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UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR

FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA

CARRERA DE INGENIERÍA QUÍMICA

OPTIMIZACIÓN DE PROCESO DE CURTIDO Y TRATAMIENTO DE SUS

AGUAS RESIDUALES

TRABAJO DE GRADO PARA LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE INGENIERO

QUÍMICO

AUTOR: DIEGO GIOVANNI FREIRE DÁVILA

TUTOR: WASHINGTON POLIVIO RUIZ LOPEZ

QUITO

2015

ii

APROBACIÓN DEL TUTOR

En calidad de tutor del trabajo de grado titulado: “OPTIMIZACIÓN DE PROCESO DE

CURTIDO Y TRATAMIENTO DE SUS AGUAS RESIDUALES”, me permito certificar que

el mismo es original y ha sido desarrollado por el señor DIEGO GIOVANNI FREIRE DÁVILA

bajo mi dirección y conforme a todas las observaciones realizadas, considero que el trabajo está

concluido y tiene mi aprobación.

En la ciudad de Quito, a los 14 días del mes de octubre del 2015

__________________________________

Ing. Washington Ruiz L.

Firma del Tutor

iii

AUTORIZACIÓN DE LA AUTORÍA INTELECTUAL

Yo, DIEGO GIOVANNI FREIRE DÁVILA, en calidad de autor del trabajo de grado realizado

sobre “OPTIMIZACIÓN DE PROCESO DE CURTIDO Y TRATAMIENTO DE SUS AGUAS

RESIDUALES”, por la presente autorizo a la UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR,

hacer uso de todos los contenidos que me pertenecen o de parte de los que contiene esta obra,

con fines estrictamente académicos o de investigación.

Los derechos que como autor me corresponden, con excepción de la presente autorización,

seguirán vigentes a mi favor, de conformidad con lo establecido en los artículos 5, 6, 8,19 y

demás pertinentes de la Ley de Propiedad Intelectual y su Reglamento.

En la ciudad de Quito, a los 14 días del mes de octubre del 2015

____________________________

Diego Giovanni Freire Dávila

C.C. 1804368114

[email protected]

iv

DEDICATORIA

A mis Padres, por su enorme sacrificio para poder

llegar a cumplir mis sueños y metas.

A mi Madre, mi inspiración, que hace todo en esta

vida para hacerme feliz y estar a mi lado siempre a

pesar de todo.

A mi padre, por su duro esfuerzo para poder

brindarme la oportunidad de cumplir este sueño.

A mis hermanas Mónica y Jannet, por su apoyo

incondicional en toda situación, por darme fuerzas

para seguir adelante.

A todos los seres queridos que han estado a mi lado,

que han sido un gran apoyo en toda mi vida.

A todos mis amigos y amigas que han estado en las

buenas y en las malas en el trascurso de toda mi

vida estudiantil.

.

v

AGRADECIMIENTOS

A la Facultad de Ingeniería Química de la Universidad Central del Ecuador, dónde adquirí los

conocimientos y valores de un buen profesional.

A mis profesores Ing. Carlos Naranjo (+), Ing. Cesar Lara, Ing. Pablo Paredes, Ing. Pablo

Araujo, Ing. Cesar Alvarado, Ing. Andrés de la Rosa, Ing. Humberto González, Ing. Sergio

Medina, Ing. Ghem Carvajal, Ing. Washington Ruiz, Dr. Patricio Peñaherrera, Dr. Jorge Viteri

que se han ganado mi amistad y mis respeto dentro y fuera de la Universidad.

A mis amigos San Viernes Sebastián, Ramiro, Julio, Patricio, Pedro, Carlos, Diego, José, Jorge,

Mario, Stalin, Pablo.

A mis amigas por su cariño Karla, Diana, Andrea, Daniela, Ximena, María de los Ángeles,

Karen, Evelin, Tatiana, Sara, Valeria, Ana, Jhoselyn.

A todas esas personas que me han apoyado siempre para llegar a este punto de mi vida, por su

paciencia y cariño.

vi

CONTENIDO

pág

LISTA DE TABLAS ..................................................................................................................... x

LISTA DE FIGURAS ................................................................................................................. xii

LISTA DE GRÁFICOS ............................................................................................................. xiii

LISTA DE ANEXOS ................................................................................................................. xiv

RESUMEN ................................................................................................................................. xiv

ABSTRACT ............................................................................................................................... xvi

INTRODUCCIÓN ........................................................................................................................ 1

1. MARCO TEÓRICO .................................................................................................................. 3

1.1. Principales tipos de piel. ......................................................................................................... 3

1.1.1. Pieles vacunas.. ................................................................................................................... 3

1.2. Tinas, molinetas y bombos. .................................................................................................... 4

1.2.1. Fulones o bombos................................................................................................................ 4

1.3. Proceso de curtido de cuero. .................................................................................................. 5

1.3.1. Descripción del proceso. ..................................................................................................... 6

1.4. Factores que influyen en el agotamiento del curtiente. ........................................................ 11

1.5. Función de cromo (III) en el proceso de curtido. ................................................................. 11

1.6. Recuperación de cromo. ....................................................................................................... 15

1.7. Basicidad. ............................................................................................................................. 16

1.8. Procesos biológicos aplicados al tratamiento de agua residual. ........................................... 18

1.9. Consume POW. .................................................................................................................... 19

2. PARTE EXPERIMENTAL ..................................................................................................... 21

2.1. Materiales y equipos............................................................................................................. 21

2.2. Sustancias y reactivos........................................................................................................... 22

2.3. Diseño experimental. ............................................................................................................ 23

2.4. Procedimiento experimental. ................................................................................................ 26

vii

2.4.1. Procedimiento experimental para pruebas. ...................................................................... 26

2.4.2. Procedimiento experimental para comparación de procesos de curtido.. ........................ 26

2.4.3. Procedimiento determinación de cromo. .......................................................................... 28

2.4.4. Procedimiento de aplicación de Terra Flock GM y Back Flock RR. ................................ 30

2.4.5. Procedimiento para el tratamiento biológico. .................................................................. 30

3. DATOS EXPERIMENTALES Y CÁLCULOS ..................................................................... 34

3.1. Datos de formulaciones de tratamientos. ............................................................................. 34

3.2. Cálculo de cantidades de productos para cada tratamiento. ................................................. 38

3.3. Cálculo de cantidades de los productos para cada proceso de curtido. ................................ 39

3.4. Cálculo del costo de los procesos de curtido. ....................................................................... 40

3.5. Cálculo de la diferencia de costo entre los procesos de curtido. .......................................... 41

3.6. Cálculo de soluciones estándares de cromo. ........................................................................ 41

3.7. Cálculo de la solución de ácido nítrico. ............................................................................... 42

3.8. Cálculo factor de disolución. ................................................................................................ 42

3.9. Cálculo de concentración de cromo total. ............................................................................ 43

3.10. Análisis estadístico. ............................................................................................................ 43

3.10.1. ANOVA optimización del proceso de curtido. ................................................................. 43

3.11. Cálculo de solución de hidróxido de sodio. ....................................................................... 46

3.12. Cálculo de la solución de ácido sulfúrico. .......................................................................... 47

3.13. Cálculo de la eficiencia de optimización. ........................................................................... 47

3.14. Cálculo de la eficiencia de recuperación. ........................................................................... 48

3.15. Cálculo de la carga contaminante de la muestra inicial. .................................................... 48

3.16. Cálculo de carga orgánica. ................................................................................................. 48

3.17. Carga superficial de diseño. ............................................................................................... 49

3.18. Remoción de DBO. ............................................................................................................ 49

3.19. Volumen de la laguna. ........................................................................................................ 49

3.20. Área de la laguna. ............................................................................................................... 50

3.21. Tiempo medio de retención hidráulico. .............................................................................. 50

3.22. Concentración de la DBO en el efluente de la laguna. ....................................................... 51

3.23. Cálculo de la carga contaminante de la muestra final. ....................................................... 51

3.24. Cálculo de la eficiencia de disminución de la carga contaminante. ................................... 51

3.25. Cálculo estimado concentración inicial de cromo para los procesos de curtido tradicional y

mejorado. ..................................................................................................................................... 52

3.26. Cálculo estimado de la diferencia de concentración de cromo inicial y final de los procesos

de curtido. .................................................................................................................................... 52

3.27. Cálculo estimado de la cantidad de cromo fijada en la piel. .............................................. 52

viii

3.28. Cálculo porcentual de la fijación de cromo en la piel. ....................................................... 52

4. RESULTADOS ....................................................................................................................... 53

4.1. Cantidad de sustancias químicas para pruebas. .................................................................... 53

4.2. Cantidad de sustancias químicas en los procesos de comparación. ..................................... 57

4.3. Costo de cada proceso con base de cálculo de 100 kg. ........................................................ 58

4.4. Porcentaje diferencial entre costos totales de los procesos. ................................................. 59

4.5. Soluciones estándares de cromo. .......................................................................................... 59

4.6. Factor de disolución. ............................................................................................................ 60

4.7. Concentración de cromo total. ............................................................................................. 60

4.8. ANOVA y superficie de respuesta. ...................................................................................... 61

4.9. Concentración de cromo total en función del tiempo. .......................................................... 63

4.10. Curva de comportamiento de cromo el en baño de curtido. ............................................... 64

4.11. Curva de análisis de la concentración de cromo en la zona de agotamiento. ..................... 65

4.12. Curva de análisis de la concentración de cromo en la zona de agotamiento. ..................... 66

4.13. Resultados de análisis de la muestra del proceso mejorado. .............................................. 67

4.14. Volumen de base para la condición de precipitación. ........................................................ 67

4.15. Volumen de decantación. ................................................................................................... 67

4.16. Velocidad de sedimentación. .............................................................................................. 68

4.17. Resultado prueba de jarras. ................................................................................................ 68

4.18. Comparación volumétrica de precipitado y fase líquida en el proceso de recuperación. ... 69

4.19. Comparación porcentual de precipitado y fase líquida en el proceso de recuperación. ..... 70

4.20. Cantidad de ácido para recuperación de sulfato básico de cromo. ..................................... 70

4.21. Cromo total en las muestra y en las fases. .......................................................................... 70

4.22. Eficiencia de optimización. ................................................................................................ 71

4.23. Eficiencia de recuperación de cromo. ................................................................................ 71

4.24. Resultados de análisis de la muestra del procedimiento mejorado sin tratamiento............ 71

4.25. Resultado de diseño de laguna anaerobia. .......................................................................... 71

4.26. Resultados de análisis de la muestra del procedimiento mejorado con tratamiento. ......... 72

4.28. Resultado de análisis de la muestra acidulada del procedimiento de recuperación. .......... 72

4.29. Resultado de la carga contaminante inicial y final. ............................................................ 72

4.30. Resultado de disminución de carga contaminante. ............................................................ 72

4.31. Resultado estimado de concentración inicial de cromo en proceso tradicional y

mejorado. ..................................................................................................................................... 73

4.31. Resultado estimado de la diferencia de la cantidad de cromo inicial y final...................... 73

4.32. Resultado estimado de fijación de cromo en la piel. .......................................................... 73

4.33. Resultado de fijación porcentual de cromo en la piel. ....................................................... 73

ix

5. DISCUSIÓN ........................................................................................................................... 74

6. CONCLUSIONES .................................................................................................................. 76

7. RECOMENDACIONES ......................................................................................................... 77

CITAS BIBLIOGRÁFICAS ....................................................................................................... 78

BIBLIOGRAFÍA ......................................................................................................................... 79

ANEXOS..................................................................................................................................... 81

x

LISTA DE TABLAS

pág.

Tabla 1. Tabla de agentes precipitantes del cromo ..................................................................... 16

Tabla 2. Basicidad de un complejo de cromo ............................................................................. 17

Tabla 3. Niveles de prueba para cada factor ............................................................................... 23

Tabla 4 Combinaciones de los factores ....................................................................................... 23

Tabla 5. Formulación tratamiento 1 ............................................................................................ 34





Tabla 10. Formulación tratamiento 6 .......................................................................................... 37



Tabla 13. Formulación tradicional .............................................................................................. 39

Tabla 14. Formulación mejorada ................................................................................................ 39

Tabla 15. Formulación tradicional .............................................................................................. 40

Tabla 16. Estándares de cromo ................................................................................................... 41

Tabla 17. ANOVA para diseño factorial 23 ................................................................................ 46

Tabla 18. Cantidad de sustancias químicas formulación tratamiento 1 ...................................... 53








Tabla 26. Cantidad de sustancias químicas formulación tradicional .......................................... 57

Tabla 27. Cantidad de sustancias químicas formulación mejorada ............................................. 58

Tabla 28. Costo del proceso tradicional ...................................................................................... 58

Tabla 29. Costo del proceso mejorado ........................................................................................ 59

xi

Tabla 30. Porcentaje diferencial entre procesos de curtido mejorado y tradicional .................... 59

Tabla 31. Dilución de estándar de cromo .................................................................................... 59

Tabla 32. Factor de disolución de tratamientos y réplicas .......................................................... 60

Tabla 33. Factor de disolución de muestras ................................................................................ 60

Tabla 34. Concentración de cromo ............................................................................................. 60

Tabla 35. Concentración de cromo en baños agotados de tratamientos ...................................... 61

Tabla 36. Concentración de cromo total en comparación ........................................................... 61

Tabla 37. ANOVA ...................................................................................................................... 61

Tabla 38. Condiciones óptimas ................................................................................................... 62

Tabla 39. Concentración de cromo total en función del tiempo.................................................. 63

Tabla 40. Resultado de análisis de la muestra del procedimiento mejorado ............................... 67

Tabla 41. Volumen de base ......................................................................................................... 67

Tabla 42. Volumen de decantación ............................................................................................. 67

Tabla 43. Parámetros utilizados en prueba de jarras ................................................................... 68

Tabla 44. Resultado de prueba de jarras...................................................................................... 69

Tabla 45. Datos volumétricos de fases ........................................................................................ 69

Tabla 46. Datos porcentuales de fases ........................................................................................ 70

Tabla 47. Cantidad de ácido ........................................................................................................ 70

Tabla 48. Cromo total en las fases .............................................................................................. 70

Tabla 49. Eficiencia de optimización .......................................................................................... 71

Tabla 50. Eficiencia de recuperación de cromo .......................................................................... 71

Tabla 51. Resultado de análisis de la muestra del procedimiento mejorado sin tratamiento ...... 71

Tabla 52. Diseño de laguna anaerobia ........................................................................................ 71

Tabla 53. Resultado de análisis de la muestra del procedimiento mejorado con tratamiento. .... 72

Tabla 54. Resultado de demanda química de oxígeno ................................................................ 72

Tabla 55. Resultado de análisis de sulfatos de muestra acidulado .............................................. 72

Tabla 56. Carga contaminante inicial y final .............................................................................. 72

Tabla 57. Disminución de carga contaminante ........................................................................... 72

Tabla 58. Concentración de cromo inicial................................................................................... 73

Tabla 59. Diferencia de cantidad de cromo en procesos de curtido ............................................ 73

Tabla 60. Cantidad de cromo fijado en la piel ............................................................................ 73

Tabla 61. Fijación porcentual de la piel ...................................................................................... 73

xii

LISTA DE FIGURAS

pág.

Figura 1. Piel vacuna utilizada para el proceso de curtido en la experimentación ........................ 4

Figura 2. Bombo de madera, utilizado en la industria de la curtiembre para varios procesos ...... 5

Figura 3. Proceso de curtido y acabado de cuero ........................................................................ 10

Figura 4. Estructuras de los ácidos aspártico y glutámico, donde resaltan las cadenas laterales

que contienen un grupo carboxílico ............................................................................................ 13

Figura 5. Interacción del cromo (III) en la formación de entrecruzamientos de cadenas de

colágeno ...................................................................................................................................... 13

Figura 6. Formas de entrecruzamiento del cromo con el colágeno ............................................. 14

Figura 7. Secuencia de pH necesaria para el curtido correcto ..................................................... 14

Figura 8. Secuencia de pH necesaria para el curtido incorrecto.................................................. 14

Figura 9. Distribución de especies de Cr3+

en función del pH en una solución en equilibrio con

Cr(OH)3 ....................................................................................................................................... 16

Figura 10. Diagrama de flujo diseño experimental ..................................................................... 24

Figura 11. Diagrama de flujo del proceso de prueba de curtido ................................................. 24

Figura 12. Diagrama de flujo para la comparación de procesos de curtidos tradicional y

propuesto, recuperación de cromo y su tratamiento .................................................................... 25

Figura 13. Diagrama de bloques para el proceso de curtido en cada tratamiento ....................... 31

Figura 14. Diagrama de bloques para el proceso tradicional ...................................................... 32

Figura 15. Diagrama de bloques para el proceso propuesto ........................................................ 33

Figura 16. Cálculos en STATGRAPHICS Centurion XVI ......................................................... 46

xiii

LISTA DE GRÁFICOS

pág.

