UNIVERSIDAD EARTH
FACTIBILIDAD DE USO DE FIBRA DE RAQUIS DE PALMA ACEITERA PARA ELABORAR PAPEL
Por
ANDRÉS JOSÉ GONZÁLEZ AMORES
Trabajo de graduación presentado como requisito parcial para optar al título de INGENIERO AGRÓNOMO Con el grado de LICENCIATURA
Guácimo, Costa Rica Diciembre, 2005
Trabajo de graduación presentado como requisito parcial para optar al título de Ingeniero Agrónomo con el grado de Licenciatura
Profesor Asesor
Hugo Villela, MBA
Profesor Asesor
Pedro Bidegaray, Ph.D
Decano
Marlon Brevé, Ph.D
Candidato
Andrés José González Amores
Diciembre, 2005
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DEDICATORIA A mi padre, Andrés Raúl González Marín, por ser hasta el día de hoy mi mejor amigo e inculcarme el valor del trabajo y procurar que sea una persona de bien. A mi madre, Mara Mara Natalia Amores Rueda, por enseñarme a luchar por mis ideales ideales y darme el apoyo para lograrlo. A mis hermanas, Mara y Jessica, por todo el apoyo brindado en estos cuatro años. A mi esposa, María Claudina Padilla, por dejar de ser mi sueño preferido y convertirse en mi mejor realidad. Por ser parte fundamental en mi vida, y por que juntos formamos una familia llena de amor y comprensión. A mi hija, Valeria González Padilla, por enseñarme tanto de la vida en tan poco tiempo. Por recordarme que tengo que ser cada vez mejor persona, con mejores sentimientos y de mayor entrega en lo que hago día con día. A mis Tíos, Arturo y Araceli, quienes financiaron con tanto cariño mis estudios en EARTH. En memoria de mi hermano Antonio y Abuelo José.
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AGRADECIMIENTO Quiero agradecer a todos los miembros de la facultad de la universidad por su dedicación y profesionalismo. Por trabajar con gusto en una de las más lindas profesiones que existe, extender sus experiencias hacia los estudiantes. estudiantes. Quienes reciben la mayor de las herencias, el conocimiento. A mis compañeros de clase y de otros años por el apoyo moral y académico durante los cuatro años que residí en EARTH. Quiero externar mis agradecimientos a mis asesores Hugo Villela y Pedro Bidegaray, por su valiosa participación en el proyecto y el apoyo que me brindaron. También por alentarme a seguir adelante con mis proyectos con optimismo y paso firme. A Mayrita, funcionaria de la soda la “Jama”, por su amistad, apoyo y por ser como una
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RESUMEN La generación de desechos en los sistemas agroindustriales es causada por una entropía de las líneas de producción. Ciertamente el aumento en la población mundial, la problemática de la seguridad alimentaría y el incremento en la demanda de insumos agrícolas para la industria, ha generado que la producción en serie de cultivos y sus derivados, contribuyan al deterioro ambiental del planeta. La falta de sistemas de producción de “cero emisiones”, centra los procesos productivos en componentes aislados de la materia prima de producción, dejando a un lado la fracción no industrial, mejor conocida como desechos. La denominación de desecho, la adoptan los residuos con un uso potencial, y que puede ser captada por tecnología capas de reciclarlo, de lo contrario a estos materiales se les llama comúnmente basura. Y su destino final son los rellenos sanitarios. El presente trabajo tiene por objetivo reducir la acumulación de desechos que resultan del procesamiento de la palma aceitera. Específicamente el autor del proyecto quiere determinar si la fibra del raquis de la palma aceitera (Elaeis guineesis), es apta para realizar papel mediante el proceso de producción en “frío”. Con el afán de gestionar un sistema de sobreciclaje de la fibra para mitigar el efecto de este material en el ambiente, y desarrollar una fuente de ingreso para las cooperativas y refinadoras de aceite. Se analizó la fibra por medio de microscopios para determinar sus dimensiones, y calcular los índices de calidad; estos son: Coeficiente de Rigidez, Coeficiente de Flexibilidad, Coeficiente de Peteri y Factor de Runkel. Los valores obtenidos en los índices de calidad, se compararon índices de fibras, de especies maderables y vegetales, que usualmente se utilizan en la industria papelera. Se determinó que la pared celular de la fibra es muy gruesa en relación al diámetro de lumen, por lo cual existe muy poca unión fibra con fibra en el proceso de desfibrado. La dificultad de la fibrilación, esta dada por la falta de superficie expuesta del lumen en el proceso de desintegración. Con ello, también existe poca cantidad de hemicelulosa expuesta (carbohidratos de cadena corta, que se encuentran en la pared primaria), que se puedan entre cruzar entre sí y formar esa lámina de fibras que ix
llamamos “papel”. Esta condición hace que la pulpa obtenida del raquis de la palma aceitera sea clasificada como “mala”, según el Factor de Runkel. Palabras claves: Papel, fibra, raquis de palma, índices de calidad, Coeficiente de Rigidez, Coeficiente de Flexibilidad, Coeficiente de Peteri, Factor de Runkel. González Amores, AJ. 2005. Factibilidad de uso de la fibra de palma aceitera para hacer papel. Proyecto de Graduación Lic. Ing. Agr. Guácimo, CR, Universidad EARTH. 42 p.
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ABSTRACT The generation of residues in agro-industrial systems is caused by entropy in production systems. Certainly this increase in wastes is due to the unsolved problems of “food safety” and the increase in agricultural raw materials used by the industry. This has led to the sequential production of crops and the derivatives which contribute to environmental deterioration. The lack of production systems with "zero emissions" centers on the productive processes in isolated components of the raw materials, leaving wastes aside. The transformation of waste residues to products with a potential use may be accomplished with the current recycling technology; otherwise the final destination of these waste materials will be the sanitary landfills. The main objective of this study was to reduce wastes from oil palm processing and determine if the raquis fiber of oil palm ( Elaeis guineesis ) was an appropriate fiber for the production of paper made by the cold press process. This process was assessed as a recycling management system for the raquis fiber, to decrease the environmental effect of raquis fiber and to develop an economic source of income for cooperatives and oil refiners. Fiber dimensions were analyzed using a microscope and quality indices were calculated including: Rigidity Coefficiency, Flexibility Coefficiency, Peteri Coefficiency and Runkel Factor. The values obtained for the raquis fiber were compared with those of wood and vegetal species usually employed in the paper industry. It was determined that the cell wall of the fiber is very thick in relation to the lumen diameter, thus there is little fiber to fiber union in the production process. The lack of fibrillation is due to the lack of surface exposed to lumen in the disintegration process. Additionally, there was not much exposed hemicellulose (carbohydrates of short chain, present in the primary wall) to make paper. These conditions indicate that the pulp obtained from raquis of the oil palm would be classified as poor quality according to the Runkel Factor.
Key words: Paper, fiber, raquis of palm, quality indices, Rigidity Coefficiency, Flexibility Coefficient, Peteri Coefficiency, Runkel Factor. xi
González Amores, AJ. 2005. Factibilidad de uso de la fibra de palma aceitera para hacer papel. Proyecto de Graduación Lic. Ing. Agr. Guácimo, CR, Universidad EARTH. 42 p.
