ELABORACION DE PAPEL FILTRO A PARTIR DE BROZA DE QUINUA ( Chenopodium ), AVENA FORRAJERA quínoa Willd ), (avena sativa) y ALGODÓN (Gossypium sp.) I.
INTRODUCCION: En la fabricación del papel se utilizan como materia prima: paja, hojas, corteza, trapos, u otros materiales fibrosos, dependiendo del tipo de papel que se desea obtener. El papel, un descubrimiento chino, es de gran utilidad en la actualidad a pesar de los grandes avances de la ciencia y tecnología, no puede ser sustituido aun y su uso es general a nivel mundial para diversas aplicaciones ya sea en oficina, estudios, laboratorios, higiene, etc. Pero dicho producto tiene la desventaja de ser causante de la contaminación ambiental puesto que para su fabricación se requiere la tala de árboles, el uso de químicos en algunos casos, aunque actualmente se está eliminando el uso exagerado de químicos por las distintas normas de producción a nivel mundial que tratan de evitar la contaminación ambiental. Es en este aspecto que tratamos de usar materia prima reciclada a base de distintos productos de la región que ya no son utilizados después de su cosecha o de su producción, en este caso podemos tener en claro ejemplo de la broza de quinua, la paja de la cebada, la paja de avena, etc., adicionando también a estos Almidón o algodón para obtener mayor consistencia o flexibilidad dependiendo del tipo de papel que se quiera obtener y las características que este requiera.
II.
PROBLEMA DE LA INVESTIGACION: El papel es un material cotidiano que de una u otra manera todos utilizamos. Pero para producirlo se necesitan grandes cantidades de celulosa por lo que se deben talar millones de árboles para poder empezar a fabricar el papel, (Kay Teschke y Paul Demers). La industria papelera (papel y pasta de papel) por lo general es altamente contaminante y provoca muchos impactos negativos en el medio ambiente y en la salud de la población cercana a las mismas. (Judith Anderson, tecnología de pulpa y papel reciclado). El papel y los productos relacionados con él se elaboran a partir de fibras de celulosa presentes en las plantas. Estas fibras pueden provenir de diferentes vegetales: algodón, madera, paja de cereales, etc., pero actualmente la mayor parte de la producción mundial del papel proviene de la madera. A la vez, un tercio
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del total de madera procesada en el mundo se emplea para la fabricación de pasta (Johnston, 1 996). La región de Puno concentra el 79.5% de la producción nacional de quinua, seguida por Cusco, Junín Junín y Ayacucho (dirección regional regional de agricultura puno) De ahí que la problemática del inadecuado inadecuado uso de los residuos que dejan la producción de de quinua al igual que la avena forrajera , que terminan en muchos casos abandonados en los campos de cultivos generando este problemas medio ambientales, por ello planteamos realizarle un adecuado tratamiento .
III.
II.I. FORMULACION DEL PROBLEMA: • ¿Cuál será los parámetros de obtención de papel filtro a partir de tallos de quinua, avena forrajera y algodón? mejor tratamiento tratamiento para la elaboración elaboración del papel filtro? filtro? • ¿Cuál será el mejor • ¿Cuál será el mejor resultado en comparación con el papel testigo? OBJETIVO: III.I. OBJETIVO GENERAL: Determinar los parámetros de elaboración del papel filtro a partir de tallos de quinua (Chenopodium quinoa Willd), avena forrajera (Avena sativa L), algodón (Gossypium sp.)
III.II. OBJETIVOS ESPECIFICOS:
IV.
Elegir el mejor tratamiento para la elaboración de papel filtro. Comparar los resultados obtenidos con el papel testigo y determinar el mejor tratamiento. optimizar el método adecuado adecuado para la elaboración de papel filtro filtro a partir de fibras de tallos de quinua quinua y avena forrajera. forrajera. Determinar las características físicas de cada uno de los tratamientos.
JUSTIFICACION: Este proyecto se realiza con el fin de darle un mejor uso a los residuos de la quinua y la avena con la elaboración de papel filtro aprovechando la cualidad de las materias primas primas de ser ser absorbentes, absorbentes, también se tiene la finalidad de poder poder incorporar procesos papeleros a residuos que no se utilizan en la región. Lo atractivo del mercado se puede comprobar con operaciones concertadas como la de Unicel S.A., firma dedicada a papeles absorbentes, toallas higiénicas y cartón, que transfirió el 51% de sus acciones a la Kimberly- Clark Corporation creando a KIMPERU A.A., la cual ha invertido alrededor de 6 millones de dólares. Por otro lado Papelera Suizo Peruana 40 millones de dólares y Papelera Sur otros tres millones de dólares.