Gráfico 1. Gráfica de cubo para concentraciones de cromo ........................................................ 62

Gráfico 2. Contornos de la superficie de respuesta estimada ...................................................... 62

Gráfico 3. Superficie de respuesta estimada ............................................................................... 63

Gráfico 4. Efectos principales para concentración de cromo ...................................................... 63

Gráfico 5. Concentración de cromo en función del tiempo en los procesos de curtición ........... 64

Gráfico 6. Análisis de la concentración de cromo en las zonas de agotamiento ......................... 65

Gráfico 7. Análisis de la concentración de cromo en las zonas de agotamiento ......................... 66

Gráfico 8. Velocidad de sedimentación ...................................................................................... 68

Gráfico 9. Relación volumétrica de precipitado y fase líquida ................................................... 69

Gráfico 10. Relación porcentual de precipitado y fase líquida ................................................... 70

xiv

LISTA DE ANEXOS

pág.

ANEXO A. FOTOGRAFÍAS DEL PROCESO EXPERIMENTAL .......................................... 82

ANEXO B. FICHAS TÉCNICAS DE LOS PRODUCTOS QUIMICOS .................................. 94

ANEXO C. REPORTES DE DATOS ......................................................................................... 95

xiv

OPTIMIZACIÓN DE PROCESO DE CURTIDO Y TRATAMIENTO DE SUS AGUAS

RESIDUALES

RESUMEN

Optimización del proceso de curtido de piel vacuno y tratamiento de sus aguas residuales, en el

sector de la curtiembre de la ciudad de Ambato.

Para ello, se realizaron pruebas de curtido, utilizando 16 kg de piel en tripa, manteniendo

constantes el tiempo de proceso, las cantidades de sulfato básico de cromo y las de otros

productos químicos, y variando las cantidades de alcohol etoxilado: 16 y 32 g, de éster

hidroxilado: 80 y 240 g y de éster: 160 y 320 g.

Mediante el Statgraphics se optimizó el proceso, obteniendo como variable de respuesta la

menor concentración de cromo total en el baño agotado que es de 180 mg/l, con las siguientes

cantidades de los productos antes mencionados: 32, 240 y 160 g respectivamente. A los

efluentes del mejor proceso se aplicó procesos de recuperación de cromo y de degradación

biológica.

Se concluye que se mejoró el proceso de curtido en un 81,03 %, obteniendo una recuperación de

cromo de 99,75 % y una disminución de carga contaminante de 94,81 %.

PALABRAS CLAVES: /OPTIMIZACIÓN/ CURTIDO/ INDUSTRIA DEL CUERO/

RECUPERACIÓN/ CROMO TRIVALENTE/ TRATAMIENTO DE EFLUENTES

INDUSTRIALES/.

xvi

DESIGN OF UNITS OF WATER´S DEMINERALIZATION AS COOLING MEANS.

ABSTRACT

Optimization of cow leather tanning and treatment of wastewater in the tannery sector of the

city of Ambato.

To do this, tanning tests were conducted using 16 kg of pelt, keeping the processing time and

the amounts of basic chromium sulphate and other chemicals constant, and varying amounts of

ethoxylated alcohol: 16 to 32 g of hydroxy ester, and of 80 and 240 g of ester 160 and 320 g

By Statgraphics, the process was optimized obtaining as response variable the lowest

concentration of total chromium in the spent bath which is of 180 mg / l, with the following

quantities of the above products: 32, 240 and 160 g respectively. To the best process effluents,

chrome recovery processes and biological degradation were applied.

We conclude that the tanning process was improved by 81.03%, obtaining a recovery of 99.75%

chromium and reduced pollution load of 94.81%.

KEYWORDS: / OPTIMIZATION / TANNING / LEATHER INDUSTRY / RECOVERY /

TRIVALENT CHROMIUM / INDUSTRIAL EFFLUENT TREATMENT /.

1

INTRODUCCIÓN

La industria del cuero, tiene una trayectoria muy importante en la ciudad de Ambato y el país.

El desarrollo del sector curtidor, hasta los años 70, mantenía un proceso artesanal. Actualmente

se procesan alrededor de 350 mil cueros y pieles al año. La mayor parte de la demanda se

orienta al mercado interno de calzado, marroquinería y confecciones, y el resto de la producción

de cuero y pieles se exporta.

Esta industria ha tenido una progresiva evolución en tecnología, creando nuevas herramientas

de trabajo, reemplazando la mano de obra por máquinas con alta eficiencia especifica en las

etapas de producción.

El sector curtidor es una de las industrias que más contamina debido al gran consumo de agua

en las etapas de producción y a los productos químicos que se utilizan para procesar el cuero,

los cuales son nocivos para el ambiente, generando residuos sólidos y aguas residuales. Se ha

estimado que cada par de zapatos tiene una carga ecológica de 13 mil litros de agua.

El cromo trivalente, que es utilizado en curtiembres, se convierte en hidróxidos insolubles en el

agua y estas sales envejecen y se vuelven cada vez menos solubles, y solo una pequeña parte de

ellas pueden ser absorbidas por las plantas. En el caso de las aguas subterráneas, su

contaminación es más problemática y persiste porque su autodepuración es lenta.

La presente investigación busca establecer una producción más limpia y amigable con el medio

ambiente, y direccionar a una producción autosustentable en la reutilización de cromo presente

en al baño agotado en el proceso de curtido.

Teniendo en cuenta los aspectos anteriores, la optimización del proceso de curtido es una de las

opciones para la disminución de concentración de cromo en el baño agotado mediante la

aplicación de productos químicos que mejoran la fijación de cromo en la piel. Estos productos

químicos tienen la característica de ser menos contaminantes y ser biodegradables en el

ambiente o el cuerpo receptor.

2

Se planteó un diseño experimental de tres factores y una variable de respuesta, manteniendo

constante la cantidad de materia prima (piel en tripa), la cantidad de sulfato de cromo, tiempo

de procesos, equipo; los datos se analizaron mediante el programa estadístico STATGRAPHICS

obteniendo las mejores condiciones de operación. Con el proceso mejorado se realizó una

comparación con un proceso de curtido tradicional en función de concentración de cromo en sus

aguas residuales.

Del baño agotado del proceso mejorado se recuperó el cromo mediante precipitación con

hidróxido de sodio y se regeneró el sulfato básico de cromo mediante una acidulación con ácido

sulfúrico. Con el sulfato básico de cromo regenerado se realizó una curtición en laboratorio y el

resultado de la piel curtida se comparó con una piel curtida con sulfato básico de cromo

industrial. Además, se disminuyó la carga contaminante mediante un proceso biológico en una

laguna anaerobia con bacterias específicas para este proceso.

Se concluye que se disminuyó la concentración de cromo en baño agotado de los procesos de

curtido tradicional de 938,4 mg/l a 178 mg/l de curtido mejorado. Con las cantidades óptimas de

32 g de alcohol etoxilado, 240 g de éster hidroxilado y 160 g de éster en dispersión. La

diferencia porcentual del costo del curtido mejorado con respecto al tradicional es de 24,12 %,

obtenido mediante una base de cálculo de 100 kg de piel se tiene un costo de USD 22,882 para

el tradicional y USD 30,157 para el mejorado. Del proceso mejorado se determinó la

concentración inicial de cromo en el baño agotado de 178,0 mg/l, con el proceso de

recuperación de cromo se cuantificó en la muestra tratada la concentración de 0,43 mg/l,

obteniendo una recuperación del 99,75 % de cromo .Mediante una laguna anaerobia y con

bacterias se redujo una carga contaminante inicial de 57604000 mg/día a una final de 2984000

mg/día, teniendo como diferencia porcentual un 94,81 % de disminución.

3

1. MARCO TEÓRICO

1.1. Principales tipos de piel.

“Se ha descrito de una manera general la estructura de una piel vacuna, pero dentro de cada

especie animal, la estructura y la proporción relativa de las diferentes capas pueden variar

considerablemente, además las pieles difieren en su estructura para una misma especie, debido a

una series de factores como, la estación del año, modo de vida, edad, crianza, edad, y sexo.

En la industria de la curtición se utilizan preponderadamente las pieles vacunas, las de cordero y

las de cabra, en una proporción mucho menor las pieles de caballo y de cerdo y en cantidades

pequeñas las de peces y reptiles. Las pieles de peletería deben considerarse aparte.

1.1.1. Pieles vacunas. En la práctica industrial las pieles vacunas se clasifican según el tamaño

y la naturaleza del animal en terneras, novillos, vacas, bueyes y toros. Una vez clasificada, se

pesa y el valor obtenido se marca en la piel, este peso se conoce como “peso en verde” o “peso

crudo” y es el que sirve como base para el cálculo de los costos del proceso.

Los pesos que se emplean generalmente en nuestro medio son:

Ternera 8 kg.

Novillos 8-12 kg.

Bueyes y toros 12-15 kg.;

Las pieles de cada lote son clasificadas en pieles de primera, de segunda y de tercera, según los

defectos que presente, como tupe, marcas de hierro, lacras de alambre y cortes de desuello.”[1]

4

Figura 1. Piel vacuna utilizada para el proceso de curtido en la experimentación

1.2. Tinas, molinetas y bombos.

“En los procesos de rivera se utilizan tinas, molinetas o bombos.

Cuando las pieles tienen que permanecer en el baño por tiempo más o menos largos se utilizan

los noques o tinas que son depósitos construidos en el piso de la planta.

Las molinetas son equipos donde las pieles se encuentran sumergidas en el baño dentro de la

cubeta y cuentan con un sistema mecánico de paletas para remover ligeramente las pieles para

que cambien de posición y obligar a que recircule el baño, según la necesidad.

En los bombos, que los hay de diverso tipo, la acción mecánica es mucho mayor, ya que los

taguros o los tablones, al girar el bombo, hacen que las pieles asciendan y golpeen el baño,

existe además un fuerte doblado de las pieles qu favorece la penetración de los productos.

1.2.1. Fulones o bombos. Estos bombos están ensamblados con tablones de un grueso entre 10

y 30 centímetros (según su tamaño), los tablones se mantienen unidos por aros o zunchos de

acero que pueden ser ajustados y su número depende del tamaño del bombo.

La puerta rectangular se adapta a la curvatura del bombo y tiene empaques que la hacen

hermética, en los bombos pequeños las puertas suele ser de 60 por 40 centímetros y en los

grandes de 1 metro por 1 metro. Lo más práctico es hacer la puerta corrediza y de acero

inoxidable o poliéster reforzado. Para efectos de escurrido cuando se procede a realizar los

5

lavados se cambia la puerta hermética por una agujereada (puerta rejilla) para que en cada

vuelta descargue el baño del bombo.

En los bombos grandes existe un dispositivo que consiste en colocar válvulas de salida del

líquido con una recamara con paredes agujereadas para recogerlo, este dispositivo tiene la

ventaja de que estando la admisión de agua en un eje, la salida del agua se realiza por el otro eje

directamente al depósito de recolección de líquidos para su posterior tratamiento y descarga en

los recolectores públicos.

Para que las pieles sean arrastradas al girar el bombo se colocan en su interior una serie de

pivotes o tarugos de una longitud entre 20 y 30 centímetros proporcionales al diámetro del

bombo, con la punta redondeada y muy bien pulidos para que no dañen las pieles, se los coloca

en filas alternadas separados una distancia entre 70 y 80 centímetros.”[2]

Figura 2. Bombo de madera, utilizado en la industria de la curtiembre para varios

procesos

1.3. Proceso de curtido de cuero.

“En el proceso de curtido de cuero se emplean fundamentalmente dos métodos: uno con base en

sales de cromo y otro a base de agente vegetales. El 80% de las industrias dedicadas a la

actividad del curtido de pieles utiliza el proceso basado en las sales de cromo.

6

1.3.1. Descripción del proceso. En el proceso de curtido de cuero, tanto con sales de cromo

como agentes vegetales, se cumplen las siguientes etapas:

a. Recepción de la materia prima.

b. Pre-tratamiento.

c. Curado y desinfectado.

d. Pelambre.

e. Desencalado.

f. Descarnado.

g. Desengrasado.

h. Piquelado.

i. Curtido (al cromo y con agentes vegetales)

j. Secado.

k. Engrasado.

l. Planchado y clasificación.

A continuación se describen las etapas del proceso de curtiembre, tanto con el uso de sales de

cromo, como con agentes vegetales:

1.3.1.1. Recepción de la materia prima. Las pieles crudas tienen un alto contenido de humedad

y pueden tener graves defectos, por lo que inicialmente se realiza una inspección visual para

asegurarse de que cumplan con los requisitos de calidad requeridos y de esta forma evitar su

deterioro y productos finales defectuosos.

Durante le etapa de recepción de las pieles se genera agua residual, proveniente del escurrido de

la humedad contenida en las pieles y pieles rechazadas.

1.3.1.2. Pre-tratamiento. Las pieles son pesadas y clasificadas por tamaño y por especie.

Posteriormente se procede a recortar las partes del cuello, la cola y las extremidades. Las pieles

son lavadas para su rehidratación así como para eliminar residuos de sangre, excretas y otras

suciedades contenidas. Para este lavado se utiliza hidróxido de odio, hipoclorito de sodio y

detergentes.

Para el desarrollo de esta etapa del proceso se utiliza agua y sustancias químicas (hidróxido de

sodio, hipoclorito de sodio y detergentes) para el lavado de la piel. Como resultado, se generan

aguas residuales, residuos sólidos (recortes de la piel) y envases vacíos de las sustancias

químicas utilizadas.

7

1.3.1.3. Curado y desinfectado. Las pieles en bruto se curan, salándolas o secándolas. El

método más frecuente es el uso de sal en las dos formas siguientes: la salazón húmeda o el

curado con salmuera. Durante esta operación se emplean grandes volúmenes de agua que

arrastran consigo tierra y materia orgánica, así como residuos de sangre y estiércol.

El curado con salmuera es un método más rápido y por ende, el más usado: las pieles se colocan

en grandes cubas que contienen desinfectantes (bicloruro de mercurio y ácido fénico),

bactericidas (sulfato de sodio y ácido bórico) y una solución de sal próxima a la saturación. Se

procede a agitar para mejorar el contacto de la piel con la solución. Después de pasar unas 16

horas en la cuba las pieles absorben por completo la sal.

Para el desarrollo de esta actividad se requiere de agua, energía eléctrica para el agitador, sal y

sustancias químicas (desinfectantes y bactericidas). Como resultado de la actividad se generan

aguas residuales, residuos sólidos de piel y los envases vacíos de los productos químicos.

1.3.1.4. Pelambre. Las pieles escurridas pasan al proceso de pelambre donde se elimina la

epidermis y el pelaje que las recubre, sumergiéndolas en soluciones de sulfuro de sodio y cal,

manteniendo una constante agitación. En esta etapa se produce al interior del cuero, el

desdoblamiento de las fibras a fibrillas que prepara el cuero para la posterior curtición. En este

proceso se emplea un gran volumen de agua, cuyos efluentes poseen gran contenido de carga

orgánica y un elevado pH (11-12), debido a la presencia de la cal y sulfuro de sodio.

Para el desarrollo de esta actividad se requiere de sustancias químicas (cal y sulfuro de sodio) y

agua para le preparación de las soluciones. Durante esta etapa se generan aguas residuales y

envases vacíos de los productos químicos.

1.3.1.5. Desencalado. Es el proceso en el cual se lava la piel para remover la cal y el sulfuro,

empleando importantes volúmenes de agua para evitar posibles interferencias en las etapas

posteriores del curtido. Es necesario utilizar sustancias químicas como ácidos orgánicos

tamponados (sulfúricos, clorhídricos, lácticos, fórmicos, bóricos), sales de amonio, bisulfito de

sodio, peróxido de hidrógeno, azúcares y melazas. Inclusive, se emplea el ácido sulfoftálico

para lograr la neutralización del agua y la piel.

Esta etapa demanda de una gran cantidad de agua para el lavado de las pieles y para la

preparación de las soluciones de los productos químicos (ácidos) para la neutralización del agua

8

y piel, generándose un importante volumen de aguas residuales y los envases vacíos de las

sustancias químicas utilizadas.

1.3.1.6. Descarnado. Antes de comenzar la etapa de curtido se procede al descarne, donde se

separan las grasas y carnazas que todavía permanecen unidas a la parte interna de la piel.

Se procede a descarnar con máquinas especiales, logrando así eliminar los tejidos subcutáneos y

adiposos adheridos a la piel, con el fin de conseguir la correcta penetración de los productos

químicos en las siguientes etapas del curtido. Luego son lavadas con abundante agua para

eliminar los residuos que estén adheridos, y proceder posteriormente al desengrasado.

Durante el desarrollo de esta etapa se consume energía eléctrica para el funcionamiento de las

máquinas, agua para el lavado de la piel. Se generan residuos sólidos con un gran contenido de

humedad, procedentes del descarne (tejido subcutáneo, adiposo) y aguas residuales producto del

lavado de la piel.

1.3.1.7. Desengrasado. En el desengrasado se utilizan detergentes. En dependencia de las

características de la piel se puede usar percloroetileno (para pieles de ovejas). Se preparan

soluciones, donde se sumerge la piel, dejándola en reposo por un tiempo determinado

dependiendo de su origen. Las descargas líquidas que contienen materia orgánica, solvente y

detergentes son tratadas posteriormente. Para la limpieza de los poros de la piel y para la

eliminación de las proteínas no estructuradas se utiliza cloruro de amonio, logrando

homogeneidad, tersura y mayor elasticidad en la superficie de la piel.

Para el desarrollo de esta etapa se requiere de agua para la preparación de las soluciones de los

productos químicos (solvente y/o detergente). Durante el proceso se generan aguas residuales y

envases vacíos de los productos químicos usados.

