Sistema de Realimentação de Água

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SISTEMA DE REALIMENTACIÓN DE AGUA EN LA SEPARACIÓN 
CENTRÍFUGA DE POLÍMEROS 
 
 
 
 
ANDRÉS JIMÉNEZ NÚÑEZ 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
UNIVERSIDAD DE LOS ANDES 
FACULTAD DE INGENIERÍA 
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA MECÁNICA 
BOGOTÁ 
2004 
 
 
 
 
 
 
 
 
IM-2004-I-19 
 2
 
 
 
 
 
 
 
 
SISTEMA DE REALIMENTACIÓN DE AGUA EN LA SEPARACIÓN 
CENTRIFUGA DE POLÍMEROS 
 
 
ANDRÉS JIMÉNEZ NÚÑEZ 
 
 
 
Proyecto de Grado para optar al título en Ingeniería Mecánica 
 
 
Asesor 
JORGE ALBERTO MEDINA PERILLA 
Ingeniero Mecánico, Universidad de los Andes 
Dr. Ingeniero Industrial, Universidad de Navarra –España. 
 
 
 
UNIVERSIDAD DE LOS ANDES 
FACULTAD DE INGENIERÍA 
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA MECÁNICA 
BOGOTÁ 
2004 
 
 
 
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A mis padres y hermanos por ser los 
promotores de esta empresa y la inspiración 
para dar cada paso en mi vida. 
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CONTENIDO 
 
INTRODUCCIÓN_______________________________________________ 9 
1. REVISION BIBLIOGRÁFICA _______________________________ 10 
1.1 TRATAMIENTO DE AGUAS __________________________________________________ 10 
1.1.1 TRATAMIENTOS PREELIMINARES _____________________________________________ 11 
1.1.2 SEDIMENTACIÓN Y FLOTACIÓN _______________________________________________ 12 
1.1.3 COAGULACIÓN________________________________________________________________ 16 
1.1.4 FILTRACIÓN __________________________________________________________________ 17 
1.1.5 ADSORCIÓN___________________________________________________________________ 21 
1.2 TEORÍA HIDRÁULICA DE SISTEMAS _________________________________________ 23 
1.3 SEPARACIÓN CENTRÍFUGA DE POLÍMEROS _________________________________ 25 
2. TÉCNICAS EXPERIMENTALES Y MATERIALES_____________ 25 
2.1 EQUIPOS ___________________________________________________________________ 27 
2.1.1 EXPERIMENTACIÓN CON BAJA CONTAMINACIÓN - SEPARADORA CENTRÍFUGA DE 
POLÍMEROS____________________________________________________________________________ 27 
2.1.2 EXPERIMENTACIÓN CON ALTA CONTAMINACIÓN – AGUA DE SALIDA DEL 
PROCESO ______________________________________________________________________________ 27 
2.1.3 EXPERIMENTACIÓN CON ALTA CONTAMINACIÓN – MATERIAL DE 
ALIMENTACIÓN________________________________________________________________________ 29 
2.2 TÉCNICAS DE EXPERIMENTACIÓN __________________________________________ 30 
2.2.1 EFICIENCIA DE SEPARACIÓN DEL PROTOTIPO _________________________________ 30 
2.2.1.1 PROCEDIMIENTO _______________________________________________________ 33 
2.2.2 DENSIDAD DEL FLUIDO DE SEPARACIÓN: ______________________________________ 35 
2.2.2.1 PROCEDIMIENTO _______________________________________________________ 35 
2.2.3 MEDICIÓN DE pH DEL FLUIDO DE SEPARACIÓN:________________________________ 35 
2.2.3.1 PROCEDIMIENTO _______________________________________________________ 35 
2.2.4 GRANULOMETRIA DEL MATERIAL DE ALIMENTACIÓN _________________________ 36 
2.2.4.1 PROCEDIMIENTO _______________________________________________________ 36 
2.2.5 MEDICIÓN DE GRASAS Y ACEITES DEL FLUIDO DE SEPARACIÓN ________________ 36 
2.2.5.1 PROCEDIMIENTO _______________________________________________________ 36 
2.2.6 MEDICIÓN DE SÓLIDOS SUSPENDIDOS DEL FLUIDO DE SEPARACIÓN ____________ 37 
2.2.6.1 PROCEDIMIENTO _______________________________________________________ 38 
2.2.7 MEDICIÓN DE SÓLIDOS TOTALES DEL FLUIDO DE SEPARACIÓN_________________ 39 
2.2.7.1 PROCEDIMIENTO _______________________________________________________ 39 
3. RESULTADOS:____________________________________________ 39 
3.1 EFICIENCIA DE SEPARACIÓN DEL PROTOTIPO ______________________________ 39 
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3.1.1 EXPERIMENTO 1 ______________________________________________________________ 39 
3.1.2 EXPERIMENTO 2 ______________________________________________________________ 41 
3.2 DENSIDAD DEL FLUIDO DE SEPARACIÓN ____________________________________ 45 
3.3 PH DEL FLUIDO DE SEPARACIÓN ____________________________________________ 45 
3.4 GRANULOMETRIA DEL MATERIAL DE ALIMENTACIÓN ______________________ 46 
3.5 GRASAS Y ACEITES DEL FLUIDO DE SEPARACIÓN____________________________ 47 
3.6 SÓLIDOS SUSPENDIDOS DEL FLUIDO DE SEPARACIÓN _______________________ 48 
3.7 SÓLIDOS TOTALES DEL FLUIDO DE SEPARACIÓN ____________________________ 48 
4. ANÁLISIS DE RESULTADOS:_______________________________ 49 
4.1 EFICIENCIA DE SEPARACIÓN DEL PROTOTIPO ______________________________ 49 
4.2 DENSIDAD DEL FLUIDO DE SEPARACIÓN ____________________________________ 50 
4.3 PH DEL FLUIDO DE SEPARACIÓN ____________________________________________ 51 
4.4 GRANULOMETRIA DEL MATERIAL DE ALIMENTACIÓN ______________________ 51 
4.5 GRASAS Y ACEITES DEL FLUIDO DE SEPARACIÓN____________________________ 52 
4.6 SÓLIDOS SUSPENDIDOS DEL FLUIDO DE SEPARACIÓN _______________________ 53 
4.7 SÓLIDOS TOTALES DEL FLUIDO DE SEPARACIÓN ____________________________ 53 
5. DISEÑO DEL SISTEMA DE RECIRCULACIÓN DE AGUA _____ 54 
5.1 SISTEMA HIDRÁULICO DE REALIMENTACIÓN GENERAL_____________________ 57 
5.1.1 TRATAMIENTO PREELIMINAR _________________________________________________ 57 
5.1.2 TANQUE DE ALMACENAMIENTO _______________________________________________ 58 
5.1.2.1 DISEÑO _______________________________________________________________________ 58 
5.1.2.2 FILTRACIÓN DE PARTÍCULAS MAYORES _______________________________________ 61 
5.1.3 SISTEMA DE SEPARACIÓN DE PARTÍCULAS MENORES __________________________ 63 
5.1.3.1 FILTRO DE ARENA _______________________________________________________ 63 
5.2 CURVA HIDRÁULICA Y ESPECIFICACIÓN DE LA BOMBA DEL SISTEMA ________ 64 
5.2.1 CURVA HIDRÁULICA DEL SISTEMA ____________________________________________ 64 
5.2.2 ESPECIFICACIÓN DE LA BOMBA _______________________________________________ 67 
5.3 MANTENIMIENTO Y LIMPIEZA DEL SISTEMA ________________________________ 67 
5.3.1 MALLA DE REMOCIÓN DE SÓLIDOS DEL TANQUE ______________________________ 67 
5.3.2 TANQUE DE ALMACENAMIENTO Y SEDIMENTACIÓN ___________________________ 68 
5.3.3 RETRO-LAVADO DEL FILTRO DE ARENA _______________________________________ 68 
5.4 ESCALADO INDUSTRIAL ____________________________________________________ 69 
6. CONCLUSIONES __________________________________________ 72 
BIBLIOGRAFÍA_______________________________________________ 74 
ANEXOS _____________________________________________________ 76 
 
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Lista de Figuras 
 
 
Figura 1. Aplicabilidad de procesos de remoción por tamaño de partícula. .................... 11 
Figura 2. Unidades de filtración de primer nivel. ........................................................... 12 
Figura 3. Sedimentación Ideal en Tanques..................................................................... 15 
Figura 4. Sedimentación de Partículas Discretas y en Coagulación ................................ 17 
Figura 5. Diagrama de funcionamiento de filtros de micro-malla. .................................. 19 
Figura 6. Eficiencia de remoción de partículas con respecto al tamaño de partícula y al 
caudal manejado............................................................................................................ 20 
Figura 7. Porcentajes de adsorción de sustancias típicas con carbón activado ................ 22 
Figura 8. Diagrama de pruebas experimentales realizadas.............................................. 26 
Figura 9. Diagrama de pruebas experimentales realizadas con material de alta 
contaminación. .............................................................................................................. 26 
Figura 10. Descripción de las pruebas realizadas al agua de salida en condición de alta 
contaminación. .............................................................................................................. 29 
Figura 11. Diagrama de la separadora centrífuga de polímeros.................................... 28 
Figura 12. Esquema de la separadora centrífuga de polímeros.. ..................................... 34 
Figura 13. Montaje de Sohxlet para extracción de grasas y aceites................................. 37 
Figura 14. Montaje de Rota-Vapor para destilación del hexano. .................................... 37 
Figura 15. Montaje de vacío para sólidos suspendidos. .................................................. 38 
Figura 16. Montaje de vacío y adición de muestra. ........................................................ 38 
Figura 17. Eficiencia de Separación Vs. ∆ RPM Carcaza-Tornillo. Nivel = 7 cm.......... 42 
Figura 18. Eficiencia de Separación Vs. ∆ RPM Carcaza-Tornillo. Nivel = 9 cm .......... 43 
Figura 19. Distribución de tamaño de partícula de material proveniente del Relleno 
Sanitario Doña Juana..................................................................................................... 46 
Figura 20. Distribución de forma y tamaño partículas de PEAD .................................... 46 
Figura 21. Distribución de forma y tamaño partículas de PET ....................................... 47 
Figura 22. Vista lateral del equipo de separación. .......................................................... 52 
Figura 23. Sistema hidráulico de la separadora centrífuga de polímeros......................... 57 
Figura 24. Separación de capas por densidad dentro del tanque. .................................... 58 
Figura 25. Composición promedio del suelo. ................................................................. 59 
Figura 26. Nivel del agua en el tanque durante el llenado de la máquina. ....................... 60 
Figura 27. Diagrama con dimensiones del tanque de almacenamiento y sedimentación. 61 
Figura 28. Planos del tanque de sedimentación. ............................................................. 62 
Figura 29. Disposición de entradas y salidas del tanque, y de la malla y los ganchos de 
ajuste............................................................................................................................. 63 
Figura 30. Pérdidas de cabeza en función del caudal manejado...................................... 65 
Figura 31. Caída de cabeza a través del tiempo en el filtro............................................. 66 
Figura 32. Superficie de Cabeza vs. Tiempo y Caudal ................................................... 66 
Figura 33. Sistema de retro-lavado de filtro de arena. .................................................... 69 
 
