estudio de la factibilidad técnica y económica para la...

Facultad de Ingeniería

Escuela de Ingeniería Química

Estudio de la factibilidad técnica y económica para la

producción de selladores en base a polímeros de

silicona en la empresa PLASTIDRICA, C.A.

Carlos De Jesús De Barros y Rosanna Hernández Quartarone

Tutor: Lic. Xavier Figarella

Caracas, Marzo 2004.

UNIVERSIDADMETROPOLITANA

Enseñando el camino

ii

Derecho de Autor

Quienes suscriben, en condición de autores del trabajo titulado “Estudio de la

factibilidad técnica y económica para la producción de selladores en base a

polímeros de silicona en la empresa PLASTIDRICA, C.A.”, declaramos que:

Cedemos a título gratuito, y en forma pura y simple, ilimitada e irrevocable a la

Universidad Metropolitana, los derechos de autor de contenido patrimonial que nos

corresponden sobre el presente trabajo. Conforme a lo anterior, esta cesión

patrimonial sólo comprenderá el derecho para la Universidad de comunicar

públicamente la obra, divulgarla, publicarla o reproducirla en la oportunidad que ella

así lo estime conveniente, así como, la de salvaguardar nuestros intereses y

derechos que nos corresponden como autores de la obra antes señalada. La

Universidad en todo momento deberá indicar que la autoría o creación del trabajo

corresponde a nuestra persona, salvo los créditos que se deban hacer al tutor o a

cualquier tercero que haya colaborado o fuere hecho posible la realización de la

presente obra.

Carlos De Jesús De Barros Rosanna Hernández Quartarone

C.I. 14.889.651 C.I. 14.428.961

En la ciudad de Caracas, a los 25 días del mes de Marzo del año 2004.

iii

Acta de Aprobación

Considero que el Trabajo Final titulado

Estudio de la factibilidad técnica y económica para la producción de selladores en

base a polímeros de silicona en la empresa PLASTIDRICA, C.A.

elaborado por los ciudadanos


para optar al título de

Ingeniero Químico

reúne los requisitos exigidos por la Escuela de Ingeniería Química de la Universidad

Metropolitana, y tiene méritos suficientes como para ser sometido a la presentación

y evaluación exhaustiva por parte del jurado examinador que se designe.

En la ciudad de Caracas, a los 25 días del mes de Marzo del año 2004.

Lic. Xavier Figarella

iv

Acta de Veredicto

Nosotros, los abajo firmantes, constituidos como jurado examinador y reunidos en Caracas, el día 13 de Abril de 2004, con el propósito de evaluar el Trabajo Final titulado

Estudio de la factibilidad técnica y económica para la producción de selladores en

base a polímeros de silicona en la empresa PLASTIDRICA, C.A.

presentado por los ciudadanos


para optar al título de

Ingeniero Químico

emitimos el siguiente veredicto:

Reprobado ___ Aprobado ___ Notable ___ Sobresaliente _XX _

Observaciones:

Prof. Xavier Figarella Ing. Reinaldo Alzaibar Dr. Miguel Pérez

v

Agradecimientos

A través de éstas palabras, queremos hacer un reconocimiento a todas aquellas

personas que de alguna forma particular marcaron una diferencia e influyeron en

nuestro trabajo. Agradecemos a:

Al Prof. Xavier Figarella por habernos dado la oportunidad de realizar éste Trabajo

de Grado y por todo el apoyo que nos brindó para poder llevarlo a cabo.

A la Ing. Alicia Harrar de Dienes, por su ayuda incondicional y por los consejos

oportunos que siempre nos brindó.

A nuestros familiares, porque sin Uds. no hubiéramos podido culminar

satisfactoriamente nuestros estudios. Éste éxito también es de Uds.

A nuestros amigos por estar con nosotros cuando los necesitamos, especialmente a

Adriana, Jeny, Ana María, Verónica, José Luis e Isabel. Muchos éxitos para Uds.

también.

Al Prof. Ernest Bordier y a Magaly Villegas por la colaboración prestada en los

momentos en que los necesitamos.

Al Sr. Oswaldo Maccio, el Sr. José Luis García y a todo el personal de la empresa

PLASTIDRICA, C. A. por brindarnos la oportunidad de desarrollar nuestro proyecto y

por la colaboración prestada.

vi

Dedicatoria

Carlos A mis padres y mis hermanos: por brindarme el apoyo más incondicional que existe, por creer en mí y por su infinita comprensión.

