UNIVERSIDAD DE SAN CARLOS DE GUATEMALA CENTRO UNIVERSITARIO DEL SUR

CUNSUR ESCUINTLA

INFORME FINAL

“Evaluación de tres agentes quelantes, ácido etilendiamino tetracético

(EDTA), ácido nitrilo triacético (NTA) y ácido dietilen triamino pentacético

(DTPA) como sustitutos de STPP (tripolifosfato de sodio) en los

detergentes convencionales”.

T.U Edwin Alfonso Pacheco Rodríguez

Escuintla septiembre de 2008

3

RESUMEN

Los detergentes son sustancias químicas semejantes al jabón y que por lo tanto

bajan la tensión superficial de los líquidos. Desempeñan la acción de limpieza gracias a

la baja tensión superficial, penetran en todas las superficies intersticiales de las prendas

de vestir y se combinan con los residuos, atrayéndolos hacia la superficie y

manteniéndolos en suspensión, teniendo a continuación la necesidad de la remoción de

estos residuos.

El presente estudio evaluó el desempeño de un detergente y su impacto con el

medio ambiente, a través de tres factores consistentes en los agentes quelantes, los

cuales fueron evaluados en tres niveles de dosificación, de acuerdo con las fichas

técnicas de uso en detergentes, manteniendo constante el tipo de agua, variando

únicamente la dosis correspondiente a cada agente quelante y el testigo.

Como resultado del estudio se encontró que el mejor desempeño presentado en

las tres formulaciones, de los tres agentes analizados corresponde a la dosificación de

10% de EDTA, en una acción mutua con el medio ambiente, es decir que el rendimiento

en lavado es alto pero afecta el medio ambiente al generar una demanda de DBO5 =

160 mg/litro según norma coguanor NGO h12 ver anexo cuadro 14

En la parte de servicio en la Unidad Productiva, se realizó una

evaluación de los puntos críticos que generan reproceso de detergente en

polvo a partir de la torre de secado hasta el área de empaque, a fin de obtener

el punto de mayor incidencia en reproceso operando en condiciones normales,

llegando a establecer que corresponde al área de zaranda 65% de todo el

reproceso

4

INDICE GENERAL

i Resume .................................................................................... 1

ii Índice .................................................................................... 2

iii Introducción ........................................................................ 5

iv Justificación ........................................................................ 6

v Marco Teórico ......................................................................... 7

5.1 Los Detergentes ..................................................... 7

5.2 Fisicoquímica de los detergentes ..................................... 7

5.3 Composición ..................................................................... 8

5.4 Proceso de elaboración ..................................................... 9

5.5 Los detergentes y el medio ambiente ................................ 10

5.6 Envasado ............................................................................ 12

5.7 Agentes quelantes .............................................................. 12

5.8 Clases de agentes quelantes ................................................ 15

vi Objetivos .............................................................................. 17

vii Hipótesis ............................................................................. 18

viii Metodología ............................................................................... 19

ix Análisis y presentación de resultados ............................................. 22

x Conclusiones ............................................................................. 27

xi Recomendaciones ........................................................................... 28

xii Bibliografía ............................................................................. 29

xiii Anexos ..................................................................... 30

