lubricante, se han
dividido en impurezas y productos de deterioración. A continuación se detalla cada uno y se
presentan los efectos de los contaminantes en el aceite lubricante.
Las impurezas: se introducen en el aceite desde el aire o desde el motor en el cual el lubricante
actúa. Los principales contaminantes son: 74
• Partículas metálicas: estas pueden provenir del proceso de desgaste del motor.
• Partículas carbonosas: provienen de procesos de combustión incompleta.
• Óxidos metálicos: creados por la corrosión de metales con la ayuda de materiales
ácidos.
• Agua: proviene del depósito para enfriamiento y del proceso de combustión.
• Combustible o aditivos: podrían filtrarse dentro del aceite.
Productos de deterioración: Estos productos, distintos de las impurezas, se presentan en el
aceite lubricante como resultado de cambios físicos y químicos ocasionados por la exposición a
altas temperaturas y también por el tiempo de uso del mismo, algunos de estos productos son:
• Lodo: proviene de la mezcla de aceite y partículas de carbón, agua, polvo o suciedad.
• Laca: puede ser dura o de contextura gomosa, también se la llama barniz. Esta se
deposita en el motor y es el resultado de someter los lodos formados a altas
temperaturas.
• Productos solubles en aceite: son el resultado de la oxidación del aceite. Estos
productos no pueden ser expulsados y no se depositan en partes del motor.
• Productos insolubles en aceite: estos también son resultado de la oxidación del aceite,
pero sí pueden ser expulsados. Se depositan en partes del motor
Efectos contaminantes en el aceite lubricante: El factor más importante para determinar la vida
73 (Comisión Nacional del Medio Ambiente, 2010).
141
útil de un lubricante es la presencia de contaminantes que afecten la vida y eficiencia de los
dispositivos que son lubricados así como la vida del lubricante. Los efectos de algunos de los
contaminantes se presentan a continuación 75
• Agua: incluso en pequeñas cantidades promueve la formación de emulsiones, a partir
de polvos de hierro y acero. Además el agua contribuye a la deterioración de lubricantes
y aditivos demulsificantes.
• Partículas abrasivas: son constituidas por suciedad, polvo, arena y fragmentos
metálicos. El uso excesivo, rayado de superficies y la fatiga del metal, son las causas de
este tipo de contaminación.
• Lodo: este es la combinación de agua y suciedad. Produce depósitos en las partes bajas
del sistema del aceite. Si el lodo se calienta formará una sustancia gomosa, 21 llamada
laca. Este tipo de lodo causa que las válvulas se bloqueen e interfieran con la circulación
del aceite.
• Contaminantes líquidos: estos son combustibles que no han sido quemados, los cuales
diluyen al aceite bajando su viscosidad y capacidad calorífica.
Es posible reciclar el aceite a través de su tratamiento, es decir, aceites que ya no sean útiles
para su propósito original, dependiendo del tratamiento seleccionado serán las propiedades
que tendrá el producto final, el cual depende de la calidad y las propiedades del aceite que se
está reciclando. La idea de reciclar los aceites lubricantes es disminuir los compuestos pesados,
metales y otras impurezas para obtener un combustible útil para aplicaciones industriales,
principalmente su uso en hornos y calderas o para producir nuevos aceites lubricantes. 76
11.2 Diesel
El diésel, también denominado gasoil, gasóleo o ACPM, es un líquido de color blanco-verdoso y
de densidad superior 850 [kg/m3]. Está compuesto fundamentalmente por parafinas (C10-
C16) con punto de ebullición entre 200 [°C] y 350 [°C] a presión atmosférica.
11.3 Medios filtrantes: Las Zeolitas
Se han caracterizado aproximadamente 40 zeolitas que existen en la naturaleza, pero en la
búsqueda de nuevos catalizadores se han desarrollado más de 130 estructuras sintéticas por
completo.
El mercado mundial de las zeolitas y los sólidos microporosos relacionados se encuentra
todavía en un período de fuerte desarrollo. En la actualidad cerca de 1,6 millones de toneladas
75 Luis Auhing,(2003) capítulo 1. “Thermal Elimination of Waste Lubricating Oil in High Intensity
Industrial Combustion Chambers in Guayaquil” 76 (Comisión Nacional del Medio Ambiente, 2010).
142
se usan cada año, de los cuales alrededor de 1,3 millones de toneladas se refieren a las zeolitas
sintéticas y alrededor de 0,3 millones de toneladas a las zeolitas naturales, esta última se aplica
principalmente como adsorbente e intercambiador de iones.
El término zeolita fue utilizado inicialmente para designar a una familia de minerales naturales
que son aluminosilicatos hidratados altamente cristalinos que al deshidratarse desarrollan, en
el cristal ideal, una estructura porosa con diámetros de poro mínimos o sea de 3 a 10 Ángstrom
que presentan como propiedad particular, el intercambio de iones.
Es una roca compuesta de Aluminio, Silicio y Oxígeno. Se halla en una variedad de regiones del
mundo donde la actividad volcánica prehistórica ocurrió cerca del agua o donde el agua ha
estado presente por milenios desde las erupciones. Son muy pocos los yacimientos en que este
mineral se encuentra en estado puro. Chile tiene la suerte de tener este yacimiento en Parral,
donde sobre el 80% se encuentra en estado puro.
En esta figura, los átomos de silicio y de aluminio ocupan los vértices. Cada uno de ellos está
rodeado por oxígenos y dichos oxígenos se encuentran en medio de los segmentos. La
estructura se basa en un conjunto de cuboctaedros (constituidos cada uno por 24 tetraedros*).