Rosanna A mi padres y mi hermana por todo el apoyo y compresión que me brindaron para poder llegar a donde estoy.

vii

Tabla de Contenido

Lista de Tablas, Figuras y Gráficas x

Resumen xiii

Introducción 1

Capítulo I: Tema de Investigación 4

I.1 Planteamiento del Problema 5

I.2 Objetivo General 5

I.3 Objetivos Específicos 5

I.4 Justificación de la Investigación 6

Capítulo II: Marco Teórico 7

II.1 Los Polímeros 8

II.1.1 Polímeros Sintéticos 9

II.1.2 Tipos de Polímeros 10

II.2 Los Adhesivos 10

II.2.1 Los Selladores 12

II.2.2: Clasificación de los Adhesivos 12

II.2.2.1 Adhesivos químicamente reactivos 12

II.2.2.2 Adhesivos que curan por evaporación o difusión de

solventes

14

II.2.2.3 Adhesivos del tipo Hot Melt o Termofusibles 15

II.2.2.4 Adhesivos de curado retardado o incompleto 15

II.2.2.5 Adhesivos dispuestos en forma de película 16

II.2.2.6 Adhesivos sensibles a la presión 16

II.3 Las Siliconas 16

II.3.1 Síntesis de los polímeros de silicona 17

II.4 Selladores de silicona de un componente 19

II.4.1 Materia Prima 20

II.4.1.1 Polímeros de silicona 20

II.4.1.2 Entrecruzadores 21

II.4.1.3 Materiales de relleno 23

II.4.1.4 Catalizadores 25

II.4.1.5 Plastificantes 25

viii

II.4.1.6 Promotores de adhesión 26

II.4.2 Características del producto 26

II.4.2.1 Características del curado 26

II.4.2.2 Propiedades reológicas 26

II.4.2.3 Propiedades físicas del producto curado 27

II.4.3 Aplicaciones del producto 27

II.4.4 Formulación de un sellador de silicona 28

II.4.5 Descripción del proceso de elaboración de un sellador de silicona 29

II.5 Viscosidad de los fluidos 29

II.5.1 Clasificación de los fluidos no newtonianos 31

II.6 Operaciones de Mezclado 33

II.6.1 Definición 33

II.6.2 Descripción de los equipos de mezclado 34

II.6.3 Patrones de flujo en tanques agitados 37

II.6.4 Tipos de agitadores 41

II.6.4.1 Agitadores de flujo axial 41

II.6.4.2 Agitadores de flujo radial 42

II.7 Definición del Número de Flujo 44

II.8 Cálculo de la potencia 46

II.8.1 Cálculo de la potencia para fluidos newtonianos 46

II.8.2 Cálculo de la potencia para fluidos no newtonianos 50

II.9 Equipos utilizados en la elaboración de productos a base de

siliconas

52

Capítulo III: Marco Metodológico 55

III.1 Evaluación Técnica 56

III.1.1 Descripción de los equipos con los que cuenta la empresa 56

III.1.2 Formulación del producto 56

III.1.3 Capacidad energética del rotor 58

III.1.4 Componentes adicionales del equipo 61

III.2 Evaluación Económica 62

III.2.1 Estudio de mercado 62

III.2.1.1 Descripción del producto 62

III.2.1.2 Demanda del producto 63

III.2.1.3 Oferta del producto 64

III.2.1.4 Formación del precio 64

ix

III.2.2 Estudio Técnico 65

III.2.2.1 Infraestructura de servicios 65

III.2.2.2 Tecnología a utilizarse 65

III.2.2.3 Efluentes y pérdidas en el proceso 65

III.2.2.4 Cronograma de la inversión 66

III.2.2.5 Volumen de ocupación 66

III.2.2.6 Capacidad instalada y utilizada 67

III.2.2.7 Control de calidad 67

III.2.2.8 Consideraciones adicionales 68

Capítulo IV: Resultados y Análisis de Resultados 69

IV.1 Resultados Evaluación Técnica 70

IV.1.2 Resultados Experimentales 70

IV.2 Resultados Evaluación Económica 74

IV.3 Análisis de Resultados 85

IV.3.1 Análisis de los Resultados Experimentales 85

IV.3.2 Análisis de los Resultados de la Evaluación Técnica 86

IV.3.3 Análisis de los Resultados de la Evaluación Económica 88

Capítulo V: Conclusiones y Recomendaciones 91

V.1 Conclusiones 92

V.2 Recomendaciones 93

Bibliografía 94

Apéndices 98

Apéndice A: Correlaciones del Número de Potencia para agitadores

tipo ancla y tipo helicoidal

99

Apéndice B: Procedimientos Experimentales 102

Apéndice C: Modelo de cálculo de la potencia 108

Anexos 111

x

Listas de Tablas, Figuras y Gráficas

Tablas

Tabla 1. Composición típica de un sellador de silicona y propiedades del

producto final.