5

INDICE GENERAL

PLAN DE SERVICIO

i Introducción ......................................................... 35

ii Justificación ……………………………………. 36

iii Objetivos ……………………………………. 37

iv Actividades a desarrollar ……………………….. 38

4.1 Metodología ……………………………… 38

v Recursos ……………………………………… 39

vi Resultados ……………………………………….. 40

6.1 Sigma de reproceso……………………………. 40

6.1.1 Sigma de adición …………………….. 51

6.1.2 Sigma de condiciones de operación……. 51

6.1.3 Sigma de paros y arranques ……….. 51

vii Conclusiones ………………………………………. 53

viii Recomendaciones ………………………………… 54

ix Bibliografía ………………………………………… 55

x Anexos …………………………………………. 56

6

INDICE DE CUADROS, GRAFICAS

Y FIGURAS

Cuadros

Cuadro 1: Dosificación de quelantes …………………… 19

Cuadro 2: Comparación de medias Dosificación………... 21

Cuadro 3: determinación de la eficiencia secuestrante…... 22

Cuadro 4: Análisis de varianza poder secuestrante……… 22

Cuadro 5: Análisis de medias poder secuestrante………. 23

Cuadro 6: Incidencia agentes quelantes…………………. 24

Cuadro 7: Análisis de varianza poder detersivo………… 24

Cuadro 8: Análisis de medias poder detersivo………….. 24

Cuadro 9: Incidencia dosificación análisis DBO5………. 25

Cuadro 10: Análisis de varianza dosificación……………. 25

Cuadro 11: Análisis de medias dosificación……………… 26

Cuadro 12: Muestreo en las pruebas de detergente……….. 32

Cuadro 13: Descarga residual de agua norma COGUANOR 32

Cuadro 14: Agua residual lavandería norma COGUANOR... 33

Cuadro 15: Control de finos y gruesos…………………….. 46

Cuadro 16: Control de finos………………………………… 46

Cuadro 17: Control de gruesos……………………………… 46

Figuras

Figura 1: Simbología del reciclaje…………………………. 12

Figura 2: Función iónica de los quelantes…………………. 13

Figura 3: Complejo EDTA……………………………….... 15

Figura 4: Complejo DTPA…………………………………... 15

Figura 5: Complejo NTA…………………………………... 16

Figura 6: Dibujo botella usada análisis DBO5………………………. 30

Figura 7: Puntos Críticos de muestreo………..…………….. 41

Gráficas

Gráfica 1: Control de reproceso…………………………….. 48

Gráfica 2: Reproceso torre de detergente…………………… 49

7

III INTRODUCCION

Los detergentes son compuestos formados por varios elementos, como

lo son las sales de sulfato, acido sulfónico, suavizadores de agua y enzimas

entre otros. Todos estos elementos combinados son capaces de crear una

acción limpiadora sobre una superficie o material sucio en un baño líquido en el

que se disuelven uno a varios solutos (detergentes) que ayudan a la limpieza.

En el presente estudio se evaluaron los compuestos químicos conocidos

como quelantes en sustitución del Tripolifosfato de sodio, y así contar con un

agente alterno con mejores características. El estudio ha demostrado que

efectivamente los agentes quelantes tienen un mejor desempeño en la

efectividad, específicamente cuando se utiliza el ácido etilendiaminotetracético.

Pero este último aumenta el nivel de DBO en las aguas residuales.

En cuanto al servicio a través del estudio de los puntos críticos que

generan reproceso de detergente a partir de la torre de secado hasta el área de

empaque, se logró cuantificar que en su mayoría (65%) corresponde al

generado en el área de zaranda, por lo tanto se hace la recomendación de que

durante el secado las condiciones de operación se validen nuevamente, ya que

ocurren problemas, bien sea por mala aspersión del detergente o por

aglutinamiento de granos.

Por lo anterior, se invita al lector a adentrarse a los detalles de dichos

trabajos que se presentan a continuación.

8

IV. JUSTIFICACION

Los procesos de elaboración de detergente en la actualidad involucran

todos los sistemas de mantenimiento ambiental y se hace necesario que en el

futuro sean mas ecológicos haciéndolos menos tóxicos para el medio

ambiente.

El problema que presenta actualmente la unidad productiva al utilizar

TPP en su formulación de detergente en polvo es, que frente a la competencia

en los diversos segmentos del mercado, presenta problemas de desempeño en

el lavado, además de ello se adhieren los problemas de tipo ambiental que

representa esta materia prima.

Por tal razón se justifica la presente investigación al evaluar un posible

sustituto del TPP por algún agente quelante que presente mejor desempeño en

el producto terminado y consecuentemente amigable con el medio ambiente,

cuyo impacto, se refleja en el ambiente agroindustrial, al generar tecnologías

limpias. Y en el ámbito educativo al propiciar estudios científico técnicos que

retroalimenten el proceso de enseñanza aprendizaje en la carrera de Ingeniería

Agroindustrial del Centro Universitario del Sur.

9

V MARCO TEÓRICO

5.1 Los detergentes.

El jabón era conocido por la mayoría de culturas antiguas, que lo usaban

tanto para el cuerpo como para la ropa. Lo hacían con agua, grasas vegetales

o animales, y cenizas vegetales o sustancias minerales como la sosa cáustica.

A partir del siglo II, varias ciudades fueron centros productivos importantes de

jabón, y lo distribuían por toda el área mediterránea.

Hasta el siglo XV, uno de los principales núcleos de vida social en las

ciudades eran los baños públicos. Después, éstos fueron considerados

inmorales, y el jabón pasó a ser algo a evitar. Se vestía la misma ropa durante

semanas, y los malos olores se tapaban con perfumes. No se volvió a apreciar

el jabón hasta entrado el siglo XVIII, cuando los médicos se dieron cuenta de la

importancia de la higiene para la salud. Además, la industrialización y las

importaciones de grasas baratas de las colonias facilitaron la fabricación de

jabones a gran escala.

5.2 Fisicoquímica de los detergentes.

En latín, detergere quiere decir limpiar. Un detergente es una sustancia

que limpia, gracias a tener estas dos propiedades:

• Reduce la tensión superficial del agua, de manera que las moléculas de agua

no se sienten tan atraídas mutuamente, y pueden penetrar mejor en la

superficie a limpiar (por ejemplo un tejido)

• Las moléculas del detergente tienen un polo lipófilo, que combina bien con las

grasas, y un polo hidrófilo, que combina bien con el agua. La suciedad – que

está adherida a los tejidos mediante partículas oleosas – atrae a los polos

lipófilos, y los polos hidrófilos quedan dispuestos hacia fuera y rodeando la

suciedad, de forma que el agua arrastra todo el conjunto.

10

El jabón tiene estas dos propiedades, y por lo tanto es un detergente. A

partir de 1930 se empezaron a sintetizar sustancias detergentes derivadas del

petróleo. Después se descubrieron otros ingredientes que, añadidos a las

sustancias detergentes, daban al conjunto una mayor capacidad limpiadora.

