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los agentes quelantes, como alternativa, para evitar el uso de STPP principal factor contaminantes en las formulaciones de los detergentes
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UNIVERSIDAD DE SAN CARLOS DE GUATEMALA CENTRO UNIVERSITARIO DEL SUR
CUNSUR ESCUINTLA
INFORME FINAL
“Evaluación de tres agentes quelantes, ácido etilendiamino tetracético
(EDTA), ácido nitrilo triacético (NTA) y ácido dietilen triamino pentacético
(DTPA) como sustitutos de STPP (tripolifosfato de sodio) en los
detergentes convencionales”.
T.U Edwin Alfonso Pacheco Rodríguez
Escuintla septiembre de 2008
3
RESUMEN
Los detergentes son sustancias químicas semejantes al jabón y que por lo tanto
bajan la tensión superficial de los líquidos. Desempeñan la acción de limpieza gracias a
la baja tensión superficial, penetran en todas las superficies intersticiales de las prendas
de vestir y se combinan con los residuos, atrayéndolos hacia la superficie y
manteniéndolos en suspensión, teniendo a continuación la necesidad de la remoción de
estos residuos.
El presente estudio evaluó el desempeño de un detergente y su impacto con el
medio ambiente, a través de tres factores consistentes en los agentes quelantes, los
cuales fueron evaluados en tres niveles de dosificación, de acuerdo con las fichas
técnicas de uso en detergentes, manteniendo constante el tipo de agua, variando
únicamente la dosis correspondiente a cada agente quelante y el testigo.
Como resultado del estudio se encontró que el mejor desempeño presentado en
las tres formulaciones, de los tres agentes analizados corresponde a la dosificación de
10% de EDTA, en una acción mutua con el medio ambiente, es decir que el rendimiento
en lavado es alto pero afecta el medio ambiente al generar una demanda de DBO5 =
160 mg/litro según norma coguanor NGO h12 ver anexo cuadro 14
En la parte de servicio en la Unidad Productiva, se realizó una
evaluación de los puntos críticos que generan reproceso de detergente en
polvo a partir de la torre de secado hasta el área de empaque, a fin de obtener
el punto de mayor incidencia en reproceso operando en condiciones normales,
llegando a establecer que corresponde al área de zaranda 65% de todo el
reproceso
4
INDICE GENERAL
i Resume .................................................................................... 1
ii Índice .................................................................................... 2
iii Introducción ........................................................................ 5
iv Justificación ........................................................................ 6
v Marco Teórico ......................................................................... 7
5.1 Los Detergentes ..................................................... 7
5.2 Fisicoquímica de los detergentes ..................................... 7
5.3 Composición ..................................................................... 8
5.4 Proceso de elaboración ..................................................... 9
5.5 Los detergentes y el medio ambiente ................................ 10
5.6 Envasado ............................................................................ 12
5.7 Agentes quelantes .............................................................. 12
5.8 Clases de agentes quelantes ................................................ 15
vi Objetivos .............................................................................. 17
vii Hipótesis ............................................................................. 18
viii Metodología ............................................................................... 19
ix Análisis y presentación de resultados ............................................. 22
x Conclusiones ............................................................................. 27
xi Recomendaciones ........................................................................... 28
xii Bibliografía ............................................................................. 29
xiii Anexos ..................................................................... 30
5
INDICE GENERAL
PLAN DE SERVICIO
i Introducción ......................................................... 35
ii Justificación ……………………………………. 36
iii Objetivos ……………………………………. 37
iv Actividades a desarrollar ……………………….. 38
4.1 Metodología ……………………………… 38
v Recursos ……………………………………… 39
vi Resultados ……………………………………….. 40
6.1 Sigma de reproceso……………………………. 40
6.1.1 Sigma de adición …………………….. 51
6.1.2 Sigma de condiciones de operación……. 51
6.1.3 Sigma de paros y arranques ……….. 51
vii Conclusiones ………………………………………. 53
viii Recomendaciones ………………………………… 54
ix Bibliografía ………………………………………… 55
x Anexos …………………………………………. 56
6
INDICE DE CUADROS, GRAFICAS
Y FIGURAS
Cuadros
Cuadro 1: Dosificación de quelantes …………………… 19
Cuadro 2: Comparación de medias Dosificación………... 21
Cuadro 3: determinación de la eficiencia secuestrante…... 22
Cuadro 4: Análisis de varianza poder secuestrante……… 22
Cuadro 5: Análisis de medias poder secuestrante………. 23
Cuadro 6: Incidencia agentes quelantes…………………. 24
Cuadro 7: Análisis de varianza poder detersivo………… 24
Cuadro 8: Análisis de medias poder detersivo………….. 24
Cuadro 9: Incidencia dosificación análisis DBO5………. 25
Cuadro 10: Análisis de varianza dosificación……………. 25
Cuadro 11: Análisis de medias dosificación……………… 26
Cuadro 12: Muestreo en las pruebas de detergente……….. 32
Cuadro 13: Descarga residual de agua norma COGUANOR 32
Cuadro 14: Agua residual lavandería norma COGUANOR... 33
Cuadro 15: Control de finos y gruesos…………………….. 46
Cuadro 16: Control de finos………………………………… 46
Cuadro 17: Control de gruesos……………………………… 46
Figuras
Figura 1: Simbología del reciclaje…………………………. 12
Figura 2: Función iónica de los quelantes…………………. 13
Figura 3: Complejo EDTA……………………………….... 15
Figura 4: Complejo DTPA…………………………………... 15
Figura 5: Complejo NTA…………………………………... 16
Figura 6: Dibujo botella usada análisis DBO5………………………. 30
Figura 7: Puntos Críticos de muestreo………..…………….. 41
Gráficas
Gráfica 1: Control de reproceso…………………………….. 48
Gráfica 2: Reproceso torre de detergente…………………… 49
7
III INTRODUCCION
Los detergentes son compuestos formados por varios elementos, como
lo son las sales de sulfato, acido sulfónico, suavizadores de agua y enzimas
entre otros. Todos estos elementos combinados son capaces de crear una
acción limpiadora sobre una superficie o material sucio en un baño líquido en el
que se disuelven uno a varios solutos (detergentes) que ayudan a la limpieza.