La "gran cavidad" tiene un diámetro de 12.5 Å y se tiene acceso a la "cavidad sodalita" 77 de 6.6
Å de diámetro por las caras hexagonales*, a través de aberturas de 2.2 Å. Son esas mismas caras
hexagonales las que sirven para unir a los cuboctaedros, la pequeña cavidad de comunicación
es el prisma hexagonal. Esta estructura microscópica origina grandes cristales cúbicos,
fácilmente visibles en el microscopio electrónico de barrido.
Figura 51: Estructura de una zeolita faujasita
Fuente: Universidad nacional de Colombia, facultad de ciencias, departamento de química
77 Composición Sodalita: Na 8(Al 6Si 6O 24)Cl 2
143
11.4 Descripción del proceso
El proceso será diseñado para una capacidad inicial de planta la cual se estima será ampliada a
una capacidad máxima en cuanto se encuentren las condiciones de recolección. (según
proyección efectuada en el estudio de mercado previo denominado “Estudio de mercado y
bases técnicas para una planta integrada de reciclaje en la Región de Magallanes y la Antártica
Chilena utilizando el concepto de Producción Distribuida” Navarro Camila, 2018)
Tabla 61: Capacidad de diseño proceso revalorización cartones
Capacidad [ton/año]
Capacidad inicial de diseño de planta 1.200
Capacidad de diseño máxima 2.000
Fuente: elaboración propia en base a “Estudio de mercado y bases técnicas para una planta integrada de
reciclaje en la Región de Magallanes y la Antártica Chilena utilizando el concepto de Producción
Distribuida” Navarro Camila, 2018)
11.5 Descripción del proceso productivo
Considerando los porcentajes de recolección es que se determina que la capacidad de la planta
será de 1.000 [ton/año], es decir, poco más de un 40% de lo que se estima recolectar, con una
capacidad máxima de 2.000 [ton/año] con capacidades de ampliación de la planta
Deshidratación por destilación; El aceite usado (X1) se bombea desde el tanque de
almacenamiento a un recipiente de deshidratación (destilador) equipado con tubos de
intercambio de calor. La mayor parte del calor requerido para la deshidratación, es
suministrada por un rehervidor.
La corriente de salida superior (X2) contiene una mezcla de aceites livianos evaporados y vapor
de agua. El exceso de producto en la parte superior se subenfría en un condensador total y se
filtra del agua mediante un filtro coalescente 78 . El aceite liviano separado (X2, o) se transfiere
a un tanque de almacenamiento de aceite combustible y es separado de la corriente de agua
agua (X2, w) que es almacenada.
Se considera que el 21% de la corriente de alimentación de aceite lubricante es evaporada.
Extracción con solvente: El producto del fondo del proceso de deshidratación (O1) aceite
lubricante (deshidratado) a 250 [°C], se bombea al tratamiento con solvente (S1) en un
mezclador en línea. El lodo, que precipita (M1), se separa en un tanque de lodo o decantador.
78 Consisten en separadores de fase líquido-líquido y líquido-gas: El fluido atraviesa un lecho con porosidad graduada para efectuar la coalescencia de las partículas desde su tamaño microscópico inicial hasta formar gotas que se desprenden por gravedad.
144
La mezcla de solvente con aceite se encuentra en una relación de 4:1 (S1 = 4O1) Esta mezcla se
bombea a la torre de recuperación de disolvente. El solvente recuperado (S2) corresponde al
94,75% del solvente ingresado (S1). El lodo (o fondos de la torre) se procesa adicionalmente en
un evaporador de película delgada, donde se recupera aceite adicional, y el lodo reducido se
carga en contenedores para su venta o eliminación.
El vapor orgánico (pérdidas por evaporación) V1 producido corresponde a un 3,2% del extracto
total (O2 + S2)
Destilación al vacío: El aceite tratado con solvente (O2) se destila luego por encima de la cabeza
en una columna de destilación al vacío con un vacío moderadamente alto para minimizar el
agrietamiento. Sin embargo, para maximizar el rendimiento, la temperatura del fondo de la
columna se mantiene a 340 [°C]. El subproducto de la parte superior se condensa para usarse
como reflujo o se subenfría para transferirlo al tanque de almacenamiento de combustible y
aceite.
Se obtiene entonces Diesel Like Fuel (DLF) correspondiente al 85% de la corriente entrante,
refinado (R2), que corresponde al 2% de la corriente entrante, y un clogged (C1) u obstrucción
del 2%.
Stripping: La corriente de (DLF) es tratada en una torre de stripping con 95% de eficiencia, por
lo que un 95% es transformado en Diesel (DF). Un 4% de la corriente de alimentación, es
considerada refinado (R3) y se asume un 1% de material almacenado como clogged (C2) u
obstrucción.
Catalización en lecho mediante zeolita:
La utilización del lecho de zeolita en el reprocesado de aceite usado se debió a su composición
química y física, ya que este presenta un alto grado de absorción de componentes
contaminantes, y después de esto no permite su paso al medio ambiente.
El aceite filtrado es llevado a reactores a los que se les agrega aditivos químicos que capturan
el azufre y se elimina luego por decantación, obteniendo el combustible con características
similares al Fuel Oil 5 y 6.
