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i PROPUESTA DE ALTERNATIVAS PARA EL APROVECHAMIENTO DE LOS COMPONENTES DE LOS FILTROS DE ACEITE AUTOMOTRIZ USADOS EN VENEZUELA ii UNIVERSIDAD DE CARABOBO ÁREA DE ESTUDIOS DE POSTGRADO FACULTAD DE INGENIERÍA MAESTRÍA EN INGENIERÍA AMBIENTAL PROPUESTA DE ALTERNATIVAS PARA EL APROVECHAMIENTO DE LOS COMPONENTES DE LOS FILTROS DE ACEITE AUTOMOTRIZ USADOS EN VENEZUELA AUTOR: ING. MAILLIW MOGOLLON VALENCIA, DICIEMBRE 2015 iii UNIVERSIDAD DE CARABOBO ÁREA DE ESTUDIOS DE POSTGRADO FACULTAD DE INGENIERÍA MAESTRÍA EN INGENIERÍA AMBIENTAL PROPUESTA DE ALTERNATIVAS PARA EL APROVECHAMIENTO DE LOS COMPONENTES DE LOS FILTROS DE ACEITE AUTOMOTRIZ USADOS EN VENEZUELA AUTOR: ING. MAILLIW MOGOLLON TUTOR: ING. MSC. PH.D ADRIANA MÁRQUEZ VALENCIA, DICIEMBRE 2015 iv UNIVERSIDAD DE CARABOBO ÁREA DE ESTUDIOS DE POSTGRADO FACULTAD DE INGENIERÍA MAESTRÍA EN INGENIERÍA AMBIENTAL PROPUESTA DE ALTERNATIVAS PARA EL APROVECHAMIENTO DE LOS COMPONENTES DE LOS FILTROS DE ACEITE AUTOMOTRIZ USADOS EN VENEZUELA AUTOR: ING. MAILLIW MOGOLLON TRABAJO DE GRADO PRESENTADO ANTE EL ÁREA DE ESTUDIOS DE POSTGRADO DE LA UNIVERSIDAD DE CARABOBO PARA OPTAR AL TITULO DE MAGÍSTER EN INGENIERÍA AMBIENTAL. VALENCIA, DICIEMBRE 2015 v vi UNIVERSIDAD DE CARABOBO ÁREA DE ESTUDIOS DE POSTGRADO FACULTAD DE INGENIERÍA MAESTRÍA EN INGENIERÍA AMBIENTAL PROPUESTA DE ALTERNATIVAS PARA EL APROVECHAMIENTO DE LOS COMPONENTES DE LOS FILTROS DE ACEITE AUTOMOTRIZ USADOS EN VENEZUELA AUTOR: ING. MAILLIW MOGOLLON Aprobado en el Área de Estudios de Postgrado de la Universidad de Carabobo por Miembros de la Comisión Coordinadora del Programa: ____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________ VALENCIA, DICIEMBRE 2015 vii viii AGRADECIMIENTO A mi familia por estar siempre a mi lado dándome fuerzas en cada una de las metas que me propongo. A Alexander por acompañarme y darme palabras de aliento para seguir adelante. A Edward por aportarme tan importantes conocimientos e ideas, así como apoyo, para ejecutar esta investigación. A Jose Gonzalez y Javier Escalona por su gran esfuerzo en la construcción del prototipo. Muchas gracias… A Cesar y Franklin por su colaboración. A Viviangel y Victor por brindarme su amistad y hacerme más agradables mis días de clase. A mi tutora, la profesora Adriana Márquez, por su apoyo, durante el desarrollo de esta investigación. A la Universidad de Carabobo, fortalecer mi desarrollo profesional durante la realización de mis estudios de postgrado. A la empresa Affinia Venezuela (Filtros Wix), por el apoyo brindado para llevar a cabo esta investigación. ix ÍNDICE GENERAL pp. AGRADECIMIENTO………………...……………………………………. viii ÍNDICE GENERAL….…….……………………………………………….. ix ÍNDICE DE TABLAS…….……………………………………………….. xi ÍNDICE DE FIGURAS……………..…………………………………….. xii ÍNDICE DE GRÁFICOS………………………………………………….. ANEXOS…………………………………………………………………… xiii xiv RESUMEN………………………………………………………………… xv ABSTRAC………………………………………………………………….. xvi INTRODUCCION…………………………………………………………. 1 CAPÍTULO I. EL PROBLEMA……………………………………………………….….. 3 Planteamiento del problema…….………………..……………………….. 3 Objetivos de la investigación……..…………....………………….……… 6 Objetivo general…………………..…………….…….………………. 6 Objetivos específicos………………….…….………………………… 6 Justificación de la investigación…………..……...……….………………. 7 Delimitación…………………..………………………………………….. 8 II. MARCO TEORICO…..…………………………………………..……. 9 Antecedentes de la Investigación……………………………………… 9 Bases Teóricas………………………………………………………… 11 Filtro de Aceite………………………………………………………. 11 Partes de un filtro de Aceite………………………………………..... 11 Aplicaciones del acero………………………………………………. 13 Aceites lubricantes usados…………………………………………… 15 Autodesk Inventor…………………………………………………… 15 Statgraphics………………………………………………………… 20 Aprovechamiento de materiales peligrosos recuperables…………… 20 Material peligroso recuperable…………………………………........ 20 Recuperación de materiales peligrosos……………………………… 20 x III. MARCO METODOLÓGICO…………………………………………. 21 Tipo de Investigación…………………………………………………... 21 Diseño de la Investigación……………………………………………… 22 Desarrollo de la Investigación………………………………………….. 22 Diagnóstico de la situación actual de la disposición dada a los filtros usados de aceite automotriz en Venezuela……………………………. 23 Factibilidad técnica de diseñar un sistema para la recuperación de los componentes de los filtros usados de aceite automotriz……………………………………………………………… 23 Alternativas para la recuperación de los componentes de los filtros usados de aceite automotriz en Venezuela……………………. 23 Diseño de un sistema para la recuperación de los componentes de los filtros usados de aceite automotriz…………………………………….. 23 Alternativas para el aprovechamiento de los componentes de los filtros usados de aceite automotriz en Venezuela……………………………. 24 IV. RESULTADOS………………………………………………………… 25 Diagnóstico de la situación actual de la disposición dada a los filtros usados de aceite automotriz en Venezuela……………………………. 25 Factibilidad técnica de diseñar un sistema para la recuperación de los componentes de los filtros usados de aceite automotriz……………………………………………………………… 35 Alternativas para la recuperación de los componentes de los filtros usados de aceite automotriz en Venezuela………………………………………... 36 Diseño de un sistema para la recuperación de los componentes de los filtros usados de aceite automotriz……………………………….……….. 42 Alternativas para el aprovechamiento de los componentes de los filtros usados de aceite automotriz en Venezuela………………………………. 61 CONCLUSIONES………………………………………………………… 65 RECOMENDACIONES…………………………………………………… 66 REFERENCIAS…………………………………………………………… 67 ANEXOS……………………………………………………………………. 70 xi ÍNDICE DE TABLAS TABLA pp. 1. Resultados de pruebas fisicoquímicas realizadas al aceite (usado) 15W40. 34 2. Composición de constituyentes potencialmente peligrosos del aceite lubricante usado…………………………………………………………… 3. Matriz de selección de la alternativa para la recuperación de los componentes de los filtros usados de aceite automotriz…………………... 4. Factores y niveles seleccionados para el desarrollo del diseño factorial aplicado……………………………………………………………………. 5. Corridas aleatorias………………………………………………………… 6. Valores obtenidos para el promedio de compactación de los filtros y la cantidad de aceite extraído………………………………………………... 7. Efectos estimados y sus errores estándares para cantidad de aceite extraído……………………………………………………………………. 8. Análisis de Varianza para cantidad de aceite extraído……………...…….. 9. Efectos estimados y sus errores estándares para porcentaje de compactación ………………………………………………………………. 10. Análisis de Varianza para porcentaje de compactación………………… 11. Alternativa 1……………………………………………………………. 12. Alternativa 2……………………………………………………………. 13. Alternativa 3……………………………………………………………. 14. Alternativa 4……………………………………………………………. 15. Alternativa 5……………………………………………………………. 16. Alternativa 6……………………………………………………………. 17. Alternativa 7……………………………………………………………. 18. Alternativa 8……………………………………………………………. 34 41 51 52 56 57 58 59 60 61 61 61 62 62 62 63 63 xii ÍNDICE DE FIGURAS pp. 1. Despiece de un filtro de aceite………………………………………….2. Aplicaciones del acero en el mundo…………………………………… 3. Cuadro de dialogo de inicio de Inventor………………………………... 4. Barra de herramientas de diseño………………………………………… 5. Cuadro de dialogo de ventana grafica en 3D…………………………… 13 15 18 19 19 6. Fotografía que muestra un filtro 51516 usado………………………… 31 7. Fotografía que muestra un filtro 51791 usado. ………………………… 31 8. Fotografía que muestra la composición básica del filtro 51516 usado…. 32 9. Fotografía que muestra la composición básica del filtro 51791 usado ..... 32 10. Total de halógenos por tamaño de filtros usados …………………….. 33 11. Cortador de filtro (Vista Isométrica) …………………………………. 12. Cortador de filtro (Vista Derecha) .……………………………………. 13. Flujograma de la alternativa A………………………………………… 14. Alternativa B compactadora…………………………………………… 15. Flujograma de la Alternativa B………………………………………… 16. Compactador de Filtros………………………………………………… 17. Dimensionamiento del Compactador de Filtros………………………… 18. Características del cilindro neumático………………………………….. 19. Características de la capsula de trituración……………………………… 20. Ubicación de la tolva de drenaje de aceite usado……………………….. 21. Ubicación del tambor recolector de aceite usado……………………….. 22. Fabricación del cabezal para el cilindro………………………………… 23. Cabezal para el cilindro…………………………………………………. 24. Ensamblaje del compactador…………………………………………….. 25. Compactador de Filtro…………………………………………………… 37 37 38 39 40 43 44 45 46 47 47 48 49 49 50 xiii ÍNDICE DE GRÁFICOS GRÁFICO pp. 1. Resultados del ítem 1……………………………………………………. 26 2. Resultados del ítem 2……………………………………………………. 26 3. Resultados del ítem 4……………………………………………………. 26 4. Resultados del ítem 3……………………………………………………. 27 5. Resultados del ítem 5……………………………………………………. 27 6. Resultados del ítem 6……………………………………………………. 28 26. Pantalla de atributos de diseño Factorial Multinivel…………………….. 27. Selección y pesaje de filtros…………………………………………….. 28. Presión de trabajo……………………………………………………….. 29. Compactación de filtros…………………………………………………. 