En el presente estudio se evaluaron los compuestos químicos conocidos
como quelantes en sustitución del Tripolifosfato de sodio, y así contar con un
agente alterno con mejores características. El estudio ha demostrado que
efectivamente los agentes quelantes tienen un mejor desempeño en la
efectividad, específicamente cuando se utiliza el ácido etilendiaminotetracético.
Pero este último aumenta el nivel de DBO en las aguas residuales.
En cuanto al servicio a través del estudio de los puntos críticos que
generan reproceso de detergente a partir de la torre de secado hasta el área de
empaque, se logró cuantificar que en su mayoría (65%) corresponde al
generado en el área de zaranda, por lo tanto se hace la recomendación de que
durante el secado las condiciones de operación se validen nuevamente, ya que
ocurren problemas, bien sea por mala aspersión del detergente o por
aglutinamiento de granos.
Por lo anterior, se invita al lector a adentrarse a los detalles de dichos
trabajos que se presentan a continuación.
8
IV. JUSTIFICACION
Los procesos de elaboración de detergente en la actualidad involucran
todos los sistemas de mantenimiento ambiental y se hace necesario que en el
futuro sean mas ecológicos haciéndolos menos tóxicos para el medio
ambiente.
El problema que presenta actualmente la unidad productiva al utilizar
TPP en su formulación de detergente en polvo es, que frente a la competencia
en los diversos segmentos del mercado, presenta problemas de desempeño en
el lavado, además de ello se adhieren los problemas de tipo ambiental que
representa esta materia prima.
Por tal razón se justifica la presente investigación al evaluar un posible
sustituto del TPP por algún agente quelante que presente mejor desempeño en
el producto terminado y consecuentemente amigable con el medio ambiente,
cuyo impacto, se refleja en el ambiente agroindustrial, al generar tecnologías
limpias. Y en el ámbito educativo al propiciar estudios científico técnicos que
retroalimenten el proceso de enseñanza aprendizaje en la carrera de Ingeniería
Agroindustrial del Centro Universitario del Sur.
9
V MARCO TEÓRICO
5.1 Los detergentes.
El jabón era conocido por la mayoría de culturas antiguas, que lo usaban
tanto para el cuerpo como para la ropa. Lo hacían con agua, grasas vegetales
o animales, y cenizas vegetales o sustancias minerales como la sosa cáustica.
A partir del siglo II, varias ciudades fueron centros productivos importantes de
jabón, y lo distribuían por toda el área mediterránea.
Hasta el siglo XV, uno de los principales núcleos de vida social en las
ciudades eran los baños públicos. Después, éstos fueron considerados
inmorales, y el jabón pasó a ser algo a evitar. Se vestía la misma ropa durante
semanas, y los malos olores se tapaban con perfumes. No se volvió a apreciar
el jabón hasta entrado el siglo XVIII, cuando los médicos se dieron cuenta de la
importancia de la higiene para la salud. Además, la industrialización y las
importaciones de grasas baratas de las colonias facilitaron la fabricación de
jabones a gran escala.
5.2 Fisicoquímica de los detergentes.
En latín, detergere quiere decir limpiar. Un detergente es una sustancia
que limpia, gracias a tener estas dos propiedades:
• Reduce la tensión superficial del agua, de manera que las moléculas de agua
no se sienten tan atraídas mutuamente, y pueden penetrar mejor en la
superficie a limpiar (por ejemplo un tejido)
• Las moléculas del detergente tienen un polo lipófilo, que combina bien con las
grasas, y un polo hidrófilo, que combina bien con el agua. La suciedad – que
está adherida a los tejidos mediante partículas oleosas – atrae a los polos
lipófilos, y los polos hidrófilos quedan dispuestos hacia fuera y rodeando la
suciedad, de forma que el agua arrastra todo el conjunto.
10
El jabón tiene estas dos propiedades, y por lo tanto es un detergente. A
partir de 1930 se empezaron a sintetizar sustancias detergentes derivadas del
petróleo. Después se descubrieron otros ingredientes que, añadidos a las
sustancias detergentes, daban al conjunto una mayor capacidad limpiadora.