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Lista de Tablas 
 
 
Tabla 1. Valores de rugosidad relativa en tubería típica. ................................................ 24 
Tabla 2. Valores típicos de coeficientes de pérdidas K................................................... 24 
Tabla 3. Descripción de las pruebas realizadas al agua de salida en condición de alta 
contaminación. .............................................................................................................. 29 
Tabla 4. Pruebas propuestas para el cálculo de la eficiencia del prototipo en función de 
∆RPM........................................................................................................................... 31 
Tabla 5. Ensayos propuestos para condiciones de alta contaminación. ........................... 32 
Tabla 6. Rangos de parámetros variables y valores de parámetros constantes para la 
experimentación. ........................................................................................................... 33 
Tabla 7. Parámetros de operación para condiciones de alta contaminación. ................... 34 
Tabla 8. Resultados de las pruebas propuestas. Nivel utilizado 7 cm.............................. 40 
Tabla 9. Resultados de las pruebas propuestas. Nivel utilizado 9 cm.............................. 40 
Tabla 10. Resultados Experimentales de Eficiencia. ...................................................... 40 
Tabla 11. Eficiencia pruebas en condiciones de alta contaminación. .............................. 41 
Tabla 12. Resultados de las densidades de agua destilada y de agua de salida del prototipo 
con sólidos de alta contaminación ................................................................................. 45 
Tabla 13. Resultados de medición de pH del agua de salida en condiciones de alta 
contaminación............................................................................................................... 45 
Tabla 14. Resultados de la extracción de grasas y aceites .............................................. 47 
Tabla 15. Resultado de concentración de sólidos suspendidos ....................................... 48 
Tabla 16. Resultado de sólidos totales de agua filtrada con diferentes medios................ 49 
Tabla 17. Comparación métodos para remover partículas menores ................................ 55 
Tabla 18. Comparación de los métodos para eliminar grasas. ........................................ 56 
Tabla 19. Dimensiones del tanque de almacenamiento y sedimentación. ....................... 60 
Tabla 20. Cálculo hidráulico del sistema debido a elementos de fricción. .................... 65 
Tabla 21. Composición promedio de polímeros que llegan al relleno sanitario Doña 
Juana............................................................................................................................. 69 
Tabla 22. Datos para el cálculo de las dimensiones básicas de la zona de separación del 
equipo. ........................................................................................................................ 70 
Tabla 23. Factores de conversión para el tanque de almacenamiento del prototipo y para 
escalado industrial. ........................................................................................................ 71 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Lista de Anexos 
 
 
 
 
 
 
 
 
Anexo 1. Catálogos de Filtros de Cartucho 
 
Anexo 2. Características del sistema diseñado 
 
Anexo 3. Especificaciones de las bombas para prototipo y escalado. 
 
Anexo 4. Costos de los sistemas de realimentación de agua 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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INTRODUCCIÓN 
 
 
Como respuesta a la necesidad del sector de plásticos en Colombia, el Centro de 
Investigación en Procesamiento de Polímeros (CIPP) inició en el primer semestre de 2003 
una investigación en el tema de la separación centrífuga de polímeros para reciclaje. 
Hasta la fecha este trabajo ha dado como resultados la construcción y verificación de la 
eficiencia de un equipo para tal fin. 
 
El prototipo de separación centrífuga de polímeros permite que hoy en día, se cuente con 
un modelo de alta eficiencia como alternativa de separación en la industria del reciclaje. 
El presente proyecto tiene como objetivo principal diseñar y validar un sistema de 
realimentación y tratamiento del fluido de separación manejado en este proceso. En el 
caso actual, el sistema de separación se realiza en medio acuoso, pero la idea es que en 
el futuro se cuente con diferentes líquidos que permitan separar otros polímeros. Las 
cantidades necesarias de agua que demanda el proceso de separación son considerables, 
por lo que es necesario pensar en un sistema de lazo cerrado que permita su reutilización. 
 
Para diseñar este sistema, es necesario establecer las condiciones óptimas de 
funcionamiento del prototipo de separación centrífuga. Una vez establecidos los 
parámetros de su punto de mejor operación, se procedió a tomar muestras del agua 
descargada en el proceso de separación para un caso de alta contaminación de sólidos 
entrantes. El caso de alta contaminación representa la condición en que sería utilizado el 
prototipo a nivel industrial. El estudio de tratamiento de aguas y teorías del manejo de su 
calidad permitieron establecer parámetros de diseño. La posterior evaluación de las 
muestras de agua en condicionesde alta contaminación permitió establecer sus 
características principales a la salida del proceso. De acuerdo con estos resultados se 
pudo establecer el tipo de sistema de bombeo y de remoción de partículas del agua que se 
debía utilizar. 
 
El trabajo incluye la bibliografía consultada para conocer las teorías de tratamiento de 
aguas, los datos de la experimentación realizada, y una detallada explicación de cada 
paso dado durante su ejecución. A continuación se presentan los resultados, sus análisis y 
conclusiones. De acuerdo al trabajo desarrollado se exponen las alternativas de diseño 
del sistema de realimentación de agua, y posteriormente un diseño definitivo de acuerdo 
con las ventajas que cada opción daba. Al final del documento se presentan las 
conclusiones del diseño realizado y de su funcionamiento como alternativa de ahorro de 
agua en la separación centrífuga de polímeros. 
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 10
 
 
 
1. REVISION BIBLIOGRÁFICA 
 
El propósito de esta revisión bibliográfica es presentar la investigación realizada en el 
tema de tratamiento de aguas. El análisis de la utilización de estos sistemas de 
tratamiento en diversos campos industriales permitió establecer las condiciones y 
características del sistema a implementar. En este capítulo se muestra el rango de 
aplicación de los tratamientos de aguas para verificar los que se ajustan a las condiciones 
que maneja el prototipo de separación centrífuga de polímeros. 
 
 
1.1 TRATAMIENTO DE AGUAS 
 
El tratamiento de aguas industriales y domésticas en general busca controlar variables 
como sólidos totales suspendidos, color, sabor, olor, materia disuelta. Para controlar 
estas variables se usan ampliamente tres tipos de procesos. Tratamientos físicos, 
químicos y biológicos son utilizados por separado o en conjunto para lograr obtener 
características específicas en las aguas tratadas. (TEBUTT, 1992) 
 
Los procesos físicos dependen esencialmente de las propiedades físicas de las impurezas, 
como tamaño de partícula, gravedad específica, viscosidad. Los procesos más comunes 
son sedimentación y filtración. 
 
En cuanto a los procesos químicos, éstos dependen de las características y 
comportamiento químico tanto de las impurezas como de los agentes químicos 
adicionados a la muestra de agua. Algunos ejemplos de procesos químicos son la 
coagulación, precipitación, y adsorción. 
 
Los procesos biológicos son el tercer tipo de proceso de tratamiento de aguas. La 
utilización de procesos bioquímicos permite remover impurezas solubles, normalmente 
orgánicas. La filtración biológica y la oxidación anaeróbica son ejemplos tratamientos 
aeróbico y anaeróbico-biológicos respectivamente, utilizados en la estabilización de 
desechos orgánicos concentrados. 
 
En ocasiones la utilización de un solo método de tratamiento de agua es necesaria para 
lograr las características deseadas. Sin embargo, a veces se requieren procesos en serie. 
 
La Figura 1 muestra la aplicabilidad de los métodos despendiendo del tamaño de 
partícula que se quiere remover. 
 
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 11
Figura 1. Aplicabilidad de procesos de remoción por tamaño de partícula. 
(Adaptado de TEBUTT, 1992) 
 
Para el caso en particular de la separadora centrífuga de polímeros no se busca potabilizar 
el agua. El agua entra limpia al proceso de separación, y en su papel de transporte va 
limpiando las impurezas de las partículas que se busca separar. El proceso de 
realimentación deberá mantener la densidad del agua y las características tensoactivas 
dentro de los rangos operacionales de acuerdo a los materiales que se estén separando. La 
valoración de estos parámetros y el estudio del agua de salida de la máquina permitirán 
establecer el proceso más indicado para el diseño del sistema. 
 
 
1.1.1 TRATAMIENTOS PREELIMINARES 
 
Los tratamientos preeliminares se refieren a la utilización de métodos físicos para 
remover las partículas mayores que puedan ocasionar daño o deterioro acelerado de los 
equipos que se tengan. Esta remoción se logra con la utilización de mallas con apertura 
desde los 75 mm y de hasta de 5 mm, dependiendo del tamaño de los sólidos presentes. 
En algunos casos se utilizan equipos con mallas en movimiento como los mostrados en la 
Figura 2. 
 
La ventaja de estos tratamientos primarios o preeliminares es que evitan caídas de presión 
excesivas en los mecanismos de remoción de partículas que estén dispuestos aguas abajo. 
En otros métodos que se presentarán más adelante es inevitable evitar estas caídas por lo 
que hay que suspender momentáneamente el proceso y cambiar el elemento de remoción 
de partículas. Estos métodos se utilizan principalmente para caudales grandes y niveles 
de contaminación elevados. 
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 12
 
 
Figura 2. Unidades de filtración de primer nivel. (Adaptado de TEBUTT, 1992) 
 
 
1.1.2 SEDIMENTACIÓN Y FLOTACIÓN 
 
La sedimentación es un tratamiento físico en el que partículas discretas suspendidas en 
un líquido caen a una velocidad terminal dada por parámetros del fluido y de la partícula 
misma. Este es un proceso de segundo nivel en el tratamiento de aguas domésticas e 
industriales. La sedimentación ocurre si la densidad de la partícula es mayor a la del 
fluido. En los casos en que es menor, la partícula permanece en la superficie del fluido, 
es decir, en flotación. Una vez sedimentadas o en flotación, se pueden remover las 
partículas de acuerdo a su localización. 
 
Varias técnicas de sedimentación se han desarrollado, en las que se encuentran algunas 
como la centrífuga, que aumenta la velocidad de sedimentación por la aceleración 
centrífuga de la partícula. La gravedad aparente permite que este proceso sea más rápido, 
pero así mismo requiere de mayor consumo de energía y la utilización de equipos 
adicionales. 
 