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TABLA DE CONTENIDO Página FACTIBILIDAD DE USO DE FIBRA DE RAQUIS DE PALMA ACEITERA PARA ELABORAR PAPEL ..................................................................................................I DEDICATORIA........................................................................................................ V AGRADECIMIENTO.............................................................................................. VII RESUMEN ............................................................................................................. IX ABSTRACT ............................................................................................................ XI TABLA DE CONTENIDO ..................................................................................... XIII LISTA DE CUADROS........................................................................................... XV LISTA DE FIGURAS............................................................................................ XVI LISTA DE ANEXOS............................................................................................ XVII 1 INTRODUCCIÓN...............................................................................................1 1.1 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA........................................................4 2 OBJETIVOS ......................................................................................................6 2.1 OBJETIVO GENERAL ...............................................................................6 2.2 OBJETIVOS ESPECIFICOS .....................................................................6 3 REVISION DE LITERATURA............................................................................7 3.1 EL PAPEL..................................................................................................7 3.1.1 CONCEPTO ................................................................................7 3.1.2 IMPORTANCIA............................................................................7 3.2 TIPOS DE PAPEL .....................................................................................7 3.3 FIBRAS......................................................................................................8 3.4 MATERIA PRIMA VEGETAL.....................................................................8 3.5 CONVERSION DE FIBRA VEGETAL EN PAPEL Y EL MEDIO AMBIENTE .........................................................................................9 3.6 INDICES DE CALIDAD DE LA MATERIA PRIMA ...................................11 3.7 PROCESO PRODUCTIVO EN FRÍO ......................................................12 3.8 LA PALMA ACEITERA ............................................................................14 3.8.1 BOTANICA ................................................................................14 3.8.2 PRODUCTOS............................................................................14 4 METODOLOGÍA..............................................................................................16 4.1 LOCALIZACIÓN DEL PROYECTO .........................................................16 4.2 MATERIALES Y EQUIPO........................................................................16 4.3 INSUMOS................................................................................................16 4.4 INDICES DE CALIDAD............................................................................16 4.4.1 COEFICIENTE DE RIGIDEZ O FRACCION DE PARED..........17 4.4.2 FORMULA DE COEFICIENTE DE RIGIDEZ.............................17 xiii
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4.4.3 COEFICIENTE DE ESBELTEZ O PRETERI............................ 17 4.4.4 FORMULA DE ESBELTEZ O PRETERI ................................... 18 4.4.5 COEFICIENTE DE FLEXIBILIDAD ........................................... 18 4.4.6 FORMULA DE FLEXIBILIDAD.................................................. 18 4.4.7 FACTOR DE RUNKEL .............................................................. 19 4.4.8 FORMULA DE FACTOR DE RUNKEL...................................... 19 RESULTADOS ............................................................................................... 20 CONCLUSIONES ........................................................................................... 26 RECOMENDACIONES................................................................................... 27 BIBLIOGRAFÍA CITADA................................................................................ 28 ANEXOS......................................................................................................... 31
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LISTA DE CUADROS Cuadro Página Cuadro 1. Clasificación de coeficiente de rigidez...........................................................17 Cuadro 2. Clasificación de coeficiente de flexibilidad.....................................................18 Cuadro 3. Clasificación de Runkel. ................................................................................19 Cuadro 4. Dimensiones medias, en micras, de las células fibrosas del raquis de palma aceitera. .........................................................................................................................20 Cuadro 5. Dimensiones en valores promedio de las principales especies frondosas, confieras y de agave……………………………………………………………….................21 Cuadro 6. Coeficiente de Rigidez, Flexibilidad, Peteri y Factor de Runkel.....................22 Cuadro 7. Índices de calidad de Eucalipto, Abedul, Abeto, Pino, Ciprés Calvo, Sisal, Quercus Exelsa y Talisa ovaliformis...............................................................................23
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LISTA DE FIGURAS Figura Página Figura 1. Fijación de dióxido de carbono global en la época de verano (junio) y de invierno (diciembre). ...................................................................................................... 11 Figura 2. Diagrama comparativo entre la fibra de raquis de Palma Aceitera y fibra de Eucalipto (sin escalas). .................................................................................................. 24
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LISTA DE ANEXOS Anexo Página Anexo 1. Hectáreas Cultivos de Oleaginosos Primarios en Costa Rica, durante los últimos 4 años……………………………………………………………….….. .33 Anexo 2. Hectáreas de Palma Aceitera cultivada en Costa Rica, durante los últimos 4 años……………………………………………………………………………….....33 Anexo 3. Producto obtenido del proceso de fabricación de papel en “frió” de la fibra de raquis de palma aceitera. ...............................................................................................33 Anexo 4. Árbol del Problema..........................................................................................34 Anexo 5. Marco lógico del problema. .............................................................................35 Anexo 6. Resumen ejecutivo de gira a Coopeagropal. 2004. ........................................36 Anexo 7. Análisis químico para fabricar papel................................................................42
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1 INTRODUCCIÓN En la actualidad la distribución de los países esta divida en dos categorías, “desarrollados” y en “vías de desarrollo”. La diferencia con relación al desarrollo industrial que existe entre ellas es evidente. En el primer grupo los países poseen mayor tecnología, con economías más fuertes y un sector industrial más eficiente. Esto conlleva a tener mejores estándares de calidad vida de la población. Sin embargo, la fuerte industrialización y el crecimiento demográfico, elevó los niveles de contaminación, al grado de obligar al gobierno de estos países a desarrollar nuevas tecnologías para detenerla. Por ende, la mayoría de los países desarrollados, están a la vanguardia de las tecnologías limpias de producción y manejo de sus desechos producidos. Por otra parte los países emergentes o en vías de desarrollo, a pesar de no estar en un área de interés prioritario de inversionistas y entidades financieras, la importancia de sus recursos naturales, y mas aun, la importancia que tiene preservarlos, ha creado un luz para aquellas empresas que son capaces de producir de manera amigable con el ambiente. Ya sea por capital nacional o internacional, cada vez son más los proyectos de inversión de organismos multilaterales de crédito, con miras a una producción más sostenible y eficiente en el uso de la energía. Así también, el compromiso adquirido por instituciones como la universidad EARTH, que busca formas de producción rentables y que velen por un uso adecuado de los recursos. Los seres humanos hemos tomado prestado, como insumos de producción, los recursos naturales de futuras generaciones, de nuestros hijos. Esta tendencia debe ser frenada, y evitar que el éxito de muchos negocios, siga siendo subvencionado por la riqueza natural. Los bosques del mundo se están restringiendo y se teme que los cambios climáticos mundiales tengan un impacto negativo con agravantes significativas. Según Korous (2005), existen 60 millones de indígenas que dependen de los bosques de Latinoamérica, sudeste de Asia y África occidental. Además, alrededor de 1 200 millones de personas que viven en los países en desarrollo necesitan de los árboles para subsistir y tener ganancias en efectivo. Sin embargo, todo el mundo necesita de ellos para la producción, más que de bienes y servicios industriales, de bienes y
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servicios ambientales. Tal como, la producción de oxigeno a partir del fenómeno de la fotosíntesis, que hace que la vida sea posible en la tierra. De acuerdo con el banco de datos estadísticos de FAO (FAOSTAT: 2003) Costa Rica, en el año 2001 poseía el 43,36% de al superficie total de país con cobertura forestal, contemplando plantaciones comerciales, ecosistemas especiales y bosques naturales. Este último representaba el 38, 6 %, del cuál el 13, 6% no esta destinado en áreas de conservación. Haciendo que la industria forestal costarricense dependa de las plantaciones comerciales, más que del material extraído de los bosques. El país explota y produce alrededor de 5 millones de metros cúbicos de madera en rollo, dos mil 800 Mt (Toneladas Métricas) de pulpa de madera mecánica y casi 10 Mt de pulpa para papel. Sin embargo, en el área agrícola, Costa Rica tiene una superficie cercana a los 3 millones de hectáreas, de las cuales el uso de tierra para cultivos perennes es de 300 mil ha. Alrededor de 62 mil hectáreas están siendo cultivadas con oleaginosas y de esas mismas (Anexo 1), 58 mil Hectáreas han sido establecidas de Palma Aceitera (Anexo 2). La Cooperativa Agroindustrial de Servicios Múltiples de palma Aceitera RL (COOPEAGROPAL), con sus más de 450 socios, posee 10 mil hectáreas de este cultivo. Lo que convierte a COOPEAGROPAL, en una de las cooperativas más sólidas dentro del país, debido a su organización institucional y constante crecimiento. El aumento la producción de aceite en la cooperativa también ha incrementado la cantidad de desechos, provocando que de esta actividad se derive una serie de problemáticas ambientales, sociales y económicas. Entre los desechos generados se encuentra la acumulación de lodos, aceites, ceniza, tierra de balqueo, el pinzote o raquis de la fruta de la palma y otros contaminantes, que se han acumulado debido a su salida en la línea de producción. Resolver los problemas de logística, manejo y polución ambiental, es de mucha importancia para COOPEAGROPAL debido a que esta en status de certificación de HACCP (Hazard Analysis and Critical Control Point). El cual es un sistema preventivo basado en la implementación de principios técnicos y científicos, en la producción y manejo de un producto desde el campo hasta el consumidor final. 2
Las tecnologías de producción que en la actualidad imperan en el mundo de la industria, carecen de mecanismos y herramientas que no solo reduzcan, reutilicen y reciclen los residuos de sus líneas de productivas. Es decir, no solo debemos obtener de las tiendas productos que sean diseñados para una degradación más amigable con el ambiente; si no, también que sean diseñados para cumplir varios ciclos de vida. De estas dos formas de producción nacieron movimientos ecológicos como: producción de cuna tumba y producción de cuna a cuna (cradle to cradle), Braungarth y McDonough (2005). El primer movimiento se evoca en la generación de productos de un solo ciclo, y el segundo en productos que son usados sin causar estragos en otros y que constante mente están nutriendo otros sistemas industriales. Con nueva tecnología de manejo de residuos en la industria, los tratamientos “terapéuticos” al medio ambiente, o los programas de “manejo de desechos”, serían un recuerdo de la huella ecológica dejada por el hombre en la naturaleza. El trabajo presente pretende evaluar la posibilidad de realizar papel a partir del raquis de la fruta de la palma de aceite, y formar una cadena de sobreciclaje de la misma que genere ingresos y contribuya con el cuidado del medio ambiente. Así, contribuir con la incasable búsqueda de realizar sistemas más amigables con el medio ambiente. Además, asegurar un mundo mejor que el que encontramos ambiental y educativamente para que nuestros hijos y las generaciones futuras, tengan un mejor desempeño en el rol que tenemos los seres humanos en el planeta.
