Tesis / 0017 / I.AG.

UTILIZACIÓN DE MATERIAS PRIMAS ALTERNAS (TUSA DE MAÍZ Y RESIDUOS DE LA INDUSTRIA MADERERA) PARA LA OBTENCIÓN DE TABLEROS AGLOMERADOS, MEDIANTE EL USO DE FORMALDEHIDO COMO AGLUTINANTE.

DAVID AUGUSTO HERNÁNDEZ TORRES.

FUNDACIÓN UNIVERSITARIA AGRARIA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERÍA PROGRAMA DE INGENIERÍA AGROINDUSTRIAL BOGOTÁ, D.C. 2015 1

UTILIZACIÓN DE MATERIAS PRIMAS ALTERNAS (TUSA DE MAÍZ Y RESIDUOS DE LA INDUSTRIA MADERERA) PARA LA OBTENCIÓN DE TABLEROS AGLOMERADOS, MEDIANTE EL USO DE FORMALDEHIDO COMO AGLUTINANTE.

DAVID AUGUSTO HERNÁNDEZ TORRES.

Trabajo de grado presentado como requisito para optar al título de Ingeniero Agroindustrial

Director ALEXANDRA ROJAS MORENO Ingeniera Forestal

FUNDACIÓN UNIVERSITARIA AGRARIA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERÍA PROGRAMA DE INGENIERÍA AGROINDUSTRIAL BOGOTÁ, D.C. 2015 2

NOMBRE DEL PROYECTO:

UTILIZACIÓN DE MATERIAS PRIMAS ALTERNAS (TUSA DE MAÍZ Y RESIDUOS DE LA INDUSTRIA MADERERA) PARA LA OBTENCIÓN DE TABLEROS AGLOMERADOS, MEDIANTE EL USO DE FORMALDEHIDO COMO AGLUTINANTE.

ESTUDIANTE(S) RESPONSABLES:

DAVID AUGUSTO TORRES.

DIRECTOR:

ALEXANDRA ROJAS MORENO INGENIERA FORESTAL.

JURADO CALIFICADOR:

______________________________

HERNÁNDEZ

______________________________

______________________________

______________________________

BOGOTÁ, OCTUBRE DE 2015

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DEDICATORIA A mis padres principalmente por apoyarme a lo largo de este proceso de vida, tanto en mi formación académica como personal, no se trata solamente del ámbito económico sino también de su orientación y acompañamiento moral, con las enseñanzas de vida y la formación que solo una familia unida le puede proporcionar a sus hijos. Al igual una mención especial a mi hermana por ser mi compañera incondicional en momentos de alegrías y tristezas siendo el apoyo moral de esos momentos que nunca nadie más sabrá entender “Siempre unidos, siempre fuertes”.

Para ellos, esto es el resultado del esfuerzo, la dedicación y el cariño que me han ofrecido desinteresadamente, solo por el hecho de ver los sueños de un hijo y hermano consumarse, gracias a una titulación como profesional como primer eslabón en la formación académica de la profesión que me apasiona.

Finalmente a todas las personas que me han acompañado en este proceso de formación académica, las cuales de una u otra manera con sus enseñanzas y experiencias de vida han hecho que este proyecto sea un logro, el primero de muchos que han de venir en mi formación como profesional.

Con orgullo, les dedico este trabajo final y les doy las gracias por su apoyo incondicional.

Gracias a Dios por ser mi guía espiritual.

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AGRADECIMIENTOS

Agradecimiento especial a mi directora de tesis, la ingeniera Alexandra Rojas Moreno por el apoyo académico e intelectual a lo largo del desarrollo de este proyecto final.

A la Fundación Universitaria Agraria de Colombia, por ser el recinto de formación académica y por los servicios prestados en el área de laboratorios para la ejecución de este proyecto.

A la ingeniera Dolly Andrea Leyva por apoyar este proyecto desde el momento en que surgió como idea para el desarrollo de un nuevo producto agroindustrial y gracias a su formación académica, hoy por hoy este es un proyecto real.

A la empresa JJUB y CIA especialmente a la gerente Pilar Fernanda Urrea por creer y apoyar este proyecto y en general a la empresa por ser promotora y fuente de motivación y de materias primas para el desarrollo de este proyecto y gracias a la formación como profesional que han aportado en mí.

A la empresa Pizacryl por apoyar la investigación para el desarrollo de nuevos productos agroindustriales, por facilitar los insumos para el desarrollo de este proyecto, a pesar de no ser esta su actividad comercial.

A la tienda de suministros alimenticios “La Gran Manzana” por la gestión durante la recolección del material de residuos de maíz requerido para la realización de esta investigación.

Una mención especial al ingeniero Mauricio Sierra por apoyar este proyecto durante su ejecución, gracias a sus conocimientos y capacidades de docente en momentos que no podía contar con mi directora de tesis y permitieron el avance de este proyecto en su fase pre-experimental.

Un reconocimiento a la colaboración durante el desarrollo de la fase experimental a la ingeniera Brenda Albarracín.

Finalmente a todos los docentes que durante mi formación académica aportaron un granito de arena, gracias a sus conocimientos como profesionales, a su experiencia y a su calidad como seres humanos. Por educar y formar a los profesionales del mañan

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CONTENIDO GLOSARIO ........................................................................................................... 10 RESUMEN ............................................................................................................ 11 1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ........................................................... 16 2. OBJETIVOS ................................................................................................... 17 2.1.

Objetivo General ...................................................................................... 17

2.2.

Objetivos Específicos ............................................................................... 17

3. MARCO TEÓRICO ......................................................................................... 18 3.1.

Definición. ................................................................................................ 18

3.2.

Mercado de los tableros aglomerados ..................................................... 18

3.3.

Antecedentes ........................................................................................... 20

3.4.

Fabricación de tableros aglomerados. ..................................................... 22

3.4.1.

Proceso productivo ......................................................................... 22

3.4.2.

Maquinaria. ....................................................................................... 25

3.4.3.

Calidad de los tableros aglomerados. ........................................... 27

3.4.4.

Residuos de la industria maderera ................................................ 28

3.4.5.

Residuos de la industria del maíz .................................................. 29

3.4.6.

Conceptos de evaluación financiera. ............................................. 30

4. MATERIALES Y MÉTODOS .......................................................................... 32 4.1.

Materiales................................................................................................. 32

4.1.1.

Tusa de Mazorca. ............................................................................. 32

4.1.1.

Residuos de Madera. ....................................................................... 32

4.1.2.

Urea Formaldehido. ......................................................................... 33

4.2.

Equipos. ................................................................................................... 34

4.3.

Métodos. .................................................................................................. 37

4.3.1.

Trabajo de Campo. .......................................................................... 38

4.3.2.

Fase de Laboratorio. ....................................................................... 39

4.3.3.

Pruebas Técnicas. ........................................................................... 43

4.3.4.

Análisis Estadístico. ........................................................................ 48

5. RESULTADOS Y ANÁLISIS DE RESULTADOS. ......................................... 51 5.1.

Fase de Campo. ....................................................................................... 51

5.2.

Fase de laboratorio .................................................................................. 52

5.2.1.

5.3.

Pre-Tratamiento de las Materias Primas. ....................................... 52

Pruebas técnicas ...................................................................................... 53 6

5.4.

Análisis estadístico ................................................................................... 55

5.5.

Aspectos técnicos. ................................................................................... 58

5.6.

Análisis Financiero. .................................................................................. 60

CONCLUSIONES ................................................................................................. 62 RECOMENDACIONES ......................................................................................... 64 BIBLIOGRAFÍA .................................................................................................... 65

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LISTA DE TABLAS

Tabla 1. Importaciones de tableros aglomerados Colombia 2010-2014 .............. 19 Tabla 2. Exportaciones de tableros aglomerados Colombia 2010-2014 ............... 19 Tabla 3. Estimado materias primas requeridas para la elaboración de 1000 tableros. .............................................................................................................................. 21 Tabla 4. Pruebas técnicas realizadas en tableros aglomerados ........................... 27 Tabla 5. Tolerancias dimensionales de los tableros de partículas aglomeradas. .. 28 Tabla 6. Valores mínimos de módulo de rotura, módulo de elasticidad, enlace interno y Sostenimiento del tornillo para tableros de partículas aglomeradas. .................. 28 Tabla 7. Proporción de los diferentes componentes de una planta de maíz ......... 30 Tabla 8. Composición Porcentual por Tratamiento. .............................................. 49 Tabla 9. Granulometría y Cantidad de (RM-M) ..................................................... 52 Tabla 10. Pruebas Técnicas de Caracterización Fiscas al Inicio........................... 53 Tabla 11. Pruebas Técnicas de Caracterización Fiscas al Final. .......................... 54 Tabla 12. Pruebas Técnicas de Resistencia. ........................................................ 55 Tabla 13. Prueba de Tukey. .................................................................................. 56 Tabla 14. Maquinaria y Equipos Requeridos. ........................................................ 59 Tabla 15. MP e Insumos Requeridos. ................................................................... 60 Tabla 16. Personal Requerido. .............................................................................. 60 Tabla 17. Resumen Análisis Financiero ................................................................ 61

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LISTA DE FIGURAS Figura 1. Balanza comercial Colombia 2010-2014. ............................................... 20 Figura 2. Proceso general de fabricaciรณn de tableros aglomerados...................... 22 Figura 3. Disposiciรณn de Residuos de la Industria Maderera. ............................... 29 Figura 4.Central de Abastos SA, Bogotรก. .............................................................. 32 Figura 5. Industria de Muebles JJUB Y CIA. Bogotรก. ............................................ 33 Figura 6. Didรกcticos Pizacryl. Bogotรก. ................................................................... 34 Figura 7. Molino de Discos Elรฉctrico. .................................................................... 34 Figura 8. Balanza de Precisiรณn.............................................................................. 35 Figura 9. Balanza Analรญtica.................................................................................... 35 Figura 10. Prensa Neumรกtica. ............................................................................... 36 Figura 11. Compresor de Aire. .............................................................................. 36 Figura 12. Horno de Secado por Convecciรณn........................................................ 36 Figura 13. Prensa Mecรกnica.................................................................................. 37 Figura 14. Fundaciรณn universitaria Agraria de Colombia UNIAGRARIA. Bogotรก. . 37 Figura 15. Flujo Metodolรณgico del Estudio. ........................................................... 38 Figura 16. Tusa de Mazorca, Pretratamiento-Triturado. ........................................ 40 Figura 17. Columna de Tamices empleados en la Etapa de Tamizado MP. ......... 41 Figura 18. Pesaje del Material Particulado. ........................................................... 41 Figura 19. Rotulado del Material Particulado......................................................... 42 Figura 20. Pesaje de Probetas C.H. ...................................................................... 45 Figura 21. Estandarizaciรณn C.H............................................................................. 45 Figura 22. Determinaciรณn del Espesor de las Probetas. ....................................... 46 Figura 23. Determinaciรณn Cuadratura. .................................................................. 46 Figura 24. Montaje Realizado para Calcular MOR. ............................................... 47 Figura 25. Montaje Realizado para Determinar Flexiรณn Mรกxima. .......................... 48 Figura 26. Tusa de Mazorca Recolectada. ............................................................ 51 Figura 27. Material Particulado de Madera............................................................ 51 Figura 28. Depรณsito de Urea Formaldehido. ......................................................... 52 Figura 29. Grรกficos de Correlaciรณn MOR. ............................................................. 57 Figura 30. Grรกficos de Correlaciรณn Deflexiรณn Mรกxima. ......................................... 58 Figura 31. Proceso Productivo Tableros (RM-M). ................................................. 59

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GLOSARIO Adhesivo Termoendurecible: Resinas que se solidifican cuando se calientan, ejemplos: úrea formaldehido, fenol formaldehído, melamína Cuadratura: Diferencia entre las dos diagonales, del tablero.