Hoy, cuando decimos detergente nos referimos a todo el conjunto.
5.3. Composición.
Las componentes principales de los detergentes actuales son las siguientes:
5.3.1 Tensioactivos o surfactantes: son la sustancia detergente propiamente dicha. Según las propiedades químicas, se clasifican en aniónicos, catiónicos, no iónicos y anfóteros (cada tipo tiene propiedades limpiadoras diferentes).
5.3.2 Potenciadores o constructores: retienen el calcio y el magnesio que
pueda haber en el agua, y evitan que la suciedad se vuelva a depositar en el
tejido. Se dice que el agua es dura si contiene mucho calcio o magnesio.
5.3.3 Enzimas: rompen las moléculas de las manchas proteínicas (huevo,
leche, sangre), permitiendo ser arrastradas por el agua durante el lavado.
5.3.4 Blanqueadores: dejan la ropa más blanca y eliminan las manchas más
difíciles.
5.3.5 Abrillantadores ópticos: son sustancias fluorescentes que no se van al aclarar la ropa. Reflejan los rayos ultravioletas del sol, de manera que la ropa parece más blanca de lo que es (de hecho, le dan un tono azulado o verdoso, según la marca). En la ropa de color, los colores quedan más vivos.
5.3.6 Perfumes: dan olor a la ropa.
5.3.7 Relleno: no tiene ninguna función limpiadora, sólo se agrega para aumentar el volumen del detergente. Dependiendo de la fórmula, puede representar desde un 5% hasta un 45% del total de materia. Los detergentes concentrados no lo llevan.
11
5.4 Proceso de elaboración
La fabricación industrial de detergentes es un proceso relativamente
sencillo. Las materias primas se mezclan con agua hasta que forman una
pasta. Después se hace la atomización, que consiste en transformar la pasta
en polvo: la pasta pasa por un tubo a presión y entra en una gran torre, donde
es "rociada" con aire caliente a contracorriente. El aire evapora el agua de la
pasta y se forma el polvo (es más o menos fino según la presión con la que ha
salido del tubo y el diámetro de los orificios del "rociador"). Algunos de los
ingredientes, que no pueden resistir la temperatura del aire caliente o la
humedad, se añaden al polvo obtenido después de la atomización. A
continuación, el polvo se revuelve en un tambor giratorio, para obtener una
mezcla homogénea. Finalmente, pasa por un cedazo que separa las partículas
demasiado finas o gruesas.
Las fábricas deben estar bien equipadas con aspiradores, porque el
polvo puede provocar problemas de alergia o asma a los trabajadores. Se debe
poner atención sobre todo en la parte donde se manipulan las enzimas, ya que
éstas son especialmente peligrosas para el sistema respiratorio.
5.4.1 Los residuos
Una fábrica de detergentes no genera muchos residuos (no ocurre lo
mismo en la producción de las materias primas). Del atomizador sale (además
del detergente) vapor de agua, que se libera a la atmósfera, y polvo fino de
detergente. Este polvo se filtra y se reintroduce al inicio del proceso, como
también el detergente demasiado fino o grueso que se obtiene de los filtros
(granza).
La maquinaria se limpia con agua, que también se puede reutilizar
llevándola al inicio del proceso.
5.5 Los detergentes y el medio ambiente
Los detergentes se han asociado desde siempre con problemas
medioambientales. Ya antes de que aparecieran los sintéticos, el jabón tenía el
problema de que, en aguas muy duras, se combina con el calcio y deja una
12
película insoluble en la superficie del agua. En la década de 1960 se
introdujeron leyes para limitar la gran cantidad de espuma que generaban los
detergentes sintéticos.
Los aspectos que se deben tener en cuenta desde un punto de vista
medioambiental son los siguientes:
5.5.1 Biodegradabilidad
Según la legislación vigente, en un paquete de detergente se puede poner la
palabra "biodegradable" si el tensioactivo deja de tener un 90% de su
propiedad de disminuir la tensión superficial del agua 28 días después de ser
vertido al agua (las sustancias tensioactivas causan perjuicios a la vida
acuática).
Según los fabricantes ecológicos, este grado de biodegradabilidad no es
suficiente. Por otro lado, la ley no dice nada del resto de ingredientes, que
pueden llegar a significar un 80% del detergente. En los detergentes
convencionales, estos ingredientes no son biodegradables y son tóxicos para la
vida acuática (en especial los derivados del petróleo). A pesar de la
proliferación de depuradoras, en las aguas marinas se hallan residuos tóxicos
de detergentes.
5.5.2 Eutrofización
En general, muchos detergentes convencionales utilizan fosfatos, fosfonatos o
percarboxilatos como potenciadores. Estas sustancias actúan como
fertilizantes de las algas, haciendo que se reproduzcan muy deprisa. La gran
cantidad de algas agota el oxígeno del agua, que deja de estar disponible para
la fauna acuática (microorganismos y peces), y genera malos olores. Este
fenómeno se llama eutrofización, y ha causado desequilibrios muy graves en
varios lagos y ríos.