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1.1 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA Los problemas ambiéntales se pueden analizar desde dos ejes; el primero en base a una mala utilización de los recursos naturales (explotación desmesurada e insostenible), y en un segundo eje la contaminación (Desechos y emisiones de sustancias contaminantes). La justificación del proyecto se basa en el segundo eje de análisis, el aprovechamiento de la fibra de raquis de palma es parte de un programa de manejo de los desechos y protección ambiental por parte de COOPEAGROPAL. Además del interés personal del autor, de incursionar nuevas fibras al sector papelero que sean de fácilmente disponibles, que su industrialización genere empleos y ayude a disminuir las cargas de desechos sólidos al medio ambiente que son emitidas por las agro empresas. Siguiendo un esquema de árbol del problema y marco lógico (Anexos 4 y 5), la falta de tecnología capaz de extraer el aceite de esta parte del racimo genera entropías del sistema, donde surgen los costos de movilización del desecho. Así, como costos para transformar un producto contaminante a uno con valor agregado. Para ello la opción más común es compostar, y transformar el remanente de la cosecha en abono orgánico. Solano y Montenegro (Anexo 6), analizaron los componentes nutricionales del raquis, aunque no determinaron su calidad como materia prima para la realización de abonos. Dicha actividad incrementaría el empleo de mano de obra o maquinara para remover grandes cantidades de material constantemente. Sin embargo sin una clasificación de la calidad de este producto, es difícil competir con fertilizantes inorgánicos, lo que sea poco factible la actividad. La producción de papel a partir de desechos esta estrictamente relacionada con la remoción de sustancias contaminantes al medio ambiente. Dando “papel” como un subproducto, derivado de una cadena de procesos técnicos que son diseñados para atenuar el impacto negativo de la industria sobre la naturaleza. Los desechos sólidos, de no ser considerados como nutrientes para distintos sistemas de producción, incrementan el impacto negativo en el medio ambiente. Los
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síntomas del problema son más evidentes y más significativos, debido a la rapidez con que se es detectado el daño. La generación de malos olores y focos de infección, afecta tanto a trabajadores de la empresa, como a las comunidades aledañas. Los efectos de las enfermedades transmitidas por el agua y el aire, son relativamente mas fácil de medir que las transmitidas por los desechos sólidos como en este caso. Se puede medir la cantidad de metros cúbico que respira una persona, cuantos litros de agua puede injerir una persona y hasta cual es el límite que el cuerpo tolera de las sustancias o patógenos contaminantes. Sin embargo, los desechos sólidos se pueden detectar mediante vectores como las ratas, moscas cucarachas, y es importante que se erradique el origen de ellos, pues causan enfermedades como: salmonelosis, dengue, rabia, diarrea, tifoidea, entre otros. Lo cual afecta la imagen de la empresa y su posicionamiento en el mercado, por tener un mal manejo de los desechos generados. Además de el efecto negativo que esto conlleva en el ambiente.
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2 OBJETIVOS 2.1 OBJETIVO GENERAL Evaluar la factibilidad del uso de fibra de Palma Aceitera para la producción de papel. •
2.2 OBJETIVOS ESPECIFICOS Analizar las características fundamentales físicas de la fibra de raquis de palma. Determinar la calidad de la pulpa a obtener, y su clasificación Runkel para elaborar papel, de acuerdo a los coeficientes físicos de calidad de la fibra. Determinar el tipo de papel o el producto a obtener de la fibra de raquis de raquis de palma aceitera. Valorar la calidad del papel u otros productos potenciales, de la fibra de raquis de palma aceitera. Evaluar la viabilidad económica del proceso para obtener papel de la fibra de raquis de palma aceitera, mediante el diseño potencial de una planta papelera. •
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3 REVISIÓN DE LITERATURA En este capitulo se pretende sentar los fundamentos teóricos para establecer criterios valederos que permitan establecer una metodología y analizarla. 3.1 EL PAPEL 3.1.1 CONCEPTO La palabra papel se deriva del vocablo –“papyrus” en latín, que alude a una planta familia de las ciperáceas ( Cyperus papirus ). En la actualidad papel es definido como: “una hoja obtenida de fibras vegetales, que se adhieren y entrecruzan debido a los puentes de hidrogeno entre las moléculas de celulosa” (Chaves: 1981). 3.1.2 IMPORTANCIA Con una amplia gama de tipos y usos, el papel, hoy en día es una herramienta fundamental educativa; sin duda alguna imprescindible en la alfabetización de la población de los países en vías de desarrollo. Debido a su versatilidad, durabilidad, facilidad de transporte y almacenaje de los conocimientos científicos, sociales y culturales, se pueden alcanzar los lugares habitables más remotos y marginales de la tierra. Es difícil imaginar nuestra infancia y nuestro aprendizaje primario sin la ayuda de una “frágil” hoja de papel. O poner en duda el rol que juega en todos los procesos industriales farmacéuticos, químicos, alimenticios, agrícolas, etc. Es necesario reconocer que en sus diversas presentaciones el papel ha sido, y seguirá siendo, uno de los inventos más importantes y de mayor uso en nuestras vidas. 3.2 TIPOS DE PAPEL Existen una inmensa variedad de estilos y tipos de papel, tanto como uso o aplicaciones le demos. De acuerdo ILO (International Labour Office: 1985) existen cuatro grados de papel o tableros: Tableros o papel sin acabados, lisos o mecánicamente terminado, papel esmaltado y papel “creced” (raramente usado). La diversidad de operaciones y resultados, esta en función de la naturaleza de la fibra y la visión de producto que se desea obtener.
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3.3 FIBRAS Las fibras son células que suelen tener extremos puntiagudos, lumen angosto y paredes secundarias gruesas (Flores: 1999). Las fibras se clasifican según su origen en dos: Fibras xílicas y extraxiliares. Las primeras se refieren a las fibras que están dentro del xilema. También tienen clasificación por su procedencia, pues pueden ser vegetales y no vegetales. Las primeras son las más importantes, y las que más oportunidades de uso presentan (Escoto: 1989). 3.4 MATERIA PRIMA VEGETAL El papiro es considerado como el origen del sistema de la escritura actual. Que estaba compuesto por láminas del tallo, extraídas, desplegadas y aplanadas. Sirvió como herramienta para la escritura en la cultura griega, egipcia y romana entre el año 3000 a. C. y el siglo V d. C. En la antigua Asía menor, en Pergamo, la piel seca no curtida de ovejas, corderos, cabras, cerdos y asnos, eran empleados como material para realizar el “pergamino”. Este sistema se desarrollo 300 años a. C, y en la actualidad su uso es como materia prima para fabricar tambores, pantallas de lámparas y forros de libros. También, existe el papel apergaminado, o pergamino vegetal, fabricado con fibras vegetales tratadas con Ácido Sulfúrico y Amoniaco (Reinoso: 1996). La maceración de trapos y procesos de encolado y prensado, dan como resultado un papel hecho con telas, que era muy usado en las primeras etapas del papel como instrumento de escritura. De acuerdo con Escoto (1989), la fuente de fibras para elaborar papel generalmente proveniente de la madera. Sin embargo, también se han incursionado al rubro papelero fibras de origen de otros vegetales, tales como; algodón, paja, bagazo de caña, pinzote de banano, papel desechado, etc. Los cambios de materias primas y procesos son constantes, que afectan los factores de producción, ampliando la lista de nuevas fuentes de fibra. Esto brinda una oportunidad de superación a países en vías de desarrollo, mediante la capacitación técnica del aprovechamiento de recursos renovables y desperdicios agrícolas. De manera tal que se logren vencer las dificultades políticas, sobretodo en los países latinoamericanos.