Hoy, cuando decimos detergente nos referimos a todo el conjunto.

5.3. Composición.

Las componentes principales de los detergentes actuales son las siguientes:

5.3.1 Tensioactivos o surfactantes: son la sustancia detergente propiamente dicha. Según las propiedades químicas, se clasifican en aniónicos, catiónicos, no iónicos y anfóteros (cada tipo tiene propiedades limpiadoras diferentes).

5.3.2 Potenciadores o constructores: retienen el calcio y el magnesio que

pueda haber en el agua, y evitan que la suciedad se vuelva a depositar en el

tejido. Se dice que el agua es dura si contiene mucho calcio o magnesio.

5.3.3 Enzimas: rompen las moléculas de las manchas proteínicas (huevo,

leche, sangre), permitiendo ser arrastradas por el agua durante el lavado.

5.3.4 Blanqueadores: dejan la ropa más blanca y eliminan las manchas más

difíciles.

5.3.5 Abrillantadores ópticos: son sustancias fluorescentes que no se van al aclarar la ropa. Reflejan los rayos ultravioletas del sol, de manera que la ropa parece más blanca de lo que es (de hecho, le dan un tono azulado o verdoso, según la marca). En la ropa de color, los colores quedan más vivos.

5.3.6 Perfumes: dan olor a la ropa.

5.3.7 Relleno: no tiene ninguna función limpiadora, sólo se agrega para aumentar el volumen del detergente. Dependiendo de la fórmula, puede representar desde un 5% hasta un 45% del total de materia. Los detergentes concentrados no lo llevan.

11

5.4 Proceso de elaboración

La fabricación industrial de detergentes es un proceso relativamente

sencillo. Las materias primas se mezclan con agua hasta que forman una

pasta. Después se hace la atomización, que consiste en transformar la pasta

en polvo: la pasta pasa por un tubo a presión y entra en una gran torre, donde

es "rociada" con aire caliente a contracorriente. El aire evapora el agua de la

pasta y se forma el polvo (es más o menos fino según la presión con la que ha

salido del tubo y el diámetro de los orificios del "rociador"). Algunos de los

ingredientes, que no pueden resistir la temperatura del aire caliente o la

humedad, se añaden al polvo obtenido después de la atomización. A

continuación, el polvo se revuelve en un tambor giratorio, para obtener una

mezcla homogénea. Finalmente, pasa por un cedazo que separa las partículas

demasiado finas o gruesas.

Las fábricas deben estar bien equipadas con aspiradores, porque el

polvo puede provocar problemas de alergia o asma a los trabajadores. Se debe

poner atención sobre todo en la parte donde se manipulan las enzimas, ya que

éstas son especialmente peligrosas para el sistema respiratorio.

5.4.1 Los residuos

Una fábrica de detergentes no genera muchos residuos (no ocurre lo

mismo en la producción de las materias primas). Del atomizador sale (además

del detergente) vapor de agua, que se libera a la atmósfera, y polvo fino de

detergente. Este polvo se filtra y se reintroduce al inicio del proceso, como

también el detergente demasiado fino o grueso que se obtiene de los filtros

(granza).

La maquinaria se limpia con agua, que también se puede reutilizar

llevándola al inicio del proceso.

5.5 Los detergentes y el medio ambiente

Los detergentes se han asociado desde siempre con problemas

medioambientales. Ya antes de que aparecieran los sintéticos, el jabón tenía el

problema de que, en aguas muy duras, se combina con el calcio y deja una

12

película insoluble en la superficie del agua. En la década de 1960 se

introdujeron leyes para limitar la gran cantidad de espuma que generaban los

detergentes sintéticos.

Los aspectos que se deben tener en cuenta desde un punto de vista

medioambiental son los siguientes:

5.5.1 Biodegradabilidad

Según la legislación vigente, en un paquete de detergente se puede poner la

palabra "biodegradable" si el tensioactivo deja de tener un 90% de su

propiedad de disminuir la tensión superficial del agua 28 días después de ser

vertido al agua (las sustancias tensioactivas causan perjuicios a la vida

acuática).

Según los fabricantes ecológicos, este grado de biodegradabilidad no es

suficiente. Por otro lado, la ley no dice nada del resto de ingredientes, que

pueden llegar a significar un 80% del detergente. En los detergentes

convencionales, estos ingredientes no son biodegradables y son tóxicos para la

vida acuática (en especial los derivados del petróleo). A pesar de la

proliferación de depuradoras, en las aguas marinas se hallan residuos tóxicos

de detergentes.

5.5.2 Eutrofización

En general, muchos detergentes convencionales utilizan fosfatos, fosfonatos o

percarboxilatos como potenciadores. Estas sustancias actúan como

fertilizantes de las algas, haciendo que se reproduzcan muy deprisa. La gran

cantidad de algas agota el oxígeno del agua, que deja de estar disponible para

la fauna acuática (microorganismos y peces), y genera malos olores. Este

fenómeno se llama eutrofización, y ha causado desequilibrios muy graves en

varios lagos y ríos.