145
11.6 PFD: Diagrama del Proceso
146
11.7 Balance de masa
El balance de masa fue realizado utilizando el principio de la conservación de materia: Materia salida = Materia entrante + Generación – Consumo - Acumulación Asumiendo estado estacionario, la ecuación se reduce a: Materia salida = Materia entrante Tabla 62: Ratios utilizados para el balance de masa
Corriente Factor (%)
alimentación de aceite usado
mezcla agua + aceite evaporado/alimentación 0.021
razón Solvente/aceite tratado (4:1) 4
solvente recuperado/solvente alimentado 0.9475
pérdidas por evaporación/(solvente recuperado + aceite extraído) 0.0032
aceite extraído/aceite libre de agua 0.945
eficiencia destilación DLF 0.85
refinado de destilación DLF 0.13
obstruido (clogged) en destilación DLF 0.02
eficiencia stripping 0.95
refinado de stripping 0.04
DBT presente en Diésel de stripper 0.3
Eficiencia de remoción de DBT mediante zeolita 0.8
Eficiencia de remoción de DBT mediante hidrotratamiento (sujeto a evaluación económica)
1
Fuente: “Design of a 4000 litre per day plant for the production of diesel fuel from used engine oil Obtenido en: https://www.academia.edu/12100125/design_of_a_4000l_day_diesel_plant_from_used_engine_oil
Balance materia deshidratación Según la tabla de ratios, se asume que el 2,1% de la corriente de entrada es evaporada como mezcla gaseosa de aceite y vapor de agua. Alimentación: 1 000 [kg aceite/año] Agua removida = [21 /1000] x 100 % = 2.1 % Balance de masa extracción por solvente
Solvente + Aceite evaporado (%) 0,0032 3,2 Dado que la relación Solvente:Aceite es de 4:1 se considera que se requiere abastecer la unidad de 4.000 kg de solvente. Solvente recuperado = 0.9475 (4000) = 3.8 [kg] Aceite extraído = 0.945 (979) = 925 [kg] Pérdidas por evaporación = 0.0032 (3790 + 925.155) = 15 [kg] Refinado = 4979 – [15.0885 + 925.155 + 3790] = 248 [kg] Destilación Asumir: 85 % eficiencia Cantidad destilada = 0.85 x 925.155 = 786 kg [Diesel like fuel pre-tratado] Refinado (por debajo) = 0.13 x 925.155 = 120 kg [refinado] Material obstruido = 0.02 x 925.155 = 18.5 kg [obstrucción] Fuel stripping Asumir: 95 % eficiencia Diesel producido = 0.95 x 786.3818 = 747.0627 kg Stripped oil = 0.04 x 786.3818 = 31.4553 kg
Tratamiento con zeolita Se asume:
• el diésel proveniente del stripper contiene 30 % Dibenzotiofeno DBT (contaminante sulfurado)
• La eficiencia de la zeolita corresponde a un 80% • todo el Dibenzotiofeno reacciona
Masa de DBT que reacciona = 0.3 x 747.0627 kg = 224 [kg]
148
Moles de DBT que reacciona = 224.1188/ 184.262 = 1.22 [mol] Por lo tanto, se assume que el Dibenzotiofeno es extraído y capturado por el medio filtrante de Zeolita. De esta forma se pueden obtener la cantidad de Diesel Like Fuel producido. Diesel proveniente del stripper = 747 [kg] Dibenzotiofeno extraído = 224 [kg]*0.8 = 179 Diesel Like Fuel producido = 522 [kg] Tabla 63: Balance de masa considerando tratamiento con Zeolita
BALANCE DE MASA CONSIDERANDO TRATAMIENTO CON ZEOLITA
Conversión = 57%
Corriente Nomenclatura Entra Sale Capacidad
inicial Capacidad
máxima
DESHIDRATACIÓN
alimantación aceite usado x1 x 1000 2000
mezcla aceite + agua evaporada
w x 21 42
aceite o1 x 979 1958
EXTRACCIÓN POR SOLVENTE
aceite o1 x 979 1958
solvente añadido s1 x 4000 8000
solvente recuperado s2 x 3790 7580
pérdidas por evaporación v x 15,088496 30,176992
aceite o2 x 925,155 1850,31
refinado 1 r1 x 263,845 527,69
DESTILACIÓN
aceite o2 x 925,155 1850,31
DLF DLF x 786,38175 1572,7635
obstrucción (clogged) c1 x
(acumulado) 18,5031 37,0062
refinado 2 r2 x 120,27015 240,5403
STRIPPING
DLF DLF x 786,38175 1572,7635
DF DF x 747,0626625 1494,125325
obstrucción (clogged) c2 x
(acumulado) 31,45527 62,91054
refinado 3 r3 x 7,8638175 15,727635
TRATAMIENTO CON ZEOLITA
DLF DLF x 747,0626625 1494,125325
Dibenzotiofeno extraído x 179,295039 358,590078
DLF libre de DBT x 567,7676235 1135,535247
Fuente: Elaboración Propia
149
Alternativa: Hidrotratamiento (no usada por ser de mayor costo económico)
o Moles de hidrógeno usados = 2.4336 moles o Masa de hidrógeno usada = 2(1.008) x 2.4336 = 4.9061 kg o Masa de H2S eliminada = 1.2163 x 34.082 = 41.4539 kg o Masa de diésel producida = 747.0627 + 4.9061 – 41.4539 = 710.5149 kg
Tabla 64: Balance de masa considerando hidrotratamiento
BALANCE DE MASA CONSIDERANDO HIDROTRATAMIENTO
Conversión = 52%
Corriente Nomenclatura Entra Sale Capacidad
inicial [m3/año]
Capacidad máxima
[m3/año]
DESHIDRATACIÓN
alimantación aceite usado x1 x 1000,00 2000,00
mezcla aceite + agua evaporada w x 21,00 42,00
aceite o1 x 979,00 1958,00
EXTRACCIÓN POR SOLVENTE
aceite o1 x 979,00 1958,00
solvente añadido s1 x 4000,00 8000,00
solvente recuperado s2 x 3790,00 7580,00
pérdidas por evaporación v x 15,09 30,18
aceite o2 x 925,16 1850,31