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La materia prima procedente de organismos autótrofos, hace que la energía empleada para hacer papel sea renovable, condicionando la restauración de la misma. Es decir, replantar árboles si se han utilizado, re-sembrar los cultivos anuales empleados, o en su defecto reciclar el papel. No todo el papel que es utilizado se puede recuperar, pues los procesos a los que son sometidos no lo permiten (Reinoso: 1996). También, no todo el papel recuperado se puede reciclar, ya que las fibras se desgastan y dificultan los procesos de reutilización. Por ello, una opción viable es mezclar el papel reciclado y la fibra virgen vegetal. Dando como resultado un sobreciclaje de ambos materiales. En la actualidad los materiales que se derivan de los cultivos anuales han sido relativamente poco explotados. El potencial para la fabricación de pasta y papel a partir de recursos no leñosos ha sido subestimado. De acuerdo con Philip (1984), existen países con el afán de crear industria de fabricación de pasta aun sin tener la materia prima y han demostrado la viabilidad de importar astillas. Y talvez dispongan de material no leñoso que les permita tener fábricas a pequeña escala, provocando un impacto social más aceptable por la creación de autoempleos. Además, la cocción de los recursos no leñosos es relativamente más fácil y no requiere de recuperación química. Por lo anterior, la materia prima de papel es renovable y biodegradable. Haciendo que la industria papelera vegetal sea sustentable, siempre y cuando el manejo de sea adecuado. 3.5 CONVERSIÓN DE FIBRA VEGETAL EN PAPEL Y EL MEDIO AMBIENTE Actualmente la madera cultivada para hacer papel se ubica en alrededor de 400 mil hectáreas de especies de rápido crecimiento (González: 2004), de las cuales se obtiene una cantidad de 5 858 000 metros cúbicos de madera. Lo que resulta que para la fabricación anual de papel se ocupan 1894 000 toneladas de celulosa. De su elaboración industrial solo una minina fracción de sus residuos son peligrosos, asegura la Asociación Española de Fabricantes de Papel y Cartón (ASPAPEL), puesto que el sector que más desechos genera de este rubro, es el de reciclaje de papel. Puesto que el material recopilado viene mezclado con materiales impropios: metales, vidrios, aceites, etc. 9
En contraste, Reinoso (1996), asegura que el papel de fibras recuperadas disminuye el impacto en el ambiente un 25%, dado que en el proceso de preparación de pasta vírgenes se liberan compuestos organoclorados, por mencionar algunos, dañinos al medio ambiente. Además de contar con potencial relativamente alto, pues las cantidades de papel de desperdicio son elevadas. Para el año 2004, la FAO reporto casi 150 millones de metros cúbicos de papel que es desperdiciado. Lo cierto es que los sistemas de obtención de papel, no hacen que la actividad sea sostenible o no, realmente el modo de operación, la conciencia ambiental y acatar al pie de la letra las regulaciones hace que un sistema contribuya con la naturaleza y otros no. Sin embargo cabe resaltar las ventajas ecológicas que tiene la fabricación de papel en base a fibras vegetales no maderables van amas allá de no talar un árbol. La protección de los bosques y un mayor plazo de permanencia de las plantaciones forestales, esta en el aprovechamiento del mayor número de fibras posibles, de carácter vegetal para permitir la mayor captación de dióxido de carbono por los árboles. La fijación de carbono mediante el proceso de fotosíntesis es uno de los procesos esenciales para permitir la vida en el planeta. Dicho mecanismo de los organismos autótrofos, se basa en la captura y almacenaje de la energía recibida solar. Esta energía es el combustible para que todos los sistemas vivos tengan un desarrollo como el que podemos observar en nuestros días. Debido a la deforestación y las altas emisiones del dióxido de carbono, los ecosistemas naturales no serán lo suficientemente eficaces para absorber el CO2 causante del sobrecalentamiento de la tierra. En los bosques tropicales, la captación lograda es superior que en los climas templados suaves, debido a que estación de crecimiento es mas larga, como se puede apreciar en la figura 1. El aprovechamiento de las condiciones climáticas y de horas luz durante todo el año de los trópicos, nos brinda la oportunidad de tener material vegetal no maderable de manera constante y usarlo para hacer papel. El estudio y uso de fuentes alternativas no ayudara a mantener los bosques y con ello un gran numero de servicios ambientales, de los cuales hoy ya vemos que es factible que desaparezcan.
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Figura 1. Fijación de dióxido de carbono global en la época de verano (junio) y de invierno (diciembre). Fuente: NASA 3.6 ÍNDICES DE CALIDAD DE LA MATERIA PRIMA Shedden (1978) y López (1981) realizaron estudios sobre la factibilidad de raquis de banano para la fabricación de papel, como proyecto de graduación presentado a la facultad de ingenia química de la UCR (Universidad de Costa Rica). Tomando como herramienta el análisis químico de la fibra. Sin embargo, existen también herramientas que nos permiten conocer las características técnicas y mecánicas de las fibras. Según Flores (1999), las características químicas son importantes, pero pueden ser opacadas por los resultados del análisis anatómico de las fibras. Para ello se han desarrollado coeficientes físicos, que relacionan las dimensiones morfológicas, que tienen influencia sobre las propiedades de las fibras, conocidos como índices de calidad (Villaseñor y Rutiaga: 2000). Estos índices son expresados como los coeficientes de Rigidez, 11
Esbeltez o Preterí, flexibilidad y Relación o Factor de Runkel. Tamarit (1996) determino la calidad de pulpa potencial de 132 especies latifoliadas en México. Villaseñor y Rutiaga (2000), analizaron la calidad de la pulpa de la Casuarina equisetifolia mediante el uso de los índices morfológicos y químicos. 3.7 PROCESO PRODUCTIVO EN FRÍO Existen diversos tipos de modelos productivos de papel, basados en tres clasificaciones por el tipo de obtención de pulpa: químico, químico-mecánico y mecánico. Los procesos químicos tiene la finalidad de remover los constituyentes no fibrosos, especialmente la lignina, que son sustancias que compactan y unen a las fibras. Sin embargo, en los procesos mecánicos (en frió) solo se separa en una pequeña fracción por reblandecimiento de la lignina. Y por ultimo, los procesos químico-mecánicos que buscan ablandar la unión de la fibra mediante reactivos químicos, y terminar la separación con el proceso mecánico (Escoto: 1989). Gracias al inventor alemán de apellido Keller, en 1843, se hizo posible el aprovechamiento de recursos madereros para fabricación de papel. Ya que en un principio se hacia a partir de trapos y otros materiales fibrosos (Escoto: 1989). El invento de Keller hizo posible el primer proceso mecánico, cuyo producto se denomino “pasta mecánica”. Dicha pasta puede ser obtenida con altos o bajos costos, dependiendo de la calidad del producto a que se desea obtener. Es importante tener en cuenta que un proyecto de papel a base de recuperación fibras vegetales, esta basado en formar un eslabón más de una cadena de manejo de residuos agrícolas. Con la finalidad dar un mejor tratamiento a los productos no aprovechables por la industria y reducir la cantidad de sustancias contaminantes en el medio ambiente. El proceso mecánico proporciona ventajas logísticas y de inversión, ya que no se introduce ninguna clase de reactivo, al cual después haya que aplicar algún tipo de tratamiento. Existen autores que también le denominan proceso productivo en frío, que consiste en el proceso desfibrado, mezclado, drenado, prensado y secado (Escoto: 1989). En el desfibrado se separa la estructura original en simples fibras en la suspensión de pulpa, debido a la acción de las corrientes de agua, agitación y frotamiento dentro 12
del pulper (Escoto: 1989). El papel de desperdicio así como el papel reciclado tiene el inconveniente de estar cargado de impurezas, por lo que hay que esperar que el pulper haya desintegrado todo el material, para poder separar dichas impurezas. A este paso le procede llevar la pulpa a los tanques agitadores, que no desintegran la fibra. Sin embargo, hacen la labor complementaria de separar la pasta, evitando que se generen acumulaciones de de la misma, lo cual origina defectos en el papel. Usualmente se utilizan como depósitos de almacén para mantener una alimentación constante en la línea de producción de papel con pulpa. Una vez que se tenga una mezcla homogénea se coloca un marco con una maya, que le dará la forma y dimensión a la hoja (Alvarado y Asturias: 1999). Esta maya o tela entretejida efectúa la separación de las fibras y agua. Las fibras quedan en forma de “colchón” en la maya o tela y el agua se elimina por gravedad. A este proceso se le denomina drenado, y es realmente un periodo corto, sobretodo si se aplica succión a la lamina para eliminar el agua por vació. Seguido de una serie de rodillos o prensa que extraen la humedad restante. En caso de necesitar alguna fuente de almidón o barniz externo se atomiza en esta etapa (Blanco et al: 1997). En este proceso también afecta la calidad de papel y su resistencia a la deshidratación, velocidad de trabajo y presión, y calidad y permeabilidad de los fieltros. De acuerdo con Escoto (1989) el papel antes de pasar por la primera prensa conserva un 82 a 78 % de humedad. La hoja debe contener la menor cantidad de agua o humedad posible, pues a mayor humedad, mayor será la demanda de energía del secador para logra eliminar el agua dentro de la lamina de papel. Es decir, el consumo de energía de los secadores esta en función del de la cantidad de agua presente en el materia producido. En el proceso de secado el papel generalmente tiene una humedad del 60% este es el último paso para eliminar el agua contenida en el papel después del secado (Shedden: 1978). El fin es separar el agua residual de la lámina de papel, sin causar modificaciones negativas al producto final. Existen métodos de secado que van desde cilindros calefactores a hornos solares.