En la mayoría de países europeos y en buena parte de Norteamérica ya está
prohibido utilizar estos ingredientes (en algunos lugares desde 1970), pero en
gran parte de los países de Latinoamérica aún no. El sustituto más utilizado
son las zeolitas, unas sustancias minerales. Tienen el inconveniente de que no
son solubles en el agua, por lo que se acumulan en el fondo de las plantas
depuradoras.
13
5.5.3 Blanqueadores
Pueden estar basados en cloro o en oxígeno. Uno de los principales problemas
de la industria del cloro es que genera sustancias organocloradas, como
dioxinas y furanos, que causan muchos problemas de salud (disfunciones
hormonales, malformaciones en el feto, cáncer) y se acumulan en los tejidos de
los seres vivos (no se pueden metabolizar). Actualmente casi no se usan
blanqueadores de este tipo para detergentes.
Entre los basados en oxígeno, están el perborato y el percarbonato. El
perborato tiene el inconveniente de que libera boro al medio (es tóxico para la
vida acuática), y que se debe acompañar de una sustancia, el TAED, que se
combina con los metales pesados que hay en los fondos fluviales o marinos y
los introduce en la cadena trófica. Además, se debe lavar al menos a 60ºC para
que haga efecto. El percarbonato blanquea a cualquier temperatura y no libera
ninguna sustancia tóxica.
5.5.4 Antibacterias
Últimamente, muchos detergentes (convencionales) contienen agentes
antibacterias. No tienen ninguna utilidad práctica, y en cambio pueden causar
problemas a la vida bacteriana acuática. Como los fabricantes mantienen las
formulaciones en secreto, es muy difícil saber qué agentes antibacterias
utilizan. Hay un acuerdo industrial para no utilizar triclosan, una sustancia muy
problemática.
5.6 Envasado
Las cajas de cartón suelen ser de cartón reciclado, al menos en parte, y son
reciclables. Se pueden tirar al contenedor para papel, aunque tengan restos de
detergente. Últimamente existe la tendencia de presentar los detergentes
(convencionales) en bolsas de plástico. Tienen el inconveniente de que para
transportarlas se necesita un segundo empaquetado. Por otro lado, pocos
fabricantes indican de qué plásticos está hecho el envase, con lo que no se
puede saber si es reciclable o no. Lo más habitual es usar varios tipos de
plástico que no se pueden separar posteriormente, y por lo tanto tampoco se
pueden reciclar. Esta mezcla de plásticos se puede indicar en el envase con el
símbolo que vemos abajo.
14
FIGURA 1
Identifica el PET identifica varios plásticos
Fuente: wikipedia (en linea) *1
Las botellas de detergente líquido suelen ser de plástico PET, que es bastante
ligero y fácilmente reciclable. Los envases de PET se podrían reutilizar
devolviéndolos al fabricante.
5.7 Agentes quelantes: consideraciones generales
El término quelante deriva del griego "kelos" (pinza) y se aplica la
formación de complejos cíclicos.
Cuando un ión metálico se combina con una sustancia que posee un
átomo donor de electrones el compuesto obtenido se denomina "complejo" o
"complejo de coordinación". Si la sustancia que se combina con el ión metálico
posee dos ó más átomos que ceden electrones, de modo que se puedan
formar dos o más ciclos se obtiene un quelato, y la sustancia que aporta los
electrones se denomina agente quelante Se puede representar un complejo
metálico como:
*1 www.wikipedia//reciclajemediamabiente.com consultado 9 nov 2008
Figura 2
15
Fuente: wikipedia//usodequelantes.com en linea *2 consultado 8 de nov 2008
Así, la diferencia entre un agente complejante y un agente quelante
reside esencialmente en una diferencia de estructura.
La formación de ciclos en los quelatos metálicos produce nuevas
sustancias de muy elevada estabilidad, dejando concentraciones
extremadamente bajas del catión metálico libre en equilibrio.
Se puede así "enmascarar" la presencia de iones metálicos sin
necesidad de extraerlos del medio o aprovechar las propiedades especiales de
los quelatos formados.
La importancia tecnológica de su utilización deriva de la presencia
universal de los iones metálicos en todas las sustancias.
Si se toma como ejemplo el agua corriente, el solvente mas ampliamente
utilizado en la industria, aún la más pura contiene dosis apreciables de sales
disueltas: Cloruros, Sulfatos, Fosfatos, Carbonatos, etc. con iones metálicos
como calcio, magnesio, hierro, cobre, manganeso, cinc, etc.
En agua para uso alimenticio (potable) estas trazas metálicas
apropiadamente dosificadas constituyen una ventaja: es el caso del agua
mineral.
Por el contrario estas mismas trazas de iones metálicos constituyen graves
inconvenientes para su utilización industrial:
Sales de calcio y magnesio precipitan en agua caliente con formación de
sarro (calderas, intercambiadores de calor, etc.) trazas de iones hierro, cobre o
magnesio pueden hacer virar los matices de las tinturas.