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V.
REVISION BIBLIOGRAFICA: V.I. QUINUA. La quinua (Chenopodium quinoa Willd.), es una de las especies domesticadas y cultivadas en el Perú desde épocas prehispánicas (más de cinco mil años). La cuenca del Lago Titicaca es la zona considerada como el principal centro de origen de la quinua y el centro de conservación de la mayor diversidad biológica de esta especie, en la cual existen sistemas ingeniosos de cultivo y una cultura alimentaria que incorpora el grano a la digestión diaria.Durante el imperio de los Incas, la quinua se convirtió en uno de sus cultivos principales y alimento básico de la dieta de los habitantes. En la actualidad, el grano es cultivado en el Perú, Bolivia, Ecuador, Chile, el norte de Argentina y otros países. El Perú y Bolivia son los mayores productores de este grano andino que es similar con el arroz en los tiempos de la colonia, donde los españoles la denominaban “arrocillo americano” o “trigo de los Incas”. El Perú es poseedor de una diversidad genética genética de quinua
tanto silvestre como cultivada, siendo uno de los mayores productores y exportadores, y cuyo cultivo representa un potencial y oportunidad comercial que contribuirá a mejorar la calidad de vida de las poblaciones alto andinas.(MINAGRI). La quinua es un cultivo de elevadas cualidades nutricionales, que al igual que el maíz, el amaranto, el fríjol, la papa y muchos otros cultivos nativos, constituye históricamente uno de los alimentos principales del hombre andino. Tiene la capacidad de adaptarse a diversas condiciones climáticas, presenta alta resistencia a factores abióticos y diversidad genética; la quinua producida de manera orgánica es muy apetecida en los mercados internacionales. En la actualidad se cultiva principalmente en Bolivia, Perú y en algunas zonas de Colombia, Ecuador, Chile y Argentina. Este alimento ha sido considerado por la Organización de las Naciones Unidas para la Agricultura y la Alimentación (FAO) como uno de los cultivos promisorios de la humanidad, no solo por sus propiedades benéficas, sino también por sus múltiples usos. (Montoya et. Martinez et. Peralta., 2005). Taxonomía. Nombre científico: Chenopodium quinoa Categoría: Especie Clasificación superior: Chenopodium Familia: Amaranthaceae Especie: Chenopodium quinoa; Willd., Sp. Pl., ed., 4, 1(2), p. 1301, 1798 División: Magnoliophyta
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V.II. USOS REALES Y POTENCIALES DE LA QUINUA. Para establecer las posibilidades de desarrollo de la cadena es necesario identificar cada uno de los productos y subproductos que se pueden obtener de las hojas, el tallo y el grano de la planta de quinua, y sus usos reales y potenciales:
Los colores de la planta y de las semillas, dados por la pigmentación de betacinina, se pueden utilizar en la elaboración de colorantes vegetales, por la facilidad de solubilizarse en agua e industrializarse. Él ensilaje permite conservar forraje en un estado físico parecido al que tenía en el momento de la recolección con una composición química modificada por las fermentaciones que sufre. Con las hojas de quinua es posible realizar este mismo proceso de ensilaje a fin de poder conservar alimento para los animales en las épocas de escasez.(Montoya et. Martinez et. Peralta.,2005). V.III. EL TALLO: El tallo de quinua tiene un gran contenido de proteínas, vitaminas, minerales, agua, entre otros, que permiten que después de un proceso de enriquecimiento proteico pueda incorporarse a la alimentación animal (bovinos, porcinos, aves), obteniéndose así un concentrado de alto valor nutritivo. Una fuente de fibra natural para la producción de celulosa es el tallo de la planta de quinua; ésta se usa como materia prima para la fabricación de papel y cartón. Los tallos secos e incluso las raíces, después de sacudidas para liberarlas de los fragmentos de tierra que se adhieren a ellos, se calcinan con el objeto de obtener ceniza, la cual convenientemente humedecida se amasa y se le da forma de pequeños panecillos, (Montoya et. Martinez