13
3.8 LA PALMA ACEITERA 3.8.1 BOTANICA De acuerdo con Santos, et al (2000), la palma africana es una planta monoica, de tallo no ramificado, que puede alcanzar una altura de 20 a 30 m de altura. Sus raíces pueden llegar a profundizar los 3 m, dependiendo del manto o nivel freático. La mayoría de la raíces se pueden encontrar en los primeros 15 cm de profundidad, y a 2 m de la base del tallo. EL tronco, o tallo se forma cuando la planta ha alcanzado su máximo diámetro, una vez alcanzado no presenta ningún incremento en el crecimiento de este. La altura de una plantación heterogénea puede variar entre 25 a 50 cm por año. Las hojas se producen a partir de dos espirales, en sucesión a partir de los meristemos. La corona consiste en 40 a 50 hojas abiertas y 40 a 50 hojas en varios estados de desarrollo. Las hojas maduras primarias son paripinadas y presentan espinas, de 7.5 cm de largo aproximadamente. Las inflorescencias se producen al momento de la diferenciación foliar en la axila de cada hoja (Santos (2000). Para ello se requieren dos años para alcanzar la etapa de lanza y nueve meses para la floración. Posee, también, un caquis central con 100 a 200 espiguillas ordenadas en espiral. El fruto pude tardar de cinco a seis meses desde su floración y se encentran en los racimos de las hojas mas bajas. Racimos que pueden llega a pesar 10 kg hasta 90 kg. 3.8.2 PRODUCTOS La palma aceitera es el cultivo oleaginoso con mayor cantidad de aceite en el mundo (Rajanaidu, et al: 1997) Pues con una hectárea de tierra se pueden cultivar hasta 10 hectáreas de soya, para obtener la misma cantidad de aceite comestible. Siendo el aceite el producto principal, este cultivo tiene más de 100 productos derivados, de su demás componentes (Hashim: 1998) estos abarcan una gran variedad de mercados, que van desde los productos combustibles, tableros de partículas y abonos, hasta concentrados para animales. Hashim (1998), señala que de las hojas se puede obtener tablas de densidad media, muebles, nutrientes, contracto de peso ligero, pulpa y papel. Esto en un proyecto que ha tenido mucho éxito en Malasia, en el cual han asociado plantaciones 14
de palma aceitera con el cultivo del caucho. Con el fin de diversificar las parcelas, y tener ingresos madereros y usar el caucho para realizar los productos antes mencionados.
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4 METODOLOGÍA En este capitulo se muestra detalladamente cómo y con que instrumentos, se estandarizo la metodología para la elaboración de papel a partir del uso de raquis, de la fruta de la palma aceitera. 4.1 LOCALIZACIÓN DEL PROYECTO El análisis anatómico de la fibra se realizó dentro de las instalaciones del Laboratorio de Suelos y Aguas de la Universidad EARTH. El material analizado fue recopilado de COOPEAGROPALl, ubicada en el Valle del Coto Sur, en el Roble de Laurel, Costa Rica. 4.2 MATERIALES Y EQUIPO La metodología de investigación del proyecto es de tipo experimental, basado en análisis físico de la fibra de raquis de la fruta de palma aceitera. Para ello se siguió la metodología usada por Tamarit (1996) y Villaseñor y Rutiaga (2000), en el estudio de factibilidad de diferentes fuentes maderables para realizar papel y determinar el grado de calidad de la pulpa. Los procesos de medición se llevaron acabo mediante microscopia óptica para determinar las características morfológicas más importantes, las cuales están descritas en los índices de calidad. 4.3 INSUMOS Los insumos requeridos para el proyecto fueron de dos tipos: tecnológico y humano. Entre los tecnológicos se encuentra el uso de microscopios, tintes y planta demostrativa para elaborar papel de manera industrial, para pulpas mecánicas. Este tipo de pulpa, sugiere una tecnología sin insumos químicos, basada en la formación de papel a través de procesos físicos, que puede ser fabricada con desechos de maquinaria agrícola. Además, de contar con estos recursos, el componente humano del proyecto esta integrado por los profesores asesores: Hugo Villela, Pedro Bidegaray, y el estudiante ejecutor del proyecto. 4.4 ÍNDICES DE CALIDAD Para obtener los índices, descritos a continuación, se realizaron las mediciones cuantitativas de la dimensión de la fibra en micras y se trabajó con valores promedio: 16
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Diámetro de la Fibra. “ D ”.
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Longitud de la fibra. “ L”.
Diámetro del lumen (diferencia entre el diámetro de la fibra y grosor de la pared, multiplicada por dos). “l ”. •
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Grosor de la pared de la fibra.”2w ”
4.4.1 COEFICIENTE DE RIGIDEZ O FRACCION DE PARED El coeficiente de Rigidez (CR), esta en función del grosor de la pared de la fibra y el diámetro de la fibra expresado en micras (Tamarit: 1996). De acuerdo con Mogollón, et al (2000), con un valor porcentual del 40% no se formara papel de cualidades satisfactorias. 4.4.2 FORMULA DE COEFICIENTE DE RIGIDEZ CR = 2w/D
Cuadro 1. Clasificación de coeficiente de rigidez Rango
Grosor de Pared
Mayor de 0.70 de 0.70 a 0.50 de 0.50 a 0.35 de 0.35 a 0.20 Menor a 0.20
Muy Gruesa Gruesa Media Delgada Muy delgada
Fuente: Villaseñor y Rutiaga (2000). 4.4.3 COEFICIENTE DE ESBELTEZ O PRETERI El coeficiente de Esbeltez o Peteri, también se conoce como índice de Afieltramiento, el cual esta relacionado con la resistencia la rasgado del papel. Algunos autores no le dan importancia, debido a que actualmente no es visto como un parámetro determinante, para la viabilidad de un tipo de fibra para hacer papel..
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4.4.4 FORMULA DE ESBELTEZ O PRETERI CP=L/D 4.4.5 COEFICIENTE DE FLEXIBILIDAD El coeficiente de flexibilidad se define como la relación entre el ancho del lumen y el diámetro de la fibra, y puede ser expresado en porcentaje o en tanto por 1, (Pino y Maximino: 2000). Este último quiere decir, que entre mas se acerque a 1, mas flexible es la fibra, y tiene una mejor aptitud para la formación de papel. Así también, de acuerdo con Mogllon et al. (2002) se aumenta la resistencia al rasgado. 4.4.6 FORMULA DE FLEXIBILIDAD CF= l/D
Cuadro 2. Clasificación de coeficiente de flexibilidad. Rango
Grosor de Pared
Características
Menor de 0.30
Muy Gruesa
Las fibras no se colapsan. Muy poca superficie de contacto. Pobre unión fibra-fibra.
De 0.30 a 0.50
Gruesa
Las fibras se colapsan muy poco. Poca superficie de contacto. Poca unión fibra-fibra.
De 0.50 a 0.65
Media
Abarca lo anterior
De 0.65 a 0.80
Delgada
Fibras parcialmente colapsadas, con una sección transversal elíptica. Buena unión fibra-fibra.
Mayor de 0.80
Muy delgada
Las fibras se colapsan. Buena superficie de contacto. Buena unión fibra-fibra.
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4.4.7 FACTOR DE RUNKEL Este indicador relaciona el doble del espesor de la pared celular y el lumen. Para determinar la calidad de formación de la pasta o lamina de papel. 4.4.8 FORMULA DE FACTOR DE RUNKEL FR= 2W/l Cuadro 3. Clasificación de Runkel. Grado
Rango
Calcificación
I II III IV V
Menor de 0.25 de 0.25 a 0.50 de 0.50 a 1.00 de 1.00 a 2.00 mayor de 2.00
Excelente Muy buena Buena Regular Mala
Fuente: Tamarit (1996).