Trazas de metales pesados provocan la descomposición catalítica de
peróxidos (inorgánicos, orgánicos, agua oxigenada, etc.) sales que confieren
16
dureza al agua forman con los jabones compuestos calcáreos insolubles,
reduciendo su poder detergente.
Trazas de calcio o magnesio conducen a defectos irreversibles en baños
reveladores y fijadores de películas y papeles fotográficos, trazas de cobre o
hierro catalizan la oxidación de ácidos grasos y vitaminas en alimentos, trazas
metálicas son suficientes para modificar las características reológicas de las
emulsiones, por ejemplo las de polímeros, aunque muy limitados estos
ejemplos hacen evidente la influencia desfavorable de los iones metálicos que
contiene el agua.
Es posible, evidentemente, extraer por vía química las sales
interferentes, aunque en muchos casos suponen operaciones onerosas (en
reactivos o equipos), Las instalaciones de floculación o decantación, a base de
sulfato de aluminio o compuestos orgánicos, permiten reducir la presencia de
impurezas no disueltas pero dispersas en el agua.
Las instalaciones de intercambio iónico (ablandadores de agua) permiten
un canje de iones y reducir en parte o totalmente el tenor de calcio y magnesio
en aguas industriales.
Sin embargo la forma más económica y efectiva de controlar
permanentemente la presencia de trazas metálicas en productos industriales
consiste en tratarlas con agentes que inhiban totalmente la acción de los iones
metálicos sin suprimir su presencia: la formación de Quelatos.
Los quelatos y las reacciones de quelación están ampliamente
distribuidos en la naturaleza: desde los delicadamente balanceados procesos
vitales, dependientes de solo trazas de iones metálicos, a los quelatos
extremadamente estables en petróleos crudos, resultados de procesos en
escala de tiempo geológica.
5.8 Clases de agentes quelantes
Pueden dividirse en dos tipos de sustancias: orgánicas e inorgánicas.
Dentro de los quelantes orgánicos ocupan un lugar preponderante los
compuestos poliaminocarboxilicos, principalmente las sales de EDTA, DTPA y
NTA, y en menor grado el HEDTA (Ácido N hidroxietilendiamino triacetico)
17
DPTA (Ácido diaminopropanol tetraacético) y DHEG (N.N. di 2
hidroxietilglicina).
Los secuestrantes inorgánicos comprenden principalmente a los
polifosfatos de los cuales el mas ampliamente utilizado es el tripolifosfato, con
menor uso de fosfatos piro-fosfóricos, hexametafosfóricos, tetrapolifosfóricos,
etc.
Los quelantes poliaminocarboxlicos mas utilizados son comúnmente
designados por sus nombres abreviados (siglas); estas corresponden
químicamente a:
Figura 3
Fuente: www.scale.org consultado 10 nov. 2008
Figura 4
Fuente: www.scale.org consultado 10 nov. 2008
Figura 5
18
Fuente: www.scale.org consultado 10 nov. 2008
Si se comparan las propiedades de los quelantes paliaminocarboxilicos
(EDTA, DTPA, NTA, etc.) con los de los secuestrantes inorgánicos
(polifosfatos), presentan las siguientes ventajas:
Los quelatos paliaminocarboxilicos son estables a elevadas
temperaturas en solución acuosa, mientras que los polifosfatos se hidrolizan
fácilmente con el aumento de temperatura y la presencia de iones metálicos
pesados, que actúan coma catalizadores. Así por ejemplo luego de un
calentamiento de 3 horas a 100 °C de una solución al 2% de tripolifosfato
cálcico-magnesio se hidrolizó a: metafosfatos 45%, pirofosfatos 2% y
tripolifosfatos 18%. La adición de EDTA o DTPA a los fosfatos polimerizados
retarda la hidrólisis por quelación de los metales pesados. *3
Los secuestrantes poliaminocarboxilicos actúan sobre casi todos los
iones metálicos, mientras los polifosfatos se limitan a Calcio y Magnesio.
Las cantidades requeridas de quelantes poliaminocarboxilicos: son de 3 a 6
veces menores a la de los polifosfatos, debido a la diferencia en pesos
moleculares.
Comparativamente a los polifosfatos, los secuestrantes
poliaminocarboxilicos tienen mayor compatibilidad con los sistemas orgánicos
(soluciones hidroalcoholicas, solventes, emulsiones, etc.), especialmente las
sales de aminas superiores.**12.7
* 3 www.rinconciencia.com en línea consultado 10 nov. 2008
19
VI. OBJETIVOS.
6.1 General
Evaluar la eficiencia de tres quelantes ácido etilendiamino tetracético
(EDTA), ácido nitrilo triacético (NTA), ácido dietilen triamino pentaacético
(DTPA) como sustitutos de tripolifosfato de sodio (STPP) en los detergentes
convencionales.
6.2 Específicos
6.2.1 Establecer la eficiencia secuestrante de las sales minerales en el agua
por el efecto de los agentes quelantes: ácido etilendiamino tetracético
(EDTA), ácido nitrilo triacético (NTA), y ácido dietilen triamino
pentacético (DTPA).
6.2.2 Evaluar el poder detersivo de los detergentes reformulados.
6.2.3 Evaluar el agua de lavado de las formulaciones con agentes quelantes,
por medio de los análisis DBO5 para establecer el grado de
biodegradabilidad.