28

Tabla 2. Valores del Número de Flujo para diferentes tipos de agitador y

tanques con placas deflectoras.

46

Tabla 3. Constantes a y b de la ecuación 1.16. 50

Tabla 4. Formulación recomendada para la producción de los selladores de

silicona.

57

Tabla 5. Códigos de los productos utilizados para la evaluación económica

según lo que se muestra en el Anexo A.

63

Tabla 6. Valores de la Viscosidad Brookfield a varias frecuencias rotacionales y

densidad para los productos Sello Costura y Silicona Comercial.

70

Tabla 7. Valores determinados de Número de Reynolds, Número de Potencia y

potencia suministrada al fluido a través de un agitador tipo ancla, para

diferentes frecuencias rotacionales establecidas, para el producto de silicona

comercial.

71


potencia suministrada al fluido a través de un agitador tipo helicoidal, para

diferentes frecuencias rotacionales establecidas, para el producto de silicona

comercial.

71


potencia suministrada al fluido a través de un agitador tipo ancla, para

diferentes frecuencias rotacionales establecidas, para el producto Sello

Costura.

72

Tabla 10. Valores determinados de Número de Reynolds, Número de Potencia

y potencia suministrada al fluido a través de un agitador tipo helicoidal, para

diferentes frecuencias rotacionales establecidas, para el producto Sello

Costura.

72

Tabla 11. Capacidad Instalada y capacidad utilizada de la Empresa para la

producción de los selladores de silicona.

74

Tabla 12. Inversión total del proyecto. 75

Tabla 13. Costos por concepto de nómina. 76

Tabla 14. Costos por materia prima proyectado a todo el período de estudio. 77

xi

Tabla 15. Relación de ingresos por concepto de venta del producto. 78

Tabla 16. Descripción de los gastos fijos y variables. 79

Tabla 17. Estado de resultados y flujo de caja. 80

Tabla 18. Descripción de los costos variables y fijos para la determinación del

punto de equilibrio .

82

Tabla 19. Determinación del VPN. 84

Tabla 20. Resumen de los resultados obtenidos en la evaluación técnica. 87

Figuras

Figura 1: Comportamiento de un fluido entre placas paralelas. 29

Figura 2: Variación del esfuerzo cortante con el grado de corte para fluidos

newtonianos y no newtonianos.

31

Figura 3: Variación del esfuerzo cortante con el grado de corte para fluidos no

newtonianos cuya viscosidad no depende del tiempo.

32

Figura 4: Esquema de un modelo de tanque agitado provisto con placas

deflectoras y agitador tipo turbinas de palas rectas.

35

Figura 5: Ubicaciones varias del agitador: a) Con entrada por el fondo, b)

Agitador excéntrico, c) Dos agitadores en un mismo eje central.

35

Figura 6: Esquema de un sistema de descarga de cilindro h idráulico para un

tanque agitado.

36

Figura 7: Elementos comunes de los tanques agitados. 37

Figura 8: Patrones de flujo en los tanques. 38

Figura 9: Patrones de flujo en tanques agitados: a) Sin placas deflectoras, b)

Con placas deflectoras.

39

Figura 10: Maneras de evitar la formación de remolinos en los tanques

agitados sin la utilización de placas deflectoras: a) Agitador inclinado, b)

Agitador colocado fuera del eje central del tanque.

40

Figura 11: Mezcladora de hélice de entrada lateral. 40

Figura 12: Agitadores de flujo axial: a) Tipo hélice, b) Tipo turbina. 41

Figura 13: Agitadores de flujo radial: a) Tipo turbina de palas inclinadas, b)

Tipo palas, c) Tipo ancla, d) Tipo helicoidal.

43

Figura 14: Vectores velocidad en el extremo de la pala de un agitador tipo

turbina.

44

Figura 15: Correlación de la potencia en función del Número de Reynolds para

turbinas de 6 palas y tanques provistos de placas deflectoras.

48

xii

turbinas de 6 palas y tanques provistos de placas deflectoras.

Figura 16: Número de Potencia con respecto al Número de Reynolds para

rodetes de tres palas.

49

Figura 17: Correlación de la potencia para una turbina de seis palas con un

fluido no newtoniano.

51

Figura 18: Mezclador planetario doble: a) en escala piloto, b) una de las

diversas configuraciones de aspas utilizadas.

53

Figura 19: Distintas configuraciones de mezcladores multi-ejes empleados

para fluidos de alta viscosidad.

53

Figura 20: Agitadores helicoidales: a) tradicional, b) con banda helicoidal

interna.