refinado 1 r1 x 263,85 527,69
DESTILACIÓN
aceite o2 x 925,16 1850,31
DLF DLF x 786,38 1572,76
obstrucción (clogged) c1 x
(acumulado)
18,50 37,01
refinado 2 r2 x 120,27 240,54
STRIPPING
DLF DLF x 786,38 1572,76
DF DF x 747,06 1494,13
obstrucción (clogged) c2 x
(acumulado)
31,46 62,91
refinado 3 r3 x 7,86 15,73
HIDROTRATAMIENTO DF DF x 747,06 1494,13
150
hidrógeno h x 4,90 9,81
súlfuro de hidrógeno h2s x 41,45 82,91
DF DF x 710,51 1421,03
Detalle Reacción C12H8S + 2H2 > C12H10 + H2S
Compuesto Fórmula molecular
Peso molecul
ar [kg/mol]
Moles kg
capacidad inicial
dibenzotiofeno C12H8S 184,26 1,22 224,12
hidrógeno H2 2,016 2,43 4,90
bifenilo C12H10 154,21 1,22 187,57
sulfuro de hidrógeno H2S 34,082 1,22 41,45
Corriente Origen Destino Capacidad
inicial Capacidad
máxima
DF x 747,06 1494,13
sulfuro de hidrógeno x 224,12 448,24
DF x 522,94 1045,89
EVAPORACIÓN DE PELÍCULA FINA
refinado 1 r1 x 263,85 527,69
refinado 2 r2 x 120,27 240,54
refinado 3 r3 x 7,86 15,73
aceite re refinado o3 x 348,43 696,85
solvente reciclado recircula
do 3790,00 7580,00
residuos asfálticos x 43,55 87,11
Fuente: Elaboración Propia Como se puede apreciar en ambas tablas presentadas, la Zeolita al presentar menor eficiencia de remoción del contaminante Dibenzotiofeno genera finalmente un mayor volumen de combustible Diesel, esto debido a que no remueve la totalidad del contaminante como lo hace el Hidrotatamiento. Para efectos del estudio, por un tema económico, se opta por la realización del proceso utilizando como medio filtrante la Zeolita, a pesar de no obtener un Diesel de la mayor pureza, debido a que este será utilizado principalmente en maquinarias.
Zeolita Hidrotratamiento
Remoción Dibenzotiofeno (30% DF) 80% 100%
Diesel final producido respecto al total de aceite lubricante ingresado
57% 52%
151
11.8 Servicios consumidos
Principales insumos utilizados en el proceso de valorización energética de aceites lubricantes
considerando eliminación de material contaminante utilizando método filtrante y no
hidrógeno para la realización de hidrotratamiento corresponde al mineral de Zeolita, que para
efectos del estudio será escogida la zeolita de tipo ZSM-5, por sus aplicaciones industriales
Producto Función
Filtro de zeolita
Para eliminar cenizas presentes en el aceite y pequeñas partículas
Eliminar azufre en exceso
Remoción de olores
La cantidad de zeolita que será requerida para el correcto funcionamiento corresponde a .. Se evalúa la posibilidad de contar con una limpieza del filtro de zeolita para evitar incurrir en mayores gastos. Las alternativas de limpieza del filtro de zeolita corresponden a limpieza mecánica donde lo que se realiza eventualmente es introducir
Zeolita ZSM-5 La zeolita seleccionada corresponde a la de tipo ZSM-5 que es empleada en procesos de
separación de gases y líquidos, y como catalizador en numerosas reacciones que requieren
acidez, como en la industria de la petroquímica. Siendo utilizada principalmente en
desparafinado, hidrocraqueo, producción de estireno y etilbenceno, isomerización del xileno,
metanol a gasolina, alquilación del benceno, adsorción, aromatización catalítica, desproporción
de tolueno, entre otros.
La estructura ZSM-5 fue bautizada como MFI al ser reconocida por la asociación internacional
de zeolitas. La red tridimensional de tetraedros (TO4) es construida al unir figuras de la unidad
pentasil. La estructura MFI se clasifica dentro de las zeolitas de poro mediano, ya que todos los
canales existentes están delimitados por anillos de diez tetraedros.
12 Aspectos medioambientales
De acuerdo con las características de este proyecto, de acuerdo con la Ley 19.300, artículo 10:
Los proyectos o actividades que puedan causar un impacto ambiental, en cualquiera de sus
fases, que deben presentarse al sistema de evaluación de impacto ambiental (SEIA), son los
siguientes :
k) Instalaciones de fábricas, historias como metalúrgicas, productos químicos, textiles,
productos de materiales de construcción, equipos y productos metálicos y curtiembres,
152
medidas industriales;
De acuerdo con la clasificación del Proyecto, este se presenta al SEIA que presenta una
Declaración de Impacto Ambiental (DIA), a menos que dicho proyecto genere o presente
cualquiera de los siguientes efectos, características o circunstancias contempladas en el
artículo 11 de la Ley 19,300, en cuyo caso debe: presentar un estudio de impacto ambiental
(EIA):
• Riesgo para la salud de la población, debido a la cantidad y calidad de los efluentes, emisiones
y residuos.
• Efectos adversos significativos en la cantidad y calidad de los recursos naturales renovables,
incluidos el suelo, el agua y el aire.
• Reasentamiento de comunidades humanas, o alteración significativa de los sistemas de vida
y costumbres de los grupos humanos.