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5 RESULTADOS Las fibras vegetales usadas comercialmente tienen un significado diferente al término botánico. De acuerdo con Flores (1999), las fibras industriales se dividen en dos: duras y blandas. Las especies monocotiledóneas, como la palma de aceite, están clasificadas como fibras duras. Las cuales se caracterizan por tener un alto contenido de lignina en sus paredes, dándoles una textura rígida. Las fibras blandas, se obtiene de las dicotiledóneas, y pueden carecer de lignina. Esto las hace más flexibles y elásticas, que las fibras duras. Cuadro 4. Dimensiones medias, en micras, de las células fibrosas del raquis de palma aceitera. Dimensión Valor Promedio Longitud (µm) (L)
122882.5
Diámetro (µm) (D)
80.46125
Grosor de la Pared (µm) (W)
28.685
Grosor de la Pared * 2 (µm) (2W)
57.37
Diámetro del lumen (µm) l 23.09125 Las dimensiones de la fibra del raquis de la palma revelan que es una fuente de fibra larga como materia prima. Escoto (1989) define como fibras largas, todas aquellas que tengan más de dos milímetros de longitud. En un principio la calidad de las pulpas para papel estaba relacionada con esta característica (Huerta y Corral: 1975, citado por Tamarit: 1996), aunque en la actualidad es tomada en cuenta para la resistencia del producto, son más útiles los coeficientes o índices de calidad. Esta característica morfológica, es de suma importancia en papeles o cartones de embalaje, debido a que entre mas larga sea la fibra mas resistente es el producto final. Sin embargo cuando la unión fibra-fibra no es la más adecuada por más largas que estas sean, el papel producido es de baja calidad. Ademas de esto, para la valoración morfológica, es necesario que en conjunto la longitud de la fibra con el diámetro de la fibra, el grosor y
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el diámetro de su pared, así como el diámetro del lumen, determinen la calidad de la pulpa potencial de la materia prima. Cuadro 5. Dimensiones en valores promedio de las principales especies frondosas, confieras y de agave Dimensión valor promedio Fuente de fibra Palma Raquis de aceitera Palma
L (µm)
D (µm)
W (µm)
2W (µm)
l (µm)
122882.5
80.46
28.69
57.37
23.1
Frondosas Eucalipto
1050
19.6
4.2
8.4
11.2
Frondosas
Abedul
1290
24.6
3.98
7.96
16.6
Coníferas
Abeto
3500
40
4
8
32.0
3000
38
5.9
11.8
26.2
2918
36.01
4.37
8.74
27.27
3100
19.79
3.62
7.24
12.55
Coníferas
Pino Ciprés Calvo Coníferas (Taxodium distichum) Agave
Sisal
En el Cuadro 5 la fibra obtenida del raquis de palma, presenta características superiores de longitud, diámetro, grosor y diámetro de pared de pared y diámetro de lumen respecto a especies frondosas, confieras y de agave. La estructura de la pared celular de la fibra, así como su arreglo (Escoto: 1989), esta relacionado con la composición química de la misma. Es también responsable de la unión entre las fibras, debido a que la concentración de hemicelulosa (carbohidratos de cadena corta), en la pared primaria. Estos carbohidratos son necesarios para facilitar la realización la fabricación de papel, debido a que se incrementan hacia el centro de la fibra. Entre mas superficie tenga el lumen o centro de la fibra, mejor va a ser la fibrilación y la unión fibra con fibra. Cuando comparamos la fibra del raquis de la palma de aceite, con las principales especies frondosas, confieras y de agave, el diámetro del lumen es inferior a las demás especies, a pesar de tener un diámetro fibrilar mayor. Cuando las fibras de 21
pared delgada se colapsan en el proceso del pulpeo, las fibras toman formas de listones estructurales que forman la hoja. Tamarit (1996) afirma que existe una relación inversamente proporcional entre el grosor de la pared de la fibra y la calidad del papel. La fibra de raquis de palma aceitera demuestra tener una pared lo suficiente mente gruesa para generar un producto, voluminoso, con espacios vacíos y de poca resistencia. Cuadro 6. Coeficiente de Rigidez, Flexibilidad, Peteri y Factor de Runkel. Índices de calidad de la fibra del raquis de palma aceitera Coeficiente de Rigidez Coeficiente de flexibilidad Coeficiente de Peteri Factor de Runkel
0.72 0.28 1603.97 2.64
El coeficiente de rigidez, presenta una pared fibrilar muy gruesa, dado que el rango para esta clasificación es de 0.70 en adelante. En este caso el índice es de .72, o en su valor porcentual 72%. Esto hace que haya poca unión de las fibras debido a que son extremadamente rígidas o poco flexibles. El coeficiente de flexibilidad, 0.28, refleja la condición de la pared celular como “muy gruesa”. Teniendo como consecuencia un poco unión entre fibras, poca superficie de contacto y que las fibras no se colapsen en el proceso de pulpeo. El coeficiente de Peteri, también conocido como coeficiente de esbeltez o de afieltramiento, refleja un valor alto en la resistencia al rasgado. Este índice tiene mayor importancia en esta característica que la longitud misma, pues la relaciona con el diámetro de la fibra. Sin embargo, la longitud y el diámetro de la fibra no determinan la calidad de la pulpa. De ser factible la realización del papel, este valor le daría cualidades para hacer materiales para embalaje, por la resistencia de sus fibras. El factor de Runkel clasifica a la fibra como mala fuente de materia prima para la realización de papel. El grado V alcanzado por la fibra confirma la tendencia de los parámetros o índices, anteriormente descritos. La fibra tiene una relación muy alta entre
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el grosor de las paredes y el diámetro del lumen que no hace factible la viabilidad técnica para hacer papel. En el Cuadro 7, comparamos la calidad de la fibra de raquis de la palma, con fibras de especies frondosas de buena calidad (Eucaplipto y Abedul), Confieras como el Pino y el Ciprés calvo, agave con la especie mas representativa, el sisal. Además, con dos fibras de mala calidad, Quercus Excelsa y Talisa olivaformis , que son especies latifoliadas de mala calidad, para hacer papel. Estas ultimas presentan un comportamiento similar; un valor alto de de Rigidez y Runkel con valores bajos de flexibilidad. Cuadro 7. Índices de calidad de Eucalipto, Abedul, Abeto, Pino, Ciprés Calvo, Sisal, Quercus Exelsa y Talisa ovaliformis Índices de calidad Fibra
Coeficiente de Rigidez
Coeficiente de Flexibilidad
Raquis de Palma Eucalipto Abedul Abeto Pino Ciprés Calvo (Taxodium distichum ) Sisal
0.72 0.43 0.32 0.20 0.31
0.28 0.57 0.68 0.80 0.69
1603.97 53.57 52.44 87.50 78.95
2.64 0.75 0.48 0.25 0.45
0.24 0.37 0.73 0.93
0.76 0.63 0.27 0.07
81.03 156.64 76.22 73.3
0.32 0.58 2.67 14
Quercus Excelsa Talisa olivaformis
.
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Coeficiente de Factor de Peteri Runkel
Diámetro de la Fibra: 80.46 µm Proporción de superficie expuesta Según el tamaño de la fibra
Proceso de Fibrilación Longitud: 122.83 mm
Diámetro de lumen: 23.09µm Efecto de la fibrilación
Grosor de Pared: 28.69µm
Fibra del Raquis de la Palma Aceitera
Diámetro de la Fibra: 19 µm
Proporción de superficie expuesta Según el tamaño de la fibra
Proceso de Fibrilación Longitud: 1 mm
Diámetro de lumen: 11.2µm Efecto de la fibrilación
Grosor de Pared:4. 2 µm
Fibra de Eucalipto
Figura 2. Diagrama comparativo entre la fibra de raquis de Palma Aceitera y fibra de Eucalipto (sin escalas). Al comparar fibras de uso común para hacer papel, como el Eucalipto, con la fibra de raquis de palma aceitera, la relación dimensional de sus componentes estructurales, refleja la baja capacidad de formar laminas de papel, debido a la poca interacción con otras fibras. En el diagrama comparativo (fig. 2); presentado con el fin de ejemplificar el proceso de fibrilación y la importancia de una baja relación “diámetro externo-lumen, “pretende ilustrar por que algunas fibras son aptas para hacer y papel y otras no. La fibra de raquis de palma aceitera contiene una pared gruesa (53.37 µm) y un diámetro del lumen de 23.09 µm, que dificulta la ruptura de la pared de la fibra y no permite que se extienda. La investigación realza la importancia de realizar pruebas a priori en laboratorio de las fibras, que, por disponibilidad y experiencias en otras materias primas, se cree que tienen el potencial para hacer papel. Los procedimientos pueden parecer simples y 24
de bajo costo. Sin embargo son un primer diagnostico muy acertado, de la viabilidad técnica y económica que puede tener un desecho vegetal que quiere ser convertido en papel. De acuerdo con, las propiedades químicas de la pared celular son opacadas por las características anatómicas de la fibra.