54

Gráficas

Gráfica 1: Variación de la viscosidad aparente en función de la frecuencia

rotacional (rps) para los productos Sello Costura y Silicona Comercial.

70

Gráfica 2: Variación de la potencia en función de la frecuencia rotacional (rpm)

para los productos Sello Costura y Silicona Comercial y para agitadores tipo

ancla y tipo helicoidal.

73

Gráfica 3: Flujo de caja libre del estudio económico. 81

Gráfica 4: Punto de equilibrio del estudio económico. 83

Gráfica 5: Análisis de sensibilidad del estudio económico. 84

xiii

Resumen

Estudio de la factibilidad técnica y económica para la producción de

selladores en base a polímeros de silicona en la empresa

PLASTIDRICA, C.A.

Autores: Carlos Alberto De Jesús De Barros.

Rosanna Emilia Hernández Quartarone.

Tutor: Prof. Xavier Figarella. Caracas, 25 de Marzo de 2004.

Este Trabajo de Grado se llevó a cabo con el propósito de estudiar la viabilidad

tanto técnica como económica de producir selladores en base a polímeros de

silicona en la empresa Plastidrica, C.A., de forma tal de poder expandirse y competir

en nuevos mercados, de acuerdo a las nuevas tendencias comerciales.

Para ello se comenzó la investigación a través del estudio técnico, el cual se basó

en la evaluación de los equipos con los que cuenta actualmente la empresa para

producir Plastisoles. Los aspectos tomados en cuenta fueron, principalmente, la

potencia necesaria para agitar la mezcla de silicona y la comparación con la

potencia necesaria para agitar la mezcla del producto Sello Costura, producido en la

Empresa. Si los requerimientos energéticos para el mezclado de silicona estaban

dentro del rango de capacidad del motor del agitador, se considera la evaluación

positiva en relación a éste aspecto. Los demás parámetros considerados para la

evaluación fueron los requerimientos técnicos de los equipos, tales como la

disposición de bombas de vacío, chaquetas de enfriamiento en el tanque,

dispositivos para toma de muestras para controlar la calidad, protección contra la

humedad y la disposición del agitador adecuado para el tipo de producto sujeto a

estudio.

El estudio económico se basó en la determinación de los costos estimados para

producir el nuevo producto, en contraposición de los ingresos que se esperan

xiv

obtener por la venta del 100% de la producción. En base a los datos anteriores, se

generaron la curva de punto de equilibrio, el valor presente neto (VPN), la tasa

interna de retorno (TIR) y el análisis de sensibilidad, parámetros indispensables para

decidir si es factible invertir en éste proyecto.

Con los resultados obtenidos de los estudios previos, se ha determinado que la

evaluación técnica es positiva, por lo que los equipos con los que cuenta la Empresa

cumplen con los requerimientos para producir selladores de silicona, siempre y

cuando la frecuencia rotacional del agitador no sea superior a 70 rpm. Con respecto

a la evaluación económica se obtuvo que el VPN es de Bs. 47.464.129,50 y la TIR

de 33%, por lo que el proyecto es económicamente viable. El análisis de

sensibilidad muestra una variación brusca en el VPN cuando se modifican el precio

de la materia prima, el precio de venta del producto y el tipo de cambio, por lo que

se recomienda evaluar detenidamente éstos aspectos antes de tomar la decisión de

invertir en la manufactura del nuevo producto.

Introducción 2

La necesidad de expansión de las industrias hacia el desarrollo de nuevos

productos, se fundamenta en la búsqueda de nuevos mercados que le otorguen

mayores beneficios económicos. Generalmente, esta expansión se lleva a cabo

hacia aquellos productos que guardan una relación en cuanto a sus propiedades y

proceso de manufactura, con los productos que ya fabrica la empresa. Esto se debe

principalmente, a la necesidad que tienen los productores de lograr la colocación en

el mercado de un nuevo artículo, al más bajo nivel de inversión en cuanto a

maquinaria nueva, adiestramiento y espacio físico, entre otros.

Enmarcada en lo descrito anteriormente, la empresa PLASTIDRICA, C. A. busca

ampliar su producción hacia los selladores de silicona. En la actualidad, esta

empresa se dedica a la fabricación de plastisoles de PVC para la industria

automotriz, los cuales se caracterizan por ser productos de alta viscosidad al igual

que los selladores de silicona. Dada esta similitud y la demanda con la que cuentan

estos artículos, se busca determinar la factibilidad técnica y económica de la

empresa para la elaboración de dichos productos.