20
VII. HIPÓTESIS
7.1 Hipótesis científica
El aumento en la concentración de un agente quelante en base a la formulación
de detergente en el agua, disminuye la concentración de sales minerales en el
agua .
7.2 Hipótesis estadística
HO. La dosificación de EDTA, NTA Y DTPA no difiere significativamente en
cuanto a la disminución de sales minerales en el agua de lavado
HA. La dosificación de EDTA, NTA Y DTPA difiere significativamente en
cuanto a la disminución de sales minerales en el agua de lavado
A un nivel de significancia de 0.05.
21
VIII METODOLOGÍA
8.1 Lugar de investigación
El presente estudio fue realizado en una unidad productiva de jabones y
detergentes específicamente en el área de producción de detergentes donde
se realizó el trabajo experimental y parte de los análisis físico químicos,
paralelo a ello se utilizó el laboratorio instrumental del Centro Universitario del
Sur CUNSUR, de la universidad de San Carlos de Guatemala, ubicado en la
cabecera municipal de Escuintla en el departamento de Escuintla
8.2 Manejo del experimento
El desarrollo del experimento comprende las siguientes fases:
Selección de los agentes quelantes (EDTA NTA y DTPA), como factores de
comparación con el testigo actual, tripolifosfato de sodio (TPP) utilizado en la
formulación actual de un detergente en polvo.
Cuadro 1: dosificación de quelantes en la formulación de detergente en polvo
Porcentajes a dosificar en formulación
Quelante 3% 7% 10%
EDTA * * *
NTA * * *
DTPA * * *
STPP * * *
FUENTE: elaboración propia, EPS mayo de 2009.
Referencias:
EDTA = acido etilendiamino tetracético
NTA = ácido nitrilo triacético
DTPA = ácido dietilen triamino pentaacético
22
Estadísticamente se establece a través de un análisis de varianza cual de los
factores evaluados (EDTA, NTA, DTPA,) presenta mejores rendimientos
comparado con el testigo (TPP) ver cuadro 6, donde se establecen las
condiciones de operación del método para evaluación del poder detersivo
manteniendo fijos: la temperatura del agua del lavado, ciclos del lavado, y el
tiempo de lavado para determinar el poder detersivo, así mismo el cuadro 9 se
presentan las condiciones operacionales para la determinación de la demanda
bioquímica de oxigeno (DBO5)
8.3 Métodos de investigación
8.3.1 Modelo estadístico
Se utilizó un sistema de bloques completamente al azar, tal como lo muestra el
cuadro 1, donde los elementos a bloquear son las concentraciones de los
agentes quelantes, respecto del testigo, para lo cual el modelo estadístico a
seguir es el siguiente:
ijiiYij
Yijk = Media general alrededor de la cual oscilan los valores de todas las
observaciones
βi = Efecto de la dosis de quelante A
βi = Efecto de la dosis de quelante B
βi = Efecto de la dosis de quelante C
Donde:
Yij = valor de la característica en estudio.
µ = media general alrededor de la cual oscilan los valores de todas las
observaciones
i = efecto de la dosis o porcentajes de dosificaciónּז
βi = Efecto del tipo de quelante A, B, C. en comparación con el testigo STPP
εij = Componente del error aleatorio.
8.3.2 Comparación de medias
23
Se realizó una comparación de medias utilizando la prueba de tukey, para la
cual se procedió a calcular la diferencia significativa (DSH) mediante la
siguiente relación que se presenta en el cuadro 2, tanto para factores como
interacciones:
prsCMEnqLSD /,;
Cuadro 2
Comparación de medias
Factores principales
prsCMEnqLSD /,
Fuente: Diseños experimentales Montgomery Pág. 72 (1991)
Referencias
qα; ּז: Es el valor tabulado del rango estandarizado al nivel de significancia de
la prueba α de 0.05 para comparar t medias de tratamientos con “n” grados de
libertad de error experimental.
CME: cuadrado medio del error
p: Niveles de los factores
s: tratamientos
r: repeticiones
24
IX Presentación y discusión de resultados
9.1 Evaluación de los agentes quelantes
Inicialmente se hizo la evaluación de los agentes quelantes con respecto
a la eficiencia secuestrante de las sales minerales formadoras de dureza. En el
cuadro 3 se presenta eficiencia secuestrante y el cuadro 4 el análisis de
varianza.
Cuadro 3: Determinación de la eficiencia secuestrante de los agentes quelantes
Porcentajes a dosificar en formulación
Quelante 3% 7% 10%
EDTA 19 ppm 14 ppm 10 ppm
NTA 25 ppm 18 ppm 12 ppm
DTPA 28 ppm 21 ppm 16 ppm
STPP 42 ppm 30 ppm 18 ppm
Fuente: elaboración propia. Febrero 2009 (datos expresado en ppm)
Cuadro 4: Análisis de varianza de la eficiencia del poder secuestrante
Fv G.L SS MS Fc fa tab
Tratamientos 3 398,92 132,97 12,31 4,066181
Bloques 2 421,17 210,58 19,49
Error 6 64,83 10,81
Total 11 884,92
Fuente: Elaboración propia febrero 2009
Como puede observarse en el cuadro 4 el análisis de varianza demuestra que
aun nivel de significancia de α= 0.05 existe diferencia significativa en los
tratamientos a diferentes concentraciones.