1.3.1.8. Curtido. A continuación se describe el proceso de curtido, tanto con base en sales de

cromo, como a base de agentes vegetales:

a) Proceso de curtido con base en sales de cromo. El proceso de curtido con base en sales de

cromo, es el más utilizado, pero al más contaminante por efecto tóxico del Cr. Este método

permite estabilizar el colágeno de la piel mediante agentes curtientes minerales

transformando la piel en cuero.

9

En los curtidos minerales se emplean diferentes tipos de sales de cormo en muy variadas

proporciones. Antes de entrar al proceso de curtido se hace el escurrido de la piel para

eliminar el mayor contenido de humedad.

Para desarrollar este proceso la piel es introducida en una máquina divisora. La acción del

cromo trivalente en un medio ácido (ácido clorhídrico), permite convertir a la piel en cuero

(material estable), impidiendo su degradación. El tiempo de duración del proceso de curtido

es de 8 a 24 horas.

El cromo que no es absorbido por el cuero es reutilizado. Una vez secos los cueros se

someten a diversos procesos de ablandamiento, quedando listos para su terminación o

acabado final. Allí se les aplican diversos productos, que en combinación con procesos

mecánicos, hacen que el cuero sea más durable y resistente.

En la etapa de curtido se prepara el cuero mediante dos procesos: el primero es el proceso

mecánico de post-curtición, el cual le da un espesor específico y homogéneo al cuero; el

segundo es el proceso húmedo de post-curtición, que es el neutralizado, recurtido, teñido y

engrasado del cuero.

En esta etapa del proceso se utiliza energía eléctrica para el funcionamiento de la

maquinaria, agua para la preparación de las sales de cromo y sustancias químicas. Como

resultado de la etapa se generan aguas residuales y envases vacíos de los productos químicos.

b) Proceso de curtido del cuero con agentes vegetales. El curtido con agentes vegetales permite

la conservación de la fibra del cuero y le proporciona ciertas características de morbidez al

tacto y elasticidad que son consecuencia de los materiales curtientes y de los métodos de

trabajo que se emplean. En este proceso de curtido se utilizan extractos vegetales (cortezas,

maderas, hojas y raíces), en su mayoría de plantas tropicales o subtropicales como la

mimosa, el quebracho o el castaño, roble o corteza de pino.

Los cueros de sumergen en un licor curtiente vegetal compuesto por agua, tanino, alumbre y

sal, durante el tiempo necesario para que se impregne totalmente agente curtiente. Como el

proceso de curtido propiamente dicho se lleva a cabo en un medio ácido es importante

controlar el pH de la solución, el cual debe mantenerse en un valor aproximado de pH 5.

Para corregir las desviaciones del pH que puedan ocurrir, se agrega el alumbre que es una sal

ácida y el cloruro de sodio (sal común), que es una sal básica. Si el pH se torna alcalino,

10

deberá agregarse una sal ácida (alumbre), en el caso contrario, si el pH se desvía hacia la

acidez, se agregará una sal básica (cloruro de sodio).

En el desarrollo de esta etapa del proceso se requiere energía eléctrica, agua, alumbre, sal y

extractos vegetales de taninos. Como resultado de la actividad se generan aguas residuales

con carga orgánica y envases de los productos químicos utilizados.

1.3.1.9. Secado. Esta etapa de trabajo depende del proceso anterior de curtición y de las

propiedades que se desea propinar a los cueros procesados. La velocidad del secado es muy

importante: a velocidades muy rápidas la superficie exterior puede secarse mientras las partes

interiores se mantienen húmedas. El secado de los cueros se realiza, principalmente en los

cueros de clase superior, según el procedimiento de la llamada desecación adhesiva, en la que se

adhiere el cuero húmedo sobre platos de vidrio y se lo seca estirándolo.

1.3.1.10. Engrasado. El engrasado se lo realiza con el objetivo de evitar el cuarteamiento del

cuero, para convertirlo suave, fuerte y flexible. Este proceso consiste en la impregnación del

cuero con aceites emulsionados, los cuales se depositan en las fibras del cuero, fijándose y

dando el acabado deseado. En el engrasado hay que distinguir entre el engrasado sencillo,

engrasado a mano o en tinas. En toda esta serie de tratamientos se va elevando la cantidad de

aceite emulsionado y con ello la impermeabilidad y la calidad del cuero.

Durante el desarrollo de esta etapa se requiere de aceites engrasantes emulsionados (minerales y

vegetales). Como resultado de la actividad existe el riesgo de potenciales derrames de aceites.

Además se generan envases de aceites.”[3]

Fuente: Ministerio del Ambiente. (2010). Estudio de Potenciales Impactos Ambientales y Vulnerabilidad Relacionada con las

Sustancias Químicas y Tratamiento de Desechos Peligrosos en el Sector Productivo del Ecuador. Capítulo 11. CIIU C-1511. Quito.

p 130.

Figura 3. Proceso de curtido y acabado de cuero

11

1.4. Factores que influyen en el agotamiento del curtiente.

“Los procesos que mejoran el agotamiento del curtiente de cromo se conocen desde la década

del sesenta. La ecuación de Wiegand, se indica como una interesante referencia:

𝐴𝛼1

𝐹 (1)

∫ 2𝑑𝐴

𝐴= 0,39𝑙𝑜𝑔

𝑡2

𝑡1+ 1,1𝑙𝑜𝑔

𝐹1

𝐹2+ 0,7𝑙𝑜𝑔

𝐵2

𝐵1+ 0,02∆𝑇

2

1 (2)

En la que:

A= Agotamiento.

t= Tiempo de curtido.

F= Baño.

T= Temperatura.

Confirma que el agotamiento del baño se puede mejorar mediante el ajuste de los siguientes

factores:

Aumento del tiempo de rotación del bombo.

Control y/o reducción de la relación de baño.

Incremento de la basicidad (valor pH).

Incremento de la temperatura.

A través de la fórmula de Wiegand se puede calcular las modificaciones de los factores o

parámetros para alcanzar una mejora en los agotamientos de los baños de cromo. Sin embargo,

hay que anotar, que estas condiciones son tan sólo teóricas o parcialmente aplicables, pues en la

práctica industrial son muy difíciles de mantener.

Utilizando este modelo, se puede calcular que con un baño del 70%, una temperatura final de

curtido de 40 °C y un tiempo de 40 horas, se obtiene un agotamiento del 98%.”[4]

1.5. Función de cromo (III) en el proceso de curtido.

“El colágeno es la principal proteína de la piel, cuya función es primariamente estructural. Está

compuesta por fibras polipeptídicas de triple hélices que se unen por medio de puentes de

hidrógeno para formar una red de fibras de colágeno. Los ácidos glutámico o aspártico en la

12

estructura primaria contienen un grupo carboxílico libre en sus cadenas laterales, según se

muestra en la Figura 4. Estos grupos –COOH son claves para la coordinación del cromo en la

estructura de la piel, para poder curtirla y darle el cambio de propiedades.

En teoría, los grupos –COOH podrían interaccionar con el Cr (III) ya que hay dos pares libres

de electrones en el átomo de oxígeno del –OH, que podrían coordinar con el metal. Sin

embargo, los grupos –COOH no hidrolizados y sin carga no tienen gran afinidad por el ión

metálico. Por eso, si se quiere una buena interacción, los –COOH deben desprotonarse primoreo

y obtener una carga negativa que incremente su afinidad al complejo metálico positivo. Así será

más fácil que el oxígeno coordine al cromo, según se muestra en la Figura 5.

Se piensa que la coordinación del cromo al colágeno puede darse de tres formas, según se

muestra en la Figura 6. El cromo puede coordinarse dentro de una triple hélice, ya sea haciendo

un entrecruzamiento entre dos puntos de la misma fibra o entre fibras distintas de la hélice. Otra

posibilidad es que el cromo coordine dos fibras provenientes de hélices distintas. Una vez que el

cromo se ha incorporado en la estructura del colágeno, se obtiene un cuero térmicamente estable

que puede resistir temperaturas de hasta 100°C sin tener un cambio estructural. La piel se

vuelve más firme, capaz de mantener su forma, impermeable y resistente a la descomposición

por vías bacterianas.

Para que una sal sea efectiva como agente curtiente debe penetrar adecuadamente en la

estructura de la piel y acomplejarse a las fibras de la misma. Así mismo, antes de haber

penetrado, debe mantenerse soluble pues, si precipita, será eliminada de la solución y ya no

podrá interaccionar con las fibras de la piel. Esto limita el rango de pH en que debe realizarse el

curtido dado que el cromo (III) forma hidróxidos insolubles a pHs básicos. Sin embargo, se

necesita asegurar un ambiente ligeramente menos ácido para que los grupos –COOH puedan

desprotonarse y así puedan ser nucleófilos más efectivos que logren coordinar al cromo. Es por

esto que el curtido comienza a un pH entre 2,5 y 3, dejando que las pieles se remojen en los

baños de cromo por varias horas. Esto da tiempo para que las especies de cromo puedan

dispersarse adecuadamente y penetrar profundamente en la piel. Una vez que se ha logrado esto,

el pH de la solución es aumentando de modo que los carboxilos del colágeno se desprotonen y

puedan reaccionar con el cromo. Esta etapa de basificado es sumamente importante en la

fijación del cromo.

El curtido y basificado deben darse con sumo cuidado, teniendo en cuenta la variación de los

parámetros para poder producir los cueros deseados. Si el pH comienza siendo muy alto, la

reactividad de la piel aumentará antes de que el cromo haya penetrado lo suficiente, con lo cual

13

se dará un curtido superficial. Si se lleva a cabo el proceso en pH muy bajo, se tendrá

velocidades de reacción muy bajas y no habrá una fijación adecuada del cromo. Este proceso se

detalla en las Figuras 7-8, donde también se muestra como no se debe hacer el curtido.”[5]

Fuente: Nelson, D. y Cox, M. Lehninger Principles of Biochemistry. Editorial Freeman and Company. 4th Ed.. United

States. 2004. p. 79.

Figura 4. Estructuras de los ácidos aspártico y glutámico, donde resaltan las cadenas

laterales que contienen un grupo carboxílico

Fuente: Tecnología de la confección en piel. Primera parte: De la materia prima a la piel transformada. María de

Perinat. EDYM, España 2009. p. 26.

Figura 5. Interacción del cromo (III) en la formación de entrecruzamientos de cadenas de

colágeno

14

Fuente: European Comission. Integrated Pollution Prevention and Control (IPPC) Reference Document on Best

Available Techniques for the Tanning of Hides and Skis. Ireland. 2003. p. 7.

Figura 6. Formas de entrecruzamiento del cromo con el colágeno

Fuente: BLC Leather Technology Centre. Cleaner Technologies for Pickling and Tanning. England. 2002. p. 11

Figura 7. Secuencia de pH necesaria para el curtido correcto

Fuente: BLC Leather Technology Centre. Cleaner Technologies for Pickling and Tanning. England. 2002. p. 11

Figura 8. Secuencia de pH necesaria para el curtido incorrecto

15

1.6. Recuperación de cromo.

“La industria de la curtiembre utiliza mayoritariamente cromo en forma de su sal trivalente,

cuya naturaleza permite una recuperación mediante precipitación y posterior redisolución.

Los baños agotados de curtido poseen Cromo (III) disuelto, el cual se precipita al formar

Cr(OH)3 y disolviendo nuevamente con H2SO4, conforme a las siguientes reacciones:

𝐶𝑟3+ + 3𝑂𝐻− → 𝐶𝑟(𝑂𝐻)3 1

2𝐶𝑟(𝑂𝐻)3 + 3𝐻2𝑆𝑂4 → 𝐶𝑟2(𝑆𝑂4)3 + 6𝐻2𝑂 2

De acuerdo con el Instituto Boliviano de Ciencia y Tecnología Nuclear (IBTEN), es factible

recuperar el cromo mediante la adición de una base que eleve el pH del baño agotado hasta 9, en

el cual es posible recuperar hasta el 99% del cromo trivalente precipitado, cuya constante de

solubilidad en forma de Cr(OH)3 es de 1,24x10-8

M.

En este proceso de recuperación de cromo, el baño agotado es precipitado con una solución de

NaOH al 25% (p/v), agitado mecánicamente hasta llegar al valor de pH 9, calentando

posteriormente la solución entre 70 a 80 °C.

Otra alternativa de precipitación incluye el uso de cal apagada Ca(OH)2 añadiendo la cantidad

estequiométrica del álcali con respecto a la cantidad de cromo presente en el baño agotado,

hasta llegar a un valor de pH 9, posteriormente calentando el precipitado entre 70 y 80 °C.

En el caso de utilizar úrea como agente precipitante, es necesario regular inicialmente el pH con

hidróxido de sodio en un rango de 8 a 9, intervalo en el cual se da la precipitación del cromo

como hidróxido, para posteriormente añadir la cantidad estequiométrica de urea.

En el estudio realizado por el IBTEN los resultados de los ensayos en base a descargas de una

curtiembre que utilizaba óxido de cromo (III) como agente curtiente con una concentración de

1,5 g/L, se muestra a continuación.”[6]

16

Tabla 1. Tabla de agentes precipitantes del cromo

Parámetro de evaluación Agente precipitante

Na(OH) Ca(OH)2 CO(NH2)2

pH(baño) 3,4 3,2 2,4

pH(precipitación) 9 - 9

pH(filtrado) 7,2 7,7 8

Tiempo de decantación / horas 10 10 10

Altura de precipitado / cm ¼ h 1/3 h ¼ h

Cr2O3/mgL-1

(en el filtrado) 0,1 a 2 8 a 15 0,2

Cr2O3/ %(en el precipitado) 23 a 25 7 a 12 26

Recuperación / % 99 97 a 99 98 a 99

Fuente: Instituto Boliviano de Ciencia y Tecnología Nuclear. Centro de Investigaciones Nucleares. Recuperación de

Cromo y su Reuso en Curtiembres. Bolivia. 2004. p. 21.

Fuente: Instituto Boliviano de Ciencia y Tecnología Nuclear. Centro de Investigaciones Nucleares. Recuperación de

Cromo y su Reuso en Curtiembres. Bolivia. 2004. p. 20.

Figura 9. Distribución de especies de Cr3+

en función del pH en una solución en equilibrio

con Cr(OH)3

1.7. Basicidad.

“La basicidad de un complejo de cromo puede definirse como el porcentaje total de valencias

primarias del átomo de cromo que están ocupadas por grupos hidróxilo (OH-).

El cromo trivalente en solución tiene una fuerte atracción por los iones OH-.

17

Las sales básicas de cromo se diferencian unas de otras por los números de grupos OH- unidos

al átomo de cromo.

La basicidad puede expresarse en:

Doceavas partes, también llamados grados alemanes.

En porcentaje o grados Schorlemmer.

Si el átomo cromo no tiene ningún grupo básico (ningún grupo OH- enlazado) su basicidad es 0.

Tabla 2. Basicidad de un complejo de cromo

Basicidad en porcentaje Basicidad en

doceavos

Ejemplos

0 (ningún grupo OH- enlazado) = 0/12 CrCl3

(Cloruro de cromo)

33% (un enlace ocupado por un

grupo OH-) = 4/12

Cr(OH)Cl2

(Cloruro monobásico de cromo)

66% (dos enlaces ocupados por un

grupo OH-) = 8/12

Cr(OH)2Cl

(cloruro dibásico de cromo)

100% (tres grupos OH-) = 12/12

Cr(OH)3

(Hidróxido de cromo

precipitado)

La diferencia entre la basicidad y 100 es lo que se denomina acidez (Lo que no está básico es

ácido). Dicho de otra manera, es el porcentaje de valencias primarias del átomo de Cr que no

están unidas a grupos OH-. O sea, que la suma de la basicidad más la acidez debe dar 100.

En la práctica se puede decir que el poder curtiente de una sal de cromo aumenta al aumentar su

basicidad.

Se inicia la curtición con compuestos de cromo de baja basicidad, generalmente 33%. Con esto

se consigue un rápido atravesamiento de la piel y se evita una sobresaturación de las capas

externa de la piel en tripa.

Con basicidad entre 0 y 33% las moléculas en solución son de pequeñas dimensiones, además

de poseer complejos mononucleares sin acción reticulante, o sea, sin efecto curtiente entre las

cadenas moleculares de la proteína dérmica.

18

Este efecto curtiente se logra cuando 2 o más átomos de cromo se enlazan formando moléculas

mayores (mayor basicidad). Pero, si esas moléculas son demasiado grandes se dificulta su

penetración en la sustancia dérmica.

Una vez incorporado el curtiente de cromo a la piel, una basificación posterior de la solución,

asegura la fijación del curtiente debido al aumento del tamaño de las partículas. Esa fijación

refuerza la fijación puramente química.

Comercialmente se encuentran curtientes de sulfato de cromo de 33% de basicidad y también

hay de 40 y 50%. Por todo lo dicho anteriormente es que un curtido normal se hace

comenzándolo con un sulfato de cromo de 33% de basicidad con lo que obtenemos una buena

penetración, facilitado por su pequeño tamaño de partícula y luego se puede continuar con otro

curtiente de 50% de basicidad ya sea en el mismo baño de curtición o en una posterior

recurtición con el cual obtendremos mayor plenitud.