La producción de selladores de silicona al igual que en el caso de los plastisoles de

PVC, se basa en la operación unitaria de mezclado, debido a que uno de los

objetivos en el proceso de manufactura es lograr una homogeneización óptima de la

mezcla conformada por las diferentes materias primas. Pero para lograr dicha

homogeneización se debe considerar, entre otros aspectos, la geometría del

agitador y la viscosidad del producto en cuestión. En el caso de las siliconas, deben

ser mezcladas con el empleo de agitadores capaces de movilizar fluidos de

viscosidades muy altas, y que sean capaces de lograr una dispersión adecuada de

la mezcla. Entre estos agitadores se incluyen los tipo ancla, helicoidales y

planetarios, que serán descritos en el marco teórico.

Para determinar la configuración de equipos más adecuada para la producción de

los selladores de silicona, es necesario conocer, además de la viscosidad, otras

características de las materias primas y del producto, como son sus reactividades,

estados de agregación y composición del producto final. De esta manera se pueden

establecer las condiciones del proceso para colocar el producto bajo los parámetros

Introducción 3

de calidad que garanticen su estabilidad y funcionamiento correcto. En este punto

toman importancia parámetros tales como la temperatura de operación, tiempo de

agitación, material de los tanques, entre otros. En este sentido, el aislamiento del

producto de la humedad, es uno de los parámetros críticos a controlar durante el

procesamiento, tal como se explicará en las secciones siguientes.

La evaluación de un proyecto no puede estar completa sin considerar los aspectos

económicos, tales como la inversión en equipos y materias primas, gastos de

nómina y servicios, oferta y demanda del producto. A partir de los resultados

obtenidos en este punto, la empresa puede decidir si la inversión requerida

satisfacerá sus requerimientos y perspectivas, basándose en lo mostrado en el flujo

de caja libre, en el valor presente neto y la tasa interna de retorno.

Es necesario aclarar, que en este trabajo únicamente se establece una evaluación

estimada en cuanto a diversos factores técnicos y económicos vinculados con el

desarrollo del nuevo producto, pero que sin embargo, proporcionan una idea clara

en cuanto a la viabilidad del proyecto. Si los resultados de la presente evaluación

son satisfactorios para la empresa, el paso siguiente sería contactar a los

proveedores de materia prima para la determinación de la formulación exacta del

sellador que desean producir y para la especificación de las condiciones del

proceso, en concordancia con las características de los equipos que dispone la

empresa. De esta manera, los errores propios de la estimación inicial se irían

reduciendo a medida que se cuenta con mayor información y que se han tomado las

primeras resoluciones en cuanto a las condiciones del proceso y la cantidad de

productos por unidad tiempo que serán elaborados.


I.1 Planteamiento del Problema La producción actual de la compañía PLASTIDRICA, C.A. se basa en la fabricación

de plastisoles para la industria automotriz y otros productos similares para la

fabricación de filtros de aire y aceite.

Debido a la expansión y diversificación de mercados, se plantea la necesidad de

realizar estudios técnicos de factibilidad en relación a los equipos y maquinarias con

los que cuenta la empresa, y a la vez de un estudio económico para medir la

rentabilidad de la producción de selladores en base de polímeros de silicona.

I.2 Objetivo General

Estudiar la factibilidad técnica y económica para la producción de selladores en

base de polímeros de silicona en la empresa PLASTIDRICA, C.A.

I.3 Objetivos Específicos

1. Realizar una revisión bibliográfica de los conceptos teóricos relacionados

directamente con el estudio en cuestión.

2. Realizar una revisión bibliográfica de los procesos y equipos utilizados para

la fabricación de selladores en base a polímeros de silicona.

3. Comparar las materias primas y propiedades físico químicas de los

productos fabricados actualmente con los selladores en base a polímeros de

silicona que se desean fabricar.

4. Estudiar experimentalmente las propiedades físicoquímicas de los selladores

en base a polímeros de silicona y compararlos con los productos fabricados

actualmente por la empresa objeto de estudio.


5. Evaluar técnicamente los equipos e infraestructura actual con los que cuenta

la empresa para la producción de los selladores en base a polímeros de

silicona.

6. Evaluar económicamente la producción de los selladores en base a

polímeros de silicona, de acuerdo a los objetivos anteriores.

I.4 Justificación de la Investigación

Actualmente, los mercados están diversificando a través de la aparición de diversas

empresas ofertando sus productos. Las pequeñas y medianas empresas deben

adecuarse a cubrir las demandas de una sociedad cada vez más exigente y con

mayor diversidad de productos.