Deflexión: Se entiende por deflexión aquella deformación que sufre un elemento por el efecto de las flexiones internas.

Deflexión Máxima: Es el punto donde se produce el máximo esfuerzo (normalmente hacia abajo) a lo largo del tramo de una probeta, y quién lo determina es el momento máximo en ese punto, principalmente.

Densidad: expresa la relación entre la masa de los distintos tipos de elementos que forman la madera y el volumen que ellos ocupan. Como la madera es un material poroso, debe considerarse al referirse a la densidad de la madera el volumen interno de espacios vacíos existentes Deslaminación: Separación de la parte interna del tablero o una sopladura en la superficie.

Espesor: Grueso o anchura de un sólido.

Grieta: Separación de las astillas de la superficie del tablero.

Humedad: Contenido de agua que posee el tablero con relación a su peso seco.

Módulo de Ruptura: se define como la tensión máxima que un espécimen de prueba rectangular puede soportar en una prueba de flexión de 3 puntos hasta que se rompe.

Prensado Plano: Presión de fabricación que se aplica perpendicularmente al plano de las caras y la longitud de las partículas se sitúa preferentemente paralela al plano del tablero.

Tablero de Partículas Aglomeradas: Tablero formado por partículas de madera o material lignocelulósico, aglomeradas mediante un proceso de prensado plano y calor en presencia de un adhesivo termoendurecible.

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RESUMEN Este trabajo fue realizado con el fin de determinar la viabilidad del uso de materiales alternativos (tusa de maíz y de residuos de la industria maderera) para la elaboración de tableros aglomerados que se puedan emplear en la elaboración y fabricación de mobiliarios. Teniendo en cuenta que aproximadamente hace unos quince años se empezó a utilizar lo que se conoce como madera prefabricada (tableros manufacturados que para efectos del trabajo y en términos regulares se conocerán como tableros aglomerados), básicamente son pulpas de madera, que mediante diferentes procesos son convertidas en tableros y listones. Desde entonces su crecimiento ha sido acelerado y su producción actual diaria a nivel mundial es de más de un millón de metros cúbicos (alrededor de 750.000 toneladas) (FAO, 2014).

Teniendo en cuenta lo anterior, la demanda de estos tableros ha aumentado con el paso del tiempo, lo que conlleva a problemáticas como el déficit de materias primas debido a los tiempos que se requieren para obtener plantaciones forestales aptas para la obtención de astillas que se aprovechan para la elaboración de tableros, con base a lo anterior y teniendo en cuenta los planes estratégicos del plan nacional de desarrollo forestal PNDF (Ministerio de Ambiente y Desarrollo Sostenible, 2014), donde se impulsa el uso sostenible de los recursos forestales, cabe resaltar el uso y manejo adecuado de los residuos de la industria para la obtención de nuevos productos que satisfagan la demanda del mercado.

De acuerdo a lo planteado anteriormente, en la búsqueda de alternativas viables a esta problemática se evidencia que los cultivos de maíz generan alrededor de 0,3 Ton/ha de residuos (Ospina, s.f.), de los cuales en la actualidad solo se utiliza la tusa para generar subproductos de carácter artesanal, como suplemento alimenticio para ganado bovino y con fines medicinales en República Dominicana (Fondeur, 2009), en Colombia a este subproducto de acuerdo a reportes de Corabastos no se le da ninguna utilidad, es un residuo que es considerado desecho por lo cual va a dar a la basura1. Razón por la cual se propuso el uso de la tusa del maíz como fuente de fibra y celulosa para la obtención de tableros aglomerados.

Así mismo se propuso el uso de material de desechos de la industria maderera con el fin de reforzar la estructura del tablero, mediante la composición porcentual de cada una de las partes de materia prima (Residuos de maíz – Madera (RM-M)).

Teniendo en cuenta que se producen alrededor de 17.000 Ton/año de residuos de madera, esto para el departamento de Quindío. (Henao, 2009) Y que en gran parte este tipo de residuos se emplea como fuente de energía en el proceso de secado de madera, mientras que el restante es destinado a los rellenos sanitarios.

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Entrevistas realizadas a comerciantes de Corabastos, en abril de 2014.

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Palabras Claves: Tablero aglomerado, tablero de partĂ­culas, formaldehido, trabajabilidad, residuos de maĂ­z.

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ABSTRACT

This work was performed in order to determine the feasibility of using alternative materials (corncob and waste timber) for the preparation of agglomerated boards which can be used in the development and manufacture of furniture. Considering that about fifteen years ago began using what is known as engineered wood (manufactured boards for purposes of work and regular terms will be known as chipboard) are basically wood pulps, which through different processes are converted into boards and slats. Since then its growth has been accelerated and its current daily production worldwide is over one million cubic meters (about 750,000 tons) (FAO, 2014).

Considering the above, the demand for these boards has increased over time, leading to problems such as the shortage of raw materials due to the time required for suitable forest plantations for obtaining chips that exploit for the production of boards, based on the above and considering the strategic plans of national forest development plan PNDF (Ministry of Environment, Housing and Territorial Development, 2014), where the sustainable use of forest resources is promoted, it is worth mentioning proper use and waste management industry to obtain new products that meet market demand.

According to the points made above, in the search for viable alternatives to this problem is evidence that corn crop generates about 0.3 tons / ha of waste (Ospina, nd), of which currently only uses the tusa to generate products of traditional character, as a food supplement for cattle and for medicinal purposes in Dominican Republic (Fondeur, 2009), in Colombia this product according to reports Corabastos is not given any utility, is a residue that is considered waste for which he will give them away. Why the use of the cob corn as a source of fiber and cellulose to obtain chipboard was proposed.

Likewise, the use of waste material from the timber industry in order to reinforce the structure of the board proposed by the percentage composition of each of the parts of raw material (corn waste - Wood (MR-M)). Considering that produce about 17,000 tons / year of wood waste, this for the Quindio department. (Henao, 2009) And in large part this waste is used as a source of energy in wood drying process, while the rest is destined to landfills.

Keywords: Chipboard, particle board, formaldehyde, workability, waste

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INTRODUCCIÓN

La madera ha sido utilizada desde los primeros siglos para la satisfacción de las necesidades humanas. En Colombia, las principales líneas productivas se encuentran dedicadas a la elaboración de muebles de madera maciza, principalmente usados en salas, comedores, dormitorios, muebles para oficina y muebles para cocina (Arias, 2010), siendo estas últimas las que consumen principalmente tableros aglomerados.

Aproximadamente hace unos quince años se empezó a utilizar lo que se conoce como madera prefabricada (tableros manufacturados que para efectos del trabajo y en términos regulares se conocen como tableros aglomerados), básicamente son pulpas de madera, que mediante diferentes procesos son convertidas en tableros y listones. Desde entonces su crecimiento ha sido acelerado y su producción actual diaria a nivel mundial es de más de un millón de metros cúbicos (alrededor de 750.000 toneladas) (FAO, 2014). Entre 2009 y 2013 la importación de estos productos aumentó un (52%)2, atendiendo la predicción realizada por Carrasquilla en 2005, al evidenciar que la balanza comercial era negativa y el consumo creciente.

Adicionalmente, se ha evidenciado que la industria del mueble de madera presenta altos costos de los productos terminados precisamente por los tiempos que manejan durante el proceso productivo, lo que en muchos casos conlleva a una ineficiencia que se traduce en costos para los productores, principalmente cuando se habla de trabajos en madera maciza, donde los residuos resultantes de las ineficiencias generan un 56% (Polanco, C. Ayure, J. & Gómez. M, 2004) aumentando las preferencias por parte de los microempresarios a utilizar tableros que permiten mayor eficiencia en la materia prima.

Teniendo en cuenta lo anterior, la demanda de estos tableros ha aumentado con el paso del tiempo, lo que conlleva a problemáticas como el déficit de materias primas debido a los tiempos que se requieren para obtener plantaciones forestales aptas para la obtención de astillas que se aprovechan para la elaboración de tableros, con base a lo anterior y teniendo en cuenta los planes estratégicos del plan nacional de desarrollo forestal PNDF (Ministerio de Ambiente y Desarrollo Sostenible, 2014), donde se impulsa el uso sostenible de los recursos forestales, cabe resaltar el uso y manejo adecuado de los residuos de la industria para la obtención de nuevos productos que satisfagan la demanda del mercado.

Por su parte, en el cultivo del maíz, el producto que se consume es el grano y el resto de la planta se desecha, siendo los residuos de la industria del maíz se estimados alrededor de 0,3 Ton/ha (Ospina, s.f.) y según (FENALCE, 2015) la 2

Basado en datos de Trademap.org consultada en junio 5 de 2014.

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producción se estima en 248.700 ha a nivel nacional lo que significaría 74.610 Ton/ha de tusa apta para el procesamiento para la obtención de tableros.

Por tal motivo la elaboración de tableros aglomerados con los residuos de la industria del maíz y del mueble de madera representa una opción que vale la pena evaluar con el fin de determinar la viabilidad de su utilización. Por ello se propone el uso de la tusa del maíz como fuente de fibra y celulosa para la obtención de tableros aglomerados. Así mismo se propone el uso de material de desechos de la industria maderera con el fin de reforzar la estructura del tablero, mediante la variación de la composición porcentual para la elaboración de las probetas de ensayo.

En el departamento del Quindío (Henao, 2009) se producen alrededor de 17.000 Ton/año de residuos de madera, de los cuales una gran parte de este tipo de residuos se emplea como fuente de energía en el proceso de secado de madera, mientras que el restante es destinado a los rellenos sanitarios.

Según el estudio de (Polanco, C. Ayure, J. & Gómez. M, 2004) el uso más común que se da a los residuos en las empresas encuestadas, consiste en la reparación, con un 37,21%, no obstante hay que considerar que el volumen de residuos utilizado en esta actividad es mínimo por lo que puede ser más representativo el uso energético, dependiendo de la actividad comercial y del proceso productivo de cada empresa.

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1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA Los tableros aglomerados se componen principalmente de material lignocelulósico y un aglutinante que reacciona bajo temperatura o en algunos casos reacciona con ayuda de un catalizador. La fuente principal para obtener el material lignocelulósico se encuentra en las plantaciones forestales, necesitándose talar alrededor de 748.000 m3/año de madera a nivel nacional (Ministerio de Agricultura y Desarrollo, 2007), además de los altos costos y los tiempos que se requieren para la restitución de nuevas plantaciones que sirvan en un futuro para suplir la demanda comercial de tableros aglomerados, lo cual genera problemas de abastecimiento para el sector, pese al incremento en hectáreas de plantaciones forestales, las cuales alcanzaron en 2014 las 450.000 ha según cifras de Finagro en Agroexpo 2015.

Bajo este panorama y teniendo en cuenta que según datos extraídos de Trademap.org (2015)3 donde para la partida arancelaria 441019 correspondiente a tableros de partículas, las importaciones de Colombia se duplicaron en cuatro años (2010 – 2014), mientras que las exportaciones fueron fluctuantes y representaron para el año 2014 menos del 5% de la cantidad importada, es claro que la balanza comercial es negativa y no se suple la demanda interna de estos productos.

Lo anterior puede deberse entre otras razones a la alta inversión que se requiere para el montaje de una planta de procesamiento como es el caso de la nueva planta de la empresa Tablemac en Colombia con un costo aproximado de USD 30 Millones, con una capacidad de producción de 132.000 m3/año (Tablemac, 2013) En cuanto a los residuos de maíz, como se mencionó en la introducción, se generan alrededor de 0,3 Ton/ha, de los cuales en la actualidad solo se utiliza la tusa para generar subproductos de carácter artesanal, como suplemento alimenticio para ganado bovino y con fines medicinales en República Dominicana (Fondeur, 2009), en Colombia a este subproducto de acuerdo a reportes de Corabastos no se le da ninguna utilidad, es un residuo que es considerado desecho que va a dar a la basura.