30. Muestras de filtros compactados………………………………………… 31. Pesaje y medición de altura de filtros compactados…………………….. 32. Efecto de los principales factores que influyen sobre la cantidad de aceite extraído…………………………………………………………… 33. Análisis por la estandarización por Pareto de la cantidad de aceite extraído………………………………………………………………….. 34. Efecto de los principales factores que influyen sobre el porcentaje de compactación……………………………………………………………. 35. Análisis por la estandarización por Pareto del porcentaje de compactación……………………………………………………………. 52 53 53 54 55 55 57 58 59 60 xiv 7. Resultados del ítem 7……………………………………………………. 28 8. Resultados del ítem 8……………………………………………………. 29 9. Resultados del ítem 10…………………………………………………. 29 10. Resultados del ítem 11…………………………………………………. 29 ANEXOS Anexo A. Validación y aprobación del cuestionario tipo cerrado aplicado…………………………………………………………………… Anexo A-1. Validación y aprobación del cuestionario tipo cerrado por el experto 1…………………………………………………………………... Anexo A-2. Validación y aprobación del cuestionario tipo cerrado por el experto 2…………………………………………………………………... Anexo A-3. Validación y aprobación del cuestionario tipo cerrado por el experto 3…………………………………………………………………... Anexo B. Planos de los filtros 51516 y 51791……………………………. Anexo C. Fotografías tomadas durante la apertura de los filtros muestras……………………………................................................................. Anexo D planos de los modelos de filtros utilizados en el diseño de experimento…………………………………………………………………... pp. 71 72 80 88 96 99 101 xv UNIVERSIDAD DE CARABOBO ÁREA DE ESTUDIOS DE POSTGRADO FACULTAD DE INGENIERÍA MAESTRÍA EN INGENIERÍA AMBIENTAL PROPUESTA DE ALTERNATIVAS PARA EL APROVECHAMIENTO DE LOS COMPONENTES DE LOS FILTROS DE ACEITE AUTOMOTRIZ USADOS EN VENEZUELA AUTOR: ING. MAILLIW MOGOLLON TUTOR: MSC. PH.D ADRIANA MÁRQUEZ AÑO: 2015 RESUMEN Este trabajo tuvo como propósito proponer alternativas para el aprovechamiento de los componentes de los filtros de aceite automotriz usados en Venezuela y se tipificó como una investigación tipo proyecto factible, con un diseño de campo y documental, experimental; Se diagnosticó la situación actual de la disposición dada a los filtros usados de aceite automotriz aplicando una encuesta a cambiadores de filtros constituidos legalmente en el territorio nacional, que tienen relación directa con los distribuidores de la empresa Affinia Venezuela y se pudo evidenciar que actualmente los filtros usados se están desechando con la basura común, convirtiéndose en un riesgo de contaminación. También se pudo conocer que en Venezuela el parque automotor asciende a 4.196.365 vehículos por lo que se puede estimar una cantidad de 12.589.095 filtros usados generados al año. Sumado a esto, se pudo evidenciar que no es común realizar prácticas de reciclaje con estos componentes y existe desconocimiento sobre disposición y manejo de filtros y aceites usados. Además, se diseñó un sistema para la recuperación de los componentes de los filtros usados de aceite automotriz que permite compactar el filtro y extraer el aceite usado contenido en él, los cueles puedes ser aprovechados en procesos de otras empresas. Se fabricó un prototipo para poder realizar pruebas y verificar su funcionamiento y se aplicó un diseño experimental factorial a fin de conocer, la influencia de algunas variables tomadas en cuenta, sobre la compactación del filtro y la cantidad de aceite extraído, luego se realizó un análisis estadístico de los resultados obtenidos, arrojando que la presión es el factor más importante en el porcentaje de compactación de filtros y cantidad de aceite extraído y para los dos muestra un efecto estadísticamente significativo Palabras claves: Aprovechamiento, filtros de aceite automotriz, diseño, experimento. xvi UNIVERSIDAD DE CARABOBO ÁREA DE ESTUDIOS DE POSTGRADO FACULTAD DE INGENIERÍA MAESTRÍA EN INGENIERÍA AMBIENTAL ASSESSMENT OF ENVIRONMENTAL IMPACTS AND CULTURAL SIGNIFICANT GENERATED BY A SYSTEM OF DOMESTIC WASTEWATER COLLECTION AND RAIN AUTHOR: ING. MAILLIW MOGOLLON TUTOR: MSC. PH.D ADRIANA MÁRQUEZ YEAR: 2015 ABSTRACT The purpose of this study was to alternatives to the use of components of automotive oil filters used in Venezuela and was classified as a type feasible research project, with a field design and documentary, experimental; The current status of the arrangement given to the automotive oil filters used by applying a filter changers survey legally constituted in the country, that are directly related to the company's distributors and Affinia Venezuela was evident currently diagnosed filters used are discarded with the regular trash, becoming a risk of contamination. It was also reported that in Venezuela the fleet amounts to 4,196,365 vehicles so we can estimate an amount of 12,589,095 used filters generated per year. Added to this, it was evident that are not common practices of recycling these components and there is a lack of disposal and management of waste oil and filters. Moreover, a system for recovering components of used automotive oil filters allowing compact the filter and remove used oil contained therein was designed, the you strain can be utilized in processes other companies. a prototype to test and verify their operationwas fabricated and a factorial experimental design in order to know the influence of some variables taken into account, the compaction of the filter and the amount of oil extracted, then conducted an analysis was applied Statistical results obtained, casting pressure is the most important in the percent compaction of filters and amount of oil extracted and the two shows a statistically significant effect factor Keywords: Use, automotive oil filters, design, experiment. 1 INTRODUCCIÓN Considerando que Venezuela es un país con una tasa de 1 vehículo por cada 2 habitantes y que los fabricantes de filtros de aceite automotrices recomiendan el cambio del mismo cada 5.000 Km, tenemos que la cantidad generada de filtros de aceites usados, es un número relevante. El acero es un material de altísima eficiencia, al final de su ciclo de vida, el acero es cien por cien reciclable y es de hecho el material que más se recicla, es además un recurso permanente, que se puede reciclar potencialmente hasta el infinito sin merma de su calidad. En el proceso de fabricación de acero reciclado, apenas hay merma de material: se da un rendimiento cercano al 100%, que no tiene ningún otro material, salvo los metales nobles. Y el aceite lubricante usado es un material peligroso recuperable con gran valor para la industria recicladora, debido al potencial energético que tiene y a su valor como fuente de aceite lubricante virgen. Sin embargo, debido la ausencia de programas de reciclaje y concientización ambiental, la mayoría de la población, no realiza disposiciones adecuadas de estos filtros usados, trayendo como consecuencia que se desechen en la basura común, no se aprovechen adecuadamente y originado riesgos de contaminación. 2 El objetivo que se persigue en esta investigación es proponer alternativas para la recuperación de los componentes de los filtros usados de aceite automotriz en Venezuela, como una respuesta a la situación planteada. 3 CAPÍTULO I EL PROBLEMA 1.1 Planteamiento del Problema Durante años, varios elementos de los automóviles que deben sustituirse cada cierto número de kilómetros, caracterizados por un alto potencial contaminante, entre los que destaca el aceite de motor, filtros de aceite, neumáticos, baterías, entre otros, comúnmente se desechan de tal modo que ni se protege el ambiente ni se preservaba su valor como recurso. En el caso de los filtros usados de aceite de motor, son un residuo sólido de constante crecimiento, están compuestos de 10% papel filtrante y goma, 30% de aceite de motor usado y 60% de acero (Ragn-Sells, 2005), estos filtros se clasifican como residuos peligrosos en la Unión Europea, Estados Unidos (Arner, 1995) y otros países, y por años han sido desechados con la basura común, causando contaminación de suelos, aguas superficiales y aguas subterráneas. Un filtro de aceite usado se produce cada vez que se sustituye por uno nuevo. Bajo condiciones normales de conducción, el cambio de aceite se recomienda cada 5000 kilómetros, sin embargo, bajo severa 4 circunstancias, tales como conducir en una zona polvorienta, el intervalo de cambio recomendado, tanto para el aceite y filtro de aceite es de 3000 kilómetros. (Metserv, 2002) Para el año 2001, EE.UU. generaba 400 millones de filtros de aceite usados que contienen en promedio 160.000 toneladas de unidades de acero y 18 millones de galones de aceite, y la tendencia histórica indica un aumento de uno por ciento anual (Metserv, 2002). Y para el año 2003 España generaba cerca de 44 millones de filtros usados (Ragn- Sells, 2005). Uno de los problemas debido al mal manejo de los filtros de aceite usado, es el porcentaje de aceite que contienen y este es considerado peligroso para el medio ambiente debido a su persistencia y su