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 13
Algunas partículas en aguas presentan características especiales que no les permite 
sedimentarse así sean de mayor densidad que el fluido en el que se encuentren. Algunas 
otras son tan pequeñas (menores de 50 µm) que sus velocidades de sedimentación son 
demasiado bajas y se necesita mucho tiempo para que sedimenten si su densidad no es 
alta. Su remoción por el proceso de sedimentación no es viable. Si es necesario remover 
este tamaño de partículas se deben utilizar otros métodos adicionales. 
 
La teoría fundamental de sedimentación asume la presencia de partículas discretas en un 
fluido, que no cambian en tamaño, forma ni masa durante el proceso. Si las partículas 
están localizadas en fluidos de menor densidad que la propia de la partícula, se acelerará 
hasta que llegue a una velocidad terminal que se puede calcular por las ecuaciones 
arrastre en fluidos: 
 
peso – fuerza de empuje del fluido = fuerza de fricción por arrastre [1] 
 
Teniendo en cuenta el lado izquierdo de la ecuación y tomándolo como la fuerza 
gravitacional, está estará dada por la expresión 
 
fuerza gravitacional = ( )gVws ρρ − , [2] 
 
en donde sρ = densidad de la partícula 
 wρ = densidad del fluido 
 V = volumen de la partícula. 
 
Haciendo un análisis dimensional de la ecuación obtenida en términos de la fuerza de 
arrastre se puede encontrar la siguiente relación: 
 
fuerza de fricción por arrastre = 
2
2vAC WCD ρ [3] 
 
en donde DC = coeficiente de arrastre de Newton 
 CA = area seccional de la partícula 
 sv = velocidad terminal de la partícula. 
 
 
El valor de DC varía de acuerdo al número de Reynolds y la geometría de la partícula: 
 
En esferas, 
 
1Re ≤ , flujo laminar DC = 
Re
24 [4] 
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 14
 
310Re1 ≤< DC = 6.0Re
5.18 [5] 
 
310Re > , régimen turbulento DC = 34.0
Re
3
Re
24
++ [6] 
 
En sedimentación 
υ
dvs=Re [7] 
 
en donde d = diámetrode la partícula 
 υ = viscosidad cinemática del fluido 
 
Igualando las fuerzas gravitacionales y las de fricción por arrastre, 
( )gVws ρρ − = 
2
2vAC WCD ρ [8] 
y resolviendo para la velocidad se obtiene la siguiente expresión: 
 
cwD
ws
s AC
gVv
ρ
ρρ )(2 −
= [9] 
para esferas, 
6
3dV π
= [10] y 
4
2dAc
π
= [11] 
 
por tanto 
wD
ws
s C
gdv
ρ
ρρ
3
)(4 −
= [12] o 
D
s
s C
Sgdv
3
)1(4 −
= [13] si el fluido es 
agua en donde sS es el peso específico de la partícula. 
 
En cada caso se sustituye DC dada una condición del valor de Re. 
 
En el diseño teórico ideal de tanques de sedimentación se asumen algunas condiciones 
ideales: flujo uniforme en la zona de precipitación, concentración uniforme de sólidos 
mientras el flujo entra en la zona de precipitación, y que no hay resuspensión de los 
sólidos precipitados. En la Figura 3 se presenta un esquema de la sedimentación ideal en 
tanques. 
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 15
 
 
Figura 3. Sedimentación Ideal en Tanques. 
(TEBBUT, 1992) 
 
Considerando una partícula discreta con velocidad de sedimentación 0v que entra la zona 
de sólidos precipitados al final del tanque, y que tuvo que precipitarse una distancia 0h 
desde su ingreso al mismo, tenemos la relación 
0
0
0 t
hv = [14] 
en que 0t es el tiempo de precipitación de la partícula. Sin embargo 0t también puede ser 
calculado por medio de la relación del volumen del tanque y del caudal manejado: 
Q
Vt =0 [15] 
y entonces la velocidad se puede expresar como 
0
00
0 hA
Qh
V
Qhv
s ×
×
=
×
= [16] 
siendo sA el área superficial del tanque. Para establecer cada una de las dimensiones, se 
realiza un nuevo análisis. Siendo el área del tanque 
lwAs ×= [17] 
se puede establecer el valor de l con la velocidad de flujo en el tanque y el tiempo de 
precipitación 0t : 
0tA
Ql
t
×= [18], siendo 0hwA t ×= [19] y 
0
0
0 v
ht = [20], 
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 16
obteniéndose que 
0vw
Ql
×
= [21]. 
Se debe tener en cuenta que la tensión superficial del agua juega un papel importante 
dentro del proceso de separación, tanto dentro de la separadora centrífuga como en el 
proceso de sedimentación de partículas. Sin embargo, dentro de los contaminantes hay 
cantidades de jabones y detergentes que hacen que el valor de la tensión superficial baje, 
permitiendo mayor humectación de las partículas que se busca sedimentar. 
 
Con estas consideraciones se pueden calcular las dimensiones del tanque requerido. Sin 
embargo, se debe tener en cuenta también el valor de la tensión superficial del agua. Se 
sabe que esta es una variable que afecta la humectación de las partículas sólidas que se 
busca sedimentar, por lo que es ideal que el valor no sea alto. Normalmente la 
procedencia de los plásticos incluye envases con detergentes y jabones, que funcionan 
como surfactantes. De acuerdo a esto, la tensión superficial del líquido disminuye, por lo 
que no es una amenaza en el presente caso. 
 
El valor límite de concentración para no interferencia en la sedimentación depende 
directamente de la cantidad de minerales que se disuelvan en el agua. Para el caso en el 
que se aumente sensiblemente la densidad del fluido, la cantidad de partículas en la 
superficie puede afectar la sedimentación. Sin embargo, mientras los sólidos suspendidos 
no se disuelvan en el líquido no habrá problemas en la sedimentación. Hay que tener en 
cuenta que lo que sí puede afectar el proceso de sedimentación es la carga electrostática 
que puedan presentar las partículas en suspensión. En caso de ser de cargas iguales su 
sedimentación no será posible. Para ello se necesitaría utilizar el método de precipitación 
por adición de agentes para poder hacer sedimentar las partículas. 
 
 
1.1.3 COAGULACIÓN 
 
La coagulación es un proceso en el que se hacen aglomerar partículas hasta que el tamaño 
de las partículas crece lo suficiente para que se sedimenten. Este proceso es, sin 
embargo, muy lento. Si se hace colisionar partículas su velocidad de coagulación 
aumenta. Esto se puede lograr por medio de agitación moderada. Un coagulante es 
aplicado para que permita que las partículas se empiecen a aglomerar. Hay casos en que 
las cargas iónicas de los sólidos en suspensión no permiten que se sedimenten. 
Sustancias como 342 )(SOAl (alumbre) reducen las fuerzas de repulsión entre partículas 
permitiendo que las fuerzas atractivas de van der Waals resulten siendo efectivas 
causando la aglomeración. La sedimentación se vuelve viable de acuerdo a las cantidades 
de coagulante que se aplique. Algunos de los coagulantes utilizados actualmente son el 
alumbre y las sales férricas. 
 
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 17
En el análisis teórico de la sedimentación se asumen partículas discretas en un fluido, 
que no cambian en tamaño, forma ni masa durante el proceso. Sin embargo para el caso 
de la coagulación, en que las formas de partículas, la masa, y el tamaño aumentan las 
consideraciones anteriores no funcionan adecuadamente. La Figura 4 presenta una 
relación de sedimentación en el tiempo para el caso de partículas discretas y en 
coagulación. 
 
Figura 4. Sedimentación de Partículas Discretas y en Coagulación 
(TEBBUT, 1992) 
 
Se puede apreciar como la velocidad de las partículas aumenta en el tiempo debido a su 
aumento en tamaño y a la disminución de las fuerzas electrostáticas que poco a poco van 
disminuyendo. 
 
 
1.1.4 FILTRACIÓN 
 
La filtración se refiere a los procesos físicos en los cuales hace pasar un flujo con 
partículas a través de un medio poroso. Su utilización es muy amplia en el tratamiento de 
agua potable. Este es un proceso de tercer nivel en el tratamiento de aguas. Aunque 
normalmente el 90% de la turbidez y el color se remueven con la coagulación y 
sedimentación, una cierta cantidad de partículas en coagulación y algunas partículas 
discretas aún en suspensión requieren ser removidas. 
 
Los filtros presentan desventajas en cuanto a caídas de presión en el tiempo hasta su 
punto de saturación, en el que se deben cambiar o retro-lavar. El retro-lavado permite 
una limpieza de las partículas filtradas, realizándose normalmente con agua, aunque en 
IM-2004-I-19 
 18
ocasiones y dependiendo del filtro se hace un lavado con aire previo al del agua. Existen 
varios tipos de filtros que son utilizados en tratamientos de aguas domésticas e 
industriales. 
 
 
 
 
Filtros Granulares: 
 
Los filtros de medio granular son muy comunes y ampliamente utilizados hoy en día. Se 
utilizan diferentes tipos de arenas y gravas, con diversos tamaños y formas de partículas. 
Existen filtros de solo arena, duales o multimedia. Los filtros con más de un medio 
filtrante tienen dispuestas capas de diferentes tamaños de partícula a través de las cuales 
va a pasar el fluido. En las primeras capas se filtran los sólidos de mayor tamaño y en las 
últimas las partículas más pequeñas. Los duales o multimedia son preferidos por encima 
de los de solo arena, ya que su saturación es más lenta, permitiendo mayor utilización 
continua del filtro. Algunos filtros funcionen exclusivamente por gravedad, mientras 
otros están sometidos a presión. Su especificación se hace de acuerdo a las dimensiones 
de la carcaza, al medio o medios filtrantes y a la presión a la que puede ser sometido el 
filtro. 
 
Básicamente existen dos tipos de filtros de arena que han sido implementados en el 
tratamiento de aguas por muchos años. Los filtros rápidos, los lentos y los de presión. 
Su categorización se realiza de acuerdo a los caudales y tamaños de cama de arena 
manejados por cada uno. (TEBBUT, 1992) 
 
Filtros de Micro-Malla: 
 
Se han desarrollado mallas metálicas de tamaños de apertura tales que funcionan para 
retener partículas de hasta 23 µm. De acuerdo con datos experimentales registrados, para 
aguas con concentración de sólidos suspendidosde 6 a 8 mg/l se reporta porcentajes de 
remoción de sólidos suspendidos de entre 70 y 80% con una malla de apertura de 23 µm a 
un caudal de 6.7 gpm/ft² (4.54*10-5 (m³/s)/m²). Para el caso de la utilización de una 
malla de 35 µm y caudal de 10 gpm/ft² (6.78*10-5 (m³/s)/m²) se reporta remoción de 
sólidos suspendidos en agua de entre 50 y 60%. Para este mismo caso, el flujo fue 
sensible a la concentración de sólidos suspendidos, cayendo de 60 a 13 gpm (3.8*10-3 a 
0.8*10-3 m³/s) al pasar de concentración de 25 a 200 mg/l. (ECKENFELDER, 1980) 
 
Los materiales más comunes en que se fabrican filtros de micro-malla son acero y 
polipropileno. Los rangos de mallas metálicas llegan hasta las 20 µm, y las de 
polipropileno alcanzan hasta 1 µm. 
 