En la mayoría de países europeos y en buena parte de Norteamérica ya está

prohibido utilizar estos ingredientes (en algunos lugares desde 1970), pero en

gran parte de los países de Latinoamérica aún no. El sustituto más utilizado

son las zeolitas, unas sustancias minerales. Tienen el inconveniente de que no

son solubles en el agua, por lo que se acumulan en el fondo de las plantas

depuradoras.

13

5.5.3 Blanqueadores

Pueden estar basados en cloro o en oxígeno. Uno de los principales problemas

de la industria del cloro es que genera sustancias organocloradas, como

dioxinas y furanos, que causan muchos problemas de salud (disfunciones

hormonales, malformaciones en el feto, cáncer) y se acumulan en los tejidos de

los seres vivos (no se pueden metabolizar). Actualmente casi no se usan

blanqueadores de este tipo para detergentes.

Entre los basados en oxígeno, están el perborato y el percarbonato. El

perborato tiene el inconveniente de que libera boro al medio (es tóxico para la

vida acuática), y que se debe acompañar de una sustancia, el TAED, que se

combina con los metales pesados que hay en los fondos fluviales o marinos y

los introduce en la cadena trófica. Además, se debe lavar al menos a 60ºC para

que haga efecto. El percarbonato blanquea a cualquier temperatura y no libera

ninguna sustancia tóxica.

5.5.4 Antibacterias

Últimamente, muchos detergentes (convencionales) contienen agentes

antibacterias. No tienen ninguna utilidad práctica, y en cambio pueden causar

problemas a la vida bacteriana acuática. Como los fabricantes mantienen las

formulaciones en secreto, es muy difícil saber qué agentes antibacterias

utilizan. Hay un acuerdo industrial para no utilizar triclosan, una sustancia muy

problemática.

5.6 Envasado

Las cajas de cartón suelen ser de cartón reciclado, al menos en parte, y son

reciclables. Se pueden tirar al contenedor para papel, aunque tengan restos de

detergente. Últimamente existe la tendencia de presentar los detergentes

(convencionales) en bolsas de plástico. Tienen el inconveniente de que para

transportarlas se necesita un segundo empaquetado. Por otro lado, pocos

fabricantes indican de qué plásticos está hecho el envase, con lo que no se

puede saber si es reciclable o no. Lo más habitual es usar varios tipos de

plástico que no se pueden separar posteriormente, y por lo tanto tampoco se

pueden reciclar. Esta mezcla de plásticos se puede indicar en el envase con el

símbolo que vemos abajo.

14

FIGURA 1

Identifica el PET identifica varios plásticos

Fuente: wikipedia (en linea) *1

Las botellas de detergente líquido suelen ser de plástico PET, que es bastante

ligero y fácilmente reciclable. Los envases de PET se podrían reutilizar

devolviéndolos al fabricante.

5.7 Agentes quelantes: consideraciones generales

El término quelante deriva del griego "kelos" (pinza) y se aplica la

formación de complejos cíclicos.

Cuando un ión metálico se combina con una sustancia que posee un

átomo donor de electrones el compuesto obtenido se denomina "complejo" o

"complejo de coordinación". Si la sustancia que se combina con el ión metálico

posee dos ó más átomos que ceden electrones, de modo que se puedan

formar dos o más ciclos se obtiene un quelato, y la sustancia que aporta los

electrones se denomina agente quelante Se puede representar un complejo

metálico como:

*1 www.wikipedia//reciclajemediamabiente.com consultado 9 nov 2008

Figura 2

15

Fuente: wikipedia//usodequelantes.com en linea *2 consultado 8 de nov 2008

Así, la diferencia entre un agente complejante y un agente quelante

reside esencialmente en una diferencia de estructura.

La formación de ciclos en los quelatos metálicos produce nuevas

sustancias de muy elevada estabilidad, dejando concentraciones

extremadamente bajas del catión metálico libre en equilibrio.

Se puede así "enmascarar" la presencia de iones metálicos sin

necesidad de extraerlos del medio o aprovechar las propiedades especiales de

los quelatos formados.

La importancia tecnológica de su utilización deriva de la presencia

universal de los iones metálicos en todas las sustancias.

Si se toma como ejemplo el agua corriente, el solvente mas ampliamente

utilizado en la industria, aún la más pura contiene dosis apreciables de sales

disueltas: Cloruros, Sulfatos, Fosfatos, Carbonatos, etc. con iones metálicos

como calcio, magnesio, hierro, cobre, manganeso, cinc, etc.

En agua para uso alimenticio (potable) estas trazas metálicas

apropiadamente dosificadas constituyen una ventaja: es el caso del agua

mineral.

Por el contrario estas mismas trazas de iones metálicos constituyen graves

inconvenientes para su utilización industrial:

Sales de calcio y magnesio precipitan en agua caliente con formación de

sarro (calderas, intercambiadores de calor, etc.) trazas de iones hierro, cobre o

magnesio pueden hacer virar los matices de las tinturas.

Trazas de metales pesados provocan la descomposición catalítica de

peróxidos (inorgánicos, orgánicos, agua oxigenada, etc.) sales que confieren

16

dureza al agua forman con los jabones compuestos calcáreos insolubles,

reduciendo su poder detergente.