La eficiencia secuestrante de los agentes quelantes está atribuida al ácido
Etilendiamintetratcético (EDTA) a una concentración del 10%, estableciendo un
valor de 10 ppm en concentración de sales en el agua.
25
9.2 Prueba de medias de Dunnett
W: Comparador Tukey
q = Valor de las tablas de Tukey que depende del número de tratamientos
Trat. = tratamientos
gl = grados de libertad del error
α = nivel de significacia alfa
CME = cuadrado medio del error
n = número de repeticiones
Utilizando el estadístico de dunnett podemos decir: d (0.05) (3,6) = 3.10
Cuadro 5: Análisis de medias
1 vs. 4 Y1 - y4 = 15,67
2 vs. 4 Y2 - Y4 = 11,67
3 vs. 4 Y3 - Y4 = 8,33
Fuente: elaboración propia febrero 2009
Como puede observarse en el cuadro 5 el análisis de medias demuestra que a
un nivel de significancia de α= 0.05 existe diferencia significativa en los
tratamientos a diferentes concentraciones. No obstante no existe variabilidad
entre la formulación 3 y 4 que es la muestra testigo
n
CMEqW gltrat
2,,
n
CMdW E2
)6,3(05.0 87.83
)31.12(2*10.3
26
Cuadro 6: Incidencia de los agentes quelantes en el poder detersivo
Porcentajes a dosificar en formulación
Quelante 3% 7% 10%
EDTA 72% 92% 94%
NTA 68% 80% 84%
DTPA 68% 79% 82%
STPP 65% 72% 80%
Fuente: elaboración propia. febrero 2009, poder detersivo: (factor de blancura) Cuadro 7: Análisis de varianza para el poder detersivo
Fv G.L SS MS Fc Fa tab
Tratamientos 3 364.25 121.42 9.78 4.066181
Bloques 2 652.17 326.08
Error 6 74.50 12.42
Total 11 1090.92
Fuente: elaboración propia. febrero 2009
Como puede observarse en el cuadro 7 el análisis de varianza demuestra que
a un nivel de significancia de α= 0.05 existe diferencia significativa en los
tratamientos a diferentes concentraciones.
Cuadro 8 Análisis de medias
Fuente: elaboración propia Febrero: 2009
En consecuencia el análisis de medias indica que las diferencias se
están presentando a causa de la media uno que representa el EDTA con
respecto a la muestra testigo STPP no obstante no hay diferencia entre 2 y 4, 3
y 4 respectivamente
1 vs. 4 Y1 - Y4 = 15,00
2 vs. 4 Y2 - Y4 = 5,33
3 vs. 4 Y3 - Y4 = 4,00
n
CMdW E2
)6,3(05.0 91.73
)78.9(2*10.3
27
9.3 Porcentaje de dosificación de agente quelante
El análisis de resultados por el sistema de bloques completamente al
azar generado por la variable de dosificación de agente quelante, en el efecto
análisis de DBO5
Cuadro 9 incidencia de la dosificación en el análisis de DBO5
Porcentajes a dosificar en formulación
Quelante 3% 7% 10%
EDTA 141 mg/L 148 mg/L 160 mg/L
NTA 140 mg/L 142 mg/L 148 mg/L
DTPA 140 mg/L 144 mg/L 151 mg/L
STPP 138 mg/L 141 mg/L 148 mg/L
Fuente: Elaboración propia: marzo 2009 (datos expresados en mg/L)
Ver norma coguanor NGO h12
Cuadro 10 Análisis de varianza
Fv G.L SS MS Fc fa tab
Tratamientos 3 94,92 31,64 5,37 4,066181
Bloques 2 298,67 149,33
Error 6 35,33 5,89
Fuente: Elaboración propia: marzo 2009
Como se observa en el cuadro 10 el análisis de varianza demuestra que a un
nivel de significancia de α= 0.05 existe diferencia significativa en los
tratamientos y se hace necesario evaluar las medias
28
9.4 Prueba de medias de Dunnett
Cuadro 11: análisis de medias
1 vs. 4 Y1 - y4 = 7,33
2 vs. 4 Y2 - Y4 = 1,00
3 vs. 4 Y3 - Y4 = 2,67
Fuente elaboración propia: Marzo de 2009
En consecuencia el análisis de medias indica que existen diferencias entre el
EDTA y el STPP en la carga orgánica liberada en el agua. No obstante los
demás quelantes no presentaron diferencia estadística.
Si existe diferencia significativa en los agentes quelantes evaluados con
respecto al Tripolifosfato de Sodio (STPP) específicamente en la carga
orgánica donde Acido Etilendiamintetracético (EDTA) obtiene 160 mg/litro de
efectividad cuando su concentración en la formulación del detergente
corresponde al 10%
n
MSqW E
gltrat
2,,
n
msdW E2
)6,3(05.0 86.53
)37.5(2*10.3
29
X CONCLUSIONES.