IM-2004-I-19 
 19
Constan de una carcaza en la que va internamente el cartucho, o filtro. El fluido entra a la 
carcaza circular por un lado y por la presión el fluido se hace pasar a través de la micro-
malla no teniendo más por donde pasar. Una vez en el interior del filtro entrando al 
interior de la carcaza, y es forzado a salir por el centro del filtro (Ver Figura 5). 
 
Figura 5. Diagrama de funcionamiento de filtros de micro-malla. 
 
La especificación de este tipo de filtro se hace de acuerdo a las dimensiones de la carcaza, 
al material filtrante y a su tamaño de poro. De acuerdo con estas condiciones, se obtienen 
diferentes caudales de trabajo del filtro. En los filtros de micro-malla de plásticos existen 
temperaturas máximas permisibles de operación de hasta 80 ºC. (Ver Anexo 1). 
 
Teoría Hidráulica de la Filtración: 
 
La teoría hidráulica de filtros supone que la resistencia de un flujo de líquido a través de 
un medio poroso es análoga a la del flujo a través de tubería pequeña, pero que aumenta 
en el tiempo. La primera ecuación que modelaba el comportamiento del flujo a través de 
los filtros de cama de partículas granulares fue la de Darcy, 
 
k
v
l
h
= [22] 
donde h es la perdida de cabeza a una profundidad l con una velocidad transversal a la 
entrada v, y k el coeficiente de permeabilidad del medio poroso. Posteriormente 
H.E. Rose desarrolló una ecuación mediante análisis dimensional en función del 
coeficiente de arrastre: 
4
2 1067.1
fgd
vC
l
h
D ψ
= [23] 
donde f = porosidad de elemento filtrante = 
totalVolumen
vacioVolumen
_
_ [24], 
IM-2004-I-19 
 20
 d = diámetro característico de la partícula filtrante, 
 ψ = factor de forma de la partícula filtrante, 
 DC = coeficiente de arrastre = 34.0
Re
3
Re
24
++ [25] 
 
La ecuación de Carman-Kozeny produce resultados similares: 
 
ψgd
v
f
fE
l
h 2
3
)1( −
= [26] 
donde 75.1
Re
1150 +⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛ −
=
fE . [27] 
El factor de forma ψ de las ecuaciones anteriores se refiere a la proporción del área 
superficial de una esfera con el mismo volumen de la partícula con respecto al área 
superficial real de la partícula. 
 
La siguiente gráfica presenta relaciones del tamaño de arena, el porcentaje de sólidos 
suspendidos removidos y el caudal de entrada por unidad de área. 
 
Figura 6. Eficiencia de remoción de partículas con respecto al tamaño de partícula y al 
caudal manejado. (ECKENFEKDER, 1980) 
 
IM-2004-I-19 
 21
Las relaciones hidráulicas anteriores se hacen para calcular la resistencia inicial del filtro 
en el sistema hidráulico. Para hacer las consideraciones de pérdida de cabeza en el 
tiempo, de acuerdo a los niveles de contaminación manejados se deben utilizar otras 
ecuaciones. 
 
Para establecer la pérdida de cabeza en el tiempo debido a la recolección de partículas en 
los poros del material filtrante se puede usar un análisis teórico. 
 
)1(
0
f
tKvchH
−
+= [28] 
 
donde h = pérdida de cabeza de la ecuación de Carman-Kozeny, 
 t = tiempo de operación 
 K = constante, y 
 0c = concentración de sólidos suspendidos a la entrada de la superficie del filtro. 
 
El rango típico de la constante K para filtros rápidos de arena está entre 
1.0E-3 y 35.01E-4 kg/m². 
 
Sin embargo, en la práctica las pérdidas de cabeza son mayores, ya que a medida que los 
poros van reduciendo su tamaño al atrapar sólidos, sólidos más pequeños que el tamaño 
de poro del filtro se empiezan a retener. Por esta razón, un elemento filtrante poroso 
puede retener material considerablemente menor que el del tamaño de poro que tiene. El 
proceso de filtración es muy complejo y no es sencillo modelar la filtración de una 
suspensión en términos puramente matemáticos por la dificultad en la predicción de su 
desarrollo. Lo que se hace normalmente para establecer los valores experimentales de K 
es hacer el montaje de la filtración con la bomba que se va a utilizar, y se expone a un 
agua de concentración conocida hasta su saturación (caída de 35 kPa o 5 psi). Con ese 
valor de tiempo y la concentración de sólidos suspendidos se encuentra el valor de K. 
 
1.1.5 ADSORCIÓN 
 
La adsorción es la acumulación de moléculas de una sustancia disuelta en un solvente en 
la superficie de un material adsorbente. Las moléculas del soluto se adhieren al material 
adsorbente por fuerzas de van der Waals. Siendo este un fenómeno de superficie, los 
materiales adsorbentes tienen características superficiales porosas, con lo que se aumenta 
en gran cantidad su relación área-volumen. (TEBUTT,1992) 
 
La adsorción se emplea también como tratamiento de tercer nivel de aguas, utilizado para 
remover material orgánico biodegradable y no biodegradable. En la adsorción, las 
fuerzas atractivas de van der Waals actúan entre el adsorbente y las partículas en solución. 
IM-2004-I-19 
 22
Este proceso se da hasta que las partículas internas en el líquido llegan a un equilibrio con 
la concentración de la solución. El peso del material adsorbido se puede relacionar con la 
concentración restante en la solución. La Tabla 1 muestra algunos porcentajes removidos 
para sustancias típicas en las que se utiliza. 
 
El elemento adsorbente más utilizado es el carbón activado. Hay una variedad de 
materiales de los cuales se hace los carbonos activados, incluyendo madera, lignina y 
residuos del petróleo. El carbón activado más utilizado en el tratamiento de aguas es el 
proveniente de la lignina. 
 
En este proceso se pueden remover por adsorción partículas de bajo peso molecular, ya 
que los micro-poros de algunos carbonos activados pueden llegar a ser menores de 2 nm. 
El rango de operación de los carbonos activados en general es de entre 1 y 50 nm. 
 
 
Adsorción Relativa de Contaminantes Típicos de Aguas Residuales 
Petroquímicas 
 Compuesto con concentración 
inicial de 1000 mg/l 
Porcentaje de compuesto removido 
con adición de 5 gm/l de carbono 
Etanol 10 
Isopropanol 13 
Acetaldehido 12 
Butiraldehido 53 
Benceno 95 
Phenol 81 
Nitrobenceno 96 
Etil acrilato 78 
Etilen glicol 7 
Propilen glicol 26 
Acetona 22 
Metil etil ketona 47 
Metil isobutil ketona 85 
Acido acético 24 
Acido propiónico 33 
Acido benzóico 91 
 
Figura 7. Porcentajes de adsorción de sustancias típicas con carbón activado 
(Adecuado de ECKENFELDER, 1980) 
 
 
Dos modelos matemáticos se tienen disponibles para el estudio del comportamiento de 
este fenómeno. El primero, de Langmuir, está basado en el concepto de equilibrio en una 
superficie mono-molecular, calculado de forma isotérmica: 
IM-2004-I-19 
 23
 
ac
abc
m
x
+
=
1
 [29] 
 
donde x = masa de soluto adsorbido 
 m = masa de adsorbente 
 c = concentración de soluto remanente en equilibrio, y 
 a y b son constantes. 
 
Las variables son sensibles a cambios de temperatura, por lo que las ecuaciones se 
cumplen isotérmicamente. La ecuación de Freundlich es una relación empírica utilizada 
comúnmente y que arroja resultados más satisfactorios para el modelajede la adsorción: 
nkc
m
x 1
= [30] 
donde k y n son constantes. 
 
Las constantes de la ecuación definen la naturaleza del carbón activado, y las del agente 
orgánico a adsorber. (ECKENFELDER, 1980) 
 
 
1.2 TEORÍA HIDRÁULICA DE SISTEMAS 
 
En la teoría básica de sistemas hidráulicos se tienen las siguientes consideraciones en 
general. La curva característica de un sistema en estado estable se caracteriza de la 
siguiente manera: 
⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛
++⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛ −
+−= ∑ ∑
i
i
iisistema D
L
fk
g
V
g
PP
ZZH
2
2
12
12 ρ
 [31] 
 
Esta ecuación describe la caída de presión en un sistema hidráulico. El primer término en 
paréntesis de la ecuación es llamado la cabeza estática del sistema, ya que sólo depende 
de las condiciones espaciales y de las presiones entre los dos puntos (inicial y final) del 
sistema de conducción. El segundo término es el de la cabeza dinámica, que incluye la 
fricción de elementos como uniones, válvulas y tubería. ∑ ik es la sumatoria de los 
coeficientes de éstos componentes. ∑
i
i
i D
L
f es la fricción neta de los tramos de la 
tubería de conexión. (BURTON & LOBOGUERRERO, 1999) 
 
La bomba del sistema es la encargada de dar energía para que haya un flujo dentro del 
sistema. El punto de operación del sistema se encuentra cruzando la curva de la bomba 
IM-2004-I-19 
 24
(H vs. Q) y la del sistema. En ese punto es en donde va a operar el sistema en estado 
estable. Si se conoce el punto de operación y la curva de sistema se puede especificar 
una bomba que pase por el punto. 
 