Trazas de calcio o magnesio conducen a defectos irreversibles en baños

reveladores y fijadores de películas y papeles fotográficos, trazas de cobre o

hierro catalizan la oxidación de ácidos grasos y vitaminas en alimentos, trazas

metálicas son suficientes para modificar las características reológicas de las

emulsiones, por ejemplo las de polímeros, aunque muy limitados estos

ejemplos hacen evidente la influencia desfavorable de los iones metálicos que

contiene el agua.

Es posible, evidentemente, extraer por vía química las sales

interferentes, aunque en muchos casos suponen operaciones onerosas (en

reactivos o equipos), Las instalaciones de floculación o decantación, a base de

sulfato de aluminio o compuestos orgánicos, permiten reducir la presencia de

impurezas no disueltas pero dispersas en el agua.

Las instalaciones de intercambio iónico (ablandadores de agua) permiten

un canje de iones y reducir en parte o totalmente el tenor de calcio y magnesio

en aguas industriales.

Sin embargo la forma más económica y efectiva de controlar

permanentemente la presencia de trazas metálicas en productos industriales

consiste en tratarlas con agentes que inhiban totalmente la acción de los iones

metálicos sin suprimir su presencia: la formación de Quelatos.

Los quelatos y las reacciones de quelación están ampliamente

distribuidos en la naturaleza: desde los delicadamente balanceados procesos

vitales, dependientes de solo trazas de iones metálicos, a los quelatos

extremadamente estables en petróleos crudos, resultados de procesos en

escala de tiempo geológica.

5.8 Clases de agentes quelantes

Pueden dividirse en dos tipos de sustancias: orgánicas e inorgánicas.

Dentro de los quelantes orgánicos ocupan un lugar preponderante los

compuestos poliaminocarboxilicos, principalmente las sales de EDTA, DTPA y

NTA, y en menor grado el HEDTA (Ácido N hidroxietilendiamino triacetico)

17

DPTA (Ácido diaminopropanol tetraacético) y DHEG (N.N. di 2

hidroxietilglicina).

Los secuestrantes inorgánicos comprenden principalmente a los

polifosfatos de los cuales el mas ampliamente utilizado es el tripolifosfato, con

menor uso de fosfatos piro-fosfóricos, hexametafosfóricos, tetrapolifosfóricos,

etc.

Los quelantes poliaminocarboxlicos mas utilizados son comúnmente

designados por sus nombres abreviados (siglas); estas corresponden

químicamente a:

Figura 3

Fuente: www.scale.org consultado 10 nov. 2008

Figura 4

Fuente: www.scale.org consultado 10 nov. 2008

Figura 5

18

Fuente: www.scale.org consultado 10 nov. 2008

Si se comparan las propiedades de los quelantes paliaminocarboxilicos

(EDTA, DTPA, NTA, etc.) con los de los secuestrantes inorgánicos

(polifosfatos), presentan las siguientes ventajas:

Los quelatos paliaminocarboxilicos son estables a elevadas

temperaturas en solución acuosa, mientras que los polifosfatos se hidrolizan

fácilmente con el aumento de temperatura y la presencia de iones metálicos

pesados, que actúan coma catalizadores. Así por ejemplo luego de un

calentamiento de 3 horas a 100 °C de una solución al 2% de tripolifosfato

cálcico-magnesio se hidrolizó a: metafosfatos 45%, pirofosfatos 2% y

tripolifosfatos 18%. La adición de EDTA o DTPA a los fosfatos polimerizados

retarda la hidrólisis por quelación de los metales pesados. *3

Los secuestrantes poliaminocarboxilicos actúan sobre casi todos los

iones metálicos, mientras los polifosfatos se limitan a Calcio y Magnesio.

Las cantidades requeridas de quelantes poliaminocarboxilicos: son de 3 a 6

veces menores a la de los polifosfatos, debido a la diferencia en pesos

moleculares.

Comparativamente a los polifosfatos, los secuestrantes

poliaminocarboxilicos tienen mayor compatibilidad con los sistemas orgánicos

(soluciones hidroalcoholicas, solventes, emulsiones, etc.), especialmente las

sales de aminas superiores.**12.7

* 3 www.rinconciencia.com en línea consultado 10 nov. 2008

19

VI. OBJETIVOS.

6.1 General

Evaluar la eficiencia de tres quelantes ácido etilendiamino tetracético

(EDTA), ácido nitrilo triacético (NTA), ácido dietilen triamino pentaacético

(DTPA) como sustitutos de tripolifosfato de sodio (STPP) en los detergentes

convencionales.

6.2 Específicos

6.2.1 Establecer la eficiencia secuestrante de las sales minerales en el agua

por el efecto de los agentes quelantes: ácido etilendiamino tetracético

(EDTA), ácido nitrilo triacético (NTA), y ácido dietilen triamino

pentacético (DTPA).

6.2.2 Evaluar el poder detersivo de los detergentes reformulados.

6.2.3 Evaluar el agua de lavado de las formulaciones con agentes quelantes,

por medio de los análisis DBO5 para establecer el grado de

biodegradabilidad.