Las sales de cromo de 66,66% de basicidad, precipitan en forma de sales básicas de cromo. Se

puede considerar que son solubles desde una basicidad 0 hasta 55%; por encima de ello los

fenómenos de olificación (hidroxilación) forman rápidamente agregados mayores que

disminuyen la solubilidad y con el tiempo llegan a precipitar.

La basificación siempre ha sido un proceso complicado en la curtición al cromo, ya que errores

en el basificado, como una incorrecta dosificación o una adición veloz dan lugar a manchas.

Se aumenta la basicidad del curtiente de cromo mediante basificado, es decir, adición de

productos de reacción alcalina, por ejemplo carbonato sódico, bicarbonato sódico. Así se

obtiene un mayor poder curtiente y una fijación más completa del curtiente de cromo.”[7]

1.8. Procesos biológicos aplicados al tratamiento de agua residual.

“Todos los procesos biológicos que se emplean en el tratamiento de agua residual tienen su

origen en procesos y fenómenos que se producen en la naturaleza. El proceso de tratamiento

biológico consiste en el control del medio ambiente de los microorganismos de modo que

consigan condiciones de crecimiento óptimas.

Las principales aplicaciones de estos procesos son: la eliminación de la materia orgánica

carbonosa del agua residual, medida como Demanda Biológica de Oxigeno, Carbono Orgánico

19

Total o Demanda Química de Oxígeno (DBO, COT, DQO); la nitrificación; la desnitrificación;

la eliminación de fosforo; y la estabilización de fangos.

Los principales procesos biológicos aplicados al tratamiento de agua residual se dividen en

cinco grandes grupos:

Procesos aerobios: Procesos de fangos activados, lagunas aireadas, digestión aerobia, filtros

percoladores, filtros de desbaste, sistemas biológicos rotativos de contacto o biodiscos

(RBC), biofiltros activados.

Procesos anóxicos: desnitrificación con cultivo en suspensión, y la identificación de película

fija.

Procesos anaerobios: digestión anaerobia, proceso anaerobio de contacto (UASB), filtro

anaerobio, y lecho expandido.

Procesos anaerobios, anóxicos o aerobios combinados: proceso de una o varias etapas.

Procesos en estanques o lagunajes: lagunas aerobias, lagunas facultativas, lagunas anaerobias

y lagunas de maduración o terciarias. Estos procesos en estanques o lagunajes se pueden

incluir también en los procesos anteriormente mencionados.”[8]

1.9. Consume POW.

“Consume POW contiene múltiples organismos únicos en su selección, adaptaciones

específicas, y mezcla sinérgica. Estos cultivos bacterianos de 5 mil millones por gramo son los

verdaderos trabajadores de la fórmula del producto. Cada sistema tiene una población bacteriana

natural en ella, pero esta población no está necesariamente compuesto por los organismos más

adecuados o más eficientes para el trabajo. Es una mezcla sinérgica de digestores naturales y

nutrientes especiales que trabajan juntos para digerir los residuos orgánicos de forma rápida y

eficaz.

Este producto incluye nutrientes especiales para proporcionar los minerales y vitaminas

necesarios para el crecimiento más rápido y la mayor actividad de los digestores. Estas bacterias

ataca a la materia no biodegradable y difíciles de degradar compuestos químicos encontrados en

las aguas residuales, y descomponerlas miles de veces más rápido que un ciclo de

descomposición natural sin producir malos olores o gases.

La DBO (Demanda Bioquímica de Oxígeno) es un método para estimar el grado de

contaminación en aguas residuales determinado de residuos domiciliarios, fertilizantes,

productos químicos industriales, etc. El uso de las bacterias reducirá sustancialmente los niveles

de contaminación en la corriente de aguas residuales.

20

La estabilidad del sistema cambia constantemente debido a la composición de las aguas

residuales de entrada, lavados de la planta, y los cambios en los programas de producción. La

biomasa (población de buenos microorganismos en el sistema) trata constantemente de

ajustarse, pero a menudo se siente abrumado, haciendo el rendimiento deficiente del sistema.

Consume POW ofrece una mezcla concentrada de digestores necesarios, acelerando el proceso

de adaptación y el mantenimiento de un tratamiento más eficiente. El bajo rendimiento del

digestor puede causar espuma, lo que mantiene el material de desecho de la configuración en el

clarificador. Los digestores han sido cuidadosamente seleccionados y no contribuirán a la

formación de espuma en la planta de aguas residuales.

Este producto no es tóxico, no ácido ni alcalino. Consume proporciona un arranque seguro y

confiable. Es biodegradable, libre de fosfatos y no contaminante. No hay riesgo de

contaminación de aguas abajo y no daña a los animales o la vida marina.”[9]

21

2. PARTE EXPERIMENTAL

2.1. Materiales y equipos.

Bombo de pruebas.

Termómetro . R= (0-150)°C Ap= ±2°C

Equipo de agitación magnética.

Agitador magnético. R= (0-550)°C Ap= ±5°C

R= (0-1500) rpm Ap= ±50 rpm

Equipo de absorción atómica.

Balanza analítica. R= (0-220) g Ap= ±0,0001 g

Papel pH. R= (0-14)

Areómetro. R= (0-10) Baumé

Vasos de precipitación. V= 1000 ml R= (0-1000) ml




Matraz Erlenmeyer. V= 125 ml R= (0-125) ml

Vidrio de reloj.

Pipetas. V= 5 ml R= (0-5) ml Ap= ±0,1 ml

Pipeta. V= 20 ml R= (0-20) ml Ap= ±1 ml

Micropipeta. V= 1000 μl R= (100-1000) μl Ap= ±1 μl

Micropipeta. V=100 μl R= (0-100) μl Ap= ±1 μl

Balones aforados. V= 250 ml





Jeringuillas. V= 1 ml R= (0-1) ml Ap=±0,1 ml

Embudos de vidrio.

Jarras plásticas. V= 1000 ml

Jarras plásticas. V= 500 ml

Recipiente plástico. V= 50 l

22

Envases de vidrio ámbar. V= 250 ml

Envase plástico. V= 3000 ml

Envases plásticos. V= 250 ml

Agitador de vidrio.

Pera.

Papel filtro.

Guantes de nitrilo.

Espátula.

Papel aluminio.

Bomba de aire.

2.2. Sustancias y reactivos.

Fenolftaleína. C20H14O4 (l)

Verde bromocresol. C21H14Br4O5S (l)

Agua. H2O (l)

Sulfato de amonio. (NH4)2SO4 (s)

Bisulfito de sodio. NaHSO3 (s)

Sales de ácidos policarboxílicos. R-COOH (s)

Proteasas pancreáticas.

Alcohol etoxilado. R-OH (l)

Sal. NaCl (s)

Ácido fórmico. CH2O2 (l)

Éster hidroxilado. R-CO-COH-R (l)

Sulfato básico de cromo. Cr(OH)SO4 (s)

Aceite catiónico. R=R-COOH (l)

Éster en dispersión. R-CO-OR (l)

Óxido de magnesio. MgO (s)

Terra Flock GM.

Back Flock RR.

Agua tipo I. H2O (l)

Agua destilada. H2O (l)

Ácido nítrico. HNO3 (l) 70 v/v

Ácido clorhídrico. HCl (l)

Hidróxido de sodio. NaOH (s)

Ácido sulfúrico. H2S04 (l) 95 v/v

23

Acetileno. C2H2 (g)

Estándar AA Cromo. 1000 μg/ml

2.3. Diseño experimental.

Se determinaron las cantidades de tres variables independientes (alcohol etoxilado, éster

hidroxilado y éster en dispersión) y una variable dependiente (concentración final de cromo en

baño agotado). Se estableció un diseño factorial para estudiar el efecto de tres factores en la

variable de respuesta, estableciendo dos niveles para cada factor (bajo y alto), eligiendo un

diseño factorial de 2k=2

3, obteniendo 8 tratamientos diferentes y 1 réplicas.

Los niveles de los factores estudiados, fueron elegidos mediante recomendaciones del sector

curtidor y la casa química PELLITAL SA., los cuales se realizaron pruebas preliminares de

finiendo un nivel alto y bajo de cada factor.

Tabla 3. Niveles de prueba para cada factor

Factor Unidades Niveles Variable de

Respuesta Bajo Alto

Alcohol etoxilado g 16 32 Concentració

n final de

cromo

Éster hidroxilado g 80 240

Éster en dispersión g 160 320

Tabla 4 Combinaciones de los factores

Tratamiento Alcohol etoxilado, g Éster hidroxilado, g Éster en dispersión, g

t1 16 80 160

t2 16 80 320

t3 16 240 160

t4 16 240 320

t5 32 80 160

t6 32 80 320

t7 32 240 160

t8 32 240 320

24

Piel en TripaProceso de

Curtido

C11

C11

C11

C22

C31

C11

C21

C21

t4

t3

t2

t1

C22

C21

C21

C32

C31

C32

C31

C32

C31

t5

t8

t6

t7

C12

C12

C12

C12

C22

C22 C32

Figura 10. Diagrama de flujo diseño experimental

Purgado

Control materia prima (piel curtida)

PiqueladoCurtido

Desengrasado

Basificado

DesencaladoClasificación

materia prima(piel en tripa)

Figura 11. Diagrama de flujo del proceso de prueba de curtido

25

Procedimiento tradicional

Regeneración

PrecipitaciónCromo

Tomamuestras

Análisis Sulfatos

Tomamuestras

Cuantificación Cromo total

Cuantificación Cromo total

Análisis muestra

Comparación datos

Análisismuestra

PruebaCurtido

Análisis de datos

Selección muestra

Tratamientobiológico

Procedimientopropuesto

FiltradoPrecipidado

Figura 12. Diagrama de flujo para la comparación de procesos de curtidos tradicional y

propuesto, recuperación de cromo y su tratamiento

26

2.4. Procedimiento experimental.

2.4.1. Procedimiento experimental para pruebas. La parte experimental de pruebas se realizó

en laboratorio, basándose en la investigación bibliográfica sobre el fundamento del proceso en

general, manteniendo constante el tiempo de proceso, cantidades de sulfato básico de cromo y

demás productos que intervienen en la curtición, variando las cantidades de acuerdo con el

diseño experimental 23 de alcohol etoxilado, éster hidroxilado y éster.

Para cada tratamiento se trabajó de la siguiente manera:

Pesar la cantidad establecida de piel en tripa de 16 kg.

Determinar las cantidades de químicos según la relación en porcentaje establecida para la

prueba.

Añadir la cantidad de productos específicos para la etapa de desencalado, encender el equipo

durante 90 minutos.

Agregar la cantidad de productos para las etapas de purgado y desengrasado, encender el

equipo durante 45 minutos y escurrir.

Añadir la cantidad de producto inicial del piquelado, encender el equipo durante 10 minutos

y completar con el siguiente producto, encender el equipo durante 60 minutos.

Agregar la cantidad de producto fijador de cromo en la etapa de precurtido, encender el

equipo durante 60 minutos.

Añadir la primera dosificación de cromo, encender el equipo durante 60 minutos.

Agregar la siguiente dosificación de cromo con el producto engrasante y el producto

agotador de cromo, encender el equipo durante 120 min.

Añadir el producto para la etapa de basificación, encender el equipo durante 600 minutos.

Tomar muestra de baño agotado.

2.4.2. Procedimiento experimental para comparación de procesos de curtido. El proceso de

comparación se realizó mediante un proceso tradicional definido y el proceso optimizado

resultado del procedimiento anterior. Estos procedimientos fueron realizados en las mismas

condiciones de cantidad de materia prima, tiempo de etapas, cromo y equipo.

27

2.4.2.1. Procedimiento tradicional.

Pesar 50 kg de piel en tripa.

Determinar las cantidades de químicos según la relación en porcentaje en la formulación

tradicional.

Colocar la piel en el bombo y realizar un lavado con agua a temperatura ambiental.

Añadir 100 g de sulfato de amonio, 50 l de agua, encender el equipo durante 30 minutos y

escurrir.

Añadir 900 g de sulfato de amonio, 250 g de bisulfito de sodio y encender el equipo durante

45 minutos.

Revisar el corte de la piel con fenolftaleína.

Añadir 75 g de proteasas pancreáticas, encender el equipo durante 30 minutos, lavar y

escurrir.

Agregar 40 l de agua a temperatura ambiente, 3500 g de sal y encender el equipo durante 15

minutos.

Medir los grados Baumé.

Añadir 500 g de ácido fórmico y encender el equipo durante 60 minutos.

Agregar 500 g de ácido fórmico y encender el equipo durante 120 minutos.

Revisar el corte de la piel con verde bromocresol.

Agregar 1500 g de sulfato básico de cromo, encender el equipo durante 60 minutos y tomar

muestras.

Añadir 1500 g de sulfato básico de cromo, 250 g de aceite catiónico, encender el equipo

durante 120 minutos y tomar muestras.

Agregar 200 g de óxido de magnesio, encender el equipo durante 10 horas y tomar muestra.

2.4.2.2. Procedimiento mejorado.

Pesar 50 kg de piel pelambrada y dividida.

Determinar las cantidades de químicos según la relación en porcentaje en la formulación

propuesta.

Colocar la piel en el bombo y realizar un lavado con agua a temperatura ambiental.

Agregar 200 g de sulfato de amonio, 200 g bisulfito de sodio, 500 g de sales de ácidos

policarboxílicos y encender el equipo durante 90 minutos.

Revisar el corte de la piel con fenolftaleína.

Añadir 75 g de proteasas pancreáticas, 50 g de alcohol etoxilado, encender el equipo durante

45 minutos, escurrir y lavar.

28

Agregar 40 l de agua a temperatura ambiente, 2250 g de sal y encender el equipo durante 10

minutos.

Medir los grados Baumé.

Añadir 750 g de ácido fórmico y encender el equipo durante 60 minutos.

Revisar el corte de la piel con verde bromocresol.

Agregar 650 g de éster hidroxilado y encender el equipo durante 60 minutos.

Añadir 1500 g de sulfato básico de cromo, encender el equipo durante 60 minutos y tomar

muestras.

Agregar 1500 g de sulfato básico de cromo, 250 g de aceite catiónico, 250 g de éster en

dispersión encender el equipo durante 120 minutos, tomar muestras.

Agregar 200 g de óxido de magnesio, encender el equipo durante 600 minutos y tomar

muestra.

2.4.3. Procedimiento determinación de cromo.

2.4.3.1. Digestión de las muestras.

Poner en un matraz Erlhenmeyer una cantidad de muestra de 50 a 100 ml.

Añadir 3 ml de ácido nítrico concentrado.

Colocar el matraz sobre una placa caliente y esperar hasta que se evapore a menos de 5 ml.

Enfriar y añadir 5 ml de ácido nítrico concentrado.

Cubrir con un vidrio de reloj y volver a calentar en la placa elevando la temperatura y

añadiendo más ácido nítrico si es necesario, hasta observar un ligero color del digestado o

ausencia de cambio en su apariencia.

Evaporar a menos de 5 ml y enfriar.

Añadir 10 ml de ácido clorhídrico y 15 ml de agua por 100 ml de volumen final previsto.

Calentar 15 minutos para disolver cualquier precipitado o residuo.

Enfriar y filtrar para eliminar material insoluble.

2.4.3.2. Cuantificación de cromo total por absorción atómica.

Verificar el gas acetileno.

Revisar que el compresor esté con el nivel adecuado.

Encender el equipo de absorción atómica.

Abrir el software del equipo de absorción atómica.

Abrir el método del equipo para cuantificar el cromo.

29

Colocar en el equipo la lámpara correspondiente a cromo.

Encender la lámpara y esperar el nivel de energía adecuado.

Preparar los estándares de cromo de 1, 2, 3 y 4 ppm.

Calibrar el equipo, verificar absorbancia, nivel de energía, posición de mechero, longitud de

onda.

Leer el estándar para determinar la curva de calibración del equipo con un coeficiente de

correlación 0,9999.

Leer el blanco de la muestra dos veces.

Diluir las muestras para leer en el rango de la curva de calibración.

Leer las muestras y determinar las concentraciones mediante el factor de dilución.

2.4.3.3. Recuperación del sulfato básico de cromo.

Tomar una muestra de 200 ml de agua residual del proceso de curtido optimizado.

Filtrar la muestra para eliminar residuos sólidos con un embudo y papel filtro.

Preparar una solución de hidróxido de sodio (NaOH) al 25 p/v.

Con el papel indicador medir el pH inicial de la muestra.

Colocar el vaso de precipitación con la muestra en el equipo de calentamiento y agitación

magnética.

Encender el equipo con un calentamiento de 70 °C y agitación lenta.

Añadir con una pipeta 1 ml de solución de NaOH y medir el pH.

Repetir el mismo procedimiento hasta llegar a un pH de 9.

Apagar el sistema y dejar reposar la muestra hasta obtener dos fases.

Filtrar con papel filtro para separar totalmente las fases.

Preparar una solución de ácido sulfúrico (H2SO4) al 25 v/v.

Poner el precipitado en un vaso de precipitación para su acidulación.

Colocar el vaso con el precipitado en el sistema de calentamiento y agitación.

Añadir con la pipeta la solución de H2SO4 con una agitación lenta y una temperatura de 70

°C, hasta obtener una coloración verde clara.