et. Peralta.,2005). V.IV. AVENA FORRAJERA: La Avena (Avena Sativa) es una planta herbácea anual, perteneciente a la familia de las gramíneas. Posee raíces más abundantes y profundas que las de los demás cereales; los tallos son gruesos y rectos, pueden variar de medio metro hasta metro y medio, están formados por varios entrenudos que terminan en gruesos nudos; las hojas son planas y alargadas; su borde libre es dentado, el limbo de la hoja es estrecho y largo; la flor es un racimo de espiguillas, situadas sobre largos pedúnculos y el fruto es en cariópside, con las glumillas adheridas. (García, 2007) Las avenas cultivadas tienen su origen en Asia Central. La historia de su cultivo es más bien desconocida, aunque parece confirmarse que este cereal no l legó a tener importancia en épocas tan tempranas como el trigo o la cebada, ya que, antes de ser cultivada, la avena fue considerada como una mala hierba de estos cereales. Los 5 primeros restos arqueológicos se hallaron en Egipto, y se supone que eran semillas de malas hierbas, ya que no existen evidencias de que la avena fuese
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Usos de la avena forrajera: El grano de avena se emplea principalmente en la alimentación del ganado, aunque también es utilizada como planta forrajera, en pastoreo, heno o ensilado, sola o con leguminosas forrajeras. La paja de avena está considerada como muy buena para el ganado. El grano de avena es un magnífico pienso para el ganado caballar y mular, así como para el vacuno y el ovino. Es buena para animales de trabajo y reproductores por su alto contenido en vitamina E. En menor escala la avena se emplea como alimento para consumo humano, en productos dietéticos, triturada o molida y para preparar diversos platos. También se mezcla con harina de otros cereales en la fabricación de pan, así como en la fabricación de alcohol y bebidas. (Borda, 2007) V.V. EL ALGODÓN: Su nombre es de procedencia Arabe, debido a que, con toda probabilidad, el algodon fue originario de Oriente proximo y del Valle del Nilo. El algodon es una planta perteneciente al género gossypium, de la que existe una gran multitud de especies o variedades que se vienen dando a medida que su cultivo se ha extendido por todo el planeta. Tiene el tallo verde, de altura entre 0,8 y 1,5 metros, según variedades y regiones; al tiempo de florecer, el tallo cambia su color del verde hacia el rojo; las hojas acorazonadas, de cinco lóbulos; las flores blancas o rojas, con manchas; su fruto es una cápsula conteniendo de 15 a 20 semillas envueltas en una borra muy larga y blanca (gráfico 2), que se desenrolla y sale al abrirse la cápsula, Fernandez A. , (2008). Excepto en algunas variedades para jardinería, en todas partes la planta de algodón es cultivada con objeto de aprovechar las fibras que envuelven la semilla. El género gossypium se da en todas las latitudes subtropicales. Las características de esta fibra dependen del clima del país donde se cultiva y de la especie algodonero del que precede. Las impurezas en el algodón pueden variar desde un 4 % a 12% del peso total de la fibra. Los niveles de contaminación variaran inevitablemente de país a país, incluso pueden variar de región a región dentro de un país dado. El contenido de minerales en el algodón crudo depende de muchos factores, entre los principales que deben ser considerados son: • • • • • • •
La producción de la cosecha La geología del área del cultivo La constitución de la tierra Las condiciones de tiempo durante el periodo de maduración Las técnicas del cultivo Pesticidas y fertilizantes Procedimiento de preparación del algodón crudo
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periodo de crecimiento a la contaminación de metales. La contaminación de metales puede venir de impurezas de sales inorgánicas, o en el agua dura que disuelve y rocía los fertilizantes. La mayoría de los fertilizantes se aplica antes de que la cápsula se abra, y se cree que la contaminación de metales pesados se concentra en la corteza y el tallo.( Fernández A. , (2008).)