20

VII. HIPÓTESIS

7.1 Hipótesis científica

El aumento en la concentración de un agente quelante en base a la formulación

de detergente en el agua, disminuye la concentración de sales minerales en el

agua .

7.2 Hipótesis estadística

HO. La dosificación de EDTA, NTA Y DTPA no difiere significativamente en

cuanto a la disminución de sales minerales en el agua de lavado

HA. La dosificación de EDTA, NTA Y DTPA difiere significativamente en

cuanto a la disminución de sales minerales en el agua de lavado

A un nivel de significancia de 0.05.

21

VIII METODOLOGÍA

8.1 Lugar de investigación

El presente estudio fue realizado en una unidad productiva de jabones y

detergentes específicamente en el área de producción de detergentes donde

se realizó el trabajo experimental y parte de los análisis físico químicos,

paralelo a ello se utilizó el laboratorio instrumental del Centro Universitario del

Sur CUNSUR, de la universidad de San Carlos de Guatemala, ubicado en la

cabecera municipal de Escuintla en el departamento de Escuintla

8.2 Manejo del experimento

El desarrollo del experimento comprende las siguientes fases:

Selección de los agentes quelantes (EDTA NTA y DTPA), como factores de

comparación con el testigo actual, tripolifosfato de sodio (TPP) utilizado en la

formulación actual de un detergente en polvo.

Cuadro 1: dosificación de quelantes en la formulación de detergente en polvo

Porcentajes a dosificar en formulación

Quelante 3% 7% 10%

EDTA * * *

NTA * * *

DTPA * * *

STPP * * *

FUENTE: elaboración propia, EPS mayo de 2009.

Referencias:

EDTA = acido etilendiamino tetracético

NTA = ácido nitrilo triacético

DTPA = ácido dietilen triamino pentaacético

22

Estadísticamente se establece a través de un análisis de varianza cual de los

factores evaluados (EDTA, NTA, DTPA,) presenta mejores rendimientos

comparado con el testigo (TPP) ver cuadro 6, donde se establecen las

condiciones de operación del método para evaluación del poder detersivo

manteniendo fijos: la temperatura del agua del lavado, ciclos del lavado, y el

tiempo de lavado para determinar el poder detersivo, así mismo el cuadro 9 se

presentan las condiciones operacionales para la determinación de la demanda

bioquímica de oxigeno (DBO5)

8.3 Métodos de investigación

8.3.1 Modelo estadístico

Se utilizó un sistema de bloques completamente al azar, tal como lo muestra el

cuadro 1, donde los elementos a bloquear son las concentraciones de los

agentes quelantes, respecto del testigo, para lo cual el modelo estadístico a

seguir es el siguiente:

ijiiYij

Yijk = Media general alrededor de la cual oscilan los valores de todas las

observaciones

βi = Efecto de la dosis de quelante A

βi = Efecto de la dosis de quelante B

βi = Efecto de la dosis de quelante C

Donde:

Yij = valor de la característica en estudio.

µ = media general alrededor de la cual oscilan los valores de todas las

observaciones

i = efecto de la dosis o porcentajes de dosificaciónּז

βi = Efecto del tipo de quelante A, B, C. en comparación con el testigo STPP

εij = Componente del error aleatorio.

8.3.2 Comparación de medias

23

Se realizó una comparación de medias utilizando la prueba de tukey, para la

cual se procedió a calcular la diferencia significativa (DSH) mediante la

siguiente relación que se presenta en el cuadro 2, tanto para factores como

interacciones:

prsCMEnqLSD /,;

Cuadro 2

Comparación de medias

Factores principales

prsCMEnqLSD /,

Fuente: Diseños experimentales Montgomery Pág. 72 (1991)

Referencias

qα; ּז: Es el valor tabulado del rango estandarizado al nivel de significancia de

la prueba α de 0.05 para comparar t medias de tratamientos con “n” grados de

libertad de error experimental.

CME: cuadrado medio del error

p: Niveles de los factores

s: tratamientos

r: repeticiones

24

IX Presentación y discusión de resultados

9.1 Evaluación de los agentes quelantes

Inicialmente se hizo la evaluación de los agentes quelantes con respecto

a la eficiencia secuestrante de las sales minerales formadoras de dureza. En el

cuadro 3 se presenta eficiencia secuestrante y el cuadro 4 el análisis de

varianza.

Cuadro 3: Determinación de la eficiencia secuestrante de los agentes quelantes

Porcentajes a dosificar en formulación

Quelante 3% 7% 10%

EDTA 19 ppm 14 ppm 10 ppm

NTA 25 ppm 18 ppm 12 ppm

DTPA 28 ppm 21 ppm 16 ppm

STPP 42 ppm 30 ppm 18 ppm

Fuente: elaboración propia. Febrero 2009 (datos expresado en ppm)

Cuadro 4: Análisis de varianza de la eficiencia del poder secuestrante

Fv G.L SS MS Fc fa tab

Tratamientos 3 398,92 132,97 12,31 4,066181

Bloques 2 421,17 210,58 19,49

Error 6 64,83 10,81

Total 11 884,92

Fuente: Elaboración propia febrero 2009

Como puede observarse en el cuadro 4 el análisis de varianza demuestra que

aun nivel de significancia de α= 0.05 existe diferencia significativa en los

tratamientos a diferentes concentraciones.