Para calcular las caídas de presión del sistema a utilizar se pueden realizar unos cálculos 
previos de acuerdo a coeficientes conocidos teóricamente. De acuerdo a BURTON & 
LOBOGUERRERO, se tienen los siguientes coeficientes para elementos comunes en 
sistemas hidráulicos: 
 
Tabla 1. Valores de rugosidad relativa en tubería típica. 
(BURTON & LOBOGUERRERO, 1999) 
 
 
Tabla 2. Valores típicos de coeficientes de pérdidas K. 
(BURTON & LOBOGUERRERO, 1999) 
Elementos causantes de fricción K 
Codos lisos 90º 1.15 - 1.25 
Codos lisos 45º 0.25 - 0.5 
Válvula Compuerta (abierta) mayor de 300 mm de 
diámetro 0.1 
Válvula Compuerta (abierta) menor de 50 mm de diametro 0.2 - 0.9 
Válvula Globo 12mm 11 
Válvula Globo 12mm 6 
Válvula Globo 12mm 6 
Válvula de no retorno 0.6 
IM-2004-I-19 
 25
 
Para el caso que se estaría manejando se pueden tomar 10 codos, 1 válvula de compuerta 
de 0.5 in (12.7 mm de diámetro) y 8 metros de tubería en PVC dadas las condiciones 
espaciales del lugar en donde se encuentra el prototipo. De acuerdo a estos valores se 
puede establecer una caída de presión sin tener en cuenta si se tiene un filtro que, 
independientemente de su tipo, aumentará en gran manera estos cálculos. En el numeral 
5.2.1 se dará un valor a este término. 
 
 
1.3 SEPARACIÓN CENTRÍFUGA DE POLÍMEROS 
 
La separación centrífuga de polímeros es un método que permite separar diferentes 
familias de plásticos por diferencia de densidades con respecto a un medio líquido de 
transporte. En este proyecto se estudia el caso de la separadora centrífuga de polímeros 
del Centro de Investigación en Procesamiento de Polímeros CIPP. 
 
Algunos métodos alternativos de separación de material por diferencia de densidades en 
centrifugación se estudiaron antes de construir el prototipo. A partir de los resultados 
obtenidos se determinaron las características físicas, tipo elementos mecánicos, motores, 
materiales y condiciones de operación de un prototipo de centrifugación horizontal para 
separación de material. Para conocer los detalles del diseño del prototipo y toda su 
caracterización refiérase a SANTIAGO, 2003 y MAYA, 2004. 
 
 
2. TÉCNICAS EXPERIMENTALES Y MATERIALES 
 
Para la realización del diseño del sistema de recirculación de agua para el prototipo de 
separación centrífuga se realizaron los siguientes dos experimentos. (Ver Figura 8). 
 
Se encontró un rango de operación del prototipo para el cual la eficiencia de separación 
fuera la mejor, utilizando las mismas condiciones de funcionamiento de MAYA. Dicha 
eficiencia está definida como la pureza del material en peso en cada descarga, ya sea en 
la descarga de livianos o en la de pesados. Por lo tanto para cuada una de las pruebas 
realizadas con el prototipo hay dos valores de eficiencia. En el caso estudiado, la 
eficiencia de los livianos se refiere al PEAD y la de los pesados a la del PET. 
 
El segundo experimento se realizó en un punto del rango de mejor operación establecido 
antes, pero las condiciones del material a la entrada se variaron: El material de 
alimentación ya no fue el mismo; se utilizó material proveniente del relleno sanitario 
Doña Juana. La razón para hacerlo es que las condiciones de un equipo de separación de 
polímeros a nivel industrial va estar expuesto a condiciones de alta contaminación, que 
son diferentes a las condiciones con las que se encontró el rango de mejor operación de la 
máquina. Adicionalmente, el diseño de un sistema de realimentación de agua para este 
prototipo debe estar basado en condiciones operación cercanas a las que se utilizaría a 
IM-2004-I-19 
 26
nivel industrial. Por ello se utilizó en este experimento material con alta contaminación. 
Para establecer parámetros de diseño del sistema de recirculación se realizaron diferentes 
ensayos al agua de salida del proceso con material contaminado. Adicionalmente se 
realizó otra prueba al material de alimentación proveniente del relleno sanitario: 
 
 
Figura 8. Diagrama de pruebas experimentales realizadas. 
 
 
Figura 9. Diagrama de pruebas experimentales realizadas con material de alta 
contaminación. 
Pruebas Experimentales
(Material de Alta Contaminación) 
Material de alimentación 
Granulometría 
Establece posibles diferencias 
de operación con la 
experimentación previa (Maya, 
2004) 
Agua de salida del proceso 
Densidad 
pH 
Grasas y 
aceites 
Sólidos 
suspendidos 
Sólidos totales 
Verificar que un cambio 
de eficiencia no se deba 
a que el líquido cambie 
de densidad 
Establece condiciones 
de los materiales a 
utilizar de acuerdo a 
este valor, ya que la 
corrosión puede afectar 
Permite verificar la 
cantidad de estas 
sustancias para 
establecer su forma de 
remoción 
Establece características de 
los elementos del sistema 
de remoción de partículas 
Muestra el porcentaje 
de material existente en 
un rango de tamaño 
dado 
Pruebas Experimentales
Experimentación con sólidos 
de baja contaminación 
Experimentación con sólidos 
de alta contaminación 
Rango de mejor operación 
del prototipo 
Establece las condiciones en la 
cuales se debe operar la máquina 
para obtener los mejores resultados 
de separación 
Material de 
alimentación 
Agua de salida 
del proceso 
IM-2004-I-19 
 27
 
2.1 EQUIPOS 
 
Los ensayos realizados en este proyecto fueron realizados en su totalidad dentro de las 
instalaciones del Centro de Innovación y Tecnología CITEC, de la Universidad de los 
Andes. Las pruebas realizadas se pueden dividir en tres grupos: El ensayo en el que se 
estableció el rango de mejor operación con sólidos de baja contaminación, los ensayos en 
los que se establecieron las características del agua de salida del proceso en condiciones 
de alta contaminación, y la prueba realizada al material de alimentación proveniente del 
relleno sanitario. 
 
 
2.1.1 EXPERIMENTACIÓN CON BAJA CONTAMINACIÓN - SEPARADORA 
CENTRÍFUGA DE POLÍMEROS 
 
El equipo de separación consta de cuatro partes principales: zona de alimentación y 
transporte, zona de separación y secado, zona de salida y los equipos de transmisión de 
potencia. (Figura 10). 
 
La zona de alimentación cuenta con una tolva para el ingreso de material, y un tornillo 
sin-fin acoplado a un espiral que transporta el material hasta el centro de la centrífuga. 
Durante su transporte hasta el centro de la carcaza el material se humecta para mejorar las 
condiciones de separación.El material ingresa después a la carcaza en donde empieza el 
proceso de separación. La zona de secado es la pequeña región en que el material ya 
separado es retirado de la zona húmeda de separación, y va lentamente hacia la salida. 
Hay dos descargas de material, la de los sólidos livianos y la de sólidos pesados. 
Adicionalmente, el prototipo cuenta con equipos de transmisión y potencia para el 
movimiento de sus partes. Un sistema de control automático regula y controla su 
funcionamiento. 
 
 
2.1.2 EXPERIMENTACIÓN CON ALTA CONTAMINACIÓN – AGUA DE 
SALIDA DEL PROCESO 
 
 
Los ensayos realizados al agua de salida de proceso de separación en condiciones de alta 
contaminación pertinentes para el diseño del sistema de recirculación son los siguientes: 
 
 
 
 
 
IM-2004-I-19 
 28
 
 
Figura 10. Diagrama de la separadora centrífuga de polímeros. 
(Adaptado de MAYA, 2004) 
 
 
IM-2004-I-19 
 29
Ensayos del 
agua de salida 
del proceso 
Equipos 
Localización de 
equipos y realización 
de ensayos 
Materiales 
Densidad Picnómetro 50mL, Balanza análitica 
(Santirius 2003 MP1) CIPP Agua destiliada 
pH pH-metro digital, Mettler Toledo MP 220 Laboratorio de Química 
(CITEC) Agua destiliada 
Grasas y 
aceites 
Montaje de Soxhlet. (Balón, Soxhlet, 
condensador)./ Montaje Rotavapor. (Büchi 
Rotavapor R114 y Büchi Waterbath B-
480)./ Balanza Analítica Sartorius 2003 
MP1 
CIPP/ Laboratorio de 
Química (CITEC) 
Papel filtro Whatman 40 
150 mm de diametro 
Tamaño de poro 8µm 
Sólidos 
suspendidos 
 
Montaje de Vacío. (Erlenmeyer con 
tubuladura lateral, Bomba de vacío 
Millipore, Probeta graduada de 100 mL, 
Crisol Gooch)./ Mufla de calcinación 
Thermoline Type 6000 Furnace, Horno 
Thermoline Oven, 
Balanza Analítica Sartorius 2003 MP1 
CIIA/CIPP 
Filtro de fibra de vidrio 
S&S 24 mm de diámetro 
Tamaño de poro 1µm 
Sólidos totales 
Beaker de 100 mL. Probeta graduada de 
100 mL. Horno de secado Thermoline 
Oven 
Balanza Analítica Sartorius 2003 MP1. 
CIIA/CIPP 
Mallas 25 y 400 (1 mm y 
38 µm respectivamente) 
Papel filtro Whatman 40 
 
Tabla 3. Descripción de las pruebas realizadas al agua de salida en condición de alta 
contaminación. 
 
 
2.1.3 EXPERIMENTACIÓN CON ALTA CONTAMINACIÓN – MATERIAL DE 
ALIMENTACIÓN 
 
De acuerdo a las pruebas realizadas en la experimentación previa (MAYA, 2002), se utilizó el 
mismo material de esa experimentación para establecer las condiciones de mejor operación del 
prototipo: 
 
Polietileno de Tereftalato (PET) y Polietileno de Alta Densidad (PEAD): obtenidos previamente 
por la Ing. Diana Maya. Material post-consumo de recipientes de detergente líquido, de gaseosa y 
de cera para pisos, inyecto soplados o soplados por extrusión. 
 
Para realizar un ensayo con condiciones de contaminación más similares a las que se estarían 
manejando a nivel industrial, se utilizaron los mismos materiales pero de diferente procedencia: 
 
Polietileno de Tereftalato (PET) y Polietileno de Alta Densidad (PEAD) contaminados: obtenidos 
previamente por la Ing. Diana Maya procedente de extracción en el relleno sanitario Doña Juana 
y molido posteriormente. 
 
Se realizó una granulometría de del material de alimentación altamente contaminado, para lo que 
se utilizaron los siguientes equipos: 
IM-2004-I-19 
 30
 
Tamices utilizados con número y apertura de malla fueron: 3/8” (9.5 mm), 4 (6.4 mm), 8 (3.2 
mm), 10 (2.5 mm) y 12 (2.1 mm). 
 
Equipo: Máquina de tamizado por vibración Rotap – Testing Sieve Shaker. Tyler Industrial 
Products. 
 
 
2.2 TÉCNICAS DE EXPERIMENTACIÓN 
 
Los métodos experimentales utilizados estuvieron basados en los mismos usados previamente por 
MAYA, 2004 y en técnicas estándar. A continuación se presentan los diseños de los 
experimentos para encontrar las variables buscadas en cada una de las pruebas. 
 