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6 CONCLUSIONES •
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•
•
•
•
El análisis morfológico, realizado con microscopio óptica, determino las dimensiones de la fibra del raquis de palma aceitera. Las cuales sirvieron para caracterizar el material como una fibra larga de 122.83 mm de longitud, 80.46 micras de diámetro y de 28.67 micras del grosor de la pared. De acuerdo con las características morfológicas de la fibra, el valor del Coeficiente de Rigidez fue de 0.72, o en su valor porcentual 72%, que determina que la pared celular es muy gruesa. Coeficiente de Flexibilidad, cuyo valor es de 0.28, la fibra tiene muy poca capacidad realizar una unión fibra-fibra y poca superficie de contacto en el proceso de pulpeo. El coeficiente de Peteri, Esbeltez o de Afieltramiento, de esta fibra es un valor sin relevancia, debido a la carencia de características favorables para la unión de sus fibras con facilidad no se puede tener gran resistencia al rasgado. El Factor de Runkel, grado V, determina que la fibra del raquis de la fruta de la palma aceitera es mala para emplearse como materia prima, y realizar pulpa y papel. El material sometido al proceso industrial “en frío”, para hacer papel, tuvo como resultado un “mulch”, (Anexo 3), de fibras de fácil dispersión al manipularlo y poca adhesión de los componentes fibrosos. No se realizo el estudio de factibilidad económica, dado que fue demostrada su no viabilidad técnica.
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7 RECOMENDACIONES •
•
•
•
Realizar análisis químicos de la fibra de raquis de palma aceitera para determinar la posibilidad de realizar papel, por medio de un proceso alternativo con reactivos. (Anexo 7) Realizar estudios de factibilidad de uso de la fibra de raquis de palma aceitera en la industria textil. Realizar estudios de factibilidad de uso de la fibra de raquis de palma aceitera en la industria domestica (cepillos, escobas, cuerdas, tapetes, etc.). Determinar el potencial nutricional y económico, de la fibra de raquis de palma aceitera como abono orgánico.
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8 BIBLIOGRAFÍA CITADA Alvarado C, G; Asturias, TRE. 1999. Estudio de pre-factibilidad de una planta de papel en Guatemala. Proyecto de Graduación Lic. Ing. Agr. Guácimo, CR, Universidad EARTH. 60 p. Blanco, MA; Negro C; Tijero, J. 1997. Paper recycling: an introduction to problems and their solutions. Luxembourg, Cost E1. 203 p. Braungart, M; McDonough, W. 2005. Creadle to creadle: superar la ecoeficiencia para allanar el camino de la ecoefectividad (en línea). Disponible en http://www.terra.org/articulos/art01171.ht7ml Chaves, M. 1981. Pulpeo mecánico de raquis de banano, pino y poro. Tesis Lic. Ing. Química San José, Universidad de Costa Rica.111p. Escoto G, T. 1989. Apuntes sobre los procesos de obtención de celulosa y la fabricación del papel. Guadalajara, MX, Universidad de Guadalajara. 142 p. FAOSTAT. 2003. Cobertura forestal de Costa Rica, año 2001(en línea). Disponible en http://www.fao.org/waicent/portal/statistics_es.asp Flores V, E. 1999. La planta: estructura y función. Cartago, CR, Libro Universitario. 367 p. González M, A. 2004. Plantación comercia de melina de la región de los “Rios”. Tabasco, MX, s.e. 35 p. Hashim M, T. 1998. Administración de plantaciones: experiencias en Malasia. In Conferencia Internacional sobre Palma de Aceite (12, 1998, Cartagena, CO). Memorias. p. 257-265 International Labour Office, CH. 1985. Small, scale paper making. Switzerland, ILO Publications. 159 p. Korous, G. 2005. Forestry FAO: la deforestación continúa a un ritmo alarmante (en línea). Disponible en http://www.fao.org/forestry/newsroom/es/news/2005/highlight_108418es.html López A, E. 1981. Producción de papel a partir del raquis del banano. Tesis Lic. Ing. Química San José, Universidad de Costa Rica. 86 p. Mogollón, G; Aguilera, A; Gutiérrez, I; Gómez, L. 2000? . Caracterización de pino caribe resinado proveniente de plantaciones (en línea). Disponible en http://www.celuloseonline.com.br/imagembank/Docs/DocBank/dc/dc3 28.pdf Shedden H, M. 1978. Estudio de raquis de banano ( Musa Cavendish Lambert) e investigación de sus posibles usos. Proyecto de Graduación Lic. Ing. Química San José, Universidad de Costa Rica. 59 p. Torres V, M. 1981. Propiedades fundamentales de la fibra del raquis de banano (Musa Cavendis h Lambert). Proyecto de Graduación Lic. Ing. Química San José, Universidad de Costa Rica. 31p. 28
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9 ANEXOS
Anexo 1. Hectáreas Cultivos de Oleaginosos Primarios en Costa Rica, durante los últimos 4 años. Cultivos Oleaginosos Pri Superficie cultivada (Ha) Costa Rica
Año 2000
2001
2002
2003
2004
37,595 40,481 42,506 42,670 62,670
Fuente: FAO: 2004. Anexo 2. Hectáreas de Palma Aceitera cultivada en Costa Rica, durante los últimos 4 años. Palma Aceitera Superficie cultivada (Ha) Costa Rica
Año 2000
2001
2002
2003
2004
32,925 35,811 37,836 38,000 58,000
Fuente: FAOSTAT: 2004. Anexo 3. Producto obtenido del proceso de fabricación de papel en “frió” de la fibra de raquis de palma aceitera.
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Anexo 4. Árbol del Problema.
Daño al Medio Ambiente
Aumento en compra de Fert. Inorgánicos
Afecta la imagen de la empresa en la comunidad
Mal olor
Enfermedades
+ volumen. – concentración de nutrientes Aumento mano de obra
Contaminación Compostaje
Pudrición
Altos costos de manejo del desecho
Acumulación de Raquis de Palma de aceite
Rechazo del Raquis del racimo en el proceso No hay diversificación de productos del raquis
Cosecha en campo en Racimo
Falta de análisis fisiológico de la fibra del raquis
Falta de uso de Tecnología para extraer aceite del Raquis de palma en Coopeagropal
Facilidad de cosecha
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Anexo 5. Marco lógico del problema. Intervención Lógica
Indicador Verificable
Problema
Acumulación de Raquis de Palma en la planta procesadora de Coopeagropal.
Solución
Dar un uso al desecho, que genere ingresos mediante un subproducto, degradable a mediano plazo, de la obtención de aceite.
Objetivo General
Evaluar la factibilidad del uso de fibra de 1.Obtener papel Raquis de Palma Aceitera, para la 2. Obtener otros productos elaboración de papel. de uso potencial 3. Demostrar la viabilidad económica del proceso para elaborar papel
Acciones para 1.Analizar las características de la fibra resolver 2. Comparar las características de la fibra, con los requerimientos para realizar elaborar papel a partir de fibras vegetales. 3. Incorporar la fibra de raquis de palma aceitera al proceso en “frío” para hacer papel. Objetivos específicos
1. Analizar las características de la fibra de raquis de palma con parámetros requeridos para elaborar papel 2. Valorar la calidad del producto obtenido de la fibra del raquis de palma aceitera en el proceso de fabricación de papel “en frío”.