• Ubicación en o cerca de poblaciones, recursos y áreas protegidas, sitios prioritarios para la
conservación, humedales protegidos, glaciares, susceptibles de verse afectados, así como el
valor ambiental del territorio en el que se pretende ubicar.
• Alteración significativa, en términos de magnitud o duración, del paisaje o valor turístico de
un área.
• Alteración de monumentos, sitios con valor antropológico, arqueológico, histórico y, en
general, los pertenecientes al patrimonio cultural.
153
Capítulo: Estudio Económico
13 Moneda utilizada para la evaluación
La moneda utilizada para el estudio económico corresponde al peso chileno (CLP), ya que el
proyecto no tiene un impacto a nivel internacional, por el momento solo se cubrirá el mercado
nacional.
Algunas cotizaciones y proyecciones de precios fueron realizadas tomando como referencia el
dólar americano (USD), para lo cual se utilizó la siguiente conversión según fecha consultada:
USD CLP
Conversión de moneda consultada al 20-06-2019 1 693,99
La anterior, es una cotización del Dólar Observado (Pesos por 1US$) de acuerdo con lo
establecido en el Nª 6 del Capítulo I, del Título I, del Compendio de Normas de Cambios
Internacionales (CNCI), las cuales están en función de las transacciones efectuadas por las
empresas bancarias en el día hábil bancario anterior.
14 Background Financiero
14.1 Impuestos
Impuesto sobre la renta: De acuerdo con el Artículo 20 del Decreto Supremo 824, se define
que el Impuesto de Primera Categoría grava los ingresos del capital, entre otros, por comercio,
industria, minería, servicios, etc. La base o monto impositivo sobre el cual se aplica el impuesto
es conocido como ingreso líquido imponible y siempre debe ser positivo para que la empresa
pague su Impuesto de Primera Categoría. Este ingreso neto imponible puede estar compuesto
por los ingresos recibidos y/o acumulados.
Los impuestos aplicados en Chile tienen una tasa impositiva del 27% para el año comercial
2018 y posteriores 79, por lo que este valor se aplicará en este proyecto.
Año Tributario Año Comercial Tasa Circular SII
2002 2001 15% N° 44, 24.09.1993
2003 2002 16% N° 95, 20.12.2001
2004 2003 16,5% N° 95, 20.12.2001
2005 al 2011 2004 al 2010 17% N° 95, 20.12.2001
2012 al 2014 2011 al 2013 20% N° 63 30.09.2010
79 Extraído de Servicio de Impuestos Internos (SII, 2015): http://www.sii.cl/aprenda_sobre_impuestos/impuestos/imp_directos.htm
20 Lista de equipos requeridos El detalle de los equipos requeridos, consumos, características y fuentes viene dado en el Excel adjunto. Tabla 71: Lista de equipos requeridos
Corresponde al año donde recupera la inversión inicial. Se utiliza como indicador de
rentabilidad para comprender si el horizonte de evaluación es adecuado. Dentro del criterio se
espera que el Payback se dé en un período inferior al horizonte de evaluación.
22 Parámetros requeridos para el cálculo del Flujo de Caja A continuación se detallan los elementos que fueron desarrollados para el cálculo del flujo de caja tanto con financiamiento de un 60%, como con patrimonio propio (equity).
22.1 Costos Directos e Indirectos
Se utilizó el estimador de parámetros de inversión de Peters and Timmerhaus sin incluir el parámetro de Terreno, debido a que se considera el aprovechamiento de un espacio ya existente y la propuesta alianza con Enap.
Tabla 72: Costos directos e indirectos
COSTOS DIRECTOS
Ítem Inversión Rango %
Timmerhaus Porcentaje
Equipo $ 1.689.742.082 15-40 0,25
Edificación $ 1.013.845.249 3-18 0,15
Alcantarillado $675.896.833 2-10 0,1
Instalaciones eléctricas $337.948.416 2-10 0,05
Piping $675.896.833 3-20 0,1
Instalación de los equipos $405.538.100 6-14 0,06
Instrumentación y control $202.769.050 2-8 0,03
COSTOS DIRECTOS TOTALES $5.001.636.562 0,74
COSTOS INDIRECTOS TOTALES
Ítem Inversión Rango %
Timmerhaus Porcentaje
Ingeniería y supervisión $540.717.466 4 - 21 0,08
Gastos de construcción $337.948.416 4 - 16 0,05
Honorarios del contratista $270.358.733 2 - 6 0,04
Contingencia $608.307.149 5 - 15 0,09
COSTOS INDIRECTOS TOTALES $1.757.331.765 0,26
INVERSIÓN TOTAL DE CAPITAL FIJO $6.758.968.327 100 1
CAPITAL DE TRABAJO $1.013.845.249 0,15*(Capital Fijo)
164
INVERSIÓN TOTAL $7.772.813.576
INSUMOS DE OFICINA
Office supplies and others $3.000.000
VEHÍCULOS
Costo Unitario
[CLP] Cantidad Costo Total [CLP]
Montacargas $
3.469.950 3 $ 10.409.850
165
Depreciación
La depreciación de los activos fijos viene dada por la información disponible en SII. Tabla 73: Depreciación de los activos fijos
Depreciación
Costos Fijos Vida útil Acelerada Valor Total Valor Residual
23 Análisis de Sensibilidad Los parámetros críticos se analizan en esta sección, porque tienen una gran influencia en los
resultados obtenidos en los indicadores de rentabilidad. Para este caso, el precio de compra de
materias primas y de proyección de precio de venta se analizan.
23.1 Sensibilidad en Flujo de Caja con Financiamiento
Se analiza la variación de los parámetros en el caso escogido para la elaboración del proyecto
que corresponde al caso con financiamiento de un 60%.