habilidad para esparcirse en grandes áreas de suelo y del agua, formando una película que no permite el ingreso de oxígeno, lo que produce rápidamente una significativa degradación de la calidad del ambiente (Martínez, 2005). Se estima que un litro de aceite automotor mata la vida acuática en 1.930 kilómetros cuadrados (Garibello, 2003). Es importante destacar que el aceite usado proveniente de motores a gasolina es carcinogénico debido a la formación de hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAPs) que se produce en los motores (CONCAWE, 2000). Además, cuando en los vertederos se queman los desperdicios ilegalmente, se queman los filtros de aceite usados y esto causa el lanzamiento a la atmósfera de óxidos de sulfuro, monóxido de carbono, plomo, zinc y níquel, afectando negativamente el ambiente y la salud del ser humano. (Millán, 2007) 5 Cuando el aceite usado es vertido en terrenos baldíos, puede escurrir o ser arrastrado por el agua de lluvia y contaminar también los cursos de aguas. Además de contaminar el medio con sustancias tóxicas como: plomo, zinc, tricloroethano, tricloetileno, benceno, tolueno y xileno y bifenilos policlorinados, estos tienen efectos negativos sobre la fauna, flora y la salud del ser humano (Blundell, 1998) También es relevante mencionar que el aceite contiene una serie de hidrocarburos que no son fácilmente degradables biológicamente, que destruyen el humus vegetal y acaban con la fertilidad de los suelos. Su acción contaminadora se ve además reforzada por la acción de algunos aditivos que se le añaden que favorecen su penetración en el terreno, pudiendo llegar a afectar incluso, las aguas subterráneas (Martínez, 2005). Los aceites lubricantes usados pueden ser considerados como material peligroso recuperable o como desecho peligroso, por el Decreto 2635 de la normativa ambiental venezolana, dependiendo de la composición química y propiedades físicas que posea. En la actualidad, en Venezuela no existe un plan de recuperación de los filtros de aceite usados, entiéndase por recuperación de materiales peligrosos operaciones o procesos que comprenden la recolección, transporte, almacenamiento, tratamiento y transformación de materiales peligrosos para reuso, reciclaje, regeneración o aprovechamiento. (Decreto 2635, 1998). Por todo lo mencionado anteriormente, y con el fin de generar soluciones tecnológicas, legales y ambientalmente sustentables a los entes gubernamentales, industriales o a la población, surge la iniciativa de 6 hacer una propuesta de alternativas para el aprovechamiento de los componentes de los filtros usados de aceite automotriz. 1.2 Objetivos de la Investigación 1.2.1 Objetivo General Proponer alternativas para el aprovechamiento de los componentes de los filtros usados de aceite automotriz en Venezuela. 1.2.2 Objetivos Específicos • Diagnosticar la situación actual de la disposición de los filtros usados de aceite automotriz en Venezuela. • Determinar la factibilidad técnica de diseñar un sistema para la recuperación de los componentes de los filtros usados de aceite automotriz. • Proponer alternativas para la recuperación de los componentes de los filtros usados de aceite automotriz en Venezuela. • Diseñar un sistema para la recuperación de los componentes de los filtros usados de aceite automotriz. 7 Justificación de la Investigación Venezuela cuenta con una sociedad consumista. Este consumismo contribuye aún más al problema del manejo inadecuado de desperdicios sólidos. Es por eso, que prácticas como la reducción en la fuente, re-uso, reciclaje y el aprovechamiento se presentan como alternativas más viables para aminorar los problemas que se generan por el aumento descontrolado de los desperdicios. Estas prácticas permiten la conservación de los recursos naturales y la reducción en los nivelesde contaminación. Y como se pudo reflejar en la problemática planteada, la disposición inadecuada de los filtros de aceite usados, origina un gran problema de salud y social a la población, debido a: • Lanzamiento a la atmósfera de óxidos de sulfuro, monóxido de carbono, plomo, zinc y níquel. • Contaminación de aguas superficiales y subterráneas. • Contaminación de los suelos y pérdida de su fertilidad. • Contaminación de la basura común en material peligroso. Por esto se plantea este trabajo de investigación, el cual propone alternativas para el aprovechamiento de los componentes de los filtros usados de aceite automotriz y así mitigar su impacto ambiental. Por otra parte este trabajo, le permitirá a entes gubernamentales, empresas privadas y/o sociedad organizada, contar con información sobre el aprovechamiento de los componentes de los filtros usados de aceite automotriz en Venezuela, y utilizarla en la toma de decisiones en la búsqueda de soluciones de la problemática planteada. 8 Delimitaciones Se desarrollará solamente hasta presentar el diseño de un sistema para la recuperación de los componentes de los filtros usados de aceite automotriz y proponer alternativas para el aprovechamiento dichos componentes en Venezuela. No contemplara el sistema de recolección de los filtros usados, ni el traslado de los componentes recuperados hasta el sitio donde serán aprovechados. 9 CAPÍTULO II MARCO TEÓRICO En este capítulo se enumeran una serie de investigaciones previas a la investigación, que sirven como referencia para el logro de los objetivos, adicionalmente se presentan las bases teóricas que permiten una mejor comprensión del tema en estudio. 2.1 Antecedentes de la Investigación Ortiz (2009, Bárbula, Venezuela), realizó una investigación titulada: Propuesta de Alternativas para el aprovechamiento de los residuos sólidos urbanos no peligrosos en Venezuela aplicando análisis de ciclo de vida y Criterios relevantes Integrados. En la cual se realizó un diagnóstico de la generación y gestión de los RSU, mediante el empleo de una escala Likert modificada. Se evaluaron los impactos ambientales que surgen de la gestión de los RSU, mediante la técnica del análisis del ciclo de vida, la cual se apoyó en el método de encadenamiento de efectos para la identificación de atributos ambientales. Se constató la viabilidad económica de las alternativas de aprovechamiento propuestas realizando un estudio cualitativo de los aspectos económicos más relevantes a considerar en un proyecto y se diseñaron diagramas de flujo con el fin de 10 esquematizar, resumir y ordenar los pasos a seguir para un estudio completo de la problemática planteada y sus soluciones. Rodríguez (2008, San Juan, Puerto Rico), realizó una investigación titulada: Plan Modelo para el Manejo y Disposición para los Filtros de Aceite Usado en Puerto Rico. En esta investigación se estimó la cantidad de filtros de aceite usado utilizados y manejados en la isla para conocer la magnitud de la disposición de estos desperdicios. También se analizaron los parámetros de halógenos totales mediante muestras de laboratorio para identificar si el aceite contenido dentro de los filtros es o no un desperdicio peligroso. La metodología utilizada para el desarrollo de este trabajo fueron: inspecciones visuales, recolección de muestras, visitas de campo y solicitud de documentos. Se ofrecen unas estrategias en un plan de manejo para los filtros de aceite usado en Puerto Rico. Millán (2007, Cali, Colombia), desarrollo una investigación que llevo como título: Alternativas de Tratamiento, Recuperación y Aprovechamiento para Filtros de Aceite Vehicular. Es una investigación en la que se identifica una problemática de la ciudad de Cali: la eliminación anualmente de cerca de 1.471.080 filtros de aceite vehicular por parte de automotores particulares produciendo 463.5 toneladas de residuos peligrosos. Tales filtros, una vez desechados, son usados en quemas callejeras produciendo emisiones atmosféricas y ceniza con altas concentraciones de hidrocarburos aromáticos polinucleares, moléculas altamente sospechosas de producir cáncer. A través de este trabajo se proponen alternativas viables para la recuperación y aprovechamiento no solo del aceite desechado en estos filtros, sino también de la mayor parte 11 de los materiales que los componen, con el fin de reducir el impacto ambiental y sanitario. 2.2 Bases Teóricas Según el fabricante de filtros automotrices “Filtros Wix” (http://www.wixfilters.com.ve/generales_filtros_aceite.html): 2.2.1 Filtro de Aceite: Es un cartucho, en cuyo interior hay capas de elementos porosos, por donde pasa el fluido lubricante (aceite) filtrando las partículas de suciedad que acompaña al mismo. El cometido de un filtro de aceite es el de proteger el aceite lubricante del motor de la suciedad procedente de los residuos de la combustión, de los restos de materiales desprendidos por el rozamiento de los componentes del motor y otras partículas que el aceite pueda arrastrar, causantes del desgaste prematuro de los cojinetes, rodamientos y demás elementos sometidos a fricción. 