Fuente: Fernández A., (2008). La mayoría de las impurezas están en la pared primaria formando una especie de barrera hidrofóbica, la cual, si no se remueve efectivamente, ser· responsable de una pobre absorbencia y otras propiedades indeseables. Las sales minerales están compuestas de sales solubles en agua, cloruros, carbonatos, fosfatos de sodio y potasio, y sales insolubles de calcio y magnesio. Las primeras se disuelven en agua y las segundas requieren la aplicación de agentes secuestrantes para atacar el problema de contenido de minerales en el algodón crudo en los procesos de tratamiento previo. En algunas procedencias de algodón se encuentran partículas de óxido de hierro provenientes de las máquinas recolectoras y desmotadoras. Estos compuestos son muy perjudiciales en el blanqueo por lo que deben eliminarse o formar complejos estables que eviten la formación de oxicelulosa. Finalmente tenemos que las sales minerales son las que aportan el mayor porcentaje de metales alcalinotérreos y de transición, Fernandez A. , (2008). Variedades Algodoneras Más Importantes: El algodón es la fibra en forma de vello que cubre la semilla es una planta dicotiledónea de la familia de las malváceas, género ìGossypiumî. De dicho género existen diversas familias, de las que citaremos cit aremos las más importantes:
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Las fibrillas medianas y largas son aptas para hilar, mientras que las más cortas (linters) se usan para la fabricación del Rayón. Se cultiva con preferencia en la India, Persia, China y Egipto, Molnar I. (2016). 2) Gossypium. ArbÛreum: Su ArbÛreum: Su tiempo de vida es de cinco a más años llegando a los seis metros de altura. Es originario de la India, donde se le considera como planta sagrada y se utiliza para la fabricación de géneros para el culto (se le llama también Gossypium. Relligiosum). Su fibra es corta, escasa y basta, de color amarillento y resulta al tacto más áspero que las otras variedades, Molnar I. (2016). 3) Gossypium. Barbadense: Vive Barbadense: Vive de uno a dos años, alcanzando alturas de dos a tres metros. Su fibra es la más larga (unos cinco centímetros) y se le denomina algodón de fibra larga¸ Molnar I. (2016). 4) Gossypium. Hirsutum: Hirsutum: Planta anual de fibra tiene las fibras blancas, finas y largas. Se cultiva preferentemente en América proporcionando la mayor parte del algodón americano que es utilizado para la fabricación de tejidos de tipo medio, Molnar I. (2016). Propiedades Físicas Y Químicas Del Algodón: 1) Color: Color: Generalmente la fibra de algodón va desde blanco hasta color crema. Mediante siembra selectiva se ha obtenido también algodón de color café, canela y verde, José A. (2007). 2) Forma: Forma: En su aspecto microscópico presenta aspecto de una cinta aplastada granulosa (gráfico 3), cuyos bordes son más gruesos. Su principal caracterí stica que lo hace inconfundible, es su aspecto retorcido, esta retorsión es más pronunciada cuanto mayor es el grado de madurez de la fibra. Se encuentra compuesto a base de moléculas de celulosa, con la estructura molecular típica de Ésta. El largo de una fibra de algodón es usualmente. De 1000 a 300 veces su diámetro. El diámetro varía desde 16 hasta 20 micras. Su sección transversal se asemeja a una U o forma de habichuela (gráfico 3), con un canal central conocido como lumen. Durante su crecimiento, este canal lleva los nutrientes necesarios para el
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Una vez que la fibra ha alcanzado su longitud total, las capas de celulosa se depositan en el interior de la pared exterior, delgada y cerosa. La fibra crece en forma similar a un ·árbol, con anillos concéntricos de crecimiento.
Cada capa está hecha de pequeñas fibrillas o diminutos segmentos fibrosos. Conforme estas capas fibrilares se depositan, están van formando series completas de espirales que cambian de dirección en ciertos puntos, formando así espirales invertidas. Cuando la bola de algodón se abre, y la fibra es expuesta al ambiente, esta se seca y colapsa en la forma plana que se observa a través de un microscopio. Las espirales de fibrillas de celulosa causan los rizos característicos del algodón, llamados convoluciones, a lo largo de su dirección longitudinal de la fibra (grafico 5). Estos rizos le dan al algodón a nivel macro la apariencia de una cinta ondulada, lo que facilita el hilado posterior de la fibra hacia hilos, José A. (2007). 3) Lustre: El Lustre: El lustre del algodón es bajo, a menos que se le apliquen tratamientos o acabados especiales. Esto es, en parte, consecuencias de los rizos naturales del algodón y su consecuente superficie irregular, que rompe y dispersa los rayos de luz reflejados en su superficie, José A. (2007). 4) Gravedad Especifica: Valor: Especifica: Valor: 1.54 lo que significa que los tejidos de algodón se sentirán más pesados que telas hechas de poliéster (1.38) o nylon (1.14) , José A.