De este planteamiento surge el interrogante, ¿Qué efecto ejercen las partículas obtenidas de la tusa del maíz (Zea mays L.) y de la industria maderera como materia prima para la producción de tableros aglomerados?

3

Trademap.org consultada en 23 de Septiembre 2015

16

2. OBJETIVOS

2.1.

Objetivo General

Determinar la viabilidad de utilización de materias primas alternas (tusa de maíz y residuos de la industria maderera) para la obtención de tableros aglomerados, mediante el uso de formaldehido como aglutinante.

2.2.    

Objetivos Específicos

Establecer la proporción adecuada de residuos (maíz-madera) para la obtención de tableros aglomerados.

Analizar las condiciones de calidad de los prototipos obtenidos mediante pruebas técnicas.

Determinar los aspectos técnicos del proceso productivo para la obtención de tableros partiendo de los residuos mencionados.

Realizar un análisis financiero preliminar que muestre la viabilidad financiera de la elaboración de tableros aglomerados de residuos maíz – madera.

17

3. MARCO TEÓRICO A continuación se presentan las generalidades de la cadena forestal tableros de madera, su mercado y los conceptos requeridos para la fabricación, pruebas técnicas e industrialización de tableros aglomerados.

3.1.

Definición.

Los tableros aglomerados son paneles que están formados por virutas o partículas, recubiertas con resinas o aglutinantes sintéticos o naturales. En el caso de las resinas sintéticas, dichas resinas son termoendurecibles a través de un procedimiento de prensado a altas temperaturas. (Vicens, 2010). En la industria, el aprovechamiento de la materia prima es máximo, debido a que se emplea hasta la partícula más pequeña.

Siendo un producto para interiores tiene innumerables usos y aplicaciones tales como: cielos rasos, revestimientos de paredes, divisiones, modulares, fondos, laterales, puertas, etc. Por sus excelentes cualidades acústicas se utiliza como recubrimiento de muros en salas de cine, teatros, parlantes y paneles de exhibición.

(NOVOPAN, 2014)

3.2.

Mercado de los tableros aglomerados

En 2005 el mercado colombiano de tableros (aglomerado y MDF) los fabricantes tenían una participación cercana al 69%. Es interesante observar como en el 2005 el producto ecuatoriano logra un 10% de participación y el producto venezolano un 19.5%, mientras que las importaciones para la misma época fueron 150.000 m3/año.

En otras palabras la industria demandó alrededor de 210.000 tableros/mes, de los cuales el país solo pudo atender la demanda con 125.000 tableros/mes.

(Carrasquilla, 2005) Los principales proveedores para Colombia de tableros provienen de países vecinos como Chile, Venezuela y Ecuador.

La capacidad de Colombia era de 17 mil metros cúbicos al mes, unas 305 mil laminas (Base 15mm), según cálculos de la capacidad de producción de las empresas colombianas la cual, calculaba (Carrasquilla, 2005) estaba llegando a su tope por lo que se previó una mayor demanda de tableros importados.

En general, la balanza comercial para Colombia en la última década, según datos obtenidos de Trademap.org4 se comporta de manera negativa, teniendo en cuenta 4

Trademap.org consultada en 23 de Septiembre 2015

18

que es mayor la cantidad de tableros aglomerados por año que se importa que la cantidad de tablero aglomerados que se exporta. Como se observa en la Tabla No 1, en cuanto al comercio internacional de los demás tableros de partículas y demás tableros similares de madera comercializadas bajo el código CIUU 4410-19, según datos Trademap.org5, las importaciones de Colombia pasaron de 30.305 en 2010 a 74.525 ton en 2014 lo que significa un aumento superior al 100% en estos 4 años, siendo su principal proveedor Ecuador seguido de Chile.

Tabla 1. Importaciones de tableros aglomerados Colombia 2010-2014

Exportadores

Ecuador

2010

2011

2012

2013

2014

Cantidad importada, Toneladas

Cantidad importada, Toneladas

Cantidad importada, Toneladas

Cantidad importada, Toneladas

Cantidad importada, Toneladas

24878

30954

40196

45451

53589

5287

3153

742

17583

20863

122

0

0

0

69

18

4

197

18

4

Chile Alemania China

Fuente: Elaborada a partir de datos de Trademap.org, consultada en Septiembre de 2015

En cuanto a exportaciones para el mismo periodo se encuentra que en 2010 hubo un total de exportaciones 2.360 toneladas, las cuales aumentaron en los siguientes 3 años en un 100% y volvieron a bajar en el 2014 a 2.528 toneladas.

Comportamiento expresado principalmente por Panamá y Ecuador, destino de las principales de exportaciones de este producto, como se muestra en la Tabla No 2.

Tabla 2. Exportaciones de tableros aglomerados Colombia 2010-2014

Importadores

2010

2011

2012

2013

2014

Cantidad exportada, Toneladas

Cantidad exportada, Toneladas

Cantidad exportada, Toneladas

Cantidad exportada, Toneladas

Cantidad exportada, Toneladas

Panamá

2116

2908

3477

3342

2205

Ecuador

167

997

1462

1343

216

Venezuela

58

0

65

33

83

Costa Rica

19

89

0

60

24

Fuente: Elaborada a partir de datos de Trademap.org, consultada en Septiembre de 2015

La figura No 1 muestra la balanza general del comercio de tableros aglomerados, donde se aprecia claramente que ha aumentado la brecha, como lo aseguró

5

Trademap.org consultada el 30 de septiembre de 2015

19

Carrasquilla en 2005, pasando de una diferencia entre exportación – importación de 22.093 ton en 2010 a 56.234 ton en 2014.

Figura 1. Balanza comercial Colombia 2010-2014.

Fuente: Elaborada a partir de datos de Trademap.org, consultada en Septiembre 23 de 2015

3.3.

Antecedentes

(Hernandez, 2013), realizó un ensayo preliminar de elaboración de tableros aglomerados a partir de los residuos de madera y maíz (RM-M)6, donde obtuvo como principal resultado, que técnicamente es viable la elaboración de estos tableros, no obstante, por el alcance, no se realizaron pruebas técnicas a estas probetas y en cuanto a la experiencia cabe resaltar los problemas presentados en el momento del fraguado como principal factor limitante a la hora de elaborar probetas de este tipo mediante el uso de aglutinantes naturales. Se calculó en dicho trabajo que la disponibilidad de materia prima no representa una limitante para el desarrollo de tableros aglomerados de este tipo, teniendo en cuenta que para la elaboración de 1000 tableros aglomerados a partir de la tusa de mazorca y residuos de la industria maderera requiere 21 ton de tusa y 9 ton de residuos madereros, como se muestra en la Tabla No 3.

6

Ensayos realizados para la asignatura desarrollo de nuevos productos agroindustriales.

20

Tabla 3. Estimado materias primas requeridas para la elaboración de 1000 tableros.

Materia Prima / Insumos

Cantidad Unidades Requeridas

Unidades a Producir

Necesidad de Materiales

Tusa de mazorca.

21 Ton/mes

1000 Tableros/mes

< 20% HR

Residuos de madera.

9 Ton/mes

1000 Tableros/mes

< 20% HR

Formaldehido.

0.9 Ton/mes

1000 Tableros/mes

Urea Formaldehido

Fuente: Hernández, 2013

(Contreras, 2006) Realizó mejoras al diseño de producto y proceso de manufactura de tableros aglomerados de partículas de caña brava (Gynerium sagittatum) y adhesivo fenol - formaldehído (FF), resinosidad (R) de 10% y 13%. Cuya investigación práctica se efectuó en el Laboratorio Nacional de Productos Forestales, Universidad de Los Andes, Mérida, Venezuela. La fase de diseño del producto y análisis de resultados se realizó en la Universidad Politécnica de Valencia (UPV), España. Convalidando resultados con las normas venezolanas (COVENIN) y cubanas (Tecnoazúcar). Obteniendo principalmente que es factible fabricar tableros con partículas de caña brava con resina fenol formaldehído (FF) en resinosidades del R10% y R13%. Los mismos se pueden usar para la elaboración de muebles y cerramientos de edificaciones. Ambos tableros presentan valores ligeramente desfavorables respecto a la norma cubana, especialmente en variación de espesor a 24 horas, y excelentes, al referirse a tracción perpendicular.

(Alvarez, 2009) Realizó ensayos para evaluar el efecto de las variables de presión, tiempo y la temperatura del proceso, así como la humedad de la fibra sobre tableros aglomerados auto-enlazados, dichos tableros fueron desarrollados a partir de fibras de la vena central de la hoja de plátano. La influencia de las variables antes mencionadas sobre las propiedades mecánicas de los tableros fueron evaluadas por medio de ensayos de flexión. La degradación térmica de las fibras fue evaluada por medio de ensayos termogravimétricos. Las propiedades mecánicas mostraron una alta influencia de la presión y la temperatura, mientras que el tiempo y la humedad de la fibra no las alteraron.

(Moreno, 2009) Determinó la factibilidad tecnológica de Bambusa vulgaris como materia prima para la fabricación de tableros aglomerados de partículas, a dos niveles de densidad teórica, de 600 kg/m3 y 800 kg/m3, con adhesivo de urea formaldehído al 8 % de resinosidad. Las propiedades físicas y mecánicas de los tableros se determinaron siguiendo las estipulaciones de las normas alemanas DIN 52361, 52362, 52364 y 52365 y venezolana COVENIN 847-91 para tableros 21

aglomerados de partículas de madera en prensado plano. Las propiedades mecánicas fueron flexión estática (MOR) y tensión perpendicular a la superficie del tablero (adhesión interna); las propiedades físicas, absorción y variación de espesor a 2 y 24 horas de inmersión en agua. Los resultados obtenidos permiten indicar que los tableros fabricados con esta especie presentan propiedades acordes con los valores estipulados por las normas. Es de destacar que los tableros de densidad 800 kg/m3 obtuvieron los mejores valores promedios, en lo que respecta a las propiedades físicas y mecánicas, con relación a los tableros de densidad 600 kg/m 3.

3.4.

Fabricación de tableros aglomerados.

A continuación se presentan los principales procesos que se deben tener en cuenta para la elaboración de tableros aglomerados.

3.4.1. Proceso productivo El proceso de elaboración de los tableros aglomerados se presenta de manera general en la figura No 2, donde se observa desde la fase de plantación hasta el almacenamiento de producto terminado.

Figura 2. Proceso general de fabricación de tableros aglomerados.

Fuente: (Tecnologias Limpias, 2013)

El proceso productivo que se describe a continuación es basado en el proceso planteado por (Tecnologias Limpias, 2013), para la elaboración de tableros aglomerados de partículas:

22

3.4.1.1.

Manipulación de la materia prima.

Dentro de la manipulación de la materia prima se debe tener en cuenta que cuando se utilizan especies mixtas y distintas clases de madera se impone que la organización del almacén sea muy buena, por ser necesario abastecer uniformemente a la fábrica en especies y calidad de la madera; también deben adoptarse medidas especiales para el almacenamiento de grandes cantidades de residuos de pequeño tamaño. (Tecnologias Limpias, 2013) 3.4.1.2.

Astillado o Desmenuzamiento.

Consiste en obtener partículas cuya anchura y espesor son aproximadamente iguales, y cuya longitud es por lo menos cuatro veces mayor que el espesor en el sentido del hilo de la madera. (G10, 2013) Las astillas se obtienen utilizando una desmenuzadora múltiple compuesta por diez o más cuchillas, que producen un fragmento de tamaño uniforme, por lo que rara vez hay que proceder a cribarlos.