2.2.2 Partes de un filtro de Aceite (figura Nº1): • Elemento filtrante: El medio es el material mediante el cual es filtrado el aceite en el elemento. Esencialmente es quien determina la eficacia, rendimiento y la vida útil del filtro de aceite. Existen dos tipos básicos de medios filtrantes: los medios de "papel" y los medios de tipo "Fibras". • Empacadura: Proporciona el sello exterior entre el filtro y la base de montaje del motor. 12 • Sobre Tapa: Impide la deflexión (movimiento) de la empacadura en relación a la superficie de la base, proporcionando un mejor agarre al motor. • Tapa Elemento Superior: Conserva la forma del elemento final sellando el medio filtrante al elemento, dando una salida para el aceite limpio y proporciona la rigidez estructural al medio de filtración. • Tapa Elemento Inferior: Conserva el elemento final y medio filtrante sellado. • Tubo Central: Proporciona un soporte al elemento interno. • Resorte: Garantiza una carga constante en el interior del elemento para mantener un sello entre la tapa elemento superior y el resto del filtro, el apoyo de elemento interior y la conjunto del vaso, incluso durante situaciones de aumento de presión. • Vaso de Filtro: Proporciona sellado del ensamble a través de un cierre doble o engargolado proveniente de un bloqueo mecánico. El recipiente proporciona unas "muescas" para facilitar la remoción de filtro de aceite. • Válvula Anti-drenaje de Silicón: Permanece flexible en temperaturas extremas, mejora el flujo del aceite y mantiene el aceite en el filtro para prevenir deterioros en el motor por arranques en seco, proporcionando una protección duradera en los nuevos vehículos satisfaciendo las necesidades de fabricantes y recomendado para cambio aceite prolongados. 13 Figura N°1. Despiece de un filtro de aceite. Fuente: http://www.wixfilters.com.ve/generales_filtros_aceite.html 2.2.3 Aplicaciones del acero: Según la unión de empresas siderúrgicas española (UNESID) El consumo aparente de acero per cápita que actualmente es de 215 kilos como media en el mundo (310 en la UE-27 y 278 en España), era de 174 kilos por habitante en 2005. Ese constante incremento del consumo y por tanto de la producción de acero está íntimamente ligado al papel del acero como creador de futuro en una doble vertiente: su papel protagonista en el desarrollo de los pueblos y el amplio campo que ofrece a la creatividad y la innovación en el desarrollo de nuevos productos. Por una parte, el acero es el material empleadoen las infraestructuras y medios de transporte, en los sistemas de suministro de agua y energía, en la construcción de viviendas, oficinas, plantas industriales, en la 14 maquinaria industrial, no en vano son los países emergentes los mayores consumidores de acero: China, por ejemplo ha pasado de un consumo per cápita de 266 kilos en 2005 a un consumo actual de 460 kilos/habitante. Los países en desarrollo necesitan una gran cantidad de acero para construir puentes, líneas de ferrocarril, tuberías para gas, agua potable y redes de saneamiento. Una vez que todas estas infraestructuras básicas están cubiertas, el consumo de acero sigue creciendo por la demanda de vivienda y de bienes de consumo duradero como automóviles y electrodomésticos. Y finalmente, cuando el país emergente alcanza un cierto nivel de riqueza y accede al mundo desarrollado, el consumo de acero tiende a estabilizarse. Por otra parte, la gran versatilidad del acero es una fuerza creadora y de innovación permanente, ofreciendo una gran libertad creativa y abriendo un campo de posibilidades infinitas al diseño. Por ello el acero es también protagonista en los sectores y productos de vanguardia. Con acero se fabrican los aerogeneradores que producen energía renovable; el acero es vital para la industria aeroespacial; un ordenador es acero en un 25% y el acero es material esencial en la fabricación de teléfonos móviles y tabletas. Las más de 5.000 variedades de acero existentes obedecen a diferencias en su composición química y en su micro-estructura a nivel nano e incluso subnano, lo que abre un amplísimo horizonte de innovación para este material. 15 Figura N°2. Aplicaciones del acero en el mundo. Fuente: UNESID.2013. 2.2.4 Aceites lubricantes usados: El CCME (1989), define estos aceites como aquellos provenientes de fuentes industriales o no, que han sido adquiridos para propósitos de lubricación y que son inapropiados para su propósito original debido a la presencia de impurezas o la pérdida de las propiedades originales. Se excluyen de la denominación de aceites lubricantes usados aquellos obtenidos de aceites vegetales o animales. 2.2.5 Autodesk Inventor: es un paquete de modelado paramétrico de sólidos en 3D producido por la empresa de software Autodesk, permite 16 que las computadoras personales ordinarias puedan construir y probar montajes de modelos extensos y complejos. Autodesk Inventor se basa en técnicas de modelado paramétrico. Los usuarios comienzan diseñando piezas que se pueden combinar en ensamblajes. Corrigiendo piezas y ensamblajes pueden obtenerse diversas variantes. Como modelador paramétrico, no debe ser confundido con los programas tradicionales de CAD. Inventor se utiliza en diseño de ingeniería para producir y perfeccionar productos nuevos, mientras que en programas como Autocad se conducen solo las dimensiones. Un modelador paramétrico permite modelar la geometría, dimensión y material de manera que si se alteran las dimensiones, la geometría actualiza automáticamente basándose en las nuevas dimensiones. Esto permite que el diseñador almacene sus conocimientos de cálculo dentro del modelo, a diferencia del modelado no paramétrico, que está más relacionado con un “tablero de bocetos digitales”. Inventor también tiene herramientas para la creación de piezas metálicas. Los bloques de construcción cruciales de Inventor son las piezas. Se crean definiendo las características, que a su vez se basan en bocetos (dibujos en 2D). Por ejemplo, para hacer un cubo simple, un usuario primero haría un boceto con forma de cuadrado y después utilizaría la herramienta extrusión para levantar el cuadrado y darle volumen, convirtiéndolo en el cubo. Si un usuario desea entonces agregar un eje que salga del cubo, podría agregar un boceto en la cara deseada, dibujar un círculo y después extruirlo para crear un eje. También pueden utilizarse los planos de trabajo para producir los bocetos que se pueden compensar de los planos útiles de la partición. La ventaja de este diseño es que todos los bocetos y las características se pueden corregir más adelante, sin tener que hacer de nuevo la partición entera. 17 Este sistema de modelado es mucho más intuitivo que en ambientes antiguos de modelado, en los que para cambiar dimensiones básicas era necesario generalmente suprimir el archivo entero y comenzar de cero. Como parte final del proceso, las partes se conectan para hacer ensamblajes. Los ensamblajes pueden consistir en piezas u otros ensamblajes. Las piezas son ensambladas agregando restricciones entre las superficies, bordes, planos, puntos y ejes. Por ejemplo, si uno coloca un piñón sobre un eje, una restricción insertada podría agregarse al eje y el piñón haciendo que el centro del eje sea el centro del piñón. La distancia entre la superficie del piñón y del extremo del eje se puede también especificar con la restricción insertada. Este método de modelado permite la creación de ensamblajes muy grandes y complejos, especialmente porque los sistemas de piezas pueden ser puestos juntos antes de que se ensamblen en el ensamblaje principal; algunos proyectos pueden tener muchos sub-ensamblajes parciales. Características básicas de Autodesk Inventor: • AREA DE TRABAJO El área de trabajo es la zona donde se desarrollarán todos los diseños. Esta zona no es muy distinta a los sistemas CAD como AutoCad y Mechanical Desktop, ó incluso programas más sofisticados tales como I-DEAS ó UNIGRAPHICS, dado que todos poseen interfaces mucho más accesibles actualmente. Como una de las primeras directrices dentro de Inventor V.10, es escoger el tipo de acción que vamos a realizar al momento de iniciar el programa, 18 para ello el cuadro de dialogo de inicio de Inventor V.10 proporciona 4 opciones (figura 3): Figura N°3. Cuadro de dialogo de inicio de Inventor. Fuente: Propia. • BARRAS DE HERRAMIENTAS Las barras de herramientas son una parte muy importante dentro del modelado en CAD ya que facilita el estar buscando la instrucción por otros medios, solo debe buscar la instrucción y ejecutarla. Las barras de herramientas se encuentran localizadas en la parte izquierda de su pantalla y se encuentran divididas en 2 secciones (figura 4). 19 Figura N°4. Barra de herramientas de diseño. Fuente: Propia. • MENÚ DE VENTANA GRAFICO Existe un menú de ventana grafico el cual se despliega cuando se trabaja con sólidos en un ambiente en 3D (figura 5). Figura N°5. Cuadro de dialogo de ventana grafica en 3D. Fuente: Propia. 