2.2.1 EFICIENCIA DE SEPARACIÓN DEL PROTOTIPO 
 
La eficiencia del prototipo podría ser medida de varias formas: estableciendo la pureza en peso 
de los sólidos de cada descarga, calculando la humedad en peso de los sólidos en la descarga, 
encontrando los puntos de operación de los motores para los cuales los consumos de potencia 
sean los mínimos, o determinando las condiciones para las cuales el consumo de agua es el 
menor. 
 
En el presente proyecto se tomará como base para la medición de la eficiencia la pureza de los 
sólidos en las descargas, ya que el prototipo ha sido sobre diseñado para controlar las variables 
relevantes de la separación. Adicionalmente este fue el criterio de eficiencia tomado por MAYA 
en su experimentación. La utilización del mismo criterio permitirá una comparación directa de 
los resultados de eficiencia obtenidos. Una vez hallados los intervalos de operación de mayor 
pureza, se pueden encontrar las condiciones para las cuales la humedad de los sólidos es la 
mínima, o para que el consumo eléctrico de potencia se el más bajo. En la experimentación 
realizada sólo se tuvo en cuenta la pureza los sólidos en las descargas. 
 
El método de separación que utiliza la máquina consiste en mantener idealmente tres capas 
diferenciadas. La primera es una capa de sólidos livianos que, al ser de menor densidad que el 
medio, flota sobre él. La segunda capa es la del fluido de separación, que después del proceso 
tiene impurezas y contaminantes, pero que debe mantener su densidad entre unos limites 
específicos para que sea funcional el método. En el fondo, queda la capa de sólidos pesados. Al 
ser éstos más densos que el fluido se sedimentan quedando así separados de los livianos. Por el 
hecho de que estén las capas dentro de una carcaza rotando, la fuerza centrífuga hace que las 
velocidades de sedimentación sean mucho mayores que en el caso en que se realice libremente 
dicha sedimentación. Por lo tanto la velocidad del proceso es mucho más rápida. 
 
 
Experimento 1: 
El experimento para establecer la eficiencia del prototipo se realiza tomando los pesos de 
muestras de la salida de la máquina. Se establece un tiempo para la toma de las muestras, y de 
IM-2004-I-19 
 31
acuerdo con los pesos de livianos y pesados obtenidos se calcula su eficiencia de separación. El 
cálculo se realiza dividiendo el peso de los sólidos que corresponden a la descarga sobre el peso 
total que se obtiene en la descarga. Variando los parámetros que se quieren evaluar, se realizan 
las pruebas de separación de sólidos para su posterior análisis estadístico. La experimentación se 
realizó para complementar la realizada por la Ing. Diana Maya, en la que se trabajó con 
proporciones de PET de 15 y 85%. La proporción de material utilizada esta vez es una 
intermedia, de 50% PET y 50% PEAD. Con los resultados de la mencionada experimentación 
previa y los realizados con 50% / 50% se busca unir los valores de eficiencia y comparar los 
resultados con mayor número de datos para encontrar un punto óptimo de operación más cercano 
al real. 
 
Sin embargo, aun cuando en la experimentación se tenga un control sobre la proporción de 
materiales en la alimentación, esta no es una variable que se pueda controlar en el proceso 
cuando se éste se maneje a nivel industrial. Por esta razón, la variable que se estudiará con 
mayor énfasis es la diferencia de revoluciones, ya que sobre ella sí se podrá tener pleno control 
en un posterior proceso industrial. 
 
La tabla 4 propone las pruebas en las que se varía la frecuencia de giro de los motores de la 
carcaza y el tormillo. Posteriormente se calcula la relación de las RPM correspondientes a cada 
uno, y finalmente se hallan los valores reales de giro de carcaza y tornillo mediante la relación de 
las poleas de transmisión. De esta manera se calcula la diferencia de RPM real entre los dos 
elementos rotantes dentro de la separadora. Una vez se tienen estos datos se procede a realizar 
los experimentos. 
 
Tabla 4. Pruebas propuestas para el cálculo de la eficiencia del prototipo en función de ∆RPM 
 
El valor del nivel se refiere ala altura de desfogue de agua interno de la máquina. Esta es una 
variable que también se propone variar, utilizando un nivel de 7 cm y otro de 9 cm (Ver Figura 
11). 
Frecuencias/Velocidades Nivel = 
Carcaza Tornillo Masa ∆RPM 
Variador Real Variador Real PESADOS LIVIANOS Eficiencia 
Hz RPM Hz RPM PET PEAD PEAD PET PESADOS LIVIANOS 
45 393.75 5.10 
50 437.5 48.85 40 388.65 
55 481.25 92.60 
50 437.5 0.27 
55 481.25 44.02 45 437.23 
60 525 87.77 
60 525 39.19 
50 485.81 
65 568.75 82.94 
IM-2004-I-19 
 32
 
Figura 11. Diagrama interno de la centrífuga. 
(El nivel es la altura del vertedero de salida del líquido. MAYA, 2004). 
 
Experimento 2: 
Se realizaron pruebas con plásticos molidos traídos del relleno sanitario Doña Juana. La 
procedencia de los sólidos con que se realiza la separación hace que las condiciones varíen. 
Trabajando con envases que sólo tienen contaminantes de los productos que contienen durante su 
consumo, se van a obtener mejores resultados que cuando se trabaja con material que además de 
esta contaminación presenta partículas de otros desechos. De acuerdo con los niveles de 
contaminación de los sólidos cambian la eficiencia del proceso. Si una partícula tiene adheridos 
contaminantes de densidades mayores al agua, probablemente éstos harán sedimentar la partícula. 
De manera inversa ocurre si el contaminante es de menor densidad que el agua. Podría hacer 
flotar la partícula. Se proponen dos pruebas con la máquina, en que se evalúe la eficiencia y se 
compare con la de mejor operación encontrada del experimento anterior. (Tabla 5). 
 
Prueba ∆ RPM 
PET 
(% Peso)
PEAD 
(% Peso) Promedio 
1 
2 
Promedio 
Sólidos poco 
contaminados 
∆ Eficiencia 
 
Tabla 5. Ensayos propuestos para condiciones de alta contaminación. 
 
IM-2004-I-19 
 33
Este experimento busca encontrar la variación de la eficiencia del sistema en uno de los peores 
escenarios posibles de separación. Sin embargo, industrialmente este puede ser uno de los 
escenarios más comunes de reciclaje. 
 
 
2.2.1.1 PROCEDIMIENTO 
 
Antes de comenzar la experimentación se estableció el caudal promedio que se manejaría, y para 
ello se tomaron cuatro muestras, con las que se computó un caudal promedio de 7.1 l/min, 
similar al obtenido en la experimentación previa de 7.3 l/min. (MAYA, 2004). Hay que tener en 
cuenta que la conexión hidráulica del prototipo tiene valores oscilantes en el tiempo tanto de 
caudal como de presión. El parámetro de velocidad de alimentación se tomó en la misma 
medida que la experimentación previa (MAYA, 2004) para no introducir nuevas condiciones, y 
así poder comparar los resultados directamente. Además, éste es el valor máximo promedio 
suministrado por la tubería de agua para el prototipo. 
 
Experimento 1: 
Las condiciones de parámetros constantes y variables para el experimento se presentan a 
continuación en la Tabla 6. 
 
VARIABLE RANGO DE TRABAJO 
Parámetros Constantes 
Flujo de sólidos en la alimentación 100 g/min 
Caudal de agua promedio 7.1 l/min 
Concentración de la mezcla de alimentación 50% PET, 50%PEAD 
Parámetros Variables 
Nivel (Altura del vertedero de salida de agua) 7 cm, 9 cm 
Diferencia de velocidad Tornillo – Carcaza 0.27 – 92.6 RPM 
 
Tabla 6. Rangos de parámetros variables y valores de parámetros constantes para la 
experimentación. 
 
Antes de arrancar la máquina, se debe programar los variadores de acuerdo a las frecuencias que 
se quiere manejar. Estas frecuencias son directamente las de los motores y no las reales de giro de 
los elementos rotantes. El protocolo de operación automático se aplicó debidamente como se 
explica a continuación: Se da arranque automático, con lo que se prende el motor de 
alimentación. El proceso automático continúa con la apertura de la válvula solenoide y así 
empieza el flujo de agua. Posteriormente arranca el motor del tornillo de alimentación y después 
el de la carcaza. 
 
La alimentación se hace después de tener las muestras debidamente pesadas de acuerdo a los 
parámetros determinados (50% PET y 50% PEAD), y sólo se empieza a alimentar cuando el 
caudal de agua por la descarga central es constante. La carga de material se aplica poco a poco 
IM-2004-I-19 
 34
dosificando los 100 gramos por minuto. Cuando empieza la descarga de material se toman las 
muestras por 5 minutos. Se repite el mismo procedimiento para cada una de las velocidades 
propuestas. Se clasifican las muestras, separando los sólidos pesados y los livianos y se llevan a 
la balanza analítica para pesar y calcular la pureza de las muestras. El valor de la pureza en peso 
de los sólidos es lo que se determina como eficiencia para este caso. La Figura 12 muestra las 
descargas de sólidos y de agua de la máquina. 
 
Figura 12. Esquema del sistema la separación centrífuga de polímeros. MAYA (2004). 
 
Experimento 2: 
Las condiciones del experimento son iguales a las del propuesto para encontrar el punto de mejor 
operación del prototipo (Experimento 1), y por tanto su resultado se comparará directamente. El 
tiempo de recolección de muestras también es el mismo (5 minutos), y las condiciones de 
operación se toman en un punto intermedio del intervalo de mejor operación. Adicionalmente, 
este fue el valor de velocidad de mejor rendimiento evaluado por MAYA (∆ RPM= 27, Nivel = 7 
cm). 
 
 
Parámetros de Operación 
Flujo de sólidos en la alimentación 100 g/min 
Caudal de agua promedio 7.1 l/min 
Concentración de la mezcla de alimentación 50% PET, 50%PEAD 
Nivel 7 cm 
Diferencia de velocidad Tornillo – Carcaza 27.0 RPM 
Tabla 7. Parámetros de operación para condiciones de alta contaminación. 
 
Se fijan los parámetros de operación de acuerdo al diseño del experimento, y se inicia el 
experimento cumpliendo nuevamente con los protocolos de encendido de la máquina y de 
alimentación del material. 
 