Productos
1. Análisis de propiedades físicas fundamentales de la fibra de Raquis de Palma Aceitera.
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Anexo 6. Resumen ejecutivo de gira a Coopeagropal. 2004. Universidad EARTH Resumen ejecutivo de la visita a la Cooperativa “Coopeagropal R.L.” ESTUDIANTES Nelson Fernando Solano Arguello Jairo José Montenegro PROFESOR ASESOR Egbert Spaans ANTECEDENTES Contactos: El contacto para llegar a la empresa para realizar la gira de asearía se hizo a través de Karla Molina, de la unidad del PDC, de la Universidad EARTH y del Departamento de Ingeniería de Coopeagropal, R.L., empresa en donde se realizó el estudio. Problema: La empresa es una procesadora de aceite de palma que produce desechos vegetales del proceso industrial, el cual debido al manejo que se lleva a cabo, las lagunas de desechos aparentemente no funcionan de manera adecuada, produciendo malos olores del mal proceso microbiano, problemas de acumulación de lodos, fibras vegetales tales como el raquis de la planta, aceites, ceniza, tierra de blanqueo y otros contaminantes. Objetivos: De los estudiantes. Conocer los problemas ambientales que generan la producción y procesamiento de la palma de aceite. Conocer aspectos técnicos del cultivo y del procesamiento de los diferentes derivados, así como enfrentar problemas reales que confrontan los productores de una actividad agroindustrial. De la contribución en la solución de un problema en una empresa. Los objetivos de esta asesoría fueron: Identificar el origen del problema que causa los malos olores en las lagunas de tratamiento de desechos, identificar el problema que causa las altas poblaciones de moscas caseras y probar el efecto del Sinmax en el control de las mismas. DESCRIPCIÓN DE LA EMPRESA: La cooperativa Coopeagropal R.L tiene alrededor de 450 socios, que en conjunto alcanzan 10.000 ha del cultivo de palma aceitera, en la actualidad •
•
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cuenta con aproximadamente 200 trabajadores. Esto la ha convertido en una de las cooperativas más grandes y sólidas de Costa Rica. Definición del problema: La empresa Coopeagropal en los últimos años ha incrementado sus volúmenes de producción y de la misma forma se han incrementado los volúmenes de desechos, los cuales se han transformado en una problemática ambiental, que pronto llegará a niveles sociales y legales para la cooperativa. No obstante que la cooperativa se encuentra en planes de certificación con las normas HACCP, en búsqueda de la ampliación de mercados, que la han llevado a implantar avances tecnológicos, seguridad en el trabajo, mejoras en los estándares de calidad de los productos producidos, implementación de buenas prácticas agrícolas y buenas prácticas de manufactura, no ha podido resolver la parte de la contaminación ambiental. Es posible que el manejo de la parte ambiental se haya complicado al incremento de más proveedores de palma aceitera que no forman parte de la cooperativa como socios, repercutiendo de esta manera que la producción de desechos sea incontrolable. Ubicación de la empresa: Ubicada en Valle del Coto Sur, en el Roble del Laurel, frontera con Panamá. Ver Figura 1. Carretera Interamericana
Carretera Nacional
Coopeagropal
Figura 1. Mapa de la ubicación de la cooperativa “Coopeagropal”.
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Referencias: Elvin Ortiz, Departamento de Ingeniería, Coopeagropal. Teléfono 780-0000, extensión: 139 Adriana Rodríguez, Departamento de Gestión Ambiental, Coopeagropal. Teléfono 780-0000, extensión 130. METODOLOGÍA Para exponer a los estudiantes a la realidad de los problemas de la producción de palma aceitera se realizó una visita de campo a todas las áreas que componen la entidad, yendo desde las áreas de producción del cultivo, viendo la cosecha, transporte y el procesamiento en la planta. Así como también las unidades de tratamiento de los desechos, lagunas y depósitos de desechos sólidos. Se realizó una revisión de varios documentos donde se encontraron algunos estudios de factibilidad para la implementación de una planta de compost , además de otros archivos donde se detallaban la calidad en contenido nutricional de los desechos y un manual sobre el manejo de las piscinas facultativas. Manejo de malos olores: Para el control de malos olores en las lagunas se utilizó microorganismos eficientes (EM) activados al 1%. Comparación de productos para el control de malos olores: Además de la aplicación del EM, se montó un estudio exploratorio para comparar la eficiencia en el manejo de malos olores, usando los siguientes tratamientos:1) EM al 1%, 2) Sinmax (250 ml/20 L de agua), 3) Sinmax (350 ml/20 L de agua) y 4) un testigo que consistió en agua de las lagunas. A este ensayo diariamente se le midió el pH y se percibieron diferencia de olores. Este último dato se realizó con la colaboración de un “catador ”, que los estudiantes improvisaron solicitando la colaboración del encargado de las lagunas que ha laborado en las mismas por más de 11 años. Mientras que el pH fue medido con un pH-metro de papel. Control de moscas en residuos de palma fermentados: Se hizo una prueba de control de moscas domésticas en desechos en estado de fermentación de residuos del raquiz de la palma, utilizando Sinmax al 1%, aplicado con un aspersor de motor. Este producto fue distribuido uniformemente en los montículos de los desechos. Análisis de muestras:
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Se colectaron muestras de diferentes desechos generados en la cooperativa con el objeto de analizar diferentes variables. Este análisis se realizó en el laboratorio de Suelos y Aguas de la Universidad EARTH. RESULTADOS Y DISCUSIÓN De la visita realizada a la cooperativa de producción de palma aceitera, Coopeagropal, R. L., se detectó que existe una serie de estudios técnicos y de factibilidad de manejo de desechos que la empresa no ha sido capaz de implementar. En opinión de los estudiantes, la falta de implantación de esos proyectos se debe probablemente a interpretación de las propuestas y su alcance en las ventajas que los mismos pueden ofrecer. Otra posible causa detectada es la falta de políticas adecuadas en la dirección de la cooperativa. Estas observaciones se basan en que, sugerencias dictaminadas por expertos que ha traído la cooperativa no han tenido el éxito esperado, debido a la falta conocimiento de los conceptos de manejo de desecho y la deficiencia técnica, puesto que se detectó que la planta cuenta con una maquina prensadora y picadora del pinzote, que es uno de los problemas más grades, pero en la actualidad ésta se encuentra sin utilización. También, se cuenta con una maquina volteadora de compost que no se le da uso alguno. Con relación a la comparación de EM y Sinmax para el control de malos olores del agua de las lagunas, de las observaciones organolépticas realizadas por el “catador”, éste indicó que los tratamientos tanto de Sinmax como de EM, habían cambiado el aroma de las aguas, pasando de fétidas a olores de “fermentos”. En el estudio de Sinmax para control de moscas en desechos sólidos, debido a la rapidez de la visita, no se pudo llegar a conocer el efecto del tratamiento en el control de poblaciones de moscas. Con relación al manejo de poblaciones de moscas, también se detectó una actitud pasiva de los pobladores para hacer acciones de manejo ambiental para la reducción de las moscas en el campo. Es posible que una de las causas sea la falta de conciencia colectiva y de comunicación adecuada. Pues la cooperativa con el propósito de reducir los desechos inició una operación de distribución de los ráquiz de la palma en las fincas de los socios, causando sin que fuere su intención, mayor problema de poblaciones de las moscas. Con relación a los estudios de laboratorio llevados a cabo por los estudiantes, como se pueden observar en el Cuadro 1, los productos de desechos tienen alto valor nutricional para ser utilizados para la fabricación de abonos orgánicos.
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Cuadro 1. Resultados de los análisis realizados a los diferentes desechos de industria de la cooperativa Coopeagropal. Realizados en el laboratorio de Suelos de la Universidad EARTH. IDENTIFICACIÓN
N
P
K
Ca
Mg
Fe
Cu
%
Zn
Mn
hum.
ppm
MO
C org.
%
pantano 30 cm
0,42
0,39
1,26
6,14
1,07
32250
113
77
290
54,96
7,53
4,37
pantano 5 cm pantano sup acuosa
2,73
1,19
1,17
3,29
1,1
26675
188
158
400
59,99
40,1
23,26
2,99
1,15
1,35
3,42
1,47
25300
187
154
400
52,16 46,23
26,81
tierra blanqueo
0,16
0,17
0,84
1,39
0,71
13525
2
30
450
55,07 38,65
22,42
fibra palma
1,03
0,21
0,46
0,66
0,21
1275
26
20
50
58,52 93,51
54,24
torta
1,44
0,31
0,71
1,35
0,3
2500
34
34
38
55,35 89,99
52,19
Ceniza
0,58
1,29
3,38
4,06
1,7
5025
150
48
175
57,86 48,36
28,03
pinzote
0,61
0,07
0,84
0,25
0,11
500
7
14
12
57,23 96,04
55,71
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RECOMENDACIONES •
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•
•
Se recomienda que se utilicen las cenizas y los lodos como enmiendas para mejorar el suelo usado en el sustrato de los semilleros y viveros, ya que estos suelos son muy arenosos y retienen poca humedad. Se recomienda el uso del EM al 1%, de manera sistemática, para el control de malos olores de las lagunas facultativas. El uso del EM se recomienda debido a que el mismo está disponible en el mercado y los miembros del equipo de Gestión Ambiental de la Cooperativa fueron expuestos a la técnica de aplicación. Con base a los resultados de los análisis de laboratorio de los diferentes desechos, se recomienda la fabricación de compost . Esto contribuiría en la disminución de la problemática de los desechos, así como también, podrían ser usados en la reducción de compra de insumos, reducirían el uso de fertilizantes sintéticos y, posiblemente, podrían venderse a terceros, produciendo otra fuente de ingresos para la cooperativa. El Consejo de Educación conjuntamente con Gestión Ambiental de la Cooperativa deben de iniciar un programa permanente de educación y concientización de los socios y particulares para manejar de manera integrada los desechos que se originan en todo el proceso productivo de la palma de aceite.
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