Las astillas que se obtienen son de espesor 0.2-0.5mm y normalmente su porcentaje de humedad está entre el 35-50%; en estos límites el consumo de energía es más bajo, debido a que no hay necesidad de someter el material a secado.

3.4.1.3.

Refinado de las partículas.

Consiste en dar a las partículas el tamaño adecuado para hacer el tablero mediante un proceso de trituración. (Tecnologias Limpias, 2013) 3.4.1.4.

Secado de las partículas.

El secado se realiza para garantizar que la aglomeración de las partículas sea óptima y sus características de compactación sean las mejores; por lo cual se debe llegar a un contenido de humedad del 3 - 4%. Este procedimiento se realiza en secadores del tipo de suspensión con gases, ya sean gases de combustión, con aire caliente o ambos. (Tecnologias Limpias, 2013)

23

3.4.1.5.

Clasificación de las partículas.

La clasificación de las partículas se puede hacer antes o después del secado con el objeto de separar el material fino del grueso; las partículas finas son utilizadas para las capas superficiales que son las que dan el acabado al tablero y el material basto o más grueso se utiliza en las capas internas del tablero. (Araujo. O, 2004) 3.4.1.6.

Mezcla con adhesivos y aditivos.

En esta etapa del proceso es cuando se a agrega a las partículas el aglutinante orgánico junto con los productos que garantizan la durabilidad del tablero.

Las resinas más utilizadas son las de urea- formaldehido y se sabe que el método de mezclado depende de la uniformidad de la distribución del adhesivo; por lo cual actualmente se utiliza el procedimiento de mezclado por rociado de los adhesivos simultáneamente con la agitación de las partículas. (Araujo. O, 2004) Se da preferencia a las máquinas continuas, las cuales pueden tener capacidades de 1.2 - 2 Ton/hora. También pueden mezclarse las partículas y los adhesivos con una mezcladora automática o mediante atomizadores de adhesivos sin aire.

(Tecnologias Limpias, 2013) 3.4.1.7.

Moldeo.

Mediante este procedimiento se le da forma al tablero, se realiza con moldeadoras mecánicas, las cuales generan un aumento en el volumen y velocidad de producción. (Gonzalez, s.f.)

3.4.1.8.

Prensado.

Consiste en aplicarle al colchón de partículas de madera una gran presión para que todos los componentes del tablero se adhieran y obtengan la densidad deseada.

(Gonzalez, s.f.)

Las prensas utilizadas funcionan en caliente y permiten que la densidad y espesor de los tableros sean más uniformes y por consiguiente se reducen las perdidas por lijado. (G10, 2013)

24

3.4.1.9.

Lijado.

Consiste en pulir ambas caras del tablero ya prensado, se realiza en forma continua y es hecho con una pulidora o lijadora industrial de gran tamaño y con una superficie rugosa que se puede numerar según las lijas utilizadas; generalmente un acabado perfecto se realiza con una lija de numero 200. (Tecnologias Limpias, 2013) 3.4.1.10. Canteado y acondicionamiento.

Es donde se le da al tablero las medidas necesarias para que salga al mercado. El canteado o recortado de los tableros inmediatamente después del prensado no presenta ninguna dificultad y se realiza con sierras circulares que cortan la lámina longitudinalmente y transversalmente.

Es aconsejable dejar enfriar los tableros lentamente con el fin de conseguir una distribución uniforme de la humedad antes de que el tablero alcance la temperatura ambiente. A esto puede procederse a almacenándolos en pilas, teniendo en cuenta que los tableros se mantengan planos. (G10, 2013).

3.4.2. Maquinaria.

La maquinaria principal requerida para la elaboración de tableros es: 3.4.2.1.

Astilladoras.

Las astilladoras se usan para triturar el material con el fin de reducirlo a su mínima expresión, llegando incluso a omitir la etapa de cribado gracias a la cantidad de cuchillas y a la potencia que presenta el equipo. El diseño del equipo depende fundamentalmente del volumen que se desee procesar. (Garcia, 2009) 3.4.2.2.

Secadores.

Los secadores se emplean para homogenizar el contenido de humedad presente en el material particulado, se encuentran secadores del tipo de suspensión con gases, ya sean gases de combustión, con aire caliente o ambos. (Araujo. O, 2004) 3.4.2.3.

Silos de almacenamiento.

Se emplean cuando se trabaja con altos volúmenes de materia prima, pero hay que tener en cuenta que los silos deben estar diseñados en función de garantizar la concentración en humedad del material particulado. (Tecnologias Limpias, 2013).

25

3.4.2.4.

Cribas o tamices.

Las cribas se usan para homogenizar el tamaño de las partículas obtenidas, para posteriormente disponerlas en el colchón que será mezclado con el aglutinante y finalmente será prensado. (Tecnologias Limpias, 2013) 3.4.2.5.

Electroimanes.

Se usan con el fin de retirar cualquier tipo de metal presente en el material particulado para evitar futuros daños en las máquinas de corte. (Tecnologias Limpias, 2013) 3.4.2.6.

Básculas.

Las básculas se usan para calcular la cantidad adecuada de material particulado que se va a emplear en cada tablero. (Tecnologias Limpias, 2013)

3.4.2.7.

Atomizadores.

Los atomizadores se emplean para realizar una aspersión homogénea sobre el material particulado, preferiblemente se emplean atomizadores sin aire, en su defecto el encolado se realiza por medio de inmersión, mediante una mezcladora.

(Tecnologias Limpias, 2013) 3.4.2.8.

Prensas.

En el proceso de elaboración de tableros aglomerados se emplean prensas neumáticas o hidráulicas con el fin de comprimir el colchón de astillas para que este se compacte y las presiones varían de acuerdo a la densidad que se desee obtener.

(Garcia, 2009) 3.4.2.9.

Lijadoras.

Se emplean lijadoras con el fin de dar un mejor acabado al tablero por medio de abrasivos, según exigencias del consumidor se emplea papel de lija con grano 80150 y 200. (Tecnologias Limpias, 2013) 3.4.2.10. Sierras Longitudinales y transversales.

Una vez obtenido el tablero y con el fin de cumplir con las especificaciones técnicas se debe realizar un dimensionamiento de los tableros por medio de sierras que 26

emplean un disco que recorta el tablero de acuerdo a las dimensiones que exige el mercado. (Garcia, 2009) 3.4.3. Calidad de los tableros aglomerados.

Para evaluar la calidad y poder clasificar los tableros aglomerados desde el punto de vista técnico, se realizan pruebas físicas, mecánicas, de trabajabilidad y dependiendo, si los tableros son recubiertos se realizan pruebas adicionales para determinar la resistencia a la luz, entre otras. Algunas de las pruebas realizadas por la empresa pelíkano de Ecuador se presentan en la Tabla No 4.

Tabla 4. Pruebas técnicas realizadas en tableros aglomerados

Características Físico - Mecánicas de MDP Espesor mm. (+/- 0,3 mm)

4 6 8 9 12 15 18 25 30 36 40

Resistencia a Peso Peso Kg. Módulo de la tracción Agarre del Específico Tableros Ruptura (Perpendicular tornillo. En la/ Kg/m3 2,15*2,44 m 7*8 Kg/cm2 flexión a las caras) En el / canto densidad +/pies +/- 5% mínimo.

Kg/cm2 mínimo 5% mínimo.

773 742 710 700 680 670 659 597 597 597 597

16 23 30 33 43 53 62 78 94 113 125

220 220 189 189 189 171 171 147 131 126 126

8,8 6,6 5,5 5,5 5,5 4,9 3,8 3,3 2,7 2,2 2,2

N/A N/A N/A N/A 95 115 116 117 118 119 120

N/A N/A N/A N/A 95 95 95 95 95 95 95

Nota: Hinchamiento 2h max. 10% - Pandeo longitudinal max. 7 mm – Máxima diferencia entre diagonales: +/- 3.5 mm.

Tolerancia en medidas +/- 1 mm x mt. – Humedad del tablero en planta 12%. Max N° del lote en cada tablero.

Fuente: PELIKANO NUEVA GENERACION DE TABLEROS, 2013

Las normas técnicas de calidad contempladas en las “NTC 2261 madera, para tableros de partículas aglomeradas para aplicaciones interiores no estructurales” tiene como objeto establecer las características que deben cumplir los tableros de partículas aglomeradas de madera u otro material lignocelulósico lijados sin recubrimiento para aplicaciones interiores no estructurales.

En la tabla No. 5, se esquematizan los valores máximos para las tolerancias dimensionales de acuerdo a la norma técnica colombiana NTC 2261.

27

Tabla 5. Tolerancias dimensionales de los tableros de partículas aglomeradas.

Espesor Nominal en mm.

Tolerancias del Largo en mm.

Tolerancias del Espesor en mm.

4 - 20.

Mayor de 20.

± 0,2 ± 0,3

Mayor de 2550 ±5

Tolerancias del Ancho en mm.

Menor de 2550 ±2

±2

NOTA: La variación máxima de los valores del espesor en un mismo tablero no debe ser mayor de 0,25 mm.

Fuente: (ICONTEC, 2003)

En la tabla No. 6, se representan los valores mínimos y la clasificación de acuerdo al grado de calidad, de acuerdo a las propiedades físico mecánicas, expresadas en el numeral 3.2.3 de la norma técnica colombiana NTC 2261.

Tabla 6. Valores mínimos de módulo de rotura, módulo de elasticidad, enlace interno y Sostenimiento del tornillo para tableros de partículas aglomeradas.

Grado.

HG MGS MG1 LG

Modulo de Rotura. (N/mm2)

Modulo de Elasticidad.

(N/mm2)

Enlace Interno.

(N/mm2)

21,0 14,5 11,0 8,0

2400 2000 1500 800

0,90 0,40 0,30 0,15

Sostenimiento del Tornillo (N) Cara

Canto

1800 900 800 550

1325 650 600 NA*

NOTA 1 Para calibres menores de 15 mm no es aplicable la prueba de sostenimiento del tomillo por el canto.

NOTA 2 Para calibres menores de 10 mm no es aplicable la prueba de sostenimiento del tornillo por la cara.

NOTA 3 Para que un tablero sea clasificado en un grado específico, este deberá cumplir con todos los valores establecidos en la Tabla 2. Para este grado.

Fuente: (ICONTEC, 2003)

La norma técnica colombiana NTC 3913 para madera, determina los niveles de formaldehído a partir de productos de madera, mediante el uso de un desecador, considera un método de ensayo en pequeña escala para medir el potencial de emisión de formaldehído a partir de productos de madera el nivel de formaldehído, se determina recolectando formaldehído presente en el aire, en un pequeño depósito de agua destilada, dentro de un desecador cerrado. La cantidad de formaldehído se determina mediante una modificación del procedimiento 3500 de ensayo con ácido cromo trópico, del National Institute For Occupational Safety and Helath (NIOSH).

3.4.4. Residuos de la industria maderera En la industria maderera se considera residuo a el material que no puede ser aprovechado en la fabricación de muebles de madera maciza como lo son virutas, aserrín y sobrantes de piezas de madera.

28

En cuanto a la producción de residuos de la industria maderera, se han realizado algunos estudios, como el que se hizo en el Departamento del Quindío donde se estimó que se producen 17.000 Ton/año de residuos de madera (Henao, 2009).

Para el caso específico de la localidad de barrios Unidos en la ciudad de Bogotá según (Ayure y Gomez, 2004), se estima que la producción mensual es de 46%, lo que equivale aproximadamente a 5 piezas de madera compacta de aserrín.

En la figura No. 3 se puede observar los resultados obtenidos de la encuesta realizada en dicha localidad a 207 empresas en el año 2004, en la que se evidencian la disposición de los residuos que producen en el sector.

Figura 3. Disposición de Residuos de la Industria Maderera.