20 2.2.6 STATGRAPHICS: es un software que está diseñado para facilitar el análisis estadístico de datos. Mediante su aplicación es posible realizar un análisis descriptivo de una o varias variable, utilizando gráficos que expliquen su distribución o calculando sus medidas características. Entre sus muchas prestaciones, también figuran el cálculo de intervalos de confianza, contrastes de hipótesis, análisis de regresión, análisis multivariantes, entre otros. Según DECRETO 2635 Normas para el control de la recuperación de materiales peligrosos y el manejo de los desechos peligrosos (Gaceta Oficial Extraordinaria No 5245 del 3 de agosto de 1998): 2.2.7 Aprovechamiento de materiales peligrosos recuperables: Operaciones o procesos destinados a extraer y utilizar materias primas o energía de materiales recuperados. 2.2.8 Material peligroso recuperable: Material que reviste características peligrosas, que después de servir a un propósito específico todavía conserva propiedades físicas y químicas útiles y por lo tanto puede ser reusado, reciclado, regenerado o aprovechado con el mismo propósitou otro diferente. 2.2.9 Recuperación de materiales peligrosos: Operaciones o procesos que comprenden la recolección, transporte, almacenamiento, tratamiento y transformación de materiales peligrosos para reusó, reciclaje, regeneración o aprovechamiento. 21 CAPÍTULO III MARCO METODOLÓGICO Sabino (2007, p.87), refiere que “el Marco Metodológico tiene como objeto proporcionar un modelo de verificación que permite constatar hechos con teorías, y su forma es la de una estrategia o plan general que determina las operaciones necesarias para hacerlo”. 3.1 Tipo de Investigación Como se propondrán mejoras para la solución de un problema planteado y en correspondencia con los objetivos, se clasificó como proyecto factible, el cual según la Universidad Pedagógica Experimental Libertador (UPEL) (2010): Consiste en la investigación, elaboración y desarrollo de una propuesta de un modelo operativo viable para solucionar problemas, requerimientos o necesidades de organizaciones o grupos sociales; puede referirse a la formulación de políticas, programas, tecnologías, métodos o procesos. El proyecto debe tener apoyo en una investigación de tipo documental, de campo o un diseño que incluya ambas modalidades (p.21). 22 3.2 Diseño de la Investigación: El diseño de la investigación al cual pertenece este trabajo, corresponde a Diseño de Campo y Documental, experimental. Según Hernández, Fernández y Baptista (2000), La investigación experimental es cuando a través de un experimento se pretende llegar a la causa de un fenómeno. Su esencia es la de someter el objeto de estudio a la influencia de ciertas variables en condiciones controladas y conocidas por el investigador. Según Tamayo (2009): Diseño de campo: cuando los datos se recogen directamente de la realidad, por lo cual los denominamos primarios; su valor radica en que permiten cerciorarse de las verdaderas condiciones en que se han obtenido los datos, lo cual facilita su revisión o modificación en caso de surgir dudas. Diseño documental: cuando se utilizan datos secundarios, es decir, aquellos que han sido obtenidos por otros y nos llegan elaborados y procesados de acuerdo con los fines de quienes inicialmente los elaboran y manejan. 3.3. Desarrollo de la Investigación A continuación, se describe cada una de las fases metodológicas que se llevarán a cabo durante la investigación para dar cumplimiento con los objetivos planteados. 23 3.3.1 Diagnostico la situación actual de la disposición dada a los filtros usados de aceite automotriz en Venezuela. En esta etapa se aplicó el instrumento de recolección de información, en este caso la encuesta que se diseñó como un cuestionario semiestructurado, conformado por preguntas mixtas (Grande y Abascal, 2005), para evaluar la situación actual sobre la disposición dada a los filtros usados de aceite automotriz en Venezuela, adicionalmente se inspeccionaron filtros usados. 3.3.2 Factibilidad técnica de diseñar un sistema para la recuperación de los componentes de los filtros usados de aceite automotriz. La factibilidad técnica consistió en realizar una evaluación de la tecnología existente en la organización Affinia Venezuela- filtros Wix, para el diseño de máquinas, desde el enfoque de software y la posibilidad de hacer uso de los mismos para el diseño del sistema, además se comprobó que se cuenta con todos los recursos humanos, materiales y equipos e instrumentos, necesarios para llevar adelante el proyecto. 3.3.3 Alternativas para la recuperación de los componentes de los filtros usados de aceite automotriz en Venezuela. En esta etapa se presentaron dos alternativas para la recuperación de los componentes de los filtros y se evaluaron ventajas y desventajas de las mismas para seleccionar la alternativa más conveniente. 3.3.4 Diseño de un sistema para la recuperación de los componentes de los filtros usados de aceite automotriz. 24 En esta etapa se generó el modelo conceptual definitivo de la maquina recuperadora de componentes, se determinaron los elementos principales que conformaran la máquina y se realizó una simulación del funcionamiento. 3.3.5 Alternativas para el aprovechamiento de los componentes de los filtros usados de aceite automotriz en Venezuela. Se definieron y analizaron las diferentes alternativas de aprovechamiento de los componentes de los filtros usados y se realizaron evaluaciones de las mismas. 25 CAPÍTULO IV RESULTADOS Y DISCUSIÓN A continuación se presentan los resultados obtenidos según la ejecución de los objetivos planteados durante el planteamiento del problema. 4.1 Diagnostico de la situación actual de la disposición dada a los filtros usados de aceite automotriz en Venezuela. Se aplicó una encuesta a 90 cambiadores de filtros constituidos legalmente en el territorio nacional, que tienen relación directa con los distribuidores de la empresa Affinia Venezuela, con el objeto de conocer la disposición dada actualmente a los filtros usados de aceite automotriz en Venezuela, con la cual se constató que, al realizar el cambio del filtro de aceite del carro, 94 por ciento de los encuestados afirmaron drenar el contenido de aceite contenido en el filtro (Gráfico 1), y el 86 por ciento aseveró que realiza el drenaje en un envase hermético (Gráfico 2), Además, el 89 por ciento de los encuestados indicaron que no reúsan el aceite drenado (Gráfico 3) y el 99 por ciento no drena el aceite en alcantarilla, pozo, inodoro y/o canal de agua (Grafico 4). 26 Grafico N°1. Resultado del Item 1 de la encuesta. Grafico N°2. Resultado del Item 2 de la encuesta. Grafico N°3. Resultado del Item 4 de la encuesta. 27 Grafico N°4. Resultado del Item 3 de la encuesta. También se pudo conocer que el 60 por ciento de los encuestados desechan el filtro en la misma bolsa/contenedor donde desechan la basura común (Gráfico 5), aparte el 54 por ciento señalo que no deposita el filtro en un recipiente hermético antes de desecharlo (Gráfico 6) y el 86 por ciento manifiesta que no desecha el filtro dentro de un recipiente hermético para que sea retirado por una empresa manejadora de desechos peligrosos (Gráfico 7). Grafico N°5. Resultado del Item 5 de la encuesta. 28 Grafico N°6. Resultado del Item 6 de la encuesta. Grafico N°7. Resultado del Item 7 de la encuesta. Adicional, se pudo conocer que, 96 por ciento de los encuestados no reciclan el filtro o algún componente del mismo (Gráfico 8), el 97 por ciento afirmo que no conoce alguna campaña sobre concienciación de la disposición adecuada de los filtros usados (Gráfico 9), así como el 89 por ciento indico no conocer alguna empresa que realice el manejo y disposición final de filtros y aceites usados (Gráfico 10). 29 Grafico N°8. Resultado del Item 8 de la encuesta. Grafico N°9. Resultado del Item 10 de la encuesta. Grafico N°10. Resultado del Item 11 de la encuesta. 30 El 4 por ciento de los encuestados que manifestaron Reciclar el filtro o algún componente del mismo, indicaron que reúsan las empacaduras de montaje para instalar algún filtro que venga de fábrica sin empacadura y también dieron como ejemplo el uso de las empacaduras en pistolas de pintura de latonería (ítem 9 de la encuesta). En efecto, se puede afirmar que actualmente los filtros usados de aceite automotriz se están desechando con la basura común, convirtiéndose en un riesgo de contaminación de agua, suelo y/o aire. Sumado a esto, se puede evidenciar que no es común realizar prácticas de reciclaje con estos componentes y existe desconocimientosobre disposición y manejo de filtros y aceites usados. • Inspección y análisis de filtros usados: Para llevar a cabo esta inspección interna de los filtros, y exponer los elementos internos alojados en ellos, se seleccionaron dos muestras de filtros usados, un filtro modelo 51516 marca Wix que aplica para el segmento pasajero y el filtro modelo 51791 marca Wix que aplica para el segmento de transporte pesado. En el anexo B se presentan los planos de los dos modelos y en las figuras 6 y 7, se muestran fotos de las dos muestras. Se procedió a abrir los filtros muestras (Anexo C) para identificar la composición de los filtros en general (Figuras 8 y 9), básicamente consiste en un vaso de acero (a), papel filtrante (b), empacaduras de goma (c), componentes de acero (d) y fijados en una tapa con rosca de acero (e). 