Apagar el sistema de calentamiento.

Tomar muestra para analizar sulfatos.

30

2.4.4. Procedimiento de aplicación de Terra Flock GM y Back Flock RR.

Tomar una muestra de agua residual en un vaso de precipitación de 200 ml.

Colocar el vaso con la muestra en el sistema de agitación.

Encender el equipo de agitación y regular a 50 rpm.

Añadir 1 ml de Terra Flock GM y esperar 5 minutos.

Agregar 1 ml de Back Flock RR y esperar 10 minutos.

Apagar el sistema de agitación.

La muestra llevar a una probeta de 10 ml.

Tomar el volumen en el fondo de la probeta cada 10 minutos.

Tabular los datos.

Tomar la temperatura y pH de la muestra final.

Repetir el procedimiento variando las concentraciones.

2.4.5. Procedimiento para el tratamiento biológico.

Establecer según la investigación bibliográfica la cantidad de bacterias para el tratamiento.

Colocar en un recipiente la cantidad de 50 L de muestra tratada con Terra Flock GM y Back

Flock RR.

Agregar inicialmente 1g de bacterias al recipiente e ir dosificando 0,5 g cada dos días.

Tomar medidas de pH, temperatura y observar las variaciones cualitativas del proceso

biológico diariamente.

Después de 30 días de iniciado el proceso, tomar una muestra y analizar los parámetros de

contaminación orgánica (DBO5 y DQO).

31

DesencaladoPurgado y

DesengrasadoPiqueladoPiquelado

Curtición CurticiónBasificado Pre-Curtición

Sulfato de amonio

Bisulfito de sodio

Sales de ácidos orgánicos

Alcohol etoxilado

Proteasas pancreáticas

Sal

AguaÁcido fórmico

Sulfato básico de cromo Éster hidroxilado

Sulfato básico de cromo

Aceite catiónico

Éster en dispersiónÓxido de magnesio

Piel curtida

Escurrido

Agua residual

Piel en tripa

Figura 13. Diagrama de bloques para el proceso de curtido en cada tratamiento

32

Lavado Lavado Desencalado Piquelado

Piquelado

Purgado

Curtición CurticiónBasificación Piquelado

AguaSulfato de amonio

AguaSulfato de amonio

Bisulfito de sodioProteasas pancreáticas

Sal

Agua

Ácido fórmicoSulfato básico de cromo Ácido fórmico


Aceite catiónicoÓxido de magnesio

Piel en tripa

Piel curtida

EscurridoEscurrido

Agua residual

Figura 14. Diagrama de bloques para el proceso tradicional

33

DesencaladoPurgado y

DesengrasadoPiqueladoPiquelado

Curtición CurticiónBasificado Pre-Curtición

Sulfato de amonio

Bisulfito de sodio

Sales de ácidos orgánicos

Alcohol etoxilado

Proteasas pancreáticas

Sal

AguaÁcido fórmico

Sulfato básico de cromo Éster hidroxilado


Aceite catiónico

Éster en dispersiónÓxido de magnesio

Piel curtida

Escurrido

Agua residual

Piel en tripa

Figura 15. Diagrama de bloques para el proceso propuesto

34

3. DATOS EXPERIMENTALES Y CÁLCULOS

3.1. Datos de formulaciones de tratamientos.

Tabla 5. Formulación tratamiento 1

Reactivo % Tiempo, min

Sulfato de amonio 0,4

90 Bisulfito de sodio 0,4

Sales de ácidos policarboxílicos 1,0

Proteasas pancreáticas 0,15 45

Alcohol etoxilado 0,1

Agua 80,0 10

Sal 4,5

Ácido fórmico 1,5 60

Éster hidroxilado 0,5 60

Sulfato básico de cromo 3,0 60

Sulfato básico de cromo 3,0

120 Aceite catiónico 0,5

Éster en dispersión 1,0

Óxido de magnesio 0,4 600

35








Agua 80,0 10

Sal 4,5















Agua 80,0 10

Sal 4,5








36








Agua 80,0 10

Sal 4,5















Agua 80,0 10

Sal 4,5








37








Agua 80,0 10

Sal 4,5















Agua 80,0 10

Sal 4,5








38








Agua 80,0 10

Sal 4,5








3.2. Cálculo de cantidades de productos para cada tratamiento.

𝑀𝑎𝑡𝑒𝑟𝑖𝑎 𝑝𝑟𝑖𝑚𝑎 = 16000 𝑔

𝑚𝑠𝑢𝑙𝑓𝑎𝑡𝑜 𝑑𝑒 𝑎𝑚𝑜𝑛𝑖𝑜 = 𝑀𝑎𝑡𝑒𝑟𝑖𝑎 𝑝𝑟𝑖𝑚𝑎 ∗ 𝑥𝑠𝑢𝑙𝑓𝑎𝑡𝑜 𝑑𝑒 𝑎𝑚𝑜𝑛𝑖𝑜 (3)

𝑚𝑠𝑢𝑙𝑓𝑎𝑡𝑜 𝑑𝑒 𝑎𝑚𝑜𝑛𝑖𝑜 = 16000 𝑔 ∗ 0,004

𝑚𝑠𝑢𝑙𝑓𝑎𝑡𝑜 𝑑𝑒 𝑎𝑚𝑜𝑛𝑖𝑜 = 64 𝑔

Donde:

𝑀𝑎𝑡𝑒𝑟𝑖𝑎 𝑝𝑟𝑖𝑚𝑎 → Cantidad de materia prima utilizada en tratamiento 1.

𝑚𝑠𝑢𝑙𝑓𝑎𝑡𝑜 𝑑𝑒 𝑎𝑚𝑜𝑛𝑖𝑜 → Cantidad de producto calculado para tratamiento 1.

𝑥𝑠𝑢𝑙𝑓𝑎𝑡𝑜 𝑑𝑒 𝑎𝑚𝑜𝑛𝑖𝑜 → Fracción de producto en la formulación tratamiento 1.

39

3.3. Cálculo de cantidades de los productos para cada proceso de curtido.

Tabla 13. Formulación tradicional

Producto % x Tiempo, min

Sulfato de amonio 0,2 0,002 30

Agua 100 1,0


Bisulfito de sodio 0,5 0,005

Proteasas pancreáticas 0,15 0,0015 30

Agua 80,0 0,8 15

Sal 7,0 0,07

Ácido fórmico 1,0 0,01 60


Sulfato básico de cromo 3,0 0,03 60


Aceite catiónico 0,5 0,005

Óxido de magnesio 0,4 0,004 600

Tabla 14. Formulación mejorada

Reactivo % x Tiempo, min

Sulfato de amonio 0,4 0,004

90 Bisulfito de sodio 0,4 0,004

Sales de ácidos policarboxílicos 1,0 0,01

Proteasas pancreáticas 0,15 0,0015 45

Alcohol etoxilado 0,2 0,002

Agua 80,0 0,8 10

Sal 4,5 0,045


Éster hidroxilado 1,5 0,015 60


Sulfato básico de cromo 3,0 0,03

120 Aceite catiónico 0,5 0,005

Éster en dispersión 1,0 0,01

Óxido de magnesio 0,4 0,004 600

40

𝑀𝑎𝑡𝑒𝑟𝑖𝑎 𝑝𝑟𝑖𝑚𝑎 = 50000 𝑔

𝑚𝑠𝑢𝑙𝑓𝑎𝑡𝑜 𝑑𝑒 𝑎𝑚𝑜𝑛𝑖𝑜 = 𝑀𝑎𝑡𝑒𝑟𝑖𝑎 𝑝𝑟𝑖𝑚𝑎 ∗ 𝑥𝑠𝑢𝑙𝑓𝑎𝑡𝑜 𝑑𝑒 𝑎𝑚𝑜𝑛𝑖𝑜 (4)

𝑚𝑠𝑢𝑙𝑓𝑎𝑡𝑜 𝑑𝑒 𝑎𝑚𝑜𝑛𝑖𝑜 = 50000 𝑔 ∗ 0,002

𝑚𝑠𝑢𝑙𝑓𝑎𝑡𝑜 𝑑𝑒 𝑎𝑚𝑜𝑛𝑖𝑜 = 100 𝑔

Donde:

𝑀𝑎𝑡𝑒𝑟𝑖𝑎 𝑝𝑟𝑖𝑚𝑎 → Cantidad de materia prima utilizada en el proceso.

𝑚𝑠𝑢𝑙𝑓𝑎𝑡𝑜 𝑑𝑒 𝑎𝑚𝑜𝑛𝑖𝑜 → Cantidad de producto calculado.

𝑥𝑠𝑢𝑙𝑓𝑎𝑡𝑜 𝑑𝑒 𝑎𝑚𝑜𝑛𝑖𝑜 → Fracción de producto en la formulación.

3.4. Cálculo del costo de los procesos de curtido.

Tabla 15. Formulación tradicional

Producto % x Cantidad, kg Valor, USD/kg

Sulfato de amonio 0,2 0,002 0,2 2,24

Agua 100 1 100 0,0025

Sulfato de amonio 1,8 0,018 1,8 2,24

Bisulfito de sodio 0,5 0,005 0,5 1,4

Proteasas pancreáticas 0,15 0,0015 0,15 2,96

Agua 80 0,8 80 0,0025

Sal 7 0,07 7 0,088

Ácido fórmico 1 0,01 1 1,47

Ácido fórmico 1 0,01 1 1,47

Sulfato básico de cromo 3 0,03 3 1,73

Sulfato básico de cromo 3 0,03 3 1,73

Aceite catiónico 0,5 0,005 0,5 3,24

Óxido de magnesio 0,4 0,004 0,4 3,13

𝐵𝑎𝑠𝑒 𝑑𝑒 𝑐á𝑙𝑐𝑢𝑙𝑜 = 100 𝑘𝑔

𝑉𝑆𝑢𝑙𝑓𝑎𝑡𝑜 𝑑𝑒 𝑎𝑚𝑜𝑛𝑖𝑜 = 𝑚𝑆𝑢𝑙𝑓𝑎𝑡𝑜 𝑑𝑒 𝑎𝑚𝑜𝑛𝑖𝑜 ∗ 𝑉𝑢𝑛𝑖𝑡𝑎𝑟𝑖𝑜 (5)

41

𝑉𝑆𝑢𝑙𝑓𝑎𝑡𝑜 𝑑𝑒 𝑎𝑚𝑜𝑛𝑖𝑜 = 0,2 𝑘𝑔 ∗ 2,24 𝑈𝑆𝐷/𝑘𝑔

𝑉𝑆𝑢𝑙𝑓𝑎𝑡𝑜 𝑑𝑒 𝑎𝑚𝑜𝑛𝑖𝑜 = 0,448 𝑈𝑆𝐷

Donde:

𝑉𝑆𝑢𝑙𝑓𝑎𝑡𝑜 𝑑𝑒 𝑎𝑚𝑜𝑛𝑖𝑜 → Costo del sulfato de amonio utilizado con base de cálculo de 100 kg.

𝑚𝑠𝑢𝑙𝑓𝑎𝑡𝑜 𝑑𝑒 𝑎𝑚𝑜𝑛𝑖𝑜 → Cantidad de producto calculado en kilogramos.

𝑉𝑢𝑛𝑖𝑡𝑎𝑟𝑖𝑜 → Costo del producto por cada kilogramo del mismo.

3.5. Cálculo de la diferencia de costo entre los procesos de curtido.

%𝑉 =𝑉𝑚𝑒𝑗𝑜𝑟𝑎𝑑𝑜−𝑉𝑡𝑟𝑎𝑑𝑖𝑐𝑖𝑜𝑛𝑎𝑙

𝑉𝑚𝑒𝑗𝑜𝑟𝑎𝑑𝑜∗ 100 (6)

%𝑉 =30,157 − 22,882

30,157∗ 100

%𝑉 = 24,12

Donde:

%𝑉 → Porcentaje de diferencias entre los valores totales de cada proceso.

𝑉𝑚𝑒𝑗𝑜𝑟𝑎𝑑𝑜 → Costo total del proceso propuesto con base de cálculo de 100 kg.

𝑉𝑡𝑟𝑎𝑑𝑖𝑐𝑖𝑜𝑛𝑎𝑙 → Costo total del proceso tradicional con base de cálculo de 100 kg.

3.6. Cálculo de soluciones estándares de cromo.

Tabla 16. Estándares de cromo

N Concentración estándar, mg/l

1 1

2 2

3 3

4 4

𝐶1𝑉1 = 𝐶2𝑉2 (7)

𝑉1 =𝐶2𝑉2

𝐶1 (8)

42

𝑉𝑒𝑠𝑡á𝑛𝑑𝑎𝑟 =(100 𝑚𝑙)(1 𝑚𝑔/𝑙)

(1000 𝑚𝑔/𝑙)

𝑉𝑒𝑠𝑡á𝑛𝑑𝑎𝑟 = 0,1𝑚𝑙

Donde:

𝐶1 → Concentración 1.

𝑉1 → Volumen 1.



𝑉𝑒𝑠𝑡á𝑛𝑑𝑎𝑟 → Volumen estándar.

3.7. Cálculo de la solución de ácido nítrico.

𝐶1𝑉1 = 𝐶2𝑉2 (9)

𝑉1 =𝐶2𝑉2

𝐶1 (10)

𝑉𝐻𝑁𝑂3=

(3 𝑣/𝑣)(100 𝑚𝑙)

(70 𝑣/𝑣)

𝑉𝐻𝑁𝑂3 = 4,28 𝑚𝑙

Donde:





𝑉𝐻𝑁𝑂3 → Volumen de ácido nítrico concentrado.

3.8. Cálculo factor de disolución.

𝑓 =𝑉𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙

𝑉𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎 (11)

𝑓 =40 𝑚𝑙

0,1 𝑚𝑙

𝑓 = 400

43

Donde:

𝑓 → Factor de disolución.

𝑉𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 → Volumen total.

𝑉𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎 → Volumen de la muestra.

3.9. Cálculo de concentración de cromo total.

𝐶𝐶𝑟 = 𝐶𝑜𝑏𝑡𝑒𝑛𝑖𝑑𝑎 ∗ 𝑓 (12)

𝐶𝐶𝑟 = 0,684 𝑚𝑔/𝑙 ∗ 400

𝐶𝐶𝑟 = 273,6 𝑚𝑔/𝑙

Donde:

𝐶𝐶𝑟 → Concentración de cromo total calculada.

𝐶𝑜𝑏𝑡𝑒𝑛𝑖𝑑𝑎 → Concentración de cromo total leída en el equipo de absorción atómica.

𝑓 → Factor de disolución.

3.10. Análisis estadístico.

El análisis estadístico se realizó con el software STATGRAPHICS Centurion XVI, mediante la

herramienta de análisis de experimentos multifactorial.

Se analizará el efecto de las cantidades de tres factores, el alcohol etoxilado, éster hidroxilado y

éster en la concentración de cromo en el baño agotado del proceso de curtido.

Se determinarán las condiciones óptimas del proceso mediante una superficie de respuesta.

3.10.1. ANOVA optimización del proceso de curtido.

Statgraphics construye y analiza muchos tipos de experimentos incluyendo diseños de

optimización.

44

El programa asiste en la construcción de los experimentos antes de que cualquier dato sea

recolectado, analizando los datos una vez que los experimentos fueron desarrollados,

aumentando el diseño si es necesaria más información, y en la determinación de condiciones

óptimas una vez que el modelo estadístico fue desarrollado.

Nos permite realizar un diseño factorial multinivel para estudiar los efectos con factores

cuantitativos. Se puede especificar un rango de cobertura para cada factor el cual es variado y el

número de diferentes niveles en los cuales se realiza el estudio. Construyendo una base de datos

que contiene todas las combinaciones de los diferentes niveles de las variables.

El uso importante de este programa es la creación de un conjunto de corridas candidatas para

que un subconjunto óptimo pueda seleccionarse como el procedimiento óptimo.