Tabla 79: Análisis sensibilidad materias primas
Variación Costo de Materias Primas (General)
Precio % variation VAN TIR
$ 1.925.275.000,00 0,1 $ 10.207.654.987 44,08%
$ 1.837.762.500,00 0,05 $ 10.219.765.987 44,54%
$ 1.750.250.000,00 0 $ 10.230.808.770 45,00%
$ 1.662.737.500,00 -0,05 $ 10.301.987.654 45,61%
$ 1.575.225.000,00 -0,1 $ 10.387.654.987 45,78% Fuente: Elaboración Propia
Se analiza además cómo varían los indicadores económicos al haber una variación en el precio
de venta de cada producto, estos son analizados por separado manteniendo constante los
demás precios. Se puede apreciar cómo el precio de venta del acero seguido de los cartones son
los que pueden generar cambios más significativos en el resultado operacional.
Tabla 80: Análisis sensibilidad precio de venta
Variación Proyección Precio de Venta
Precio % variación VAN TIR
Plástico
$ 383.075,00 0,1 $ 10.342.667.898 45,55%
$ 365.662,50 0,05 $ 10.241.565.432 45,07%
$ 348.250,00 0 $ 10.230.808.770 45,00%
$ 330.837,50 -0,05 $ 10.201.987.654 44,01%
$ 313.425,00 -0,1 $ 10.987.567.543 43,90%
Vidrio
$ 348.250,10 0,1 $ 10.256.667.896 45,09%
$ 332.420,55 0,05 $ 10.231.565.542 45,01%
$ 316.591,00 0 $ 10.230.808.770 45,00%
$ 300.761,45 -0,05 $ 10.221.985.454 44,95%
$ 284.931,90 -0,1 $ 10.220.567.543 44,96%
172
Acero
$ 492.374,30 0,1 $ 10.882.909.092 48,02
$ 469.993,65 0,05 $ 10.787.652.123 46,91
$ 447.613,00 0 $ 10.230.808.770 45,00%
$ 425.232,35 -0,05 $ 10.200.787.659 43,07
$ 402.851,70 -0,1 $ 10.108.765.948 41,34
Cartones
$ 551.988,80 0,1 $10.398.573.635 46,89%
$ 526.898,40 0,05 $10.304.050.591 45,09%
$ 501.808,00 0 $10.230.808.770 45,00%
$ 476.717,60 -0,05 $10.207.689.734 44,03%
$ 451.627,20 -0,1 $10.199.875.473 43,12% Fuente: Elaboración Propia
24 Análisis de Resultados Los resultados obtenidos de la evaluación económica son los siguientes: Cambiar valores Sin financiamiento - El proyecto es rentable sin financiamiento, la inversión se recupera en el año 12 de la vida útil
del proyecto y la tasa interna de rendimiento (14%) es casi igual a la tasa de descuento (10%),
lo que significa que el proyecto está muy cerca de no ser rentable.
El valor presente del ejercicio asciende a $ 2.887.971.749. Esto se debe principalmente a que la
inversión inicial es grande en comparación con los costos operativos y no operativos del
proyecto, por lo cual sin haber financiamiento la recuperación es considerablemente más lenta
que con financiamiento.
Con financiamiento
- El proyecto con financiamiento también es rentable, la recuperación es de cuatro años, por lo
que la inversión es recuperada 16 años antes del final del proyecto, la tasa interna de
rendimiento es del 45%.
173
Conclusiones
-Se determinó que existe un nicho de mercado en donde instalar los productos
fabricados en la planta propuesta, debido a las necesidades de la región, su aislamiento
y a las actuales condiciones legales y normativas que favorecen la recolección de
residuos. Además, en cuanto al análisis técnico, se hace posible la instalación de cinco
líneas de producción dentro de la misma planta, intercalando su producción e
integrando los requerimientos de cada uno, con el fin de optimizar los procesos y los
recursos necesarios para cada línea.
- Los costos de energía eléctrica son los costos variables más altos que representan el
87% del total operativo. Se estima que la planta tiene una capacidad instalada de 1,164
[MW], por lo cual puede adscribirse a ser cliente libre, motivo por el cuál puede gozar
de un mejor precio, que actualmente es de 44 [CLP/KWh]. El elevado consumo de
energía eléctrica se debe principalmente al procesamiento del acero, que en su
capacidad mínima trabaja a 5000 [ton/año].
-El proyecto es rentable con y sin financiamiento, se sugiere escoger la alternativa
financiada debido a que genera un payback 12 años menor que con el caso de realizarse
con capital propio.
- Se analiza además cómo varían los indicadores económicos al haber una variación en
el precio de venta de cada producto, estos son analizados por separado manteniendo
constante los demás precios. Se puede apreciar cómo el precio de venta del acero
seguido de los cartones son los que pueden generar cambios más significativos en el
resultado operacional, generando una variación positiva en los indicadores
económicos.
- La diferencia entre la capacidad de operación y la capacidad máxima se deben
principalmente a las proyecciones de reciclaje, esperando que éstas aumenten con el
pasar de los años, logrando llegar a utilizar la capacidad máxima de la planta.
-El elemento tratado que retorna una mayor rentabilidad es el cartón, el vidrio y el
acero, motivo por el cual se sugiere que se analice la factibilidad de incrementar la
capacidad de recolección de estos materiales. De no ser posible mediante el
intermediario de recolección, se podría evaluar la implementación propia de
contenedores en el cuarto período, cuando el payback se ve reflejado.