31 Figura N°6. Fotografía que muestra un filtro 51516 usado. Figura N°7. Fotografía que muestra un filtro 51791 usado. 32 Figura N°8. Fotografía que muestra la composición básica del filtro 51516 usado. Figura N°9. Fotografía que muestra la composición básica del filtro 51791 usado. Adicional, mediante revisión bibliográfica se pude obtener la siguiente información de los filtros automotrices usados: • Cantidad de halógenos totales en muestras de filtros usados Un estudio de halógenos totales realizado a tres tamaños de filtros teniendo 4 muestras por tamaño (Ver figura 10), obtuvo como resultado que el valor menor fue de 370 ppm de halógenos que pertenece a la 33 muestra de filtro para vehículos medianos, el valor mayor fue de 620 ppm de halógenos para la muestra de vehículos pequeños (livianos), esto marca una diferencia de 250 ppm de halógenos entre ambas lecturas, y el resto de las muestras mantuvieron similitud en el porcentaje de halógenos totales. Figura N°10. Total de halógenos por tamaño de filtros usados. Fuente: Rodriguez Ramón (2008). Pruebas a Aceites Usados: A continuación se muestran resultados de pruebas realizadas a aceites automotrices usados: 34 Tabla N°1. Resultados de pruebas fisicoquímicas realizadas al aceite (usado) 15W40. Fuente: Paz Andrés (2004). Tabla N°2. Composición de constituyentes potencialmente peligrosos del aceite lubricante usado. Fuente: CCME, 1989. Traducción: Gonzalez Cristina (2014). 35 Los aceites de motor se contaminan con sólidos, metales, compuestos orgánicos clorados, entre otros, y cambian sus propiedades fisicoquímicas debido a las reacciones químicas que ocurren en su uso. • Generación de filtros usados: El estudio del parque automotor venezolano 2014, elaborado por la cámara de Fabricantes Venezolanos de productos Automotores (Favenpa), arrojo que el parque automotor de Venezuela asciende a 4.196.365 vehículos. Según, catálogo del fabricante de filtros “Filtros Wix” se recomienda hacer cambio del filtro cada 5.000 KM y se estima que anualmente un carro promedio recorre 15.000 km los que se traduce en aproximadamente 12.589.095 filtros usados, generados al año. 4.2 Factibilidad técnica de diseñar un sistema para la recuperación de los componentes de los filtros usados de aceite automotriz. El diseño de las alternativas, es técnicamente factible, ya que la empresa cuenta con los siguientes recursos: • Software de diseño: CAD 3D Inventor. • Recursos humanos: Ingenieros, mecánicos y matriceros capacitados. • Taller de matriceria y mantenimiento: tornos, fresadoras, taladros, equipos de soldadura, herramentales e instrumentos. • Materiales. Y se tiene la disponibilidad de los mismos para realizar levantamiento en tres dimensiones, elaboración de planos, fabricación de prototipo y simulaciones necesarias para hacer el diseño de las alternativas. . 36 4.3 Alternativas para la recuperación de los componentes de los filtros usados de aceite automotriz en Venezuela. Funciones principales a considerar: • Recuperar los componentes del filtro. • Extraer el fluido contenido en el filtro. A continuación se presentan dos alternativas y se definen ventajas y desventajas de cada una, para seleccionar la más conveniente, adicional representan un punto de partida para el diseño final de la alternativa seleccionada. Alternativa A: Los filtros deberán ser escurridos por aproximadamente treinta minutos, en un tanque de concreto que contara con rejillas en la parte superior (donde serán colocados los filtros), luego pasaran por una máquina para cortar la tapa, en este dispositivo (Figura 11 y Figura 12), el filtro se posiciona de manera vertical entre las prensas (1 y 6), con la tapa de aluminio en contacto con la prensa inferior (1), la altura puede ser ajustada por medio de una la manilla (5), el corte es ejecutado por un porta cuchilla (3); el contacto entre la cuchilla (2) y el filtro ocasiona el desgaste del material del componente y finalmente, el filtro se abre. 37 Figura N°11.Cortador de filtro (Vista Isométrica). Figura N°12 .Cortador de filtro (Vista Derecha). Se separan sus componentes de manera manual (acero, papel, empacaduras), para separar el papel se utilizara una tijera. Luego de la separación, las piezas deberán ser escurridos nuevamente por aproximadamente 10 minutos en el tanque de concreto. El papel filtrante y los componentes de acero antes de ser almacenados pasaran por un compactador de papel. Los componentes serán almacenados en contenedores herméticos. 38 Figura N° 13. Flujograma de la alternativa A. Ventajas: � Operación sencilla de realizar. � Se separan los componentes internos del filtro: • Papel filtrante • Grometros y válvulas de goma • Tapas, tubos y resortes de acero Desventajas: � Se requiere mínimo dos operadores. � Se debe comprar equipo. � Probabilidades de derrame de aceite durante la apertura del filtro 39 Alternativa B: Esta alternativa se basa en una compactadora, que consta de un cilindro hidráulico que reduce las dimensiones de los filtros, es decir, compacta los componentes incluyendo acero y papel filtrante, y es capaz de drenar un alto porcentaje de fluidos contenidos en ellos (Figura 14). Adicionalmente cuenta con un sistema de drenaje para que el fluido se almacene en un contenedor evitando derrames. Figura 14. Alternativa B compactadora. 40 Figura 15. Flujograma de la Alternativa B. Ventajas: � Poco espacio físico requerido para su funcionamiento. � Se requiere de un solo operador para realizar la actividad. � La construcción del equipo se puede realizar con material existente en la planta. � Operación sencilla de realizar. � Evita derrame de aceite durante la operación. Desventajas: � No se separan los componentes internos del filtro: • Papel filtrante • Grometros y válvulas de goma • Tapas, tubos y resortes de acero Para la selección de la alternativa se utilizó una matriz de selección, estableciendo los siguientes criterios de selección: 41 a) Espacio físico para su funcionamiento: en donde la calificación va desde 3 a 1, designando el valor 3: Poco espacio físico requerido, 2: Mediano espacio físico requerido, y 1: Gran espacio físico requerido. b) Costo para su utilización: Que tiene que ver con el costo que representa implementar esta alternativa, el costo debido a todos los recursos necesarios para su ejecución. Para este criterio la calificación 3 significa el Menor costo para su implementación, 2: costo aceptable, y 1: Mayor costo. c) Probabilidades de derrame de aceite durante la operación: va desde 3 a 1, designando el valor 3: Baja, 2: Mediana, y 1: Alta. En la tabla 3 se muestra la sumatoria de criterios,donde se puede observar que la alternativa B posee la mayor puntuación. Tabla N°3. Matriz de selección de la alternativa para la recuperación de los componentes de los filtros usados de aceite automotriz Criterio Alternativa Espacio físico requerido Costo para su utilización Probabilidades De derrame de aceite Total Alternativa A 2 1 1 4 Alternativa B 3 3 3 9 Al presentar las dos propuestas a la gerencia de operaciones de la empresa Affinia Venezuela (Filtros Wix) y la matriz de selección, fue seleccionada la Alternativa B, ya que se requería poco espacio físico para su funcionamiento, un menor costo que la alternativa A porque no se debían comprar equipos y solo se requiere asignar un operador para esta actividad. Teniendo en cuenta que este sería un proceso complementario, que no forma parte de la razón de ser de la empresa. 42 Para la selección de la alternativa también se consideró que los filtros usados están compuestos de 10% papel filtrante y goma, 30% de aceite de motor usado y 60% de acero, teniendo así que el papel no representa un porcentaje importante. 4.4 Diseño de un sistema para la recuperación de los componentes de los filtros usados de aceite automotriz. Una vez seleccionada la alternativa B, se procede a realizar el diseño, usando un software para diseño y análisis computacional CAD 3D INVENTOR; permitiendo realizar pruebas funcionales para obtener el mejor diseño y ahorrar costos sin la necesidad de construir y modificar piezas por ensayo y error. PARÁMETROS DE DISEÑO Dimensiones y geometrías de la maquina: Las dimensiones y geometrías del equipo deben garantizar poder compactar filtros de unidad liviana y filtros de unidad pesada, así como evitar el derrame del aceite usado extraído. Por otro debe ser de fácil uso y que garantice las concisiones de seguridad para el operador. Bajo estas condiciones se diseñó el equipo compactador, en las figuras 16 y 17 se pueden ver sus piezas constitutivas y dimensiones. 