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V.VI. EL PAPEL FILTRO: Cuando pensamos en papel, primero imaginamos papel de imprenta, al lado de esto hay algunos Grados de papel que se producen a gran escala, como tejido o cartón. Sin embargo, Hay papeles, que tienen propiedades especiales, dependiendo de su uso final, así llamado Papeles especiales. Uno de ellos es el papel de filtro. La alta porosidad es la propiedad común Para todos los papeles de filtro. Además, deben soportar diferentes medios y Temperaturas, poseen la propiedad de mayor rigidez o aseguran la limpieza. Además, Los papeles de filtro tienen propiedades específicas tales como resistencia al flujo, eficiencia de filtración y Capacidad de retención de polvo, Perez, A. (2001). Propósitos: Los Propósitos: Los papeles de filtro están en gran demanda para diversos propósitos. Estas son las protecciones del motor Contaminación, filtración de laboratorio, variedad de aplicaciones de alimentos y bebidas y muchos otros. 1. Papeles para la protección del motor: motor: Los papeles de filtro se utilizan en la industria del automóvil para la producción de consumibles tales como Aire, aceite y filtros de combustible. Normalmente se impregnan en los cartuchos Perez, A. (2001). 2. Uso de laboratorio: Existen dos tipos de papeles de laboratorio: Documentos cualitativos. Se cualitativos. Se producen con diferentes niveles de pureza, dureza, Caudal, capacidad de carga y resistencia química. Los trabajos cualitativos Dividirse en dos grupos: Filtros estándar. Este tipo de papeles se utilizan para la filtración de muestras de rutina. Filtros húmedos reforzados. Su uso es en la clarificación de líquidos, que Se produce bajo la presión o vacío.
Los documentos cuantitativos están destinados al análisis gravimétrico ya la Muestras para el análisis instrumental.
Los papeles sin ceniza se usan para el análisis cuantitativo general. Los papeles de bajo cenizas endurecidos son tratados con ácido para
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Los papeles de filtro de café se utilizan principalmente para producir filtros de papel desechables para goteo eléctrico cafeteras. c afeteras. El papel del bolso de té se hace generalmente de fibras finas y largas del abaca. El peso base es bastante bajo de 12 a 20 g / m 2; La estructura es muy porosa, Perez, A. (2001). 4. Bolsa de polvo aspiradora: aspiradora: Bolsas de polvo para aspiradoras hechas de papel especial para el hogar, que consiste principalmente en Pulpa de madera blanda con adición de pulpa de madera dura para ajustar la porosidad. El gramaje varía de 100 a 150 g / m 2. Los filtros se utilizan para retener el polvo y otros contaminantes al pasar El aire a través de la aspiradora, Perez, A. (2001). Mecanismo De Filtración: Según Filtración: Según INDA, la Asociación de la Industria de Tejidos de Nonwovens: "La filtración es un mecanismo o dispositivo para separar una sustancia de otra". Las separaciones se pueden clasificar sobre la base del estado de la materia en seis categorías: 1. Sólidos - gases. 2. Sólidos - líquidos. 3. Sólidos - sólidos. 4. Líquidos - líquidos. 5. Gas - líquidos. 6. Gas-gas Existen cuatro mecanismos principales de filtración: filtración : filtración en profundidad, filtración superficial, Esfuerzo superficial y esfuerzo de profundidad. Esfuerzo superficial La partícula, que es más grande que el poro, permanece en el filtro. La partícula tiene la El diámetro más pequeño se mueve a través del filtro y no se separa. En este caso, todos los poros Los diámetros son iguales, Perez, A. (2001). Esfuerzo de profundidad La partícula penetra en el poro y va hasta el lugar donde el diámetro del poro es Menos, que la partícula. En este punto, la partícula queda atrapada, Perez, A. (2001). Se basa en la entrada de partículas a poros Estructura del papel y su permanencia allí. Durante el uso, las partículas llenan el Estructura del filtro disminuyen así la
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apariencia como una torta. En algunos casos, si hay Posibilidad de quitar esta "torta" que puede prolongar la vida útil del filtro, Perez, E. (2009).