174
-El factor clave para explicar la rentabilidad del proceso corresponde al bajo costo de la
adquisición de materias primas. Podría ser un proyecto aún más rentable si las
capacidades de recolección aumentasen, motivo por el cual se sugiere que se
desarrollen políticas de educación ambiental en la región de Magallanes.
-Se recomienda realizar también un estudio de instalación de planta de reciclaje de
residuos líquidos, debido a que el costo de disposición de éstos es de aproximadamente
3UF por [m3] de Ril emanado, además de 15 UF por camión arrendado, los cuáles en la
región de Magallanes son de 20 [m3]. Por lo tanto, se sugiere además estudiar la compra
de camiones aljibes para poder realizar todo el servicio en la planta.
- Se recomienda a las asociaciones, empresas y entidades gubernamentales establecer
sistemas de información actualizados, además de realizar estudios de forma periódica,
con el fin de tener a disponibilidad información actualizada sobre los procesos
económicos y productivos del país.
ANEXOS Matriz Energética Magallanes La Región de Magallanes y Antártica Chilena, en la última década, ha mantenido su condición
de productora de petróleo y gas natural, siendo este último recurso el principal energético
demandado, tanto para energía térmica como eléctrica, en las ciudades con mayor población
como Punta Arenas, Puerto Natales y Porvenir, pero también en localidades más pequeñas
donde este recurso se encuentra disponible. Sin embargo, para la matriz eléctrica en zonas
aisladas, el diésel se utiliza como principal recurso energético secundario, y la energía térmica
se sustenta principalmente en la leña y el gas licuado (propano). Entre los años 2004 y 2013, el
principal cambio en la matriz regional, lo constituyen las modificaciones en los niveles de
producción regional de gas natural y la importación del mismo, puesto que el año 2007
producto del descenso del gas importado desde Argentina, se vio la necesidad de intensificar
las actividades de exploración, involucrando a empresas privadas además de la Empresa
Nacional del Petróleo (ENAP) a través de Contratos Especiales de Operación (CEOP), y que
finalmente ha permitido la producción de hidrocarburos por varios actores. Con relación a la
producción de otros energéticos, la Región cuenta con las principales reservas de carbón de
Chile, pero toda la producción es exportada fuera de la región para satisfacer demandas
nacionales e internacionales, por lo cual no interviene en la matriz regional.
La leña constituye un energético importante para satisfacer la demanda térmica para
calefacción en localidades aisladas, principalmente en Puerto Toro, Puerto Williams, Timaukel,
Puerto Edén, Torres del Payne y en las zonas rurales de la Región. El recurso eólico, es aportado
175
por el Parque Cabo Negro, de 2,5 MW, pero sólo se utiliza para satisfacer parte de la energía
eléctrica requerida por la empresa METHANEX, y no interviene en la demanda de la población.
Existen, pequeñas iniciativas rurales, que en su conjunto suman 0,0641 MW instalados de
potencia eólica. Otros recursos energéticos secundarios que intervienen en la matriz regional,
es el gas licuado de petróleo (GLP) como -propano-, que se emplea preferentemente para
satisfacer requerimientos de calefacción y producción de agua caliente sanitaria en zonas
donde no hay acceso a gas natural. En los últimos 5 años ha aumentado su consumo, debido a
la demanda en actividades como la acuicultura, para el transporte de embarcaciones entre y
hacia los centros de cultivo, para incineración o tratamiento térmico de residuos en los periodos
de cosecha y en plantas de producción de ovas y alevines. Este recurso también es empleado
para suplir la demanda térmica en otras actividades relevantes para la región como el turismo
y la ganadería (estancias).
Las demandas energéticas en el trasporte terrestre se satisfacen con el uso de gasolinas de
motor y diésel (tipo B1), recursos energéticos secundarios que no son producidos en la Región
debido a que la refinería de ENAP, ubicada en San Gregorio, no cumple con las especificaciones
ambientales para producir diésel, por esta razón la gasolina y diésel son importados de las
refinerías de Aconcagua y Bio Bío. Caso contrario ocurre con el diésel marino, y el kerosén de
aviación, cuya producción regional se consume en la Región, y también existe un porcentaje que
se exporta. Debido a la inquietud que provoca, en la comunidad, depender de una matriz
energética principalmente basada en gas natural, sumado a la disminución sistemática de las
reservas probadas de este recurso, llegando en la actualidad a un punto en que la producción y
el consumo están en el mismo orden de magnitud, la Empresa Nacional del Petróleo (ENAP)
afrontó esta problemática con el desarrollo de un programa más intensivo de exploración para
los próximos 5 años, donde se espera asegurar reservas para los próximos 20 años, no obstante,
la incertidumbre propia de este tipo de procesos, se mantiene, haciendo necesario visualizar
alternativas para el desarrollo de una matriz energética diversificada. 83
La Cuenca de Magallanes, zona geológica compartida por los países de Argentina y Chile, ha
producido en el sector chileno más de 500 millones de barriles de petróleo y más de 10 TCF de
gas natural, desde los inicios de la explotación en la región. Hasta la fecha, es la única región de
Chile en la que la explotación de hidrocarburos ha sido comercialmente viable. Hasta la década
pasada todos los esfuerzos exploratorios y de explotación de recursos se realizaron en los
yacimientos convencionales, los que actualmente se encuentran bastante explotados. Sin
embargo, la Cuenca de Magallanes tiene un importante potencial de recursos de hidrocarburos
no convencionales, que se ha ido confirmando en el último tiempo. Durante la presente década,
ENAP inició el estudio de los recursos no convencionales de la Cuenca de Magallanes. Estos
esfuerzos se concentran en yacimientos del tipo “tight gas” en la zona glauconítica (ZG),
83 “Elaboración de propuesta de matriz energética para Magallanes al 2050”, desarrollado por el centro
de estudio de los recursos Energéticos de la universidad de Magallanes (cere – umag). Punta arenas,
Mayo 1025
176
obteniéndose a la fecha una producción del 20% de gas, respecto del total que produce ENAP
en Magallanes. 84
Consumo de Energía Eléctrica: Empresa Eléctrica de Magallanes (EDELMAG S.A) La lejanía geográfica de la zona de Magallanes con el resto del país ha condicionado la
configuración de su actual Sistema Eléctrico. Entre las características que posee, se cuenta su
condición de sistema aislado con respecto al resto de los sistemas eléctricos nacionales.