La eficiencia secuestrante de los agentes quelantes está atribuida al ácido

Etilendiamintetratcético (EDTA) a una concentración del 10%, estableciendo un

valor de 10 ppm en concentración de sales en el agua.

25

9.2 Prueba de medias de Dunnett

W: Comparador Tukey

q = Valor de las tablas de Tukey que depende del número de tratamientos

Trat. = tratamientos

gl = grados de libertad del error

α = nivel de significacia alfa

CME = cuadrado medio del error

n = número de repeticiones

Utilizando el estadístico de dunnett podemos decir: d (0.05) (3,6) = 3.10

Cuadro 5: Análisis de medias

1 vs. 4 Y1 - y4 = 15,67

2 vs. 4 Y2 - Y4 = 11,67

3 vs. 4 Y3 - Y4 = 8,33

Fuente: elaboración propia febrero 2009

Como puede observarse en el cuadro 5 el análisis de medias demuestra que a

un nivel de significancia de α= 0.05 existe diferencia significativa en los

tratamientos a diferentes concentraciones. No obstante no existe variabilidad

entre la formulación 3 y 4 que es la muestra testigo

n

CMEqW gltrat

2,,

n

CMdW E2

)6,3(05.0 87.83

)31.12(2*10.3

26

Cuadro 6: Incidencia de los agentes quelantes en el poder detersivo

Porcentajes a dosificar en formulación

Quelante 3% 7% 10%

EDTA 72% 92% 94%

NTA 68% 80% 84%

DTPA 68% 79% 82%

STPP 65% 72% 80%

Fuente: elaboración propia. febrero 2009, poder detersivo: (factor de blancura) Cuadro 7: Análisis de varianza para el poder detersivo

Fv G.L SS MS Fc Fa tab

Tratamientos 3 364.25 121.42 9.78 4.066181

Bloques 2 652.17 326.08

Error 6 74.50 12.42

Total 11 1090.92

Fuente: elaboración propia. febrero 2009

Como puede observarse en el cuadro 7 el análisis de varianza demuestra que

a un nivel de significancia de α= 0.05 existe diferencia significativa en los

tratamientos a diferentes concentraciones.

Cuadro 8 Análisis de medias

Fuente: elaboración propia Febrero: 2009

En consecuencia el análisis de medias indica que las diferencias se

están presentando a causa de la media uno que representa el EDTA con

respecto a la muestra testigo STPP no obstante no hay diferencia entre 2 y 4, 3

y 4 respectivamente

1 vs. 4 Y1 - Y4 = 15,00

2 vs. 4 Y2 - Y4 = 5,33

3 vs. 4 Y3 - Y4 = 4,00

n

CMdW E2

)6,3(05.0 91.73

)78.9(2*10.3

27

9.3 Porcentaje de dosificación de agente quelante

El análisis de resultados por el sistema de bloques completamente al

azar generado por la variable de dosificación de agente quelante, en el efecto

análisis de DBO5

Cuadro 9 incidencia de la dosificación en el análisis de DBO5

Porcentajes a dosificar en formulación

Quelante 3% 7% 10%

EDTA 141 mg/L 148 mg/L 160 mg/L

NTA 140 mg/L 142 mg/L 148 mg/L

DTPA 140 mg/L 144 mg/L 151 mg/L

STPP 138 mg/L 141 mg/L 148 mg/L

Fuente: Elaboración propia: marzo 2009 (datos expresados en mg/L)

Ver norma coguanor NGO h12

Cuadro 10 Análisis de varianza

Fv G.L SS MS Fc fa tab

Tratamientos 3 94,92 31,64 5,37 4,066181

Bloques 2 298,67 149,33

Error 6 35,33 5,89

Fuente: Elaboración propia: marzo 2009

Como se observa en el cuadro 10 el análisis de varianza demuestra que a un

nivel de significancia de α= 0.05 existe diferencia significativa en los

tratamientos y se hace necesario evaluar las medias

28

9.4 Prueba de medias de Dunnett

Cuadro 11: análisis de medias

1 vs. 4 Y1 - y4 = 7,33

2 vs. 4 Y2 - Y4 = 1,00

3 vs. 4 Y3 - Y4 = 2,67

Fuente elaboración propia: Marzo de 2009

En consecuencia el análisis de medias indica que existen diferencias entre el

EDTA y el STPP en la carga orgánica liberada en el agua. No obstante los

demás quelantes no presentaron diferencia estadística.

Si existe diferencia significativa en los agentes quelantes evaluados con

respecto al Tripolifosfato de Sodio (STPP) específicamente en la carga

orgánica donde Acido Etilendiamintetracético (EDTA) obtiene 160 mg/litro de

efectividad cuando su concentración en la formulación del detergente

corresponde al 10%

n

MSqW E

gltrat

2,,

n

msdW E2

)6,3(05.0 86.53

)37.5(2*10.3

29

X CONCLUSIONES.