Para el diseño experimental planteado 23 se describirá el efecto de cada factor y las

interacciones entre las mismas, por lo tanto la hipótesis que se plantea probar son:

Hipótesis nula

𝐻𝑜 = 𝐸𝑛 𝑒𝑙 𝑒𝑓𝑒𝑐𝑡𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑓𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟 𝐴 𝑙𝑎𝑠 𝑚𝑒𝑑𝑖𝑎𝑠 𝑠𝑜𝑛 𝑖𝑔𝑢𝑎𝑙𝑒𝑠

𝐻𝑜 = 𝐸𝑛 𝑒𝑙 𝑒𝑓𝑒𝑐𝑡𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑓𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟 𝐵 𝑙𝑎𝑠 𝑚𝑒𝑑𝑖𝑎𝑠 𝑠𝑜𝑛 𝑖𝑔𝑢𝑎𝑙𝑒𝑠

𝐻𝑜 = 𝐸𝑛 𝑒𝑙 𝑒𝑓𝑒𝑐𝑡𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑓𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟 𝐶 𝑙𝑎𝑠 𝑚𝑒𝑑𝑖𝑎𝑠 𝑠𝑜𝑛 𝑖𝑔𝑢𝑎𝑙𝑒𝑠

𝐻𝑜 = 𝐸𝑛 𝑙𝑎 𝑖𝑛𝑡𝑒𝑟𝑎𝑐𝑐𝑖ó𝑛 𝑑𝑒 𝑙𝑜𝑠 𝑓𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟𝑒𝑠 𝐴𝐵 𝑙𝑎𝑠 𝑚𝑒𝑑𝑖𝑎𝑠 𝑠𝑜𝑛 𝑖𝑔𝑢𝑎𝑙𝑒𝑠

𝐻𝑜 = 𝐸𝑛 𝑙𝑎 𝑖𝑛𝑡𝑒𝑟𝑎𝑐𝑐𝑖ó𝑛 𝑑𝑒 𝑙𝑜𝑠 𝑓𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟𝑒𝑠 𝐴𝐶 𝑙𝑎𝑠 𝑚𝑒𝑑𝑖𝑎𝑠 𝑠𝑜𝑛 𝑖𝑔𝑢𝑎𝑙𝑒𝑠

𝐻𝑜 = 𝐸𝑛 𝑙𝑎 𝑖𝑛𝑡𝑒𝑟𝑎𝑐𝑐𝑖ó𝑛 𝑑𝑒 𝑙𝑜𝑠 𝑓𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟𝑒𝑠 𝐵𝐶 𝑙𝑎𝑠 𝑚𝑒𝑑𝑖𝑎𝑠 𝑠𝑜𝑛 𝑖𝑔𝑢𝑎𝑙𝑒𝑠

𝐻𝑜 = 𝐸𝑛 𝑙𝑎 𝑖𝑛𝑡𝑒𝑟𝑎𝑐𝑐𝑖ó𝑛 𝑑𝑒 𝑙𝑜𝑠 𝑓𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟𝑒𝑠 𝐴𝐵𝐶 𝑙𝑎𝑠 𝑚𝑒𝑑𝑖𝑎𝑠 𝑠𝑜𝑛 𝑖𝑔𝑢𝑎𝑙𝑒𝑠

Hipótesis alternativa

𝐻𝑎 = 𝐸𝑛 𝑒𝑙 𝑒𝑓𝑒𝑐𝑡𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑓𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟 𝐴 𝑙𝑎𝑠 𝑚𝑒𝑑𝑖𝑎𝑠 𝑛𝑜 𝑠𝑜𝑛 𝑖𝑔𝑢𝑎𝑙𝑒𝑠

𝐻𝑎 = 𝐸𝑛 𝑒𝑙 𝑒𝑓𝑒𝑐𝑡𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑓𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟 𝐵 𝑙𝑎𝑠 𝑚𝑒𝑑𝑖𝑎𝑠 𝑛𝑜 𝑠𝑜𝑛 𝑖𝑔𝑢𝑎𝑙𝑒𝑠

𝐻𝑎 = 𝐸𝑛 𝑒𝑙 𝑒𝑓𝑒𝑐𝑡𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑓𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟 𝐶 𝑙𝑎𝑠 𝑚𝑒𝑑𝑖𝑎𝑠 𝑛𝑜 𝑠𝑜𝑛 𝑖𝑔𝑢𝑎𝑙𝑒𝑠

𝐻𝑎 = 𝐸𝑛 𝑙𝑎 𝑖𝑛𝑡𝑒𝑟𝑎𝑐𝑐𝑖ó𝑛 𝑑𝑒 𝑙𝑜𝑠 𝑓𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟𝑒𝑠 𝐴𝐵 𝑙𝑎𝑠 𝑚𝑒𝑑𝑖𝑎𝑠 𝑛𝑜 𝑠𝑜𝑛 𝑖𝑔𝑢𝑎𝑙𝑒𝑠

𝐻𝑎 = 𝐸𝑛 𝑙𝑎 𝑖𝑛𝑡𝑒𝑟𝑎𝑐𝑐𝑖ó𝑛 𝑑𝑒 𝑙𝑜𝑠 𝑓𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟𝑒𝑠 𝐴𝐶 𝑙𝑎𝑠 𝑚𝑒𝑑𝑖𝑎𝑠 𝑛𝑜 𝑠𝑜𝑛 𝑖𝑔𝑢𝑎𝑙𝑒𝑠

𝐻𝑎 = 𝐸𝑛 𝑙𝑎 𝑖𝑛𝑡𝑒𝑟𝑎𝑐𝑐𝑖ó𝑛 𝑑𝑒 𝑙𝑜𝑠 𝑓𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟𝑒𝑠 𝐵𝐶 𝑙𝑎𝑠 𝑚𝑒𝑑𝑖𝑎𝑠 𝑛𝑜 𝑠𝑜𝑛 𝑖𝑔𝑢𝑎𝑙𝑒𝑠

𝐻𝑎 = 𝐸𝑛 𝑙𝑎 𝑖𝑛𝑡𝑒𝑟𝑎𝑐𝑐𝑖ó𝑛 𝑑𝑒 𝑙𝑜𝑠 𝑓𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟𝑒𝑠 𝐴𝐵𝐶 𝑙𝑎𝑠 𝑚𝑒𝑑𝑖𝑎𝑠 𝑛𝑜 𝑠𝑜𝑛 𝑖𝑔𝑢𝑎𝑙𝑒𝑠

45

𝑆𝐶𝐴 = ∑𝑌2

𝑖..

𝑛−

𝑌2…

𝑁𝑎𝑖=1 (13)

𝑆𝐶𝐵 = ∑𝑌2

𝑖..

𝑛−

𝑌2…

𝑁𝑏𝑗=1 (14)

𝑆𝐶𝐶 = ∑𝑌2

𝑖..

𝑛−

𝑌2…

𝑁𝑐𝑘=1 (15)

𝑆𝐶𝐴𝐵 = ∑ ∑𝑌2

𝑖𝑗.

𝑛−

𝑌2…

𝑁− 𝑆𝐶𝐴 − 𝑆𝐶𝐵

𝑏𝑗=1

𝑎𝑖=1 (16)

𝑆𝐶𝐴𝐶 = ∑ ∑𝑌2

𝑖𝑗.

𝑛−

𝑌2…

𝑁− 𝑆𝐶𝐴 − 𝑆𝐶𝐶

𝑐𝑘=1

𝑎𝑖=1 (17)

𝑆𝐶𝐵𝐶 = ∑ ∑𝑌2

𝑖𝑗.

𝑛−

𝑌2…

𝑁− 𝑆𝐶𝐵 − 𝑆𝐶𝐶

𝑐𝑘=1

𝑏𝑗=1 (18)

𝑆𝐶𝐴𝐵𝐶 = ∑ ∑ ∑𝑌2

𝑖𝑗.

𝑛𝑐𝑘=1 −

𝑌2…

𝑁− 𝑆𝐶𝐴 − 𝑆𝐶𝐵 − 𝑆𝐶𝐶

𝑏𝑗=1

𝑎𝑖=1 (19)

𝑆𝐶𝑇 = ∑ ∑ ∑ 𝑌2𝑖𝑗𝑘

𝑐𝑘=1 −

𝑌2…

𝑁𝑏𝑗=1

𝑎𝑖=1 (20)

𝑆𝐶𝐸𝐸 = 𝑆𝐶𝑇 − 𝑆𝐶𝐴 − 𝑆𝐶𝐵 − 𝑆𝐶𝐶 − 𝑆𝐶𝐴𝐵 − 𝑆𝐶𝐴𝐶 − 𝑆𝐶𝐵𝐶 − 𝑆𝐶𝐴𝐵𝐶 (21)

𝑁 = 𝑎𝑏𝑐 (22)

𝐶𝑀 =𝑆𝐶𝐴

𝐺𝐿 (23)

𝐹 =𝐶𝑀𝐴

𝐶𝑀𝐸 (24)

Donde:

𝑌… → Suma de todas las observaciones.

𝑌𝑖. → Suma de las observaciones del tratamiento i del factor A.

𝑌𝑗. → Suma de las observaciones del tratamiento j del factor B.

𝑌𝑘. → Suma de las observaciones del tratamiento k del factor C.

𝑌𝑖𝑗𝑘 → Suma global de todas las observaciones.

𝑆𝐶𝐴 → Suma de cuadrados del efecto A.

𝑆𝐶𝐵 → Suma de cuadrados del efecto B.

𝑆𝐶𝐶 → Suma de cuadrados del efecto C.

𝑆𝐶𝐴𝐵 → Suma de cuadrados de los efectos AB.

𝑆𝐶𝐴𝐶 → Suma de cuadrados de los efectos AC.

𝑆𝐶𝐵𝐶 → Suma de cuadrados de los efectos BC.

𝑆𝐶𝐴𝐵𝐶 → Suma de cuadrados de los efectos ABC.

𝑆𝐶𝐸 → Suma de cuadrados del error.

𝑛 → Número réplicas.

𝐺𝐿 → Grados de libertad.

𝐶𝑀 → Cuadrados medios.

𝐹 → Estadístico de Fisher.

46

Tabla 17. ANOVA para diseño factorial 23

F SC GL CM Fo Valor-p

Efecto A SCA a-1 CMA CMA/ CME P(F>Fo)

Efecto B SCB b-1 CMB CMB/ CME P(F>Fo)

Efecto C SCC c-1 CMC CMC/ CME P(F>Fo)

Efecto AB SCAB (a-1)(b-1) CMAB CMAB/ CME P(F>Fo)

Efecto AB SCAC (a-1)(c-1) CMAC CMAC/ CME P(F>Fo)

Efecto BC SCBC (b-1)(c-1) CMBC CMBC/ CME P(F>Fo)

Efecto ABC SCABC (a-1)(b-1)(c-a) CMABC CMABC/ CME P(F>Fo)

Error SCE abc(n-1) CME

Total SCT abc-1

Figura 16. Cálculos en STATGRAPHICS Centurion XVI

3.11. Cálculo de solución de hidróxido de sodio.

𝐶𝑁𝑎𝑂𝐻 = 25 𝑝/𝑣 (25)

𝐶𝑁𝑎𝑂𝐻 =25 𝑔 𝑁𝑎𝑂𝐻

100 𝑚𝑙 𝑠𝑜𝑙𝑢𝑐𝑖ó𝑛

47

Donde:

𝐶𝑁𝑎𝑂𝐻 → Concentración peso/volumen de hidróxido de sodio.

3.12. Cálculo de la solución de ácido sulfúrico.

𝐶1𝑉1 = 𝐶2𝑉2 (26)

𝑉1 =𝐶2𝑉2

𝐶1 (27)

𝑉𝐻2𝑆𝑂4=

(25 𝑣/𝑣)(100𝑚𝑙)

(98 𝑣/𝑣)

𝑉𝐻2𝑆𝑂4 = 25,5 𝑚𝑙

Donde:





𝑉𝐻2𝑆𝑂4 → Volumen de ácido sulfúrico concentrado.

3.13. Cálculo de la eficiencia de optimización.

%𝑜𝑝 =𝐶𝑟𝑡𝑟𝑎𝑑𝑖𝑐𝑖𝑜𝑛𝑎𝑙−𝐶𝑟𝑝𝑟𝑜𝑝𝑢𝑒𝑠𝑡𝑜

𝐶𝑟𝑡𝑟𝑎𝑑𝑖𝑐𝑖𝑜𝑛𝑎𝑙∗ 100 (28)

%𝑜𝑝 =938,4 − 178,0

938,4∗ 100

%𝑜𝑝 = 81,03

Donde:

%𝑜𝑝 → Eficiencia de optimización del proceso de curtido.

𝐶𝑟𝑡𝑟𝑎𝑑𝑖𝑐𝑖𝑜𝑛𝑎𝑙 → Cromo total presente en el agua residual del proceso tradicional.

𝐶𝑟𝑝𝑟𝑜𝑝𝑢𝑒𝑠𝑡𝑜 → Cromo total presente en el agua residual del proceso propuesto.

48

3.14. Cálculo de la eficiencia de recuperación.

%𝑒𝑟 =𝐶𝑟𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎−𝐶𝑟𝑓𝑖𝑙𝑡𝑟𝑎𝑑𝑜

𝐶𝑟𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎∗ 100 (29)

%𝑒𝑟 =178,0 − 0,43

178,0∗ 100

%𝑒𝑟 = 99,75

Donde:

%𝑒𝑟 → Eficiencia de recuperación de cromo total.

𝐶𝑟𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎 → Cromo total presente en la muestra inicial.

𝐶𝑟𝑓𝑖𝑙𝑡𝑟𝑎𝑑𝑜 → Cromo total presente en el filtrado después del tratamiento.

3.15. Cálculo de la carga contaminante de la muestra inicial.

𝐶𝐶𝑖 = (2 𝐷𝐵𝑂𝑖+𝐷𝑄𝑂𝑖

3+ 𝑆𝑆𝑖) ∗ 𝑄 (30)

𝐶𝐶 = (2 ∗ (3996 𝑚𝑔/𝑙) + 6394 𝑚𝑔/𝑙

3+ 5 𝑚𝑔/𝑙) ∗ 12000 𝑙/𝑑í𝑎

𝐶𝐶 = 57604000 𝑚𝑔/𝑑í𝑎

Donde:

𝐶𝐶𝑖 → Carga contaminante inicial.

𝐷𝐵𝑂𝑖 → Demanda biológica de oxígeno inicial.

𝐷𝑄𝑂𝑖 → Demanda química de oxígeno inicial.

𝑄 → Caudal.

3.16. Cálculo de carga orgánica.

𝐶𝑂 = 𝑄𝐼(𝐷𝐵𝑂𝐼)/100 (31)

𝐶𝑂 = (12 𝑚3/𝑑í𝑎) ∗ (3996 𝑚𝑔/𝑙)/100

𝐶𝑂 = 479,52 𝑘𝑔/𝑑í𝑎

49

Donde:

𝐶𝑂 → Carga orgánica, kg/día.

𝑄𝐼 → Caudal en el influyente de la laguna, m3/día.

𝐷𝐵𝑂𝐼 → Concentración de la demanda bioquímica de oxígeno en el influyente de la laguna,

mg/l.

3.17. Carga superficial de diseño.

𝜆𝑣 = 20(𝑇) − 100 (32)

𝜆𝑣 = 20(18°𝐶) − 100

𝜆𝑣 = 260 𝑔𝐷𝐵𝑂5/𝑚3. 𝑑í𝑎

Donde:

𝜆𝑣 → Carga orgánica superficial, gDBO5/m3.día.

𝑇 → Temperatura media mensual mínima de aire, °C.

3.18. Remoción de DBO.

%𝐷𝐵𝑂 𝑟𝑒𝑚𝑜𝑣𝑖𝑑𝑜 = 2𝑇 + 20 (33)

%𝐷𝐵𝑂 𝑟𝑒𝑚𝑜𝑣𝑖𝑑𝑜 = 2(18°𝐶) + 20

%𝐷𝐵𝑂 𝑟𝑒𝑚𝑜𝑣𝑖𝑑𝑜 = 56

Donde:

%𝐷𝐵𝑂 𝑟𝑒𝑚𝑜𝑣𝑖𝑑𝑜 → Porcentaje de DBO removida en el proceso

𝑇 → Temperatura media mensual mínima de aire, °C

3.19. Volumen de la laguna.

𝑉𝑎 =𝐿𝐼𝑄𝐼

𝜆𝑣 (34)

𝑉𝑎 =(3996 𝑚𝑔/𝑙)(12 𝑚3/𝑑í𝑎)

260𝑔/𝑚3𝑑í𝑎

50

𝑉𝑎 = 184,43 𝑚3

Donde:

𝑉𝑎 → Volumen de la laguna, m3.

𝐿𝐼 → Concentración de la DBO en el influyente de la laguna, mg/l.


𝜆𝑣 → Carga orgánica superficial, gDBO5/m3.día.

3.20. Área de la laguna.

Profundidad de la laguna (Z) de 2 a 4 m (criterio de diseño para laguna anaerobia).

𝐴𝑎 =𝑉𝑎

𝑍 (35)

𝐴𝑎 =184,43 𝑚3

4 𝑚

𝐴𝑎 = 46,1 𝑚2

Donde:

𝐴𝑎 → Área de la laguna, m2.


𝑍 → Profundidad de la laguna (Z) de 2 a 4 m.

3.21. Tiempo medio de retención hidráulico.

𝑂𝑎 =𝑉𝑎

𝑄𝐼 (36)

𝑂𝑎 =184,43 𝑚3

12 𝑚3/𝑑í𝑎

𝑂𝑎 = 15,36 𝑑í𝑎𝑠

Donde:

𝑂𝑎 → Tiempo medio de retención hidráulico.



51

3.22. Concentración de la DBO en el efluente de la laguna.

𝐷𝐵𝑂𝑒 = (100 − %𝐷𝐵𝑂 𝑟𝑒𝑚𝑜𝑣𝑖𝑑𝑎)(𝐷𝐵𝑂𝐼) (37)

𝐷𝐵𝑂𝑒 = ((100 − 56)(3996 𝑚𝑔/𝑙))/100

𝐷𝐵𝑂𝑒 = 1758,24 𝑚𝑔/𝑙

Donde:

𝐷𝐵𝑂𝑒 → Concentración de la DBO en el efluente de la laguna.

%𝐷𝐵𝑂 𝑟𝑒𝑚𝑜𝑣𝑖𝑑𝑜 → Porcentaje de DBO removida en el proceso.

𝐷𝐵𝑂𝐼 → Concentración de la demanda bioquímica de oxígeno en el influyente de la laguna,

mg/l.