Fuente: (Ayure y Gomez, 2004)

3.4.5. Residuos de la industria del maíz Según (Integrales, 2012) se considera residuo a toda sustancia u objeto que por sí no tiene ninguna utilidad para su poseedor y no es aprovechable en la industria, claro ejemplo de este tipo de residuos lo son la panoja, tallos, chalas, etc. Haciendo énfasis al cultivo del maíz, según (Pasturas de America, 2015) solo se aprovecha el 50% como se describe en la Tabla No 7.

29

Tabla 7. Proporción de los diferentes componentes de una planta de maíz

Componente

Porcentaje del Peso Seco del Maiz

Panoja

12,0

Tallos

17,6

Chalas

8,9

Total Cañas

38,5

Mazorca

11,8

Grano

49,7

Total Espiga

61,5

Fuente: (Pasturas de America, 2015)

En cuanto a los residuos de maíz, como se mencionó en la introducción, se generan alrededor de 0,3 Ton/ha, de los cuales en la actualidad solo se utiliza la tusa para generar subproductos de carácter artesanal y/o suplemento alimenticio para ganado bovino, como propone (Pasturas de America, 2015) al realizar un análisis de cada una de las estructuras posee características físico-químicas propias, lo que confiere un valor nutritivo muy diferente, dependiendo de si el residuo corresponde a maíz de grano o maíz para consumo fresco, aprovechable para la alimentación bovina y con fines medicinales, cosméticos y recreativos en República Dominicana (Fondeur, 2009), en Colombia a este subproducto de acuerdo a reportes de Corabastos no se le da ninguna utilidad, es un residuo que es considerado desecho por lo cual va a dar a la basura7.

3.4.6. Conceptos de evaluación financiera.

La evaluación financiera es un ejercicio mediante el cual se intenta identificar, valorar y comparar la relación costo beneficio. En este caso se desea determinar la viabilidad económica con respecto a la elaboración de tableros aglomerados a partir de materias primas de segundo orden, para ello es necesario determinar la rentabilidad que ofrece información para realizar comparaciones con proyectos similares (EAFIT, sf).

Mediante el empleo de herramientas financieras como la TIR o tasa interna de retorno que permite viabilizar el proyecto desde el punto de vista financiero al complementarlo con el VNP o valor presente neto.

7

Entrevistas realizadas a comerciantes de Corabastos, en abril de 2014.

30

Lo anterior con el fin de determinar la relaci贸n costo beneficio que es la que determina si es viable invertir en este proyecto o si por el contrario este requiere de modificaciones para adaptarlo.

31

4.

4.1.

4.1.1.

MATERIALES Y MÉTODOS

Materiales.

Tusa de Mazorca.

Para la obtención de las materias primas, haciendo referencia a la tusa de mazorca se realizó por medio de recolección en el centro de Corabastos SA, ubicado en la Ciudad de Bogotá, Colombia en la Av. Carrera 80 No. 2 – 51, como se puede apreciar en la figura No. 4. .

Figura 4.Central de Abastos SA, Bogotá.

Fuente: Elaborado a partir de (Google Earth, 2015)

La recolección se hizo por medio de un proveedor mayorista, por un periodo de 2 semanas y el posterior retiro del material de la central de abastos.

El material se recolecto en costales de fibra, con el fin de permitir la ventilación del mismo.   

4.1.1.

El material no presento ningún tipo de uniformidad en cuanto a tamaño y variedad.

No se realizó previa clasificación en la selección del material.

Al momento de la recepción, el material presento residuos de grano, con un alto contenido de humedad.

Residuos de Madera.

En cuanto a la recolección del material particulado de madera, este se realizó por medio de la empresa de muebles de madera JJUB Y CIA, ubicada en la carrera 75 32

No 66ª-10, Bogotá, como se puede apreciar en la figura No. 5. Para la recolección se gestionó un permiso para la recolección por un periodo de duración de dos semanas.

Figura 5. Industria de Muebles JJUB Y CIA. Bogotá.

Fuente: Elaborado a partir de (Google Earth, 2015)

El material se recolecto en lonas de fibra sintética y a su vez se re empacó en bolsas plásticas, con el fin de evitar la hidratación del material.    

4.1.2.

El material presentaba un contenido de humedad aproximado al 12%.

El material no presento uniformidad en cuanto a la granulometría.

El material recolectado procedía de una sola variedad de madera, Teca (Tectona grandis Linn F).

El material presentaba residuos industriales ajenos al objeto de estudio.

(Plásticos, tornillos y residuos de PVC).

Urea Formaldehido.

El aglutinante fue suministrado por la empresa PIZACRYL, ubicada en la carrera 78 Bis No. 76-30, Bogotá, como se puede apreciar en la figura No. 6. Cuya actividad económica se enfoca a la fabricación de tableros, didácticos e instalación de melamínicos.

33

Figura 6. Didácticos Pizacryl. Bogotá.

Fuente: Elaborado a partir de (Google Earth, 2015)

  

4.2.

La urea formaldehido se empaco en envases plásticos de 1 galón, vacíos y completamente limpios, con su respectiva tapa de rosca.

El catalizador de un solo compuesto se empaco en envases plásticos de ¼ de galón, vacío y completamente limpio, con su respectiva tapa de rosca.

El catalizador de doble compuesto se empaco por separado, en envases plásticos de 100 g, vacíos y completamente limpios, con su respectiva tapa de rosca.

Equipos.

A continuación se realiza una lista acompañada de una breve descripción de los equipos empleados durante la ejecución del presente proyecto, cabe resaltar que dichos equipos se encuentran en las instalaciones de la Fundación Universitaria Agraria de Colombia a excepción del molino de discos. 

Molino de discos: Se empleó un molino de discos ajustable marca corona, como se puede apreciar en la figura No. 7, con adaptación de un motor de 2 Hp y una capacidad de trabajo de 100 – 150 kg/hr.

Figura 7. Molino de Discos Eléctrico.

Fuente: Autor (2015)



Balanza de precisión: Se empleó una balanza de precisión con una sensibilidad de 0,1g y una capacidad máxima de 2,000g. Como se evidencia 34

en la figura No. 8. Dicha balanza se empleĂł para la mediciĂłn de cada uno de los componentes necesarios para la elaboraciĂłn de los prototipos.

Figura 8. Balanza de PrecisiĂłn.

Fuente: Autor (2015)

ď&#x201A;ˇ

Balanza AnalĂ­tica: Se empleĂł una balanza analĂ­tica con una precisiĂłn de 0,1mg y una capacidad mĂĄxima de 220g marca Precisa. Como se puede apreciar en la figura No. 9. Dicha balanza se empleĂł para la mediciĂłn Ăşnica y exclusivamente de los compuestos catalizadores (Celulosa y đ?&#x2018; đ??ť4 đ??śđ?&#x2018;&#x2122;) requeridos para la preparaciĂłn de la urea formaldehido.

Figura 9. Balanza AnalĂ­tica.

Fuente: Autor (2015)

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Prensa NeumĂĄtica: Se empleĂł una prensa neumĂĄtica de doble efecto con una presiĂłn mĂĄxima de 90psi y un vĂĄstago de 50cm de recorrido y 1 plg de diĂĄmetro. Como se puede observar en la figura No 10. A dicho equipo se le realizaron modificaciones para la el correcto desarrollo del proyecto, haciendo ĂŠnfasis en el rediseĂąo de la terminal del vĂĄstago y a la elaboraciĂłn de moldes para la elaboraciĂłn de las probetas de ensayo.

35

Figura 10. Prensa Neumática.

Fuente: Autor (2015)



Compresor: Se empleó un compresor de aire marca Makita modelo mac 2400 con una potencia de 2,5 Hp, una capacidad de 16 L y una presión máxima de 200psi. Como se evidencia en la figura No. 11. Dicho compresor se empleó como fuente de aire de alimentación para la prensa neumática.

Figura 11. Compresor de Aire.

Fuente: Autor (2015)



Horno de Secado: Se empleó un horno de secado por convección natural marca memmert análogo, con una capacidad de 14 L. Como se puede apreciar en la figura No. 12. Dicho horno se empleó en el secado de los prototipos por lapsos de 120 min a una temperatura aproximada de 75°C. Figura 12. Horno de Secado por Convección.

Fuente: Autor (2015)

36



Prensa Mecánica: Se empleó una prensa mecánica, con una fuerza de compresión máxima de 500 KgF y una sensibilidad de 0,1 KgF. Como se evidencia en la figura No. 13. Para efectos del presente proyecto se emplearon puntos de apoyo con bordes redondeados para evitar cizallamiento de las probetas.

Figura 13. Prensa Mecánica.

Fuente: Autor (2015)

4.3.

Métodos.

La recolección y adecuación de la materia prima se llevó a cabo en centro de Corabastos SA, ubicado en la Ciudad de Bogotá, Colombia en la Av. Carrera 80 No. 2 – 51, así como en la empresa JJUB Y CIA, ubicada en la carrera 75 No 66ª-10, Bogotá Y la fase de elaboración de tableros y realización de pruebas técnicas se llevó a cabo en los laboratorios de la Fundación Universitaria Agraria de Colombia (UNIAGRARIA) figura No. 14, y tomó un tiempo aproximado de 1 año para su realización.

Figura 14. Fundación universitaria Agraria de Colombia UNIAGRARIA. Bogotá.

Fuente: Elaborado a partir de (Google Earth, 2015)

37

El trabajo contiene tres componentes principales distribuidos en una fase de campo, una fase de laboratorio y una tercera fase de análisis de los resultados obtenidos, las cuales se esquematizan en la figura No. 15, con sus actividades principales.

Figura 15. Flujo Metodológico del Estudio.

Fuente: Autor. (2015)

4.3.1.

Trabajo de Campo.

Para la obtención de las materias primas, haciendo referencia a la tusa de mazorca se realizó gracias al convenio con un proveedor mayorista del cereal ubicado en la central de Abastos SA, de la ciudad de Bogotá.

Dicho material se sometió a un pre-tratamiento y acondicionamiento, que se llevó a cabo en las instalaciones de la finca Sindamanoy, ubicada en el municipio de Cachipay (Cundinamarca).

En cuanto a la recolección del material particulado de madera, este se realizó por medio de la empresa de muebles de madera JJUB y CIA, para la recolección de dicho material se gestionó un permiso de directamente con la gerencia de la empresa por un periodo de dos semanas en los cuales se acopiaría el material particulado generado principalmente producto del trabajo de máquinas como lo son cepilladoras eléctricas y planeadoras, haciendo la salvedad de recolección exclusiva de material producto de madera teca (Tectona grandis Linn F).

38

Finalmente el aglutinante fue suministrado por la empresa Pizacryl, cuya actividad económica se enfoca a la fabricación de tableros, didácticos e instalación de melamínicos.

4.3.2.

Fase de Laboratorio.

La fase de laboratorios se compuso de tres etapas principalmente:   

Una primera etapa destinada a un tratamiento final y almacenamiento del material con el fin de evitar el contacto de este con el medio ambiente.

Una segunda etapa en la cual se elaboraron los prototipos acorde a las composiciones y tratamientos previamente establecidos, los cuáles se mencionan en el diseño experimental utilizado.

Finalmente una tercera etapa en la cual se realizaron las pruebas físicas y mecánicas a cada una de las probetas de estudio.

4.3.2.1.

Pre-Tratamiento de las Materias Primas.

Haciendo referencia al material de tusa de mazorca, una vez recolectado el material este presentó un alto contenido de humedad producto de residuos de granos presentes en el material por lo que fue necesario realizar: a) Una fase previa de raspado con ayuda de un cuchillo, con el fin de retirar todo exceso de granos de maíz. b) Una vez se retiró todo residuo de grano, se dispuso a secar el material. Se llevó a cabo un secado al aire libre a temperatura ambiente por un periodo de 15 días, permitiendo que el material perdiera la mayor cantidad de humedad de manera natural.