IM-2004-I-19 
 35
 
2.2.2 DENSIDAD DEL FLUIDO DE SEPARACIÓN: 
 
La densidad del agua a la salida puede variar con respecto a la entrada, principalmente debido a 
la dilución de partículas que se presenten en la superficie de los sólidos de alimentación del 
prototipo. Teniendo en cuenta que el principio de funcionamiento de la máquina es de separación 
por diferencia de densidades, es necesario establecer si la densidad del agua a la salida se sale del 
rango del cual sirve para separar PEAD y PET, (entre 0.96 y 1.36 g/cm.³). Adicionalmente, un 
aumento significativo de la densidad después del proceso puede significar grandes cantidades de 
minerales disueltos en el agua, por lo que se necesitaría utilizar en la retroalimentación algún 
método para remover estos minerales. Por tales razones es necesario evaluar la densidad del 
agua a la salida. Se utilizó el método gravimétrico con picnómetro según la norma de referencia 
ASTM D792, Standard Test Methods for Density and Specific Gravity. (Tabla 3). 
 
2.2.2.1 PROCEDIMIENTO 
 
Se lava el picnómetro de 50 mL y posteriormente se enjuaga con etanol. El picnómetro debe 
estar calibrado con el volumen corregido por las condiciones de temperatura del laboratorio. Se 
filtra la muestra del líquido para evitar que partículas sólidas modifiquen el cálculo de la 
densidad. Se utiliza embudo y papel filtro. Cuando el picnómetro está seco se lleva a la balanza 
analítica en donde se toma su peso (P1). Se le adiciona agua destilada de densidad conocida, y se 
vuelve a pesar. Este procedimiento es para verificar la calibración del picnómetro. Se repite de 
nuevo el procedimiento de lavado del picnómetro. Luego, la muestra filtrada de líquido de 
densidad desconocida se vierte en el picnómetro. Se pasa nuevamente a la balanza analítica y se 
toma el nuevo peso (P2). 
 
2.2.3 MEDICIÓN DE pH DEL FLUIDO DE SEPARACIÓN: 
 
El pH de una sustancia es un valor muy diciente de las condiciones y características de la misma.El potencial de hidrógeno es muy importante para el control de la corrosión y en los procesos de 
tratamiento de aguas por ejemplo. El método utilizado fue el Standard Method No. 4500H, pH 
Value. (Tabla 3). 
 
2.2.3.1 PROCEDIMIENTO 
 
No se requiere de un tratamiento previo para la muestra. Sin embargo el análisis debe realizarse 
a la mayor brevedad, idealmente durante la toma de la muestra. Se remueve el protector del 
sensor del electrodo y se enjuaga con agua destilada. De esta manera se calibra el electrodo. Una 
vez calibrado el equipo puede procederse a la medición del pH de las muestras. En cada 
medición se espera unos 30 segundos a que se estabilice el valor y se registra. No se necesita 
ningún cálculo adicional. 
 
 
 
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 36
2.2.4 GRANULOMETRIA DEL MATERIAL DE ALIMENTACIÓN 
 
La granulometría del material permite establecer el tamaño de partícula de una muestra de 
material. En este caso, con la granulometría se busca establecer si la distribución de tamaños del 
material obtenido del relleno sanitario es muy distinta a la del material utilizado en el 
Experimento 1. El tamaño de las partículas puede llegar a ser diferente por lo que son 
procedentes de diferentes lugares. El método utilizado es por medio de tamices de diferentes 
tamaños dispuestos en serie. (D1921-63 Standard Test Methods for Particle Size of Plastic 
Materials, véase la Tabla 3). El conjunto de tamices se dispone sobre el equipo de vibración 
para regular el proceso de separación. 
 
2.2.4.1 PROCEDIMIENTO 
 
Los tamices deben estar debidamente limpios de impurezas antes de ser ensamblados. Se pueden 
limpiar con aire a presión. Se disponen en orden de arriba a abajo de acuerdo con el tamaño del la 
malla: Arriba el de tamaño de malla mayor y abajo el menor. El material a examinar se aplica al 
primer tamiz (el de mayor tamaño de malla y ubicado en la parte superior). El conjunto de 
tamices se lleva a la máquina de tamizado por vibración. El equipo de tamizado se acciona por 
10 minutos. Se desmontan los tamices y se separan. A continuación se pesan los sólidos que 
quedan en cada tamiz y se registran estos datos. Se repite el proceso para cada muestra. 
 
2.2.5 MEDICIÓN DE GRASAS Y ACEITES DEL FLUIDO DE SEPARACIÓN 
 
El análisis de grasas y aceites permite cuantificar las cantidades de estos agentes que se disuelven 
en agua, o simplemente son arrastrados por el agua hasta la salida de la máquina. Este 
procedimiento especifica los métodos para la determinación del contenido de aceites y grasas 
presente en muestras tanto de agua potable como aguas industriales. El método a utilizar es el de 
extracción de Soxhlet. El método estándar es el de Extracción de Grasas y Aceites por Soxhlet, 
Standard Method No. 5520D. (Tabla 3). 
 
 
2.2.5.1 PROCEDIMIENTO 
 
Se recolecta una muestra representativa en una botella de vidrio de boca ancha que haya sido 
enjuagada con el hexano. Filtrar toda la muestra (anotar este volumen para los cálculos, V) 
aplicando vacío o por gravedad en papel filtro Wathman 40. (Tamaño de poro = 8 µm). El agua 
filtrada se conserva para su posterior análisis. Se transfiere el papel filtro a un vidrio de reloj y se 
seca el cartucho en estufa a 103°C durante 30 minutos. Una vez esté seco, se pesa el matraz de 
extracción. Este valor se consigna como (P1). A continuación se extrae el aceite y la grasa en un 
aparato Soxhlet (Ver Figura 13), usando hexano a una velocidad de 20 ciclos/hora durante 4 
horas. Se toma el tiempo desde el primer ciclo. A continuación se destila el hexano del matraz de 
extracción en Rota-Vapor a 70°C. (Ver Figura 14). Transferir a la estufa de 103°C por 30 
minutos, llevarlo al desecador a enfriamiento y posteriormente pesar (P2). 
IM-2004-I-19 
 37
Figura 13. Montaje de Sohxlet para extracción de grasas y aceites. 
 
Figura 14. Montaje de Rota-Vapor para destilación del hexano. 
 
 
2.2.6 MEDICIÓN DE SÓLIDOS SUSPENDIDOS DEL FLUIDO DE SEPARACIÓN 
 
La medición de los sólidos suspendidos cuantifica la materia no disuelta en el agua. El ensayo es 
muy importante, ya que permite cuantificar la materia mayor de 1 µm presente en suspensión en 
el agua de la salida del Experimento 2. El método a utilizar es el Gravimétrico para determinar 
Sólidos Suspendidos, Standard Method No. 2540 D. (Tabla 3). 
 
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 38
2.2.6.1 PROCEDIMIENTO 
 
Se debe dispersar el aceite y la grasa que éste presente en la superficie del agua, al tomar la 
muestra. Se debe eliminar de la muestra todo el material voluminoso que flote o se aglomere en 
el recipiente. 
 
Para el ensayo, primero de se debe preparar del crisol gooch con el filtro de fibra de vidrio. Se 
lleva al montaje de vacío en donde se le adiciona agua destilada y se le aplica el vacío. 
 
Después de que el filtro está bien acoplado al crisol, se calcina a 550°C durante 1 hora en la 
mufla. Se enfría luego en desecador por una hora. En balanza analítica se pesa el crisol sin 
muestra (P1). Se mide el volumen seleccionado de muestra bien agitada. Se filtrar la muestra 
usando succión. Dejando la succión, se lava el filtro con porciones de 10 mL de agua destilada, 
permitiendo un drenado completo. 
 
Figura 15. Montaje de vacío para sólidos suspendidos. 
 
Figura 16. Montaje de vacío y adición de muestra. 
 
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 39
Se interrumpe la succión, se remueve el crisol gooch y se secar en horno a 103 – 105 °C por una 
hora. Luego se pasa a enfriar en desecador hasta que alcance la temperatura ambiente. Después 
de enfriarse, se pasa a balanza analítica y se registra su peso. Se repite el ciclo de secado hasta 
obtener un peso constante (P2). 
 
 
2.2.7 MEDICIÓN DE SÓLIDOS TOTALES DEL FLUIDO DE SEPARACIÓN 
 
La medición de los sólidos totales permite establecer la masa total por unidad de volumen en una 
solución. Se debe tener en cuenta la remoción de partículas que se haga previamente a la 
sustancia. Se diferencia de los sólidos suspendidos ya que no se remueven las partículas grandes 
en flotación. El diseño de este experimento se realizó para poder determinar las cantidades de 
masa removidas por algunos medios porosos, basado en el método Standard Method 2540B, 
Total Solids Dried at 103–105°C (véase Tabla 3). 
 
 
2.2.7.1 PROCEDIMIENTO 
 
Se lava un beaker y se pasa al horno a 103 -105 ºC. Se toma la muestra de líquido y se mide un 
volumen (V) en una probeta. Cuando el beaker está seco se pasa a desecador por 30 minutos y 
después a la balanza analítica. Se registra el peso del beaker ( 1P ). Se vierte el volumen conocido 
de la muestra de agua se pasa al horno por un tiempo de 3 horas o hasta que se evapore todo el 
líquido. Se deja enfriar el beaker en desecador por 30 minutos. Se pasa a la balanza analítica de 
nuevo y se toma el peso ( 2P ). 
 
 
3. RESULTADOS: 
 
En este capítulo se presentan los resultados de los ensayos que se llevaron a cabo para establecer 
la eficiencia de la máquina, las características del agua de salida del proceso en condiciones de 
alta contaminación, y las características del material de alimentación contaminado. El análisis 
de los resultados obtenidos y las conclusiones sobre la experimentación se presentarán y 
discutirán en el numeral 4. 
 
 
 
3.1 EFICIENCIA DE SEPARACIÓN DEL PROTOTIPO 
 
3.1.1 EXPERIMENTO 1 
 
Los resultados obtenidos se registraron en las tablas a continuación. Se utilizó la Tabla 7 para los 
resultados con el nivel de 7 cm. y la Tabla 8 para el nivel de 9 cm. 
 
 
 
IM-2004-I-19 
 40
Frecuencias/Velocidades Nivel = 7 cm 
Carcaza Tornillo Masa ∆RPM 
Variador Real Variador Real PESADOS LIVIANOS Eficiencia 
Hz RPM Hz RPM PET PEAD PEAD PET PESADOS LIVIANOS 
45 393.75 34.24 0.52 18.43 0.19 98.52% 98.96% 5.10 
50 437.5 21.76 0.19 25.89 1.81 99.12% 93.45% 48.85 40 388.65 
55 481.25 19.98 0.71 29.77 7.93 96.57% 78.95% 92.60 
50 437.5 23.08 1.50 31.09 2.71 93.87% 91.99% 0.27 
55 481.25 13.90 0.19 10.99 0.04 98.60% 99.67% 44.02 45 437.23 
60525 25.27 0.88 18.50 4.27 96.60% 81.24% 87.77 
60 525 24.91 0.02 18.73 0.05 99.91% 99.72% 39.19 
50 485.81 
65 568.75 16.16 0.39 19.45 4.76 97.64% 80.32% 82.94 
 
Tabla 8. Resultados de las pruebas propuestas. Nivel utilizado 7 cm. 
 