3.23. Cálculo de la carga contaminante de la muestra final.

𝐶𝐶𝑓 = (2 𝐷𝐵𝑂𝑓+𝐷𝑄𝑂𝑓

3+ 𝑆𝑆𝑓) ∗ 𝑄 (38)

𝐶𝐶 = (2 ∗ (186 𝑚𝑔/𝑙) + 359 𝑚𝑔/𝑙

3+ 5 𝑚𝑔/𝐿) ∗ 12000 𝑙/𝑑í𝑎

𝐶𝐶 = 2984000 𝑚𝑔/𝑑í𝑎

Donde:

𝐶𝐶𝑓 → Carga contaminante final.

𝐷𝐵𝑂𝑓 → Demanda biológica de oxígeno final.

𝐷𝑄𝑂𝑓 → Demanda química de oxígeno final.

𝑄 → Caudal.

3.24. Cálculo de la eficiencia de disminución de la carga contaminante.

%𝑐𝑐 =𝐶𝐶𝑖−𝐶𝐶𝑓

𝐶𝐶𝑖∗ 100 (39)

%𝑐𝑐 =57604000 𝑚𝑔/𝑑í𝑎 − 2984000 𝑚𝑔/𝑑í𝑎

57604000 𝑚𝑔/𝑑í𝑎∗ 100

52

%𝑒𝑟 = 94,81

Donde:

%𝑐𝑐 → Eficiencia de disminución de la carga contaminante.

𝐶𝐶𝑖 → Carga contaminante inicial.

𝐶𝐶𝑓 → Carga contaminante final.

3.25. Cálculo estimado concentración inicial de cromo para los procesos de curtido

tradicional y mejorado.

3000 𝑔 𝐶𝑟(𝑂𝐻)𝑆𝑂4

40 𝑙= 75

𝑔 𝐶𝑟(𝑂𝐻)𝑆𝑂4

𝑙𝑥

52 𝑔 𝐶𝑟

165 𝑔 𝐶𝑟(𝑂𝐻)𝑆𝑂4

𝑥1000 𝑚𝑔 𝐶𝑟

1 𝑔 𝐶𝑟= 23636,36 𝑚𝑔 𝐶𝑟/𝑙

3.26. Cálculo estimado de la diferencia de concentración de cromo inicial y final de los

procesos de curtido.

𝐶𝑟𝑜𝑚𝑜 𝑓𝑖𝑗𝑎𝑑𝑜 𝑒𝑛 𝑝𝑖𝑒𝑙 = 𝐶𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑑𝑒 𝑐𝑟𝑜𝑚𝑜 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 − 𝐶𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑑𝑒 𝑐𝑟𝑜𝑚𝑜 𝑏𝑎ñ𝑜 𝑎𝑔𝑜𝑡𝑎𝑑𝑜 (40)

𝐶𝑟𝑜𝑚𝑜 𝑓𝑖𝑗𝑎𝑑𝑜 𝑒𝑛 𝑝𝑖𝑒𝑙 𝑒𝑛 𝑝𝑟𝑜𝑐𝑒𝑠𝑜 𝑡𝑟𝑎𝑑𝑖𝑐𝑖𝑜𝑛𝑎𝑙 = 23636,36 𝑚𝑔/𝑙 − 938,4𝑚𝑔/𝑙 = 22697,96 𝑚𝑔/𝑙

𝐶𝑟𝑜𝑚𝑜 𝑓𝑖𝑗𝑎𝑑𝑜 𝑒𝑛 𝑝𝑖𝑒𝑙 𝑒𝑛 𝑝𝑟𝑜𝑐𝑒𝑠𝑜 𝑚𝑒𝑗𝑜𝑟𝑎𝑑𝑜 = 23636,36 𝑚𝑔/𝑙 − 178,0 𝑚𝑔/𝑙 = 23458,36 𝑚𝑔/𝑙

3.27. Cálculo estimado de la cantidad de cromo fijada en la piel.

22697,96 𝑚𝑔 𝐶𝑟

𝑙∗

40 𝑙

50 𝑘𝑔 𝑝𝑖𝑒𝑙= 18158,368

𝑚𝑔 𝐶𝑟

𝑘𝑔 𝑝𝑖𝑒𝑙

23458,36 𝑚𝑔 𝐶𝑟

𝑙∗

40 𝑙

50 𝑘𝑔 𝑝𝑖𝑒𝑙= 18766,608

𝑚𝑔 𝐶𝑟

𝑘𝑔 𝑝𝑖𝑒𝑙

3.28. Cálculo porcentual de la fijación de cromo en la piel.

% 𝐹𝑖𝑗𝑎𝑐𝑖ó𝑛 =𝐶𝑎𝑛𝑡𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑓𝑖𝑗𝑎𝑑𝑎 𝑚𝑒𝑗𝑜𝑟𝑎𝑑𝑎−𝐶𝑎𝑛𝑡𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑓𝑖𝑗𝑎𝑑𝑎 𝑡𝑟𝑎𝑑𝑖𝑐𝑖𝑜𝑛𝑎𝑙

𝐶𝑎𝑛𝑡𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑓𝑖𝑗𝑎𝑑𝑎 𝑚𝑒𝑗𝑜𝑟𝑎𝑑𝑎∗ 100 (41)

% 𝐹𝑖𝑗𝑎𝑐𝑖ó𝑛 =18766,608

𝑚𝑔 𝐶𝑟𝑘𝑔 𝑝𝑖𝑒𝑙

− 18158,368 𝑚𝑔 𝐶𝑟𝑘𝑔 𝑝𝑖𝑒𝑙

18766,608 𝑚𝑔 𝐶𝑟𝑘𝑔 𝑝𝑖𝑒𝑙

∗ 100

% 𝐹𝑖𝑗𝑎𝑐𝑖ó𝑛 = 3,24

53

4. RESULTADOS

4.1. Cantidad de sustancias químicas para pruebas.

Tabla 18. Cantidad de sustancias químicas formulación tratamiento 1

Reactivo % x Masa, g Tiempo, min


90 Bisulfito de sodio 0,4 0,004 64

Sales de ácidos policarboxílicos 1,0 0,01 160

Proteasas pancreáticas 0,15 0,0015 24 45

Alcohol etoxilado 0,1 0,001 16

Agua 80,0 0,8 12800 10

Sal 4,5 0,045 720

Ácido fórmico 1,5 0,015 240 60

Éster hidroxilado 0,5 0,005 80 60

Sulfato básico de cromo 3,0 0,03 480 60


120 Aceite catiónico 0,5 0,005 80

Éster en dispersión 1,0 0,01 160

Óxido de magnesio 0,4 0,004 64 600

54








Agua 80,0 0,8 12800 10

Sal 4,5 0,045 720















Agua 80,0 0,8 12800 10

Sal 4,5 0,045 720








55








Agua 80,0 0,8 12800 10

Sal 4,5 0,045 720















Agua 80,0 0,8 12800 10

Sal 4,5 0,045 720








56








Agua 80,0 0,8 12800 10

Sal 4,5 0,045 720















Agua 80,0 0,8 12800 10

Sal 4,5 0,045 720








57








Agua 80,0 0,8 12800 10

Sal 4,5 0,045 720








4.2. Cantidad de sustancias químicas en los procesos de comparación.

Tabla 26. Cantidad de sustancias químicas formulación tradicional

Reactivos % x Masa, g Tiempo, min

Sulfato de amonio 0,2 0,002 100 30

Agua 100 1,0 50000

Sulfato de amonio 1,8 0,018 900 45

Bisulfito de sodio 0,5 0,005 250


Agua 80,0 0,8 40000 15

Sal 7,0 0,07 3500





Aceite catiónico 0,5 0,005 250


58

Tabla 27. Cantidad de sustancias químicas formulación mejorada







Agua 80,0 0,8 40000 10

Sal 4,5 0,045 2250








4.3. Costo de cada proceso con base de cálculo de 100 kg.

Tabla 28. Costo del proceso tradicional

Producto % x Cantidad, kg

Valor,

USD /kg

Valor Total,

USD

Sulfato de amonio 0,2 0,002 0,2 2,24 0,448

Agua 100 1 100 0,0025 0,25


Bisulfito de sodio 0,5 0,005 0,5 1,4 0,7

Proteasas pancreáticas 0,15 0,0015 0,15 2,96 0,444

Agua 80 0,8 80 0,0025 0,2

Sal 7 0,07 7 0,088 0,616

Ácido fórmico 1 0,01 1 1,47 1,47

Ácido fórmico 1 0,01 1 1,47 1,47

Sulfato básico de cromo 3 0,03 3 1,73 5,19


Aceite catiónico 0,5 0,005 0,5 3,24 1,62

Óxido de magnesio 0,4 0,004 0,4 3,13 1,252

Total= 22,882

59

Tabla 29. Costo del proceso mejorado

Producto % x Cantidad, kg

Valor,

USD/kg

Valor Total,

USD


Bisulfito de sodio 0,4 0,004 0,4 1,4 0,56

Sales de ácidos

policarboxílicos 1 0,01 1 3,24 3,24

Proteasas pancreáticas 0,15 0,0015 0,15 2,96 0,444

Alcohol etoxilado 0,2 0,002 0,2 3,02 0,604

Agua 80 0,8 80 0,0025 0,2

Sal 4,5 0,045 4,5 0,088 0,396

Ácido fórmico 1,5 0,015 1,5 1,47 2,205

Éster hidroxilado 1,5 0,015 1,5 2,96 4,44



Aceite catiónico 0,5 0,005 0,5 3,24 1,62

Éster en dispersión 1,0 0,01 1,0 3,92 3,92

Óxido de magnesio 0,4 0,004 0,4 3,13 1,252

Total= 30,157

4.4. Porcentaje diferencial entre costos totales de los procesos.

Tabla 30. Porcentaje diferencial entre procesos de curtido mejorado y tradicional

Mejorado, USD = 30,157

Tradicional, USD = 22,882

%= 24,12

4.5. Soluciones estándares de cromo.

Tabla 31. Dilución de estándar de cromo

N Concentración estándar, mg/l Volumen a diluir, ml

1 1 0,1

2 2 0,2

3 3 0,3

4 4 0,4

60

4.6. Factor de disolución.

Tabla 32. Factor de disolución de tratamientos y réplicas

Tratamiento Réplica 1 f

t1 t1

400

t2 t2

t3 t3

t4 t4

t5 t5

t6 t6

t7 t7

t8 t8

Tabla 33. Factor de disolución de muestras

Proceso Tradicional Proceso Mejorado

Muestra f Muestra f

MT1 400 MP1 400

MT2 600 MP2 400

MT3 800 MP3 800

MT4 800 MP4 400

MT5 800 MP5 400

4.7. Concentración de cromo total.

Tabla 34. Concentración de cromo

N

Tratamiento Réplica 1

Cr f

Cr Cr f

Cr

mg/l mg/l mg/l mg/l

1 1,411

400

564,2 1,415

400

566,0

2 1,303 521,0 1,298 519,0

3 1,144 457,6 1,151 460,2

4 0,995 398,0 1,003 401,0

5 0,953 381,0 0,948 379,2

6 0,598 239,0 0,588 235,0

7 0,455 182,0 0,452 180,6

8 0,653 261,2 0,645 258,0

61

Tabla 35. Concentración de cromo en baños agotados de tratamientos

N

Alcohol

etoxilado

Éster

hidroxilado

Éster en

dispersión

Concentración

Cr tratamiento

Concentración

Cr replica 1

g g g mg/l mg/l

1 16 80 160 564,2 566,0

2 16 80 320 521,0 519,0

3 16 240 160 457,6 460,2

4 16 240 320 398,0 401,0

5 32 80 160 381,0 379,2

6 32 80 320 239,0 235,0

7 32 240 160 182,0 180,6

8 32 240 320 261,2 258,0

Tabla 36. Concentración de cromo total en comparación

Tradicional Mejorado

Cr total f

Cr total mg/l Cr total mg/l f

Cr total mg/l

mg/l mg/l mg/l mg/l

0,684 400 273,6 3,045 400 1218,0

2,086 600 1251,6 1,338 400 535,2

3,739 800 2991,2 0,355 800 284,0

3,615 800 2892,0 0,671 400 268,4

1,173 800 938,4 0,445 400 178,0

4.8. ANOVA y superficie de respuesta.

Tabla 37. ANOVA

Fuente Suma de Cuadrados GI Cuadrado Medio Razón-F Valor.P

A:Alcohol etoxacilado 195585,5 1 195585,0 55524,50 0,0000

B:Éster hidroxilado 40380,9 1 40380,9 11463,71 0,0000

C:Éster 7250,52 1 7250,52 2058,35 0,0000

AB 612,563 1 612,563 173,90 0,0000

AC 414,123 1 414,123 117,56 0,0000

BC 10826,4 1 10826,4 3073,50 0,0000

ABC 13771,0 1 13771,0 3909,45 0,0000

Error total 24,6575 7 3,5225

Total (corregido) 268866,0 15

62

Tabla 38. Condiciones óptimas

Factor Bajo Alto Óptimo

Alcohol etoxilado 16,0 32,0 32,0

Éster hidroxilado 80,0 240,0 240,0

Éster 160,0 320,0 160,0

Gráfico 1. Gráfica de cubo para concentraciones de cromo

Gráfico 2. Contornos de la superficie de respuesta estimada

63

Gráfico 3. Superficie de respuesta estimada

Gráfico 4. Efectos principales para concentración de cromo

4.9. Concentración de cromo total en función del tiempo.

Tabla 39. Concentración de cromo total en función del tiempo

Tiempo Tradicional Mejorado

min Cr total mg/l f Cr total mg/l Cr total mg/l f Cr total mg/l

0 37500 1 37500,0 37500 1 37500,0

30 0,684 400 273,6 3,045 400 1218,0

60 2,086 600 1251,6 1,338 400 535,2

60 38751,6 1 38751,6 38035,2 1 38035,2

120 3,739 800 2991,2 0,355 800 284,0

180 3,615 800 2892,0 0,671 400 268,4

780 1,173 800 938,4 0,445 400 178,0

64

4.10. Curva de comportamiento de cromo el en baño de curtido.

Gráfico 5. Concentración de cromo en función del tiempo en los procesos de curtición

0,0

5000,0

10000,0

15000,0

20000,0

25000,0

30000,0

35000,0

40000,0

0 100 200 300 400 500 600 700 800

Cr

tota

l, m

g/l

tiempo, min

Cromo total=f(tiempo)

Proceso Tradicional

Proceso Mejorado

65

4.11. Curva de análisis de la concentración de cromo en la zona de agotamiento.

Gráfico 6. Análisis de la concentración de cromo en las zonas de agotamiento

0,0

5000,0

10000,0

15000,0

20000,0

25000,0

30000,0

35000,0

40000,0

60 160 260 360 460 560 660 760

Cr

tota

l, m

g/l

tiempo, min


Proceso Tradicional

Proceso Mejorado

66

4.12. Curva de análisis de la concentración de cromo en la zona de agotamiento.

Gráfico 7. Análisis de la concentración de cromo en las zonas de agotamiento

0,0

500,0

1000,0

1500,0

2000,0

2500,0

3000,0

120 220 320 420 520 620 720

Cr

tota

l, m

g/l

tiempo, min


Proceso Tradicional

Proceso Mejorado

67

4.13. Resultados de análisis de la muestra del proceso mejorado.

Tabla 40. Resultado de análisis de la muestra del procedimiento mejorado

Parámetro Unidades Resultado

Temperatura °C 23,8

Potencial de hidrógeno pH 3,4

Aceites y grasas mg/l 38

Demanda Química de Oxígeno mg/l 6394

Demanda Bioquímica de Oxígeno mg/l 3996

Sólidos sedimentables ml/l < 1

Sólidos totales suspendidos mg/l < 5

Sulfuros mg/l < 1

Fuente: Centrocesal, Cia. Ltda., Junio 2015

4.14. Volumen de base para la condición de precipitación.

pH inicial = 3

Volumen inicial= 200 ml

Tabla 41. Volumen de base

Volumen, ml pH

1 5

1 6

1 7

1 8

1 9

Volumen base total= 5 pH final= 9

4.15. Volumen de decantación.

Tabla 42. Volumen de decantación

Tiempo Volumen, ml Volumen, ml Volumen, ml Volumen, ml

10 17 23 29 39

20 19 27 34 45

30 21 29 36 49

40 22 30 38 53

50 23 31 41 55

60 23 31 44 56

68

4.16. Velocidad de sedimentación.

Gráfico 8. Velocidad de sedimentación

4.17. Resultado prueba de jarras.

Tabla 43. Parámetros utilizados en prueba de jarras

Vaso Terra

Flock

GM

Tiempo Back

Flock

RR

Tiempo Muestra Agitación Temperatura

N ml min ml min ml rpm °C

1 1

5

1

10 200 50 20 2 2 2

3 3 3

4 4 4

y = 0,1229x + 16,533 R² = 0,9161

y = 0,1514x + 23,2 R² = 0,8448

y = 0,28x + 27,2 R² = 0,98

y = 0,34x + 37,6 R² = 0,9387

0

10

20

30

40

50

60

70

0 10 20 30 40 50 60 70

Vo

lum

en

, ml

tiempo, min

Volumen=f(tiempo)

Vaso 1

Vaso 2

Vaso 3

Vaso 4

Lineal (Vaso 1)

Lineal (Vaso 2)

Lineal (Vaso 3)

Lineal (Vaso 4)

69

Tabla 44. Resultado de prueba de jarras

Vaso pH Velocidad de sedimentación

N - ml/min

1 8 0,1229

2 7 0,1514

3 8 0,28

4 8 0,34

4.18. Comparación volumétrica de precipitado y fase líquida en el proceso de

recuperación.