Asimismo, su amplia extensión e irregularidad geográfica dificultan la conexión entre sus
principales centros poblados, lo cual se ha traducido en que cada localidad deba disponer de
sistemas eléctricos aislados entre sí.
Conforme a lo anterior, el Sistema Eléctrico de Magallanes, agrupa los siguientes cuatro
subsistemas:
• Sistema Punta Arenas
• Sistema Puerto Natales
• Sistema Porvenir
• Sistema Puerto Williams
Dada esta condición de aislamiento y por su tamaño, la Empresa Eléctrica de Magallanes S.A
(propiedad del grupo CGE). es una empresa integrada verticalmente desarrollando los tres
segmentos del negocio eléctrico: generación, transmisión y distribución. 85
Como se puede apreciar en la figura, un 0,45% de la capacidad total instalada en Chile
corresponde a Magallanes, con un total de 107 [MW].
84 “Elaboración de propuesta de matriz energética para Magallanes al 2050”, desarrollado por el centro
de estudio de los recursos Energéticos de la universidad de Magallanes (cere – umag). Punta arenas,
Tipo de energía según capacidad instalada Servicio Eléctrico Magallanes Fuente: www.energiabarierta.cl
Con respecto al tipo de consumo energético que tienen las instalaciones destacan
principalmente el gas natural y el diésel, siendo la mayor parte de la capacidad instalada en
base a gas natural. Tabla 81: Potencia Instalada por comuna
Comuna Consumo
Energético N° de
Generadores Potencia
Instalada [MW]
Total Potencia instalada por comuna [MW]
Punta Arenas Gas Natural 6 75,85
96,17 Diésel 7 20,32
Cabo de Hornos Gas Natural - -
2,85 Diésel 7 2,85
Porvenir Gas Natural 5 5,38
8,58 Diésel 3 3,2
Puerto Natales Gas Natural 6 6,79
10,1 Diésel 4 3,31
Total Potencia Instalada 38 117,70 Fuente:EDELMAG S.A (2014)
Con respecto a las tarifas, para este año 2019, para clientes regulados la tarifa de energía
eléctrica en Magallanes corresponde a 44,186 [CLP/kWh] como indica la siguiente tabla de
precios base de nudo que rigen desde el 1° de noviembre de 2017 en los Sistemas Punta Arenas.
Tabla 82: Características de precios de base de nudo de Sistema Eléctrico de Magallanes
Barra de Retiro Tensión [kV]
Precio base de la
potencia de punta
[CLP/kW/mes]
Precio base de la
energía [CLP/kWh]
Punta Arenas 13,2 10.013,05 44,186
Fuente: Tarifa de Nudo de Sistema Eléctrico de Magallanes 2017
Obtenido de: http://www.edelmag.cl/wp-content/uploads/2016/04/publicaci%C3%B3n-precios-
nudos-1-de-nov-2017.pdf
La proyección de los precios de la energía eléctrica será efectuada en base al comportamiento
del precio del gas natural (fuente principal de generación eléctrica en Magallanes), como quedó
demostrado y, siguiendo la referencia de los valores actuales que se han licitado para grandes
empresas en Chile, los denominados clientes libres 86, Los clientes libres son aquellos que por
estrategia comercial tienen la posibilidad de optar a un régimen de tarifa debido a que se
86 Los clientes libres pueden convenir precios y condiciones diferentes a los establecidos en el artículo 90 de la Ley General de Servicios Eléctricos en materia de energía eléctrica, que son los suministros y servicios sujetos a fijación de precios. Esto es debido al cambio en la ley 20.805.
encuentran consumiendo entre 500-5.000 [kW] y corresponden al 2% de los clientes.
En la siguiente tabla se encuentra proyectado el precio esperado por megawatthora [CLP/kWh]
de energía eléctrica considerándose cliente libre. Como se puede apreciar, desde el año 2015 se
presencia una disminución considerable en el precio de la energía eléctrica, debido a que ese
año se licitó por primera vez a clientes libres. Se proyecta el aumento progresivo del valor de la
energía eléctrica en Magallanes, debido a que es un sistema de energía que no depende del
Sistema Eléctrico Nacional (SEN) si no que es un Sistema operado por el GRUPO CGE. Como se
mencionó anteriormente, se proyecta el precio de la energía acorde a la proyección del
comportamiento del gas natural.
Figura 56: Proyección del precio de la energía eléctrica en Magallanes Fuente:https://www.cne.cl/wp-content/uploads/2017/07/Informe-Final-SSMM-Magallanes.pdf
Diesel
Graficando los datos de la Proyección efectuada por el Annual Energy Outlook 2019 del U.S.
Energy Information Administration y proyectando linealmente desde 2019, se obtiene una
gráfica como la siguiente:
30,00
40,00
50,00
60,00
70,00
80,00
90,00
100,00
[CLP
/kW
h]
Año
Proyección del precio de la Energía Eléctrica en Magallanes [CLP/kWh]