Ante ésta problemática, PLASTIDRICA, C.A. está en la búsqueda de diversificar y

ampliar su producción, expandir sus posibilidades para lograr entrar en ciertos

mercados en los que antes no había tenido participación. Sus productos principales

son plastisoles para la industria automotriz, razón por la cual, sus equipos están en

función de producirlos. Sin embargo la empresa está evaluando la posibilidad de

fabricar nuevos productos como lo son selladores en base a polímeros de silicona.

A través de ésta investigación, la compañía estará en capacidad de tomar una

decisión en cuanto a la fabricación del nuevo producto, especificando la inversión de

capital para la compra y acondicionamiento de los equipos e infraestructura, así

como los beneficios a obtener una vez puesto en los mercados el nuevo producto.

Capítulo I: Marco Teórico 8

II.1 Los Polímeros

Los polímeros son enormes cadenas de moléculas constituidas fundamentalmente

por carbono, hidrógeno y oxígeno. Estos elementos pueden estar dispuestos en un

número ilimitado de combinaciones, lo que hace posible la existencia de polímeros

con propiedades muy particulares. Otros elementos que son importantes en la

formación de algunos polímeros son el flúor, cloro, azufre y silicio. En la estructura

de los polímeros puede observarse que están formados por la unión de moléculas

pequeñas, denominadas monómeros. Las unidades de monómeros enlazadas

constituyen el polímero.

Difícilmente un polímero llega al mercado en su estado natural. Debe ser modificado

para hacerlo más flexible o para soportar determinadas condiciones ambientales.

Frecuentemente es coloreado, mezclado con materiales de relleno económicos o

es reforzado con determinadas fibras, para lograr un producto que coincida con las

especificaciones requeridas por el mercado [1].

II.1.1 Polímeros Sintéticos

Los polímeros pueden ser naturales, como la celulosa y el almidón, o sintéticos

como el polietileno y el cloruro de polivinilo (PVC). Según su forma de obtención,

existen dos tipos principales de polímeros sintéticos:

§ Polímeros de condensación: Resultan de la reacción de dos moléculas, que

genera además del polímero, una molécula pequeña. Ejemplo:

(1)

OHC

O

COCH3

O

O CH2CH2 C

O

CO

O

O CH2CH2

C

O

COCH3

O

O CH3 CH2 CH2 OHOH

CH3OH

n

2n+

+

teraftalato de dimetilo etilenglicol

poliéster dacrón metanol


§ Polímeros de adición: Son el resultado de la adición rápida de una molécula a la

vez a la cadena creciente del polímero. A diferencia de la polimerización por

condensación, en esta no se generan productos secundarios. Generalmente

ocurre gracias a la presencia de cationes, aniones o radicales en el extremo de

la cadena [2]. La síntesis del polietileno es el ejemplo típico de este tipo de

polimerización:

(2)

II.1.2 Tipos de polímeros

Existen tres categorías principales en los que pueden ser divididos los polímeros

según sus propiedades. Sin embargo, en algunas ocasiones los polímeros pueden

presentar características que lo incluyen en más de una de estas categorías, las

cuales se exponen a continuación:

a) Termoplásticos: En estos materiales los átomos de carbono se distribuyen en

forma de cadenas simples, frecuentemente ramificadas. Cuando se calienta un

termoplástico, las moléculas individuales se deslizan separándose unas de las otras,

ocasionando la fundición del material. Una vez que se enfrían los termoplásticos

vuelven a retomar la consistencia que tenían inicialmente. Ejemplos típicos de estos

materiales son los nylons, las resinas acrílicas, el polietileno y el cloruro de polivinilo

[3].

b) Termofijos: Sufren un cambio químico irreversible durante su procesamiento

para convertirse de manera permanente en infundibles e insolubles. Los termofijos

H

C

H

H

H C

H

H

C

H

H

C

H

H

HC

H

H

C

H

H

C C

H

H

H

H

C C

H

H

H

H

C C

H

H

H

+ +

n

etileno

polietileno


se caracterizan por ser moléculas pequeñas y abultadas que tienen un promedio de

10 – 20 unidades de monómero. En su procesamiento, estos polímeros son

calentados a baja presión, causando una reacción en el medio y en los extremos de

las moléculas, la cual origina un entrecruzamiento permanente de las mismas y una

estructura tridimensional. A diferencia de los térmoplásticos, que pueden ser

calentados, moldeados y enfriados muchas veces, los termofijos pierden su

capacidad de fluir cuando son recalentados [4]. Entre los termofijos se encuentran

los polímeros fenólicos, los poliésteres termofijos, las resinas epóxicas y las de

silicona.

c) Elastómeros: Son materiales que pueden ser estirados repetidamente al menos

el doble de su tamaño original (a temperatura ambiente) y regresan, de forma

inmediata, aproximadamente a su tamaño original una vez que cesa la fuerza que

los deformó inicialmente. En este grupo se incluyen los termoplásticos modificados,

así como también los cauchos sintéticos y naturales. Al igual que los termofijos, los

elastómeros no pueden ser reprocesados debido a que sus propiedades se deben a

un proceso de vulcanización [1]. Ejemplos de elastómeros son los polímeros de

silicona, uretano y gomas de nitrilo [3].