Se realizó un volteo cada 24 horas con el objetivo de facilitar la circulación del aire a través del material. c) En el transcurso de la etapa de secado, aproximadamente al inicio de la semana 2, el material presentó signos de contaminación fúngica. Por lo que fue sometido a una aspersión con NaClO, con repeticiones de 3 veces por día y realizando un volteo entre cada aplicación. Al término de la semana 2 se detuvo la propagación de la mancha fúngica y se extrajo el material contaminado. d) El material se trituró como se evidencia en la figura No. 16. por cizallamiento y compresión empleando un mazo y un hacha, hasta obtener un material con dimensiones aptas para llevar a cabo una posterior molienda (Tamaño partícula aproximadamente 2*2 cm).

39

Figura 16. Tusa de Mazorca, Pretratamiento-Triturado.

Fuente: Autor (2014)

e) El material se sometió a molienda, empleando un molino de discos eléctrico ajustable (ver figura No. 7) obteniendo como mayor diámetro de partícula, partículas de 4 mm aproximadamente. f) Finalmente se empacó el material en bolsas plásticas y estas a su vez se empacaron en lonas y estas se sellaron con fibra para evitar una posible hidratación del material.

En cuanto al material particulado de madera se realizó un pre-tratamiento de reclasificación y selección del material con el fin de extraer todo tipo de material ajeno al objeto del presente estudio, en dicha clasificación se extrajeron materiales de PVC, tornillos y plásticos.

Seguidamente de efectuó una etapa de secado, en la cual se sometió el material a un periodo de secado de 24 horas a una temperatura de 60°C. Finalmente se empacó el material en bolsas plásticas y estas a su vez se empacaron en lonas y estas se sellaron con fibra para evitar la posible hidratación del material.

4.3.2.2.

Tamizado.

Para la etapa de tamizado de las materias primas se emplearon tamices con la siguiente numeración y diámetro de apertura.

• • • • • •

#20 = 850μm #10 = 2,00μm #08 = 2,36μm #06 = 3,36μm #05 = 4,00μm #04 = 4,76μm

40

Haciendo un completo uso de la columna de tamices como se aprecia en la figura No. 18.

Figura 17. Columna de Tamices empleados en la Etapa de Tamizado MP.

Fuente: Autor (2015)

4.3.2.3.

Pesaje.

Una vez tamizado el material se realizó un empacado en bolsas ziploc con esquelas de rotulación y posterior pesaje como se esquematiza en la figura No. 19.

Para efectos de elaboración de prototipos se requería saber con la cantidad de material se cuenta exactamente para así disponer del material posteriormente.

Figura 18. Pesaje del Material Particulado.

Fuente: Autor (2015)

4.3.2.4.

Rotulado.

Una vez empacado y pesado el material se elaboró una rotulación a cada una de las bolsas, anotando una descripción exacta para una posterior identificación del material como se aprecia en la figura No. 20.

41

En el rótulo se incluyeron los siguientes ítems:   

Tipo de material.

Granulometría Peso Figura 19. Rotulado del Material Particulado.

Fuente: Autor (2015)

4.3.2.5.

Almacenamiento.

Una vez empacado, pesado y rotulado el material se realizó el sellado de las bolsas, posteriormente estas se empacaron en otra bolsa plástica garantizando que el material no tuviera contacto con la humedad.

42

4.3.2.6.

Elaboración de Prototipos.

La elaboración de las probetas se compuso de sub etapas que se describen (ver anexo No. 2) a continuación en la figura No. 21, se presenta una descripción grafica de la elaboración de las probetas de ensayo.

Partiendo de una primera sub etapa se denominó formulación, la cual consistió en la realización de cálculos para la elaboración de los prototipos, teniendo en cuenta la fase pre – experimental (ver anexo No. 1) y de acuerdo al planteamiento inicial en el que se proponían seis tratamientos, en los cuales se variaría la composición porcentual de los residuos y la concentración del catalizador. Adaptando los diferentes tratamientos a las condiciones de los equipos y a la disponibilidad del material.

Figura. 21. Elaboración de Probetas de Ensayo.

Fuente: Autor (2015)

4.3.3.

Pruebas Técnicas.

Se realizaron pruebas de caracterización y pruebas de resistencia de acuerdo a la norma técnica colombiana NTC 2261 madera “Tableros de partículas aglomeradas para aplicaciones interiores no estructurales” que establece la metodología para la realización de pruebas que permitan medir características de resistencia. Para efectos del presente estudio, se calculan únicamente los referentes a “módulo de rotura y deflexión máxima”, debido a la disponibilidad de equipos para la realización de las demás pruebas de resistencia. Ambas pruebas se realizaron utilizando como testigo una muestra de tablero comercial avalado por la normativa preestablecida.

43

Todas las pruebas tĂŠcnicas se llevaron a cabo en los laboratorios de ingenierĂ­a civil y se ajustĂł el contenido de humedad, con el fin de estandarizar y llevar todo a un C.H = 12%.

Dichas pruebas de caracterizaciĂłn son: ď&#x201A;ˇ Densidad ď&#x201A;ˇ Contenido de Humedad. ď&#x201A;ˇ DeterminaciĂłn de Largo, Ancho y Cuadratura. ď&#x201A;ˇ DeterminaciĂłn del espesor.

Las pruebas de resistencia que se realizaron son: ď&#x201A;ˇ ď&#x201A;ˇ

MĂłdulo de rotura (MOR) DeflexiĂłn mĂĄxima

Previo a la realizaciĂłn de todas las pruebas tĂŠcnicas los prototipos se sometieron a un periodo de acondicionamiento de 48 horas, periodo en el cual se busca que los prototipos se adapten a la condiciones de humedad y temperatura del ĂĄrea de experimentaciĂłn.

4.3.3.1.

Densidad.

a) Las probetas se cortaron en forma de rectĂĄngulo de 150 mm * 75 mm de lado con una tolerancia de Âą 1,5 mm, con bordes rectos, limpios y sin protecciĂłn. b) Se determinĂł la masa de la probeta con una aproximaciĂłn de 0,1 g. c) Se midiĂł el espesor en cuatro puntos diferentes indicado, se obtiene la media aritmĂŠtica de las cuatro medidas, la cual se considerĂł como espesor efectivo de la probeta. d) Se midiĂł el largo y el ancho. La medida aritmĂŠtica de cada dos medidas paralelas se considerĂł como largo o ancho efectivo de la probeta. e) Con las medidas calculadas anteriormente se obtuvo el volumen de la misma con una aproximaciĂłn de 0,1 cm3.

CĂĄlculos La densidad se calculĂł mediante la siguiente ecuaciĂłn:

đ??ˇ=

đ?&#x2018;&#x20AC; â&#x2C6;&#x2014; 1000 đ?&#x2018;&#x2030;

En donde D = densidad, en kg/m3 M= masa de la probeta, en gramos 44

V= volumen en cm3 La densidad de un tablero es la medida aritmética de las probetas ensayadas 4.3.3.2.

Contenido de Humedad.

a) Se determinó la humedad sobre las mismas probetas en que se determinó la densidad. La masa de la muestra debe se determinó en una balanza con precisión de ± 0,1 g, como se evidencia en la figura No. 30.

Figura 20. Pesaje de Probetas C.H.

Fuente: Autor (2015)

b) El secado se efectúo a una temperatura de 103 °C ± 2 °C en un secador con circulación de aire hasta obtener masa constante comprobada mediante determinaciones sucesivas a intervalos no menores de una hora, como se esquematiza en la figura No. 31.

Figura 21. Estandarización C.H.

Fuente: Autor (2015)

c) El contenido de humedad se expresa como porcentaje de la masa seca aplicando la siguiente fórmula:

45

đ??śđ??ť =

đ?&#x2018;&#x20AC;1 đ?&#x2018;&#x20AC;2 â&#x2C6;&#x2014; 100 đ?&#x2018;&#x20AC;2

En donde CH= Contenido de humedad, en porcentaje en masa.

M1= Masa inicial de la muestra, en g.

M2= Masa seca de la muestra, en g.

4.3.3.3.

DeterminaciĂłn Espesor, Largo, Ancho y Cuadratura.

a) DeterminaciĂłn del espesor. Se utilizĂł un calibrador pie de rey de 10 mm de diĂĄmetro, que permita realzar lecturas con una aproximaciĂłn de 0,1 mm, como se puede apreciar en la figura No. 32.

Figura 22. DeterminaciĂłn del Espesor de las Probetas.

Fuente: Autor (2015)

b) DeterminaciĂłn del largo, del ancho y de la cuadratura. Se utilizĂł una cinta mĂŠtrica que permita realizar lecturas con aproximaciĂłn de 1 mm, como se ejemplifica en la figura No. 33.

Figura 23. DeterminaciĂłn Cuadratura.

Fuente: Autor (2015)

46

4.3.3.4.

Módulo de Rotura y Deflexión Máxima.

El módulo de rotura y deflexión máxima, se calculó de acuerdo a especificaciones de la norma técnica colombiana NTC 2261 madera. Tableros de partículas aglomeradas para aplicaciones interiores no estructurales, basado en especificaciones del numeral 7.4. de la norma técnica colombiana NTC 2261. Sujeto a modificaciones debido al tamaño de los prototipos de ensayo. a)   

Las dimensiones de las probetas fueron las siguientes: Ancho. 7,5 cm Largo. 15 cm El espesor se midió en tres puntos del eje transversal sobre el que se aplicó la carga, uno de ellos situado en el centro y los otros dos a 5 mm de las bordes. La precisión de medición debe ser de 0,1 mm. La media aritmética de las tres mediciones se tomó como el valor del espesor.

b) El módulo de rotura se determinó con una máquina para ensayos de resistencia de materiales, provista con dos apoyos paralelos cuya distancia es regulable. Con apoyos extremos redondeados de tal forma que no se produzca una fractura por cizallamiento de la probeta durante el ensayo. c) La distancia entre los apoyos fue la siguiente:  150 mm entre apoyos. d) La carga se aplicó a todo lo ancho de la probeta, normal al plano de la superficie y equidistante de los puntos de apoyo. Procurando que la carga fuera continua y uniforme con una velocidad recomendada del cabezal de la máquina de 12 mm/min. Como se aprecia en la figura No. 34.

Figura 24. Montaje Realizado para Calcular MOR.

Fuente: Autor (2015)

47

e) El mĂłdulo de rotura se expresa, en N/mm2 y se calculĂł mediante la fĂłrmula siguiente:

đ?&#x2018;&#x20AC;đ?&#x2018;&#x201A;đ?&#x2018;&#x2026; =

3â&#x2C6;&#x2014;đ?&#x2018;&#x192;â&#x2C6;&#x2014;đ??ż 2 â&#x2C6;&#x2014; đ?&#x203A;ź â&#x2C6;&#x2014; đ?&#x153;&#x20AC;2

En donde MOR = mĂłdulo de rotura, en N/mm2 P= carga aplicada, en N L= distancia entre los apoyos, en mm Îą = ancho de la probeta, en mm Îľ= espesor nominal de la probeta, en mm El mĂłdulo de rotura de un tablero serĂĄ la media aritmĂŠtica de las probetas ensayadas.

f) La deflexiĂłn mĂĄxima se determinĂł con una mĂĄquina para ensayos de resistencia de materiales, provista con dos apoyos paralelos cuya distancia es regulable. Con apoyos extremos redondeados de tal forma que no se produzca una fractura por cizallamiento de la probeta durante el ensayo.

Adicionalmente se hizo uso de diales de indicaciĂłn de variaciĂłn como se puede observar en la figura No. 35, ubicados en un extremo y parte media del prototipo de ensayo.