10.1 El mejor desempeño de la eficiencia secuestrante de los agentes
quelantes evaluados en el presente estudio, está atribuida a la
dosificación del 10% ácido Etilendiaminotetracético (EDTA).
10.2 Si existe diferencia significativa en el poder detersivo de los agentes
quelantes evaluados con respecto al Tripolifosfato de Sodio (STPP)
cuando la solución es llevada al 7 y 10%.
10.3 La formulación evaluada de EDTA, es la que liberó un volumen mayor
de carga orgánica en el agua de lavado, dando un resultado de 160 mg
por litro de agua evaluado al 10% .
30
XI RECOMENDACIONES
11.1 Evaluar el uso del agua de lavado de detergentes formulados con STPP
como sustrato para alimentar plantas de jardín y grama para canchas de
fútbol
11.2 Evaluar una metodología para establecer las trazas de quelantes
residuales y su efecto en los matos de agua.
31
XII BIBLIOGRAFÍA
12.1 American Society for Testing and materials (ASTM) Manual de aguas
tercera edición México. Editorial Limusa Pg. 35, 38, 47
12.2 Comisión guatemalteca de normas COGUANOR (2000) NGO 29001,
agua potable, especificaciones
12.3 Comisión guatemalteca de normas COGUANOR (1985) NGO 29011 h3
determinación de constituyentes inorgánicos no metálicos
12.4 Montgomery D.C (1991) Diseño y analisis de experimentos. México
Editorial Iberoamericana Pg. 119 -127 del capitulo 5 pp 178
12.5 Scentia: capitulo 3 Detergentes mas utilizados en la actualidad,
detergentes iónicos tercera edición Editorial Océano. Colombia pag.
120 - 121
REFERENCIAS ELECTRÓNICAS
12.6 www.wikipedia//usodequelantes.com en linea *2 consultado 8 de nov
2008
12.7 www.rinconciencia.com en linea *3 consultado el 10 de nov. 2008
12.8 www.gobiernodechliegestionsalud.com en linea * 4 consultado 10 nov. 2008
12.9 Microsoft C (2008) Enciclopedia de consulta encarta 2010
32
XIII ANEXOS
Figura 6: Botella respirométrica
33
Tabla No. 1
PROPIEDADES DE LOS AGENTES QUELANTES
Fuente wikipedia//usodequelantes.com en linea *2 consultado 8 de nov 2008
34
Cuadro 12: Muestreo de los detergentes en relación al porcentaje de pasta
Fuente: elaboración propia
Descargas de agua residual industrial.
Se establecen los siguientes límites máximos para efluentes líquidos a ser descargados directa o indirectamente en los cuerpos de aguas superficiales (ríos, estuarios, lagos y embalses), el subsuelo y en aguas costeras. Se labora en la inclusión próxima de nuevas industrias. Cuadro 13: Descarga de agua residual
Descarga industrias varias. Parámetro
Licoreras Cárnicas Cerveceras Pegamentos superf. y subsuelo
agua. costera
superf. y subsuelo
costera superf. subsuelo
costa superf. Sub.
costa
Demanda biológica de oxígeno (DBO5) Demanda química de oxígeno (DQO) Nitrógeno del Amonio (N-NH4)
35 130 12
70
300 30
35 130 12
70
300 30
35 130 12
70 300 30
35 130 12
70
300 30
Nitrógeno total (N tot) Fósforo total (P tot) pH
20 3
6.5-9.0
50 8
7.5-8.5
20 3
6.5-9.0
50 8
7.5-8.5
20 3
6.5-9.0
50 8 7.5
30 3
6.5-9.0
50 8 7.5
Fuente: norma coguanor: NGO h12
35
Descargas de agua residual de lavanderías.
Las descargas de las lavanderías serán regidas por los parámetros de control incluidos en la siguiente tabla, para las descargas de sus efluentes a ser vertidas en los diferentes cuerpos hídricos. Cuadro 14: Agua residual de lavandería
Descarga de lavanderías. Parámetro
superf. y subsuelo
(mg/L)
Agua. Costera (mg/L)
Alcantarillado. (mg/L)
Demanda biológica de oxígeno (DBO5) Demanda química de oxígeno (DQO) Nitrógeno total (N tot) fósforo total (P tot)
35 130
23, 3
70 300
50, 8
350 900
40, 10
Arsénico (As) Cobre cromo (Cr) Niquel (Ni)
0.10 0.50 0.51
0.1 0.5 0.2
0.5 0.2 0.2
Plomo (Pb) Cadmio (Cd) Mercurio (Hg) Zinc
0.1 0.1 0.05
2
0.1 0.1 0.05
2
0.1 0.2 0.05 10
Compuestos orgánicos totales compuestos Organo-halogenados
20 2
20 2
20 2
Compuestos organo-halogenados en: - Lavanderias de hospitales (g/t) - Lav. industriales de carne y pescado (g/t) 18 40 grm/lt 18 40 grm/lt 18 40 grm/lt
Fuente: norma coguanor: NGO h12
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