43 F ig u ra 1 6. C o m p actad o r d e F iltro s. 44 F ig u ra 1 7. D im en sio n am ien to d el C o m p actad o r d e F iltro s. 45 Componentes principales: • Válvula mecánica: para accionar el mecanismo, se selecciona marca comercial FESTO, modelo VHER-H-B43C-G12, con una presión de trabajo de 0 a 10 Bar. (Figura 16). • Unidad de mantenimiento para aire comprimido: con una presión de trabajo de 0.5 a 12 Bar. Marca FESTO (Figura 16) • Cilindro neumático: le cual debe contar con la presión y material adecuado para triturar los filtros, se escogió un cilindro neumático el motor marca SMC, modelo CDS1B-250TN-250-M9B-M-4 cuyas dimensiones y características principales se muestran en las figuras 17 y 18. • Cabezal para cilindro: el cual hará contacto directo con los filtros a compactar. (Figura 18) Figura 18. Características del cilindro neumático. 46 • Capsula de trituración: la base debe aplicar a las dimensiones de los filtros tanto del ramo liviano como pesado. Se debe prevenir el paso de partículas metálicas al contenedor de aceite usados, así como salpicaduras de aceite al exterior durante la trituración. En la figura 19 se pueden ver sus características. Figura 19. Características de la capsula de trituración. Es importante resaltar que el aceite extraído de los filtros caerá directamente al tambor recolector mediante una tolva de drenaje (Figura 20 y 21). 47 Figura 20. Ubicación de la tolva de drenaje de aceite usado. Figura 21. Ubicación del tambor recolector de aceite usado. Construcción de Prototipo: Se procedió a realizar la construcción de un prototipo (ver figuras 22, 23, 24 y 25), el cual cabe destacar que posee algunas variaciones con el 48 equipo diseñado y solo cuenta con los componentes necesarios para llevar a cabo la función principal: compactación del filtro y extracción del aceite. Debido a que fabricado para poder realizar pruebas y verificar que si es capaz de compactar el filtro y extraer el aceite. Figura 22. Fabricación del cabezal para el cilindro. 49 Figura 23. Cabezal para el cilindro. Figura 24. Ensamblaje del compactador. 50 Figura 25. Compactador de Filtro. Diseño de Experimento: Se aplicó un diseño experimental factorial a fin de conocer, la influencia de algunas variables tomadas en cuenta, sobre la compactación del filtro y la cantidad de aceite extraído. Luego se realizó un análisis estadístico de los resultados obtenidos, a través de un software para cálculos estadísticos (STATGRAPHICS Centurion XV), siendo las variables de respuesta el promedio de compactación de los filtros y la cantidad de aceite extraído. • Identificación de los factores y niveles seleccionados para el desarrollo del diseño factorial aplicado. Los factores a utilizar son: presión de trabajo y Altura del filtro. (Ver tabla 4). 51 Para la presión utilizaremos como Nivel II, 120 PSI, ya que a la hora de realizar el diseño se seleccionó un cilindro con una presión de trabajo de 8 Bar (116,03 PSI) y como Nivel I se seleccionará 60 PSI para determinar si a menor presión se pueden obtener iguales resultados. Para la altura de filtros se seleccionaran 4 niveles, correspondiente a 4 modelos de filtros: � Filtro 33352: 174.5 mm de altura. (Segmento pesado). � Filtro 51515: 126.70 mm de altura. (Segmento pesado). � Filtro 951841: 101.2 mmm de altura. (Segmento liviano). � Filtro 51334: 82 mm de altura. (Segmento liviano). En el anexo D se pueden apreciar los planos de los modelos de filtros seleccionados para el experimento. Tabla N°4. Factores y niveles seleccionados para el desarrollo del diseño factorial aplicado. Factores Nivel I Nivel II Nivel III Nivel IV Presión de trabajo 60 PSI 120 PSI Altura del filtro 174.5 mm 126.70 mm 101.2 mm 82 mm 52 Figura 26. Pantalla de atributos de diseño Factorial Multinivel. Datos mostrados por StatGraphics. • Selección de las corridas aleatorias Una vez seleccionados los factores y de los niveles con los cuales se trabajarían, se estableció las corridas aleatorias, es decir se realizaron todas las combinaciones posibles entre los niveles de los factores en estudio. Esto representa el orden en que se van a realizar las pruebas (Tabla 5). Tabla N°5. Corridas aleatorias. 53 • Desarrollo de las pruebas Se seleccionaron e identificaron 16 filtros (se realizó con una réplica), luego se llevaron a la balanza para ser pesados (Figura 27, para posteriormente compactar cada muestra en el orden reportado en la tabla 5 (Figura 28, 29 y 30). Figura 27. Selección y pesaje de filtros. Figura 28. Presión de trabajo. 54 Figura 29. Compactación de filtros. 55 Figura 30. Muestras de filtros compactados. Al terminar con la compactación de las muestras, se calculó el peso y altura final de las mismas, para determinar el porcentaje de compactación y la cantidad de aceite extraído (Figura 31). Figura 31. Pesaje y medición de altura de filtros compactados. 56 • Análisis de la varianza y efectos presentados por los factores seleccionados: Los valores obtenidos para el promedio de compactación de los filtros y la cantidad de aceite extraído se presentan en la tabla 6, se procesaron utilizando el paquete estadístico STATGRAPHICS Centurión XV, a fin de determinar los efectos de las variables principales y sus interacciones. Tabla N°6. Valores obtenidos para el promedio de compactación de los filtrosy la cantidad de aceite extraído. � Análisis para cantidad de aceite extraído. En la tabla 7 se puede visualizar que la presión es la de mayor magnitud, por lo tanto es posible inferir que es el factor que más influye en la cantidad de aceite extraído. Seguido del factor altura y por último la interacción del efecto de la presión sobre la altura (efecto AB). 57 Tabla N°7. Efectos estimados y sus errores estándares para cantidad de aceite extraído. Las Figuras 32 y 33 expresan la influencia de los niveles sobre las variables respuestas. A mayor presión mayor cantidad de aceite extraído. También se pudo observar que a mayor altura, la cantidad de aceite extraído es mayor, esto debido a que mientras más alto es el filtro mayor cantidad de aceite almacena. Entonces tenemos que la presión optima de trabajo es 120 Psi. Figura 32. Efecto de los principales factores que influyen sobre la cantidad de aceite extraído. 58 Figura 33. Análisis por la estandarización por Pareto de la cantidad de aceite extraído. Para corroborar las apreciaciones anteriores se realizó el análisis de varianza mostrada en la Tabla 8, la cual permite determinar cuál de estos efectos es estadísticamente significativo. En este caso, 3 efectos tienen un valor-P menor que 0,05 (Presión, Altura y la interacción presión sobre altura), indicando que son significativamente diferentes de cero con un nivel de confianza del 95,0%. Tabla N°8. Análisis de Varianza para cantidad de aceite extraído. 59 � Análisis para porcentaje de compactación. Se observa que la presión es la de mayor magnitud, así podemos suponer que es el factor con mayor influencia en el porcentaje de compactación de los filtros. (Tabla 9) Tabla N°9. Efectos estimados y sus errores estándares para porcentaje de compactación. En las Figuras 34 y 35 tenemos la influencia de los niveles sobre las variables respuestas. Mientras mayor es la presión mayor es el porcentaje de compactación. Corroborando que la presión de trabajo que debemos aplicar el 120 Psi. Figura 34. Efecto de los principales factores que influyen sobre el porcentaje de compactación. 60 Figura 35. Análisis por la estandarización por Pareto del porcentaje de compactación. En la tabla 10 tenemos el análisis de varianza, con el que podemos determinar cuál de estos efectos es estadísticamente significativo. En este caso, solo la presión tiene un valor-P menor que 0,05, indicando que es significativamente diferente de cero con un nivel de confianza del 95,0%. Tabla N°10. Análisis de Varianza para porcentaje de compactación. La presión es el factor más importante en el porcentaje de compactación de filtros y cantidad de aceite extraído y para los dos muestra un efecto estadísticamente significativo. 