Figura 25. Montaje Realizado para Determinar FlexiĂłn MĂĄxima.

Fuente: Autor (2015)

4.3.4.

AnĂĄlisis EstadĂ­stico.

El diseĂąo para el anĂĄlisis de los datos es de carĂĄcter multifactorial 3*2, en el cual se contemplaron 6 tratamientos, tres tratamientos de variaciĂłn de las composiciones 48

de las materias primas residuos de maíz – madera (RM-M) y dos concentraciones del catalizador empleado para acelerar la reacción del aglutinante, como se muestra a continuación en la tabla No. 8.

Tabla 8. Composición Porcentual por Tratamiento.

Tratamiento.

1 2 3 4 5 6

Composicion Concentracion del Porcentual (RM-M) Catalizador.

30-70% 1,20% 30-70% 0,90% 50-50% 1,20% 50-50% 0,90% 70-30% 1,20% 70-30% 0,90%

Repeticiones * Tratamiento.

5 5 5 5 5 5

Unidades * Tratamiento.

10 10 10 10 10 10

Fuente: Autor (2015)

Para cada tratamiento se realizaron 5 repeticiones. Para la realización de pruebas técnicas se tomaron 10 unidades por tratamiento, teniendo en cuenta que cada unidad se dividió en dos partes iguales para la realización de las pruebas.

El diseño se evaluó mediante una ANOVA y la prueba F de Fisher.

Para dicho análisis se empleó el software para análisis estadístico SPSS que facilita la de preparación automatizada de datos, detecta y corrige errores.

4.3.4.1.  

Hipótesis.

Ho: Los tableros aglomerados elaborados a partir de residuos de maíz – madera (RM-M) no cumplen las características técnicas de los tableros aglomerados que se comercializan.

Ha: Al menos una de las composiciones residuos de maíz – madera (RM-M) cumple con las características técnicas de los tableros aglomerados que se comercializan.

4.3.4.2.

Variables dependientes.

Las variables dependientes que se contemplaron durante la investigación hacen referencia a la concentración de humedad, cambios dimensionales, la densidad, módulo de rotura y flexión máxima, presentes en cada uno de los prototipos elaborados.

49

4.3.4.3.

Variables independientes.

Los porcentajes de composición para cada uno de los prototipos elaborados. De este modo se propuso variar las composiciones en relaciones residuos de maíz – madera (RM-M) 70-30%, 50-50% y 30-70%, también se tendrán en cuenta dos concentraciones de catalizador, con el fin de determinar la proporción más adecuada para la elaboración de tableros aglomerados, como se puede apreciar en la tabla No 6, realizando una comparación con respecto a los tableros que se distribuyen comercialmente en el mercado local.

4.3.4.4.

Variables Controladas.

Durante el proceso de elaboración de tableros aglomerados se tuvieron en cuenta variables controladas como lo es la presión, la temperatura, la granulometría y las dimensiones. Con el fin de estandarizar los prototipos para un posterior estudio de algunas propiedades físico – mecánicas.

4.3.4.5.

Aspectos Técnicos.

Para establecer los aspectos técnicos requeridos para la elaboración de tableros aglomerados a partir de residuos maíz – madera se tuvieron en cuenta los procesos productivos recomendados por (Tecnologias Limpias, 2013) y los resultados obtenidos de en la presente investigación. Para ello se investigó sobre las características básicas de la maquinaria, equipos y herramientas requeridas, cantidad de personal en planta acorde a la maquinaria y se estimaron las cantidades de residuos y adhesivo requeridos para 1.000 tableros/mes, con base en una producción de tipo artesanal teniendo en cuenta desde el acopio de materia prima hasta la elaboración del producto final.

4.3.4.6.

Análisis financiero

Con base en la información técnica estimada, se estimaron costos de personal, maquinaria, equipos y herramientas y materias primas; para los ingresos se tomó como base el valor comercial de un tablero aglomerado. Para realizar el análisis de sensibilidad se modificaron los valores de costos de materias primas por ser susceptibles a cambio (actualmente no tienen valor, pero si se llevan a industrialización podrían comenzar a cobrar por ellos) bien sea por el valor de los residuos o su transporte y en los ingresos, puesto que al no cumplir con las características técnicas de un tablero comercial, su valor en el mercado sería menor.

Se calculó TIR y VAN y B/C. 50

5. RESULTADOS Y ANÁLISIS DE RESULTADOS.

5.1.

Fase de Campo.

Se recolectaron 2 bultos tusa de mazorca de aproximadamente 25 Kg cada uno.

Cuyo de periodo de tuvo una duración de 3 días, el contenido de esos dos bultos constaba de tusas de mazorca con residuos de maíz, producto del desgrane del cereal, como se evidencia en la figura No. 36.

Figura 26. Tusa de Mazorca Recolectada.

Fuente: Autor (2014)

Se recolectaron aproximadamente 30 Kg de material particulado, principalmente de madera Teca (Tectona grandis Linn F). Gracias a la actividad económica de la empresa, la recolección del material tomo tan solo un día, como se evidencia en la figura No. 37.

Figura 27. Material Particulado de Madera.

Fuente: Autor (2014)

51

Se suministraron 10 Kg de Urea formaldehido, con su respectivo catalizador, como se evidencia en la figura No. 38.

Figura 28. Depósito de Urea Formaldehido.

Fuente: (Autor 2015)

5.2.

5.2.1.

Fase de laboratorio

Pre-Tratamiento de las Materias Primas.

Producto de la molienda se obtuvieron diferentes diámetros de partículas, de aproximadamente 4 mm. Con el proceso de secado se obtuvo material con un contenido de humedad de aproximadamente 12%.

Producto del tamizado, se obtuvo material particulado con diámetros que oscilan entre 0.85 mm siendo el material más fino y 4.00 mm el material más grueso, a continuación en la tabla No. 9, se menciona la cantidad y granulometría del material obtenido.

Tabla 9. Granulometría y Cantidad de (RM-M)

Tipo de Residuo R. Madera R. Madera R. Maiz R. Maiz R. Maiz R. Maiz R. Maiz

Granulometria (mm) 0,85 2,00 0,85 2,00 2,36 3,36 4,00 Fuente: (Autor 2015)

52

Cantidad (g) 1628 285 4529 965 839 335 521

5.3.

Pruebas técnicas

Haciendo énfasis en la parte de pruebas técnicas de caracterización físicas se obtuvieron los siguientes resultados, a partir de los promedios de cada tratamiento y se esquematizan en la tabla No 10.

Tabla 10. Pruebas Técnicas de Caracterización Fiscas al Inicio.

Variación Espesor Ini. Variación Cuadratura (mm) (mm)

Tratamiento

Densidad Ini. (Kg/m3)

Peso Ini. (g)

Volumen Ini. (cm3)

Testigo

619,35

121,63

196,38

0,00

0,0

1

498,74

123,02

246,71

0,55

1,0

2

482,83

118,36

245,14

0,80

1,2

3

486,87

117,79

241,97

0,53

0,4

4

490,89

121,28

247,01

0,82

0,6

5

574,87

140,92

245,02

0,64

0,0

6

498,58

122,84

246,38

0,84

1,3

Fuente: (Autor 2015)

Acorde a la clasificación estipulada en el numeral 3.2.1 y esquematizado en las tablas No. 1 y No, 2 de la norma técnica colombiana NTC 2261. Teniendo en cuenta los resultados obtenidos y los valores estipulados en la tabla No. 6, se obtiene que el tratamiento No 5 y el testigo se clasifican como tableros de mediana densidad, entre tanto el restante de los tratamientos se clasifican como tableros de baja densidad.

La variación con respecto al peso se alude al desgrane de las probetas de ensayo una vez redimensionadas y como consecuencia de la manipulación y el desmoldado.

La variación con respecto al espesor en el inicio es la consecuencia del sistema de prensado que se empleó, durante la elaboración de las probetas de ensayo y de acuerdo a la NTC 2261 que especifica una tolerancia máxima descrita en la tabla No. 5, es de ±0.3mm, para tableros > 20mm, de acuerdo a esto, ninguno de los tratamientos cumple con los criterios de aceptación al estar por encima de la tolerancia mínima especificada.

Con respecto a la variación de la cuadratura de las probetas de ensayo estas presentan un comportamiento regular y respecto a la norma técnica, esta menciona en la tabla No 1, una tolerancia máxima de ±2 mm, por lo que se concluye que bajo este ítem, que los 6 tipos de tratamientos cumplen con dicho requerimiento, obteniendo una variación nula en el tratamiento No 5, semejante a la variación calculada para el testigo.

Finalmente las probetas de ensayo se sometieron a un secado por 24 horas a una temperatura de 103 ± 2°C, se realizaron las mediciones relacionadas a contenido de humedad, densidad, peso, volumen y espesor, los resultados se presentan en la 53

tabla No 11, donde se puede observar una amplia diferencia respecto al contenido de humedad presente en las probetas de ensayo con respecto al testigo, según (Donald G Fink, 1984), debido al contenido de humedad de las partículas al momento de elaborar las probetas de ensayo afecta tanto propiedades fiscas, así como propiedades mecánicas de la madera y este comportamiento se replica en los 6 tratamientos.

Con respecto a las otras variables de análisis se presenta un comportamiento decreciente producto de la perdida de humedad.

Tabla 11. Pruebas Técnicas de Caracterización Fiscas al Final.

C.H. (%)

Densidad Fin. (Kg/m3)

Peso Fin. (g)

Volumen Fin. (cm3)

Variación Espesor Fin. (mm)

Testigo

8,04

587,45

112,60

191,66

0,34

1

16,87

439,73

105,30

239,45

0,65

2

18,06

421,17

100,27

238,06

0,80

3

16,57

431,35

101,06

234,38

0,53

4

20,82

423,09

100,38

237,29

0,91

5

16,07

513,84

121,68

236,62

0,59

6

21,22

428,88

101,33

236,27

0,71

Tratamiento

Tto

Fuente: (Autor 2015)

Por otro lado al analizar los datos obtenidos de las pruebas técnicas de resistencia, se determina la clasificación de acuerdo a la norma mencionada cuyos valores se pueden apreciar en la tabla No 2 de la norma. Teniendo en cuenta dichos valores y comparados con los valores presentados en la tabla No 12, se concluye que el testigo de ensayo se clasificaría como un tablero de alto grado HG, esto gracias al módulo de rotura que este presenta, entre tanto se concluye que ninguno de los tratamientos cumple con el valor mínimo requerido, motivo por el cual no se clasifican bajo ninguno de los grados de calidad allí estipulados.

Cabe resaltar que el tratamiento No 5 es el que más se aproxima al valor mínimo estipulado por la norma, siendo este en promedio un 75% menos resistente que el testigo y un 30% menos resistente que el valor mínimo especificado dentro de la clasificación de tableros de grado bajo.

En cuanto a la deflexión máxima alcanzada, se realiza una comparación respecto al testigo al no tener información teórica para realizar otro tipo de comparación y de acuerdo a esto se concluye que el tratamiento No 5 es el más próximo al valor de deflexión máxima alcanzada por el testigo, siendo este un 42% mas resistente, respecto al testigo, entre tanto los tratamientos restantes fueron en promedio un 15% mas resistentes respecto al testigo.

Debido a esto se puede concluir que los tableros de ensayo se pueden considerar de uso artesanal al no cumplir con los requerimientos mínimos estipulados por la norma.

54

Tabla 12. Pruebas Técnicas de Resistencia.

Tratamiento

Modulo de Rotura (MOR) (N/mm2)

Deflexión Maxima (mm)

Testigo

22,72

3,50

1

3,05

4,30

2

2,20

4,36

3

1,24

3,49

4

1,56

4,32

5

5,55

6,14

6

1,30

4,27

Fuente: (Autor 2015)

5.4.