Frecuencias/Velocidades Nivel = 9 cm 
Carcaza Tornillo Masa ∆RPM 
Variador Real Variador Real PESADOS LIVIANOS Eficiencia 
Hz RPM Hz RPM PET PEAD PEAD PET PESADOS LIVIANOS 
45 393.75 19.73 0.69 34.43 0.37 96.58% 98.95% 5.10 
50 437.5 14.22 0.11 19.19 0.66 99.17% 96.69% 48.85 40 388.65 
55 481.25 26.75 0.14 32.86 0.23 99.48% 99.30% 92.60 
50 437.5 16.11 1.39 23.62 0.05 92.03% 99.77% 0.27 
55 481.25 44.16 0.64 62.70 0.30 98.58% 99.53% 44.02 45 437.23 
60 525 22.87 2.36 19.05 1.01 90.65% 94.96% 87.77 
60 525 23.01 0.23 35.33 0.10 99.03% 99.71% 39.19 
50 485.81 
65 568.75 13.76 1.02 31.96 1.51 93.12% 95.48% 82.94 
 
Tabla 9. Resultados de las pruebas propuestas. Nivel utilizado 9 cm. 
 
La Tabla 9 presenta la información desde donde se puede relacionar el rendimiento del prototipo 
con la diferencia de revoluciones entre el tornillo y la carcaza. 
 
 7 cm 9 cm 
∆ RPM PET PEAD Promedio PET PEAD Promedio 
0.27 93.87% 91.99% 92.93% 92.03% 99.77% 95.90% 
5.10 98.52% 98.96% 98.74% 96.58% 98.95% 97.77% 
39.19 99.91% 99.72% 99.82% 99.03% 99.71% 99.37% 
44.02 98.60% 99.67% 99.14% 98.58% 99.53% 99.05% 
48.85 99.12% 93.45% 96.29% 99.17% 96.69% 97.93% 
82.94 97.64% 80.32% 88.98% 93.12% 95.48% 94.30% 
87.77 96.60% 81.24% 88.92% 90.65% 94.96% 92.81% 
92.60 96.57% 78.95% 87.76% 82.00% 93.00% 87.50% 
Promedio 97.60% 90.54% 94.07% 93.90% 97.26% 95.58% 
Desv. Std. 1.91% 9.06% 5.06% 5.85% 2.60% 3.99% 
 
Tabla 10. Resultados Experimentales de Eficiencia. 
IM-2004-I-19 
 41
 
En la Figura 18 se puede apreciar un intervalo de operación de alta eficiencia entre las 25 y 45 
RPM de diferencia cuando el nivel es de 9 cm. Entre tanto, cuando el nivel es de 7 cm., el rango 
de altas eficiencias es más amplio, entre las 20 y las 40 RPM (Figura 17). Para el caso del punto 
de mejor operación, se utilizará el valor de 27 RPM de diferencia entre carcaza y tornillo, ya que 
es un valor intermedio en el rango de mejor operación tanto utilizando el nivel de 7 cm como el 
de 9cm. Adicionalmente en la experimentación de MAYA, 2004, esta fue una condición con la 
cual se obtuvieron los mejores resultados. Los valores de eficiencia fueron 99.94% para los 
pesados y 99.86% para los livianos (MAYA, 2004). 
 
 
3.1.2 EXPERIMENTO 2 
 
Los resultados de las pruebas se presentan a continuación, mostrando la comparación con la 
eficiencia del proceso con sólidos ligeramente contaminados. 
 
 7 cm 
Prueba ∆ RPM 
PET 
(% Peso)
PEAD 
(%Peso) Promedio 
1 27 87,12% 92,56% 89,84% 
2 27 81,45% 91,06% 86,26% 
Promedio 84,29% 91,81% 88,05% 
Sólidos poco 
contaminados* 27 99.94% 99.86% 99.90% 
∆ Eficiencia 15.65% 8.05% 11.85% 
Tabla 11. Eficiencia pruebas en condiciones de alta contaminación. 
* Datos de MAYA, 2004 
 
Se puede ver claramente que el rendimiento de separación del prototipo cae en un 8% para los 
sólidos livianos, y cerca de un 16% en los pesados. De acuerdo a la caída de la eficiencia del 
proceso se puede ver como la contaminación de los polímeros afecta directamente el rendimiento 
de la máquina. En el numeral 4.1 se hará el análisis de los resultados de esta prueba. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
IM-2004-I-19 
 42
Eficiencia Vs. ∆ RPM
Nivel = 7 cm
75.00%
80.00%
85.00%
90.00%
95.00%
100.00%
105.00%
0.00 10.00 20.00 30.00 40.00 50.00 60.00 70.00 80.00 90.00 100.00
∆ RPM
Ef
ic
ie
nc
ia
PET PEAD Promedio
 
 
Figura 17. Eficiencia de Separación Vs. ∆ RPM Carcaza-Tornillo. Nivel = 7 cm 
 
 
IM-2004-I-19 
 43
 
 
 
 
 
Eficiencia Vs. ∆ RPM
Nivel = 9 cm
80.00%
85.00%
90.00%
95.00%
100.00%
105.00%
0.00 10.00 20.00 30.00 40.00 50.00 60.00 70.00 80.00 90.00 100.00
∆ RPM
Ef
ic
ie
nc
ia
PET PEAD Promedio
 
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 44
Figura 18. Eficiencia de Separación Vs. ∆ RPM Carcaza-Tornillo. Nivel = 9 cm 
 
IM-2004-I-19 
 45
 
 
 
 
3.2 DENSIDAD DEL FLUIDO DE SEPARACIÓN 
 
Con los datos de peso arrojados por la balanza analítica y el volumen corregido del picnómetro se 
calcula la densidad de la muestra: 
picnómetroV
PPD 12 −
= [32] (Ver numeral 2.2.2.1) 
 
Medición de Densidad 
 Prueba 1 Prueba 2 Prueba 3 Prueba 4 Promedio
Masa Picnómetro [g] 31.15 31.17 31.16 31.16 31.16 
Masa Picnómetro + H2O [g] 81.13 81.13 81.13 81.13 81.13 
Masa Picnómetro + Agua Sucia [g] 81.10 81.11 81.11 81.10 81.11 
Masa H2O [g] 49.97 49.96 49.96 49.96 49.96 
Masa Agua Sucia [g] 49.95 49.94 49.94 49.93 49.94 
Volumen Picnómetro [cm³] 
(corregido) 50.10 50.10 50.10 50.10 50.10 
Densidad H2O [g/cm³] 0.99 0.99 0.99 0.99 0.99 
Densidad Agua Sucia [g/cm³] 0.99 0.99 0.99 0.99 0.99 
 
Tabla 12. Resultados de las densidades de agua destilada y de agua de salida del prototipo con 
sólidos de alta contaminación 
 
La densidad del fluido de salida contaminado no varió significativamente con respecto a una 
muestra de agua destilada. Se puede concluir que contaminantes presentes en la muestra no se 
disuelven en el agua, permitiendo que métodos de remoción de partículas mecánicos sean viables. 
 
 
3.3 pH DEL FLUIDO DE SEPARACIÓN 
 
Los resultados de la medición de pH del agua de la salida de la separadora centrífuga se presentan 
a continuación. Se realizó la medición de dos muestras para establecer un pH promedio. 
 
Medición pH 
 Prueba 1 Prueba 2 Promedio Desv. Std. 
pH 5.95 5.90 5.93 0.04 
 
Tabla 13. Resultados de medición de pH del agua de salida en condiciones de alta contaminación 
 
El valor de pH permite ver cómo existen para estas condiciones de contaminación sustancias que 
le aumentan el potencial de hidrógeno al agua. La presencia de ácidos como acético y cítrico en 
algunos de los plásticos post-consumo alteran este valor dándole un carácter ácido. 
IM-2004-I-19 
 46
 
 
3.4 GRANULOMETRIA DEL MATERIAL DE ALIMENTACIÓN 
 
La prueba se realizó con dos muestras, una para PET y otra para PEAD. Los resultados obtenidos 
se consignan en la Figura 19. La distribución del tamaño de partícula se puede apreciar en la 
gráfica. Es preciso comparar los resultados obtenidos con los del material utilizado en las 
pruebas de desempeño del prototipo. 
 
 
 
 
Granulometría Hojuelas Material Doña Juana
0.00%
10.00%
20.00%
30.00%
40.00%
50.00%
60.00%
70.00%
3/8 4 8 10 12 Ninguno
Tamiz
%
 e
n 
Pe
so
PET
PEAD
 
Figura 19. Distribución de tamaño de partícula de material proveniente del Relleno Sanitario Doña 
Juana 
 
 
Figura 20. Distribución de forma y tamaño partículas de PEAD (MAYA, 2004) 
D istr ib u c i ó n d e fo rm a d e p a rtíc u l a s d e P EA D
0
1 0
2 0
3 0
4 0
5 0
6 0
7 0
8 0
4 8 10 12 20
Ninguno
N ú m e ro d e m a lla
P
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Tria n g u la r
F ila m e n to
H o ju e la
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 47
 
 
 
 
 
Figura 21. Distribución de forma y tamaño partículas de PET (MAYA, 2004) 
 
La granulometría permitió establecer las diferencias entre las muestras de polímeros de 
alimentación del proceso procedentes del relleno sanitario y los provenientes exclusivamente de 
envases de detergentes líquidos, gaseosas y cera para pisos. 
 
 
3.5 GRASAS Y ACEITES DEL FLUIDO DE SEPARACIÓN 
 
El cálculo de la cantidad de grasas y aceites está dado por la siguiente fórmula: 
MuestrademL
PPLmgaceitesyGrasas 1000000)(]/[ 12 ∗−
= [33] (Ver numeral 2.2.5.1) 
Los resultados de la prueba fueron los siguientes: 
 
 
Grasas y aceites 
Balón [g] 124.7696
Balón + Grasas [g] 124.7804
Grasas [g] 0.0108
Volumen Muestra [mL] 100
TOTAL [mg/L] 108
 
Tabla 14. Resultados de la extracción de grasas y aceites 
Experimento 2. 
 
D istrib uc ió n d e fo rm a d e p a rtícu la s de P ET
0
10
20
30
40
50
60
70
4 8 10 12 20
Ningu
no
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