II.2 Los Adhesivos

Un adhesivo es una sustancia que al ser aplicada en la unión de dos o más

materiales, aumenta la resistencia a la separación de los mismos.

Existen diferentes modelos que explican el fenómeno de la adhesión, aunque

ninguno de ellos es capaz de explicarlo por si mismo. Por esta razón se debe

recurrir a todos estos modelos para tener un entendimiento pleno del mecanismo de

la adhesión. Las teorías pueden ser agrupadas según se fundamenten en

fenómenos físicos o en fenómenos químicos [5]:

a) Fenómenos Físicos:

q Teoría de entrelazamiento mecánico


q Teoría de la difusión

q Teoría electrostática

b) Fenómenos Químicos:

q Teoría de la adsorción

q Teoría de entrelazamiento mecánico: El adhesivo penetra en los poros y

rugosidades de la superficie de los sustratos uniendo el adhesivo a dicha

superficie. Según esta teoría, mientras más poroso y rugoso sea el material,

mejor será la adhesión.

q Teoría de la difusión: Se fundamenta en la interdifusión de las moléculas de

los planos superficiales del adhesivo y el adherente, que origina la creación

de una zona de transición entre los mismos. Esta teoría se basa en la

migración de cadenas poliméricas que son mutuamente solubles, por lo cual

sólo explica la adhesión entre polímeros con determinadas características.

q Teoría electrostática: La unión entre el adhesivo y el adherente se debe a

una doble capa eléctrica (esquematizada como un condensador plano) que

se genera en las superficies, dado a que ambas son de naturaleza diferente.

La existencia de una doble capa eléctrica es fundamental para explicar el

fenómeno de adhesión, sin embargo, es aplicable sólo en situaciones

particulares. Además, en muchos casos las interacciones de Van der Waals

son mucho más significativas en la adhesión que las fuerzas electrostáticas.

q Teoría de adsorción: Para que un adhesivo cumpla efectivamente con su

misión, este debe mojar por completo la superficie del adherente: Se

considera que un líquido moja a un sólido sólo cuando la tensión superficial

del líquido es igual o inferior a la energía superficial del sustrato. Basado en

esto, se han desarrollado adhesivos con una tensión superficial inferior a la

del material al cual serán aplicados.


II.2.1 Los selladores

Un sellador no es más que un adhesivo que tiene por finalidad rellenar los espacios

vacíos que se generan en una superficie. Comúnmente, lo que se intenta rellenar no

es un espacio uniforme, con una geometría regular, sino que la variación en las

dimensiones del espacio vacío imposibilita la utilización de un material sólido con

una geometría regular que llene por completo el espacio vacío, y que por lo tanto

proporcione un sellado efectivo [7].

En general, las propiedades fundamentales con las que debe cumplir un sellador

son: resistencia al contacto prolongado con el agua, capacidad de soportar

vibraciones de alta o baja frecuencia, resistencia a cambios de temperatura, buena

adhesión al sustrato, fácil manejo y precio conveniente [7,8]. La relevancia de cada

una de estas características dependerá de cual será la aplicación del producto. En

consecuencia, la composición del mismo debe realizarse de acuerdo a las

propiedades que sean requeridas.

II.2.2 Clasificación de los adhesivos

Existen diferentes maneras de clasificar los adhesivos: por su modo de aplicación y

curado, composición química, costo, solubilidad, adaptabilidad a ciertos adherentes

o según los productos o materiales en los cuales será utilizado [4].

II.2.2.1 Adhesivos químicamente reactivos

a) Adhesivos de más de un componente - Curado mediante catalizadores

Esta clase de adhesivos están constituidos generalmente por dos componentes que

se mezclan inmediatamente antes de su uso. Curan a temperatura ambiente, pero la

aplicación de calor puede producir un curado más rápido y una adhesión mejorada.