Análisis estadístico

Al realizar el ANOVA se encuentran diferencias significativas entre tratamientos por lo cual al realizar la pruebas a posteriori de Tukey, como se observa en la tabla No. 13, para el MOR, C.H y densidad, se forman tres grupos, donde la mayor resistencia y densidad corresponden al tratamiento testigo, un segundo grupo conformado por el tratamiento No. 5 que corresponde al que mayor cantidad de tusa tiene su composición con 1.2 % de catalizador y un tercer grupo de menor comportamiento donde se ubican los demás tratamientos.

55

Para el caso de la deflexi贸n m谩xima se conforman dos grupos donde el tratamiento testigo se encuentra ubicado en el grupo de menor deformaci贸n y el tratamiento No. 5 en el de mayor deformaci贸n.

Tabla 13. Prueba de Tukey.

Fuente: Realizada en SPSS (Autor 2015)

56

Al analizar la figura No. 29, las correlaciones de las variables independientes frente al MOR, no son muy fuertes, siendo la más alta el volumen (R2 0.828) y las demás se encuentran entre R2 0.623 y 0.280, lo que indica que fuera del volumen, el MOR no se encuentra muy influenciado por las propiedades físicas de los tableros.

Figura 29. Gráficos de Correlación MOR.

Fuente: Realizada en SPSS (Autor 2015)

57

Al analizar la figura No. 30, las correlaciones de las variables independientes frente al deflexión máxima , no son muy fuertes, siendo la más alta el densidad (R2 0.039) y las demás se encuentran entre R2 0.005 y 0.027, lo que indica que no hay correlación entre las variables independientes y la deflexión máxima.

Figura 30. Gráficos de Correlación Deflexión Máxima.

Fuente: Realizada en SPSS (Autor 2015)

5.5.

Aspectos técnicos.

Teniendo en cuenta el proceso productivo propuesto por (Tecnologias Limpias, 2013) y basados en los resultados obtenidos, haciendo énfasis en el tratamiento No 5, como el tratamiento más óptimo dentro de los diferentes tipos de tratamientos evaluados.

A continuación se realiza una descripción grafica del proceso productivo empleado en el presente proyecto, en el cual se establece control sobre puntos críticos como los son: Contenido de humedad, presión. Con una capacidad de planta de 2.800 tableros/mes.

58

Figura 31. Proceso Productivo Tableros (RM-M).

Fuente: (Autor 2015)

Se realiza una descripción de las máquinas, herramientas, descritos en la tabla No. 14.

Tabla 14. Maquinaria y Equipos Requeridos.

Equipo Astilladora Móvil de Arrastre Diésel de 40 Hp Sierra Escuadradora Inclinable con Incisor Plataforma Industrial de Perfil Bajo Lijadora de Tableros Prensa Hidráulica Ventilador Industrial

Referencia

Potencia

Combustible

Capacidad

3039841

40 Hp

Diésel

9-12 m/h

WPSES 300

2200 W

Energía Eléctrica

1250 mm

*******

Energía Eléctrica

1,20m*1,20m

1800 W ******** 5,5-12,50KW

Energía Eléctrica Quemador a Gas Energía Eléctrica

10 set/min 4000 lb/pulg^2 124800 m^3/h

Plataforma Industrial de Perfil Bajo (heavy Duty) ******* ******** *******

Fuente: (Autor 2015)

59

Así como materias primas e insumos requeridos, para una producción de 2800 tableros/mes descritos en la tabla No 15.

Tabla 15. MP e Insumos Requeridos.

MP e Insumos

Cantidad (Kg)

Produccion Tableros/mes

16393 38250 49170 585 29

2800 2800 2800 2800 2800

RM Tusa Urea NH4Cl Celulosa

Fuente: (Autor 2015)

Finalmente el recurso humano requerido que se puede apreciar en la tabla No16.

Contemplando el proceso productivo desde la recolección de residuos, hasta el almacenamiento del producto terminado Tabla 16. Personal Requerido.

Cargo

Cantidad Personal

Ingeniero (Sala Control) ingeniero (Planta) Recepcion MP Acondicionamiento MP Fabricacion Tableros Acondicionamiento PT Almacenamiento

1 1 2 2 2 2 2

Fuente: (Autor 2015)

5.6.

Análisis Financiero.

Se realizó un análisis financiero en cual se calcula VAN, TIR, y C/B, como se puede apreciar en la tabla No.17, con el fin de determinar la viabilidad de inversión en el presente proyecto, dicho análisis se realizó bajo el supuesto costo de materias primas, en los que se asumen costos de transporte y así mismo se hace un estimado asumiendo el posible costo de las materias primas.

En cuanto a la parte de insumos se asume un costo máximo de $3.500 por kilogramo, con el fin de garantizar la viabilidad del proyecto, siendo este el factor diferenciador que causa mayor sensibilidad dentro del análisis financiero.

Así mismo el estudio se realizó contemplando la contratación de planta de la mano de obra, por otro lado se supuso el arrendamiento de una bodega de 3.000 m 2.

60

Los costos de maquinaria y equipos se realizaron bajo el supuesto de inversión con capital propio y a su vez suponiendo la financiación mediante una entidad bancaria.

Finalmente de acuerdo a la capacidad de producción de la maquinaria mencionada anteriormente, se realizó un estimado de producción mensual de 2.800 tableros mensuales y se tiene en cuenta que el valor de un tablero comercial es aproximadamente de $99.900. Para obtener un menor precio de venta es necesario ajustar el proceso productivo de acuerdo a las recomendaciones que se presentan en la página No. 64 del presente documento.

El estudio contempla un horizonte de 10 años.

Tabla 17. Resumen Análisis Financiero EGRESOS AÑO 1 Mano de Obra 227.760.000,00 Arrendamientos y 934.959.336,29 Maquinaria y Equipos 166.077.524,00 Materias Primas e Insumos 2.117.561.146,18 TOTAL 3.446.358.006,46 INGRESOS Venta de Tableros 3.076.920.000,00 Valor Neto (ingresos - egresos) -369.438.006,46 Valor Presente Neto -351.845.720,44

AÑO 3 AÑO 5 AÑO 7 AÑO 9 AÑO 10 227.760.000,00 227.760.000,00 227.760.000,00 227.760.000,00 227.760.000,00 889.369.079,09 889.369.079,09 889.369.079,09 889.369.079,09 889.369.079,09 10.720.000,00 10.720.000,00 10.720.000,00 10.720.000,00 10.720.000,00 2.117.561.146,18 2.117.561.146,18 2.117.561.146,18 2.117.561.146,18 2.117.561.146,18 3.245.410.225,26 3.245.410.225,26 3.245.410.225,26 3.245.410.225,26 3.245.410.225,26 3.356.640.000,00 3.356.640.000,00 3.356.640.000,00 3.356.640.000,00 3.356.640.000,00 111.229.774,74 111.229.774,74 111.229.774,74 111.229.774,74 111.229.774,74 96.084.461,49 87.151.439,00 87.151.439,00 87.151.439,00 87.151.439,00

Capital Propio Financiamiento TIR Beneficio / costo

26% 1,02

32% 1,02

Fuente: (Autor 2015)

De acuerdo a la información que se presenta en la tabla No 15. Se obtiene una TIR del 26% con capital propio y una TIR del 32% haciendo uso de financiamiento, para ambos casos se obtiene una relación costo beneficio de 1.02, lo que significa que el proyecto es viable bajo los supuestos realizados.

61

CONCLUSIONES 

Al evaluar los diferentes tratamientos se concluye que las seis diferentes composiciones son aptas para la elaboración de tableros aglomerados.



Evaluados los seis tratamientos se concluyó que ninguno de los tratamientos es apto para la elaboración de tableros estructurales, pero cabe destacar el tratamiento No. 5, siendo este el más próximo a los valores mínimos requeridos por la norma técnica.



De acuerdo a la norma técnica NTC 2261 que establece la metodología para la realización de pruebas que permitan medir características físicas, se obtuvo que la variación en el espesor es mayor que la tolerancia máxima establecida, consecuencia del sistema de prensado empleado, el cual no garantiza la uniformidad a lo largo de las probetas de ensayo en ninguno de los tratamientos evaluados.



Por otro lado en cuanto a la variación de la cuadratura de las probetas de ensayo se obtuvo un comportamiento regular entre los diferentes tratamientos, obteniendo una variación nula en el tratamiento No 5, semejante a la variación calculada para el testigo.



El contenido de humedad presente en las probetas de ensayo con respecto al testigo, presentó una amplia diferencia, debido al contenido de humedad inicial de las partículas, que según (Donald G Fink, 1984) el contenido de humedad de la madera afecta las propiedades tanto físicas como mecánicas y de acuerdo a especificaciones técnicas debe estar entre el 3 – 4%, pero por condiciones limitantes del ensayo solo se llegó al 12%, proporcionando un contenido de humedad final del 16%, frente al 8% establecido comercialmente.



Se obtuvo como principal resultado para el módulo de rotura (MOR), que el tratamiento No 5 es el que más se aproxima al valor mínimo estipulado por la norma, al ser este en promedio un 75% menos resistente que el testigo y un 30% menos resistente que el valor mínimo especificado dentro de la clasificación de tableros de grado bajo.



En cuanto a la deflexión máxima se concluyó que el tratamiento No 5 es el más próximo al valor de deflexión máxima alcanzada por el testigo, siendo este un 42% más resistente, respecto al testigo, entre tanto los tratamientos restantes fueron en promedio un 15% más resistente respecto al testigo.



Como resultado general comparado de acuerdo a la norma técnica NTC 2261, se obtuvo que ninguno de los tratamientos evaluados cumple con los parámetros mínimos de aceptación para la elaboración de tableros 62

aglomerados estructurales, motivo por el cual se considera que los tableros obtenidos son de uso artesanal. 

Una vez evaluados los diferentes tratamientos establecidos, se concluyó que la principal falencia dentro del ensayo, fue el sistema de prensado empleado, debido a los resultados obtenidos en la variación del espesor.



Para la producción industrial de los tableros analizando la capacidad de la maquinaria, se establecen puntos de control en variables críticas como el contenido de humedad de las partículas al inicio y la presión a la hora del prensado.



Una vez realizado el estudio financiero, calculado el VAN, TIR y C/B se obtuvo que es viable la inversión en proyectos de este tipo, teniendo en cuenta las condiciones bajo las cuales se realizó el estudio financiero y al realizar un análisis de sensibilidad, se deduce que el principal factor de sensibilidad de costos es el precio de la urea formaldehido, al ser este el factor diferenciador dentro de todas las variables calculadas.

63

RECOMENDACIONES Si bien en el presente trabajo se obtuvo que bajo los seis tratamientos se podía obtener físicamente tableros aglomerados, teniendo en cuenta los resultados estadísticos, la comparación frente a la norma y los parámetros de calidad, se recomienda realizar más investigaciones donde se tenga en cuenta: 

la evaluación de otros sistemas de prensado que aporten mejores características a los tableros a la hora de evaluarlos respecto a la normatividad.



la evaluación de otro sistema de moldeo, que facilite el posterior desencofrado de las probetas de ensayo.



realizar un control minucioso en el contenido de humedad de las materias primas al momento de la elaboración de los tableros.



evaluar residuos de madera de otra especie de diferente a madera Teca (Tectona grandis Linn F), con el fin de evaluar las propiedades físicomecánicas que este aporte a los tableros aglomerados.



la evaluación de pruebas técnicas, realizando variaciones en el espesor de las probetas de ensayo.



la evaluación de otro tipo de adhesivo o la reformulación de este, para que no represente tanta sensibilidad dentro del análisis financiero.



La realización de todas las pruebas físicas y mecánicas establecidas en la norma.

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