Tabla 45. Datos volumétricos de fases

Sin tratamiento Con tratamiento

Precipitado, ml 72 113

Fase líquida, ml 128 87

Total 200 200

Gráfico 9. Relación volumétrica de precipitado y fase líquida

72 113

128 87

1 2


Relación Volumétrica Precipitado & Fase Líquida

Precipitado Fase líquida

70

4.19. Comparación porcentual de precipitado y fase líquida en el proceso de recuperación.

Tabla 46. Datos porcentuales de fases


Precipitado, % 36 56,5

Fase líquida, % 64 43,5

Total 100 100

Gráfico 10. Relación porcentual de precipitado y fase líquida

4.20. Cantidad de ácido para recuperación de sulfato básico de cromo.

Tabla 47. Cantidad de ácido

Producto Volumen, ml

Ácido sulfúrico 5

4.21. Cromo total en las muestra y en las fases.

Tabla 48. Cromo total en las fases

Cromo total Unidad Resultado

Muestra mg/l 178,0

Filtrado mg/l 0,43

Precipitado mg/l 177,57

36 56,5

64 43,5

1 2


Relación Porcentual Precipitado & Fase Líquida

Precipitado Fase líquida

71

4.22. Eficiencia de optimización.

Tabla 49. Eficiencia de optimización

% Resultado

Optimización 81,03

4.23. Eficiencia de recuperación de cromo.

Tabla 50. Eficiencia de recuperación de cromo

% Resultado

Recuperación 99,75

4.24. Resultados de análisis de la muestra del procedimiento mejorado sin tratamiento.

Tabla 51. Resultado de análisis de la muestra del procedimiento mejorado sin tratamiento


Temperatura °C 22,8

Potencial de hidrógeno pH 6,0

Aceites y grasas mg/l 28



Sólidos sedimentables ml/l < 1

Sólidos totales suspendidos mg/l 60

Fuente: Centrocesal, Cia. Ltda., Julio 2015

4.25. Resultado de diseño de laguna anaerobia.

Tabla 52. Diseño de laguna anaerobia


Carga orgánica kg/día 479,52

Carga superficial de diseño g/m3.día 260

Remoción de DBO % 56

Volumen laguna m3

184,43

Área laguna m2 46,1

Tiempo de retención días 15,36

Concentración de DBO en efluente mg/l 1758,24

72

4.26. Resultados de análisis de la muestra del procedimiento mejorado con tratamiento.

Tabla 53. Resultado de análisis de la muestra del procedimiento mejorado con

tratamiento.





4.27. Resultado de demanda química de oxígeno.

Tabla 54. Resultado de demanda química de oxígeno

Parámetro Obtenido Unidades Resultado

Demanda Bioquímica de Oxígeno Teórico mg/l 1758,24

Experimental mg/l 186,00

4.28. Resultado de análisis de la muestra acidulada del procedimiento de recuperación.

Tabla 55. Resultado de análisis de sulfatos de muestra acidulado


Sulfatos g/100g 5,5


4.29. Resultado de la carga contaminante inicial y final.

Tabla 56. Carga contaminante inicial y final

Parámetro Unidad Resultado

Inicial mg/día 57604000

Final mg/día 2984000

4.30. Resultado de disminución de carga contaminante.

Tabla 57. Disminución de carga contaminante

Parámetro %

Carga contaminante 94,81

73

4.31. Resultado estimado de concentración inicial de cromo en proceso tradicional y

mejorado.

Tabla 58. Concentración de cromo inicial

Parámetro mg/l

Cromo 23636,36

4.31. Resultado estimado de la diferencia de la cantidad de cromo inicial y final.

Tabla 59. Diferencia de cantidad de cromo en procesos de curtido

Proceso curtido mg/l

Tradicional 22697,96

Mejorado 23458,36

4.32. Resultado estimado de fijación de cromo en la piel.

Tabla 60. Cantidad de cromo fijado en la piel

Proceso curtido mg Cr/kg piel

Tradicional 18158,36

Mejorado 18766,60

4.33. Resultado de fijación porcentual de cromo en la piel.

Tabla 61. Fijación porcentual de la piel

Parámetro %

Fijación de la piel 3,24

74

5. DISCUSIÓN

Se calculó el costo de cada proceso de curtido tradicional y mejorado, como se tiene en las

Tablas 28 y 29. Se tomaron como base de cálculo 100 kg de piel en tripa. En la Tabla 28 se

tiene un valor de USD 22, 882 para el proceso tradicional y en la Tabla 29 se tiene un valor

de USD 30,157 para el proceso mejorado. La diferencia porcentual entre los dos procesos es

de 24,12 % según Tabla 30.

En la Tabla 35 se observa las concentraciones de cada tratamiento y de sus réplicas, al

analizar la diferencia individual de cada tratamiento y su réplica se determina una

diferencia mínima entre 2 a 4 mg/l de Cromo, por lo que se considera a cada tratamiento

como un proceso reproducible. No sería reproducible cuando los factores no tengan los

mismos efectos en la fijación de cromo en la piel en la variable de respuesta establecida.

En el análisis de las concentraciones de cromo de la Tabla 35, se observa que en el

tratamiento número 7 se tiene una baja concentración de cromo en relación con los otros

tratamientos. Los datos obtenidos del diseño experimental se ingresaron al programa

estadístico STATGRAPHICS, para analizar el diseño experimental planteado de

minimización de cromo, en la Tabla 38 se tiene el resultado del análisis, dando como

condiciones óptimas las cantidades de 32 g de alcohol etoxilado, 240 g de éster hidroxilado

y 160 g de éster en dispersión, teniendo como concentración de cromo de 180 mg/l en el

baño agotado como se puede observar en la Tabla 34. En el Gráfico 3 se obtiene una

superficie de respuesta en función de las condiciones óptimas, donde se observa en la

esquina inferior derecha la zona de minimización de la concentración de cromo de color

azul.

Se tiene una concentración de cromo en el baño agotado de 178,0 mg/l y 938,4 mg/l para

los procesos de curtido mejorado y tradicional respectivamente, teniendo una disminución

de 760,4 mg/l según la tabla 39, optimizando el proceso de curtido en un 81,03 % de

disminución de la concentración de cromo en el baño agotado, (Tabla 49). A partir de estos

datos se puede estimar una fijación de cromo de 18158,368 mg Cr/kg piel para el curtido

tradicional y 18766,608 mg Cr/kg piel para el curtido mejorado (Tabla 60), con un 3,24%

de mayor fijación, (Tabla 61).

75

En la Tabla 41 se observa la cantidad de hidróxido de sodio que se debe dosificar para una

muestra de 200 ml de agua residual para que llegue a las condiciones de pH= 9. Se realizó

un procedimiento para determinar una mayor velocidad de sedimentación y de mayor

cantidad de precipitado, mediante la adición del coagulante Terra Flock GM y floculante

Back Flock RR se obtuvo una velocidad de 0,34 ml/min como se puede observar en la

Tabla 44 y Gráfico 8. También se puede observar que al trabajar con estos coagulante y

floculante, se tiene mayor cantidad de precipitado final, alrededor de 72 ml de precipitado

sin coagulante ni floculante y 113 ml de precipitado con coagulante y floculante de 200 ml

de agua residual tratado como se puede observar en la Tabla 45 y Gráfico 9. Esta diferencia

se tiene por la desestabilización de las partículas, neutralizando sus cargas electrostáticas

para que se unan entre sí, formando microflóculos y después en flóculos más grandes que

tienden a depositarse en el fondo del recipiente.

Del proceso mejorado se determinó inicialmente la concentración de cromo del baño

agotado de 178,0 mg/l. Este valor se mejoró debido a las funciones de los factores: el

alcohol etoxilado eliminó la cal (unida químicamente, absorbida en los capilares,

almacenada mecánicamente), el éster hidroxilado eliminó las grasas naturales de la piel que

entorpece el proceso de curtido, y el éster dispersó el cromo entre las cadenas de colágeno.

La concentración final de cromo en la muestra tratada es de 0,43 mg/l, esto se obtuvo

mediante las condiciones de pH=9, ya que el cromo a este pH está como hidróxido de

cromo que es insoluble en el agua. Obteniendo una diferencia de 177,57 mg/l de cromo en

el precipitado como se puede observar en Tabla 48. Para el precipitado obtenido de los 200

ml de agua residual tratada, fueron necesarios 5 ml de ácido (Tabla 47) para obtener una

solución de sulfato básico de cromo con una concentración de 5,5 g/100 g según la Tabla

55, lo cual está dentro del rango de basicidad (0 % - 55 %).

Mediante análisis físicoquímico de la muestra inicial y final de agua residual se calculó la

carga contaminante en función de sólidos suspendidos y las demandas química y biológica

de oxígeno; y se obtuvo una carga contaminante inicial de 57604000 mg/día. Después del

tratamiento al agua residual se disminuyó la carga contaminante mediante una laguna

anaerobia con bacterias a 2984000 mg/día según Tabla 56, reduciendo en un 94,81 % la

carga contaminante total de la muestra tratada Tabla 57. Además, en el proceso mejorado se

redujo la cantidad de sal en grano en un 2,5% (Tabla 14), la sal en altas concentraciones

afecta a la fauna y flora del cuerpo receptor. Por otro lado, se suprime el uso del ácido

sulfúrico en el proceso mejorado como se puede observar en las Tablas 13 y 14.

76

6. CONCLUSIONES

Mediante el análisis del proceso mejorado y tradicional de curtido, se disminuyó la

concentración de cromo en el baño residual de 938,4 mg/l a 178 mg/l, disminuyendo la

concentración de cromo en el baño agotado en un 81,03 %.

De acuerdo con el análisis de optimización de proceso de curtido, las condiciones óptimas de

los factores estudiados son las cantidades de 32 g de alcohol etoxilado, 240 g de éster

hidroxilado y 160 g de éster en dispersión.

Con una base de cálculo de 100 kg para curtir, el valor del proceso tradicional es de USD

22,882 y el proceso mejorado USD 30,157, teniendo una diferencia porcentual entre

procesos de 24,12 %.

Se tiene una recuperación de cromo del 99,75 % del baño agotado del proceso mejorado y

una regeneración de sulfato básico de cromo de 5 g/100g que está dentro del rango de

basicidad de 0 a 55 %.

Se mejoró la fijación de cromo en la piel de 18158,36 mg Cr/kg piel a 18766,60 mg Cr/kg

piel, con 3,24 % de mayor fijación.

Se tiene una carga contaminante inicial de 57604000 mg/día y una final de 2984000 mg/L,

concluyendo que se disminuyó en un 94,81 %, mediante el tratamiento de degradación

biológica en la laguna anaerobia.

77

7. RECOMENDACIONES

Realizar un proceso de optimización de la etapa de pelambre, para disminuir la

contaminación de sulfuros y complementar el siguiente proceso que es el curtido.

Para aplicar un sistema de regeneración del sulfato básico de cromo, se recomienda realizar

este proceso en una sola planta de regeneración, teniendo un solo punto de captación de

hidróxido de cromo, que es más manejable ya precipitado, ya que sería muy costoso

establecer una planta de regeneración en cada empresa de curtiembre.

Se recomienda aplicar el sistema SART (Sistema de Auditorias de Riesgos del Trabajo) en

esta industria.

Capacitar constantemente al personal en el área de mejora continua (ISO 9000) y gestión

ambiental (ISO 14000).

Establecer vínculos con la autoridad ambiental (Ministerio del Ambiente) para debatir sobre

los niveles de contaminantes en líquidos de descargas.

78

CITAS BIBLIOGRÁFICAS

[1] CORDERO, Bernardo. “Tecnología de la Curtición”. Editorial Cordero. Cuenca-Ecuador.

2011. P.43

[2] Ibid.. pp. 77, 81, 82

[3] Ministerio del Ambiente. (2010). Estudio de Potenciales Impactos Ambientales y

Vulnerabilidad Relacionada con las Sustancias Químicas y Tratamiento de Desechos

Peligrosos en el Sector Productivo del Ecuador. Capítulo 11. CIIU C-1511. pp. 127, 155

[4] CORDERO, Bernardo. “Tecnología de la Curtición”. Editorial Cordero. Cuenca-Ecuador.

2011. p. 210.

[5] COVINGTON, A. “Modern tanning chemistry”. Chemical Society Reviews. United States.

1997. pp. 111-126

[6] Instituto Boliviano de Ciencia y Tecnología Nuclear. Centro de Investigaciones Nucleares.

Recuperación de Cromo y su Reuso en Curtiembres. Bolivia. 2004. pp. 19-22.

[7] CUERONET. Basicidad. [en línea]. Uruguay [Fecha de consulta: 26 de Mayo de 2015].

Disponible en: http://www.cueronet.com/flujograma/basicidad1.htm

[8] NODAL, Elida. “Procesos biológicos aplicados al tratamiento de agua residual. Ingeniería

hidráulica y Ambiental. Habana. XXII (4):52-54.Octubre 2000. pp. 52-56

[9] SPARTAN. Consume pow. Estados Unidos [en línea]. [Fecha de consulta: 10 de Mayo de

2015]. Disponible en: http://www.spartanchemical.com/Products

http://www.cueronet.com/flujograma/basicidad1.htm

79

BIBLIOGRAFÍA

Centro de Promoción de Tecnologías Sostenibles – CPTS. Guía Técnica de Producción Más

Limpia de Curtiembres. Bolivia: Editorial del CPTS. 2003.

CHAPMAN, D. “Water quality assesments: a quide to the use of biota, sediments and water

in environmental monitoring”. Editorial Taylor and Francis. 2nd

Ed. London. 1996.

CORDERO, Bernardo. “Tecnología de la Curtición”. Editorial Cordero. Cuenca-Ecuador.

2011.

COVINGTON, A. “Modern tanning chemistry”. Chemical Society Reviews. United

States.1997.

CUERONET. Basicidad. [en línea]. Uruguay [Fecha de consulta: 26 de Mayo de 2015].

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Ministerio del Ambiente. (2010). Estudio de Potenciales Impactos Ambientales y

Vulnerabilidad Relacionada con las Sustancias Químicas y Tratamiento de Desechos

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GUTIÉRREZ Pulido, Humberto y DE LA VARA Salazar, Román. Análisis y diseño de

experimentos. Segunda edición. Editorial MC Graw Hill. México. 2008.

Instituto Boliviano de Ciencia y Tecnología Nuclear. Centro de Investigaciones Nucleares.

Recuperación de Cromo y su Reuso en Curtiembres. Bolivia. 2004.

MÉNDEZ, Ramón. “Producción limpia en la industria de curtiembre”, Servicio de

Publicaciones e Intercambio Científico. Santiago de Compostela. 2007.

NODAL, Elida. “Procesos biológicos aplicados al tratamiento de agua residual. Ingeniería

hidráulica y Ambiental. XXII (4):52-54.Octubre 2000.

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80

RAMALHO, Raymond. Tratamiento de Aguas Residuales, Editorial Reverte S.A. Barcelona,

1996

81

ANEXOS

82

ANEXO A. FOTOGRAFÍAS DEL PROCESO EXPERIMENTAL

Figura A.1. Selección de piel en tripa para los procesos

Figura A.2. Equipo de pruebas

83

Figura A.3. Cuero curtido en prueba

Figura A.4. Análisis cualitativo de la piel curtidda

84

Figura A.5. Piel en tripa seleccionada para los procesos

Figura A.6. Revisión de corte de la piel con fenolftaleína

85

Figura A.7. Revisión de corte de la piel con verde bromocresol

Figura A. 8. Control de calidad de las pieles curtidas en los procesos

86

Figura A. 9. Preparación del ácido para las disoluciones de las muestras

Figura A. 10. Equipo de absorción atómica

87

Figura A. 11. Equipo de agitación y calentamiento

Figura A. 12. Adición de hidroxido de sodio

88

Figura A. 13. Formación de hidróxido de cromo

Figura A. 14. Precipitación del hidróxido de cromo

89

Figura A. 15. Filtración de la muestra

Figura A. 16. Separación del precipitado

90

Figura A. 17. Regeneración del agente curtidor

Figura A. 18. Adición de Terra Flock GM y Back Flock RR

91

Figura A. 19. Precipitación con Terra Flock GM y Back Flock RR

Figura A. 20. Precipitado con Terra Flock GM y Back Flock RR

92

Figura A. 21. Piel en tripa para prueba de curtición con agente recuperado y agente

industrial

Figura A. 22. Curtición con el agente industrial (izquierda) y agente recuperado (derecha)

93

Figura A. 23. Control de calidad de piel curtida con agente recuperado (izquierda) y

agente industrial (derecha)

94

ANEXO B. FICHAS TÉCNICAS DE LOS PRODUCTOS QUIMICOS

95

ANEXO C. REPORTES DE DATOS

universidad central del ecuador facultad de … · factor de disolución de tratamientos y...

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