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V.VII. DIAGRAMA DE FLUJO: RECEPCION DE MATERIA PRIMA SELECCION DE LA MATERIA PRIMA REDUCCION MECANICA PESADO DESLIGNIFICADO & & NAOH al 8% durante 4 horas LAVADO TRATAMIENTO TERMICO & & Llevado a una cocina eléctrica Con tiempos de 1h y 1/2h. LAVADO
BLANQUEADO & & Tratamiento realizado por 1 y 2 días. Con hipoclorito de sodio a 5 % inicial.
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VI.
HIPOTESIS: En el presente trabajo de investigación planteamos que el uso de brozas de quinua y avena forrajera dan un gran aporte y absorción absorción en un papel filtro, asemejándose asemejándose a un papel filtro testigo, que los procesos que se le realizaron a la materia prima son óptimas para la elaboración de papel papel filtro, que la celulosa obtenida de materia prima tienen car características de absorción absorción y que son benéficas benéficas para la elaboración de papel filtro.
VII.
MATERIALES Y METODOS: MATERIALES: Broza de quinua y avena. Algodón. NaOH. NaClO. Cmc . Mg3Si4O10(OH)2
EQUIPOS: Molino manual Pulper Desintegrador de fibra. Una licuadora. Balanza digital. Cocinilla eléctrica. Prensa.
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METODOS: Los procesos y métodos de elaboración de papel filtro son los siguientes: RECEPCION DE MATERIA PRIMA Se procedió a la recepción de la materia prima como es la broza de quinua, avena forrajera y algodón.
Imagen referencial referencial de: Broza de quinua quinua y avena SELECCIÓN DE LA MATERIA PRIMA Se realizó la selección, dependiendo del tipo de materia prima que se tenía, a su vez se seleccionó también, por la cantidad de humedad, el color, el tamaño. REDUCCION MECANICA
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PESADO Se realizó el pesado de cada muestra antes de empezar con la des lignificación. DESLIGNIFICACION Se preparó una mezcla de agua con hidróxido de sodio (NAOH) al 10%, y se realizó en tiempos de 04 horas, la broza de quinua y la avena forrajera.
Fuente: propia de des lignificación. LAVADO Luego de transcurrido el tiempo de des lignificación se procede a lavar la muestra hasta que el producto del lavado de esta sea claro.
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BLANQUEADO Se deja en hipoclorito de sodio preparado al 5 y 2.5%, durante un día o 2 dependiendo como este el blanqueado blanqueado de la muestra. En una concentración inicial al 10% de la solución.
Fuente propia: blanqueado LAVADO Se repite el lavado esta vez para tratar d eliminar el olor del cloro.
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MEZCLADO Se realiza el mezclado de las muestras previamente pesadas para su posterior refinamiento.
Fuente propia. REFINADO
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PRENSADO Luego del moldeado se procede al prensado esto para obtener una mayor uniformidad y que nuestro papel salga uniforme, esto se realiza poniendo poli seda para tapar la pasta, cubierta por otra tela para que esta absorba la humedad, cambiarla una vez este mojada, y sobre ambas un vidrio.
SECADO Se deja el molde prensado a temperatura ambiente, alrededor de 03 días, dependiendo de la humedad del papel y del tipo de papel también depende el uso de tratamiento térmico (plancha), algunos papeles son sensibles y terminan arrugándose. VIII.
RESULTADOS: Se realizó pruebas con: broza de quinua 40%, avena forrajera 30%, algodón 30%.
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X.
REVISION BIBLIOGRAFICA: GARCÍA HORTAL, José A. (2007). Fibras Papeleras. Barcelona. Ediciones UPC Libby, C. Conde. Celulosa y Papel de Ciencia y Tecnología, vol. II. McGraw-Hill, Nueva York, sin fecha (probablemente 1960). CULTIVO MULTIPROPÓSITO PARA LOS PAISES ANDINOS INT/01/K01 PERÚ – BOLIVIA – COLOMBIA. MUJICA A. ORTIZ R. BONIFACIO A. SARAVIA R. CORREDOR G. ROMERO A. JACOBSEN S. 2006 “Agroindustria de la Quinua (Chenopodium quinoa willd) en los países Andinos.” PUNO - PERÚ).
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