61 También se puedo observar que el promedio de porcentaje de compresión a 120Psi es 61.77 por ciento. Y la cantidad promedio de aceite extraído a 120 Psi es 536.87 g. 4.5 Alternativas para el aprovechamiento de los componentes de los filtros usados de aceite automotriz en Venezuela. Se definió un listado de alternativas, de cómo las industrias pueden aprovechar en sus procesos los componentes de los filtros usados y se identificaron las alternativas que se pueden aplicar fácilmente en la empresa Affinia Venezuela. Tabla N°11. Alternativa 1. Alternativa 1 COMPONENTE *contaminado con aceite usado Acero INDUSTRIA APLICABLE Siderúrgicas APLICACIÓN Se recicla casi al 100% como materia prima en la siderurgia integral, se puede reciclar una y otra vez, indefinidamente, en un ciclo sin fin. Tabla N°12. Alternativa 2. Alternativa 2 COMPONENTE *contaminado con aceite usado Acero INDUSTRIA APLICABLE Plantas metalúrgicas APLICACIÓN Materia prima Tabla N°13. Alternativa 3. Alternativa 3 COMPONENTE Goma 62 *contaminado con aceite usado INDUSTRIA APLICABLE Fabricantes de goma APLICACIÓN Materia prima Tabla N°14. Alternativa 4. Alternativa 4 COMPONENTE *contaminado con aceite usado Aceite INDUSTRIA APLICABLE Cementera APLICACIÓN Combustible alternativo aportar un valor añadido al horno de cemento en términos de poder calorífico Tabla N°15. Alternativa 5. Alternativa 5 COMPONENTE *contaminado con aceite usado Aceite INDUSTRIA APLICABLE Plantas metalúrgicas APLICACIÓN Combustible alternativo Se mezcla el aceite con otros combustibles de mayor poder calorífero como el fuel oil para su utilización como combustible en diferentes aplicaciones Tabla N°16. Alternativa 6. Alternativa 6 COMPONENTE *contaminado con aceite usado Aceite INDUSTRIA APLICABLE Fabricantes de aceite APLICACIÓN Materia Prima Como carga a unidades del tren 63 Lubricantes. Por mantener sus características químicas y ya tener incorporados aditivos resulta una base de excelente calidad luego de un proceso para eliminar impurezas Tabla N°17. Alternativa 7. Alternativa 7 COMPONENTE *contaminado con aceite usado Aceite INDUSTRIA APLICABLE Regeneradoras de aceite APLICACIÓN Materia Prima Consiste en reprocesar el aceite usado para la producción de nuevas bases lubricantes y posterior re utilización. Tabla N°18. Alternativa 8. Alternativa 8 COMPONENTE *contaminado con aceite usado Aceite INDUSTRIA APLICABLE Fabricación de asfalto APLICACIÓN Materia Prima Relleno en caminos y autopistas durante la elaboración de la capa asfáltica o reutilización para la producción de pinturas asfálticas Actualmente la empresa Affinia Venezuela (Filtros Wix) vende el acero producto del scrap de los procesos productivos, a la empresa SIDOR, por lo que ya cuenta con la logística necesaria para vender los filtros usados compactados. 64 Se han entablado conversaciones con los proveedores de gomas MARCEPLAST y VENEMPRET, para presentarles la propuesta de venderle las empacaduras retiradas de los filtros usados y mostrado interés de adquirir las mismas a un bajo costo para reusarlas como materia prima en sus procesos. 65 CONCLUSIONES Una vez desarrollada la presente investigación se llegaron a las siguientes conclusiones: � Actualmente los filtros usados de aceite automotriz se están desechando con la basura común, convirtiéndose en un riesgo de contaminación de agua, suelo y/o aire. � En Venezuela el parque automotor asciende a 4.196.365 vehículos por lo que se puede estimar una cantidad de 12.589.095 filtros usados generados al año. � La presión es el factor más importante en el porcentaje de compactación de filtros y cantidad de aceite extraído y para los dos muestra un efecto estadísticamente significativo. Teniendo así que la presión de trabajo optima es 120 Psi. � El promedio de porcentaje de compresión a 120Psi es 61.77 por ciento. Y la cantidad promedio de aceite extraído a 120 Psi es 536.87 g. � Se pueden aprovechar casi la totalidad de los componentes de los filtros usados, facilitando la reinserción y vida útil de estos residuos como materias primas de nuevas cadenas productivas. contribuyendo a disminuir la cantidad de desechos enviados a los vertederos. 66 RECOMENDACIONES Con base a la investigación realizada, a continuación se plantean las siguientes recomendaciones: � Realizar la evaluación de costos de recolección y proceso de recuperación para determinar el porcentaje que representa y definir el aporte del consumidor en la compra del producto. � Identificar y evaluar empresas fabricantes y/o regeneradoras de aceites usados interesadas en adquirirel aceite recuperado. � Se recomienda profundizar más en esta investigación para contemplar el sistema de recolección de los filtros usados y el traslado de los componentes recuperados hasta el sitio donde serán aprovechados. � Realizar jornadas de divulgación y educativas que logren crear conciencia y cultura ambientalista, con el fin de incorporar activamente a toda la población y evitar la incorrecta disposición de filtros de aceite y aceites lubricantes usados. � Crear grupos multidisciplinarios que estudien, complementen y apliquen las propuestas planteadas en esta investigación. � Diseñar e implementar estrategias políticas que fomenten el desarrollo sustentable en la población. 67 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS Arner, R. (1995). Separating the Steel from the oil. Biocycle, 36(1):61-62. Blundell, G. (1998). Policy forum: used motor oil-defining a management strategy for Ontario. Recuperado el 02 de septiembre del 2014, de http://www.rco.on.ca/research/proceedings/usedoil.html. CONCAWE. (2000). Disposing of used lubricating oils. Volumen 9. Número 2. Bélgica. Disponible en www.concawe.be. Concejo de Ministros del Ambiente de Canadá. (1989). Código de Práctica para Manejo de Aceite Lubricante Usado en Canadá. Elaborado por Monenco Consultants Ltd. [Documento en línea] Disponible en: http://www.ccme.ca/assets/pdf/pn_1042_e.pdf Garibello, O. (2003). Manual de normas y procedimientos para la gestión de aceites usados. Memoria de las Jornadas de capacitación para el manejo de Residuos derivados del sector transporte. DAMA (Dpto. Técnico Administrativo del Ambiente).Colombia. Disponible en www.dama.gov.co. Grande, I. y Abascal, E. (2005). Análisis de encuestas. Madrid: ESIC Editorial. Gonzalez, C. (2014). Propuesta de un plan de manejo de aceites lubricantes usados de automóviles para el estado Carabobo. Barbula, Venezuela. Hernández, R. y Fernández, C. (2000). Metodología de la Investigación. Manual de apoyo para profesores. (2ª ed.). Mc Graw-Hill Interamericana Editores S.A. Mexico. 68 Martínez , J. (2005). Guía para la Gestión Integral de Residuos Peligrosos. Fichas temáticas Tomo II. International Development Research Centre. Canada UPE (Urban Poverty and Environment). Centro Coordinador del Convenio de Basilea para América Latina y el Caribe. Uruguay. Disponible en www.idcr.ca/es. Metserv, R. (2002) A Feasibility Study for Recycling Used Automotive Oil Filters in a Blast Furnace. Recuperado el 06 de septiembre del 2014, de https://www.steel.org/~/media/Files/AISI/Making%20Steel/oilfilterfinalrpt.pdf Millan, S. (2007). Alternativas de Tratamiento, Recuperación y Aprovechamiento para Filtros de Aceite Vehicular. Cali, Colombia. Ortiz, S. (2009). 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Caracas: Fedupel. http://www.wixfilters.com.ve/generales_filtros_aceite.html. Documento en línea Recuperado el 06 de agosto del 2014. 70 ANEXOS 71 ANEXO A VALIDACIÓN Y APROBACIÓN DEL CUESTIONARIO TIPO CERRADO APLICADO 72 ANEXO A-1 VALIDACIÓN Y APROBACIÓN DEL CUESTIONARIO TIPO CERRADO POR EL EXPERTO 1 73 74 UNIVERSIDAD DE CARABOBO ÁREA DE ESTUDIOS DE POSTGRADO FACULTAD DE INGENIERÍA MAESTRÍA EN INGENIERÍA AMBIENTAL VALIDACIÓN DEL INSTRUMENTO Instrucciones Lea cuidadosamente cada pregunta. Marque con una “X” el valor numérico que se le dará a los factores a evaluar de los respectivos ítems. Aspectos de Evaluación - Claridad - Pertinencia - Precisión - Coherencia Grados de Ponderación - Excelente (E) - Satisfactorio (S) - Bueno (B) - Regular (R) - Deficiente (D) 75 76 77 UNIVERSIDAD DE CARABOBO ÁREA DE ESTUDIOS DE POSTGRADO FACULTAD DE INGENIERÍA MAESTRÍA EN INGENIERÍA AMBIENTAL Estimado (a) Ciudadano (a), El presente instrumento que usted recibe, es un cuestionario que forma parte del Trabajo de Grado titulado “Propuesta de alternativas para el aprovechamiento de los componentes de los filtros de aceite automotriz usados en Venezuela”, con la finalidad Diagnosticar la situación actual de la disposición dada a los filtros usados de aceite automotriz en Venezuela. Dicho instrumento, es un cuestionario de preguntas cerradas que está conformada por Diez (10) ítems en preguntas dicotómicas y un (01) ítem en pregunta abierta. Instrucciones generales: - Lea cuidadosamente cada uno de los ítems formulados en el cuestionario. - Responda cuidadosamente cada ítem. - Sea objetivo en cada una de sus respuestas. - No deje ninguna pregunta sin responder. GRACIAS. 78 Instrucciones: SI NO ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) Nombre: Fecha: Conoce: Alguna campaña sobre concienciación de la disposición adecuada de los filtros usados Si la respuesta a la pregunta anterior fue SI, de algunos ejemplo del uso que les da: Al cambiar el filtro de aceite del carro: Gracias por su colaboración… Alguna empresa que realice el manejo y disposición final de filtros y aceites usados Reúsa el aceite drenado? Realiza el drenaje en un envase hermético? Lo drena en alcantarilla, pozo, inodoro, canal de agua? Desecha el filtro en la misma bolsa/contenedor donde desecha la basura común? Primero lo coloca dentro de un recipiente hermético y luego en la basura común? Lo coloca dentro de un recipiente hermético y luego éste lo retira una empresa manejadora de desechos peligrosos? Drena el aceite contenido en el filtro? Recicla el filtro o algún componente del mismo? Encuesta sobre la disposición dada a los filtros automotrices •Para cada afirmación indique con una X (equis) la opción que se ajuste a su opinión •Intente ser lo más objetivo posible. UNIVERSIDAD DE CARABOBO ÁREA DE ESTUDIOS DE POSTGRADO FACULTAD DE INGENIERÍA MAESTRÍA EN INGENIERÍA AMBIENTAL 79 Operacionalización de las variables Objetivo General:
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