10.1 El mejor desempeño de la eficiencia secuestrante de los agentes

quelantes evaluados en el presente estudio, está atribuida a la

dosificación del 10% ácido Etilendiaminotetracético (EDTA).

10.2 Si existe diferencia significativa en el poder detersivo de los agentes

quelantes evaluados con respecto al Tripolifosfato de Sodio (STPP)

cuando la solución es llevada al 7 y 10%.

10.3 La formulación evaluada de EDTA, es la que liberó un volumen mayor

de carga orgánica en el agua de lavado, dando un resultado de 160 mg

por litro de agua evaluado al 10% .

30

XI RECOMENDACIONES

11.1 Evaluar el uso del agua de lavado de detergentes formulados con STPP

como sustrato para alimentar plantas de jardín y grama para canchas de

fútbol

11.2 Evaluar una metodología para establecer las trazas de quelantes

residuales y su efecto en los matos de agua.

31

XII BIBLIOGRAFÍA

12.1 American Society for Testing and materials (ASTM) Manual de aguas

tercera edición México. Editorial Limusa Pg. 35, 38, 47

12.2 Comisión guatemalteca de normas COGUANOR (2000) NGO 29001,

agua potable, especificaciones

12.3 Comisión guatemalteca de normas COGUANOR (1985) NGO 29011 h3

determinación de constituyentes inorgánicos no metálicos

12.4 Montgomery D.C (1991) Diseño y analisis de experimentos. México

Editorial Iberoamericana Pg. 119 -127 del capitulo 5 pp 178

12.5 Scentia: capitulo 3 Detergentes mas utilizados en la actualidad,

detergentes iónicos tercera edición Editorial Océano. Colombia pag.

120 - 121

REFERENCIAS ELECTRÓNICAS

12.6 www.wikipedia//usodequelantes.com en linea *2 consultado 8 de nov

2008

12.7 www.rinconciencia.com en linea *3 consultado el 10 de nov. 2008

12.8 www.gobiernodechliegestionsalud.com en linea * 4 consultado 10 nov. 2008

12.9 Microsoft C (2008) Enciclopedia de consulta encarta 2010

32

XIII ANEXOS

Figura 6: Botella respirométrica

33

Tabla No. 1

PROPIEDADES DE LOS AGENTES QUELANTES

Fuente wikipedia//usodequelantes.com en linea *2 consultado 8 de nov 2008

34

Cuadro 12: Muestreo de los detergentes en relación al porcentaje de pasta

Fuente: elaboración propia

Descargas de agua residual industrial.

Se establecen los siguientes límites máximos para efluentes líquidos a ser descargados directa o indirectamente en los cuerpos de aguas superficiales (ríos, estuarios, lagos y embalses), el subsuelo y en aguas costeras. Se labora en la inclusión próxima de nuevas industrias. Cuadro 13: Descarga de agua residual

Descarga industrias varias. Parámetro

Licoreras Cárnicas Cerveceras Pegamentos superf. y subsuelo

agua. costera

superf. y subsuelo

costera superf. subsuelo

costa superf. Sub.

costa

Demanda biológica de oxígeno (DBO5) Demanda química de oxígeno (DQO) Nitrógeno del Amonio (N-NH4)

35 130 12

70

300 30

35 130 12

70

300 30

35 130 12

70 300 30

35 130 12

70

300 30

Nitrógeno total (N tot) Fósforo total (P tot) pH

20 3

6.5-9.0

50 8

7.5-8.5

20 3

6.5-9.0

50 8

7.5-8.5

20 3

6.5-9.0

50 8 7.5

30 3

6.5-9.0

50 8 7.5

Fuente: norma coguanor: NGO h12

35

Descargas de agua residual de lavanderías.

Las descargas de las lavanderías serán regidas por los parámetros de control incluidos en la siguiente tabla, para las descargas de sus efluentes a ser vertidas en los diferentes cuerpos hídricos. Cuadro 14: Agua residual de lavandería

Descarga de lavanderías. Parámetro

superf. y subsuelo

(mg/L)

Agua. Costera (mg/L)

Alcantarillado. (mg/L)

Demanda biológica de oxígeno (DBO5) Demanda química de oxígeno (DQO) Nitrógeno total (N tot) fósforo total (P tot)

35 130

23, 3

70 300

50, 8

350 900

40, 10

Arsénico (As) Cobre cromo (Cr) Niquel (Ni)

0.10 0.50 0.51

0.1 0.5 0.2

0.5 0.2 0.2

Plomo (Pb) Cadmio (Cd) Mercurio (Hg) Zinc

0.1 0.1 0.05

2

0.1 0.1 0.05

2

0.1 0.2 0.05 10

Compuestos orgánicos totales compuestos Organo-halogenados

20 2

20 2

20 2

Compuestos organo-halogenados en: - Lavanderias de hospitales (g/t) - Lav. industriales de carne y pescado (g/t) 18 40 grm/lt 18 40 grm/lt 18 40 grm/lt

Fuente: norma coguanor: NGO h12