En este grupo se encuentran los adhesivos a base de resinas epóxicas, cuya

fórmula general se muestra a continuación:


(3)

Se encuentran difundidos como adhesivos para aplicaciones en el hogar. Son

sencillos de usar y pueden adherirse a diferentes sustratos dependiendo de la

formulación empleada.

b) Adhesivos de un componente - Curado por la humedad

Estos adhesivos se encuentran disponibles para el consumidor como un sólo

componente, dispuesto en un recipiente cerrado que asegura su protección contra la

humedad. El segundo componente para esta clase de adhesivos es la humedad,

que proviene de la atmósfera circundante o de la superficie a la cual será aplicado el

adhesivo. En este grupo se distinguen los siguientes adhesivos:

q Siliconas: Entre las siliconas se distinguen las resinas RTV (Room temperature

vulcanizing). La reacción con el agua provoca en el producto una reacción de

entrecruzamiento, originando un elastómero. Las características de estos

adhesivos serán explicadas en mayor detalle en la sección I.3.

q Uretanos: El curado ocurre gracias a que los grupos isocianato libres en estos

adhesivos reaccionan con agua, formando una masa sólida. Son

especialmente usados en recubrimientos y como selladores. La formula

general es la que se presenta a continuación:

(4)

Existen otros adhesivos como los cianoacrilatos y polisulfuros, que curan más

rápidamente con la humedad, así como también algunos adhesivos epóxicos

disponibles como un sólo componente [4].

CH CH2

O

R

R NH C

O

O R'


c) Adhesivos activados por el calor

A diferencia de los expuestos en la parte a), estos adhesivos también están

constituidos de un sólo componente, lo que trae como ventaja la eliminación de las

precauciones adicionales que se requieren al realizar la adición de los componentes

(en las proporciones adecuadas) y el mezclado de los mismos. Estos sistemas

necesitan temperaturas elevadas para el curado y tienen una vida corta de almacén.

En este grupo se destacan los bencimidazoles (ver la fórmula 5). Estos adhesivos

curan gracias a una reacción de condensación a alta temperatura, que involucra la

pérdida de agua y otros compuestos volátiles. Las altas temperaturas de curado

(500 ºF o superior) permiten que sólo puedan aplicarse en una cantidad limitada de

sustratos. Las poliamidas son polímeros similares y se aplican en los mismos casos

que los bencimidazoles [4].

(5)

II.2.2.2 Adhesivos que curan por evaporación o difusión de solventes

Los adhesivos pueden encontrarse mezclados con solventes orgánicos con la

finalidad de disminuir su viscosidad al grado que permita humedecer por completo el

sustrato. Una vez que el adhesivo ha sido aplicado, debe ser eliminado el solvente.

Algunos sustratos porosos permiten que el solvente pueda ser drenado a través del

mismo, pero si el material es impermeable se debe proceder a evaporar el solvente.

Además del tiempo requerido para realizar esta operación, estos adhesivos

presentan otras desventajas, puesto que en muchos casos los solventes son

tóxicos, inflamables o costosos. En algunos casos el solvente utilizado es agua, lo

cual disminuye los costos y los problemas de inflamabilidad y toxicidad; sin

embargo, aumenta el tiempo de curado del producto y le confiere una resistencia

inferior al agua.

N

NH

N

NH

R

n


Las gomas de caucho sintéticas y naturales son ejemplos típicos de esta clase de

adhesivos [4]. La estructuras química de la goma de caucho natural es la que se

muestra a continuación:

(6)

II.2.2.3 Adhesivos del tipo Hot Melt o Termofusibles

El término hot-melt se utiliza para definir a una clase de polímero termoplástico

totalmente sólido, que a una temperatura de 175 ºF o superior se convierte en un

fluido de baja viscosidad, que es fácilmente aplicable y capaz de humedecer el

sustrato al cual será unido [4]. El curado ocurre rápidamente, a medida que se

enfría el adhesivo.

El polietileno puede ser empleado como un termofusible, pero en su formulación

como adhesivo, es necesario que sea modificado con ciertos copolímeros que le

proporcionen una mejor adhesión. Otros ejemplos de esta clase de adhesivos lo

constituyen los éteres de polivinilo, poliamidas y poliésteres [4].

II.2.2.4 Adhesivos de curado retardado o incompleto

Estos adhesivos, al igual que los estudiados en la parte c) de la sección I.2.2.1,

requieren de activación por el calor. Sin embargo, estos no incrementan su

viscosidad hasta solidificarse a medida que transcurre el proceso de curado

(enfriamiento), sino que se mantienen en un estado de viscosidad intermedia o de

curado incompleto, que puede durar unos minutos o varios días. Esta propiedad les

abre un amplio campo de aplicación en aquellos casos en que se desea que el

adhesivo pueda ser removido del sustrato sin alterar sus características.

CH3

C CH

CH2 CH2


II.2.2.5 Adhesivos dispuestos en forma de película

Estos adhesivos se diferencian de los estudiados anteriormente en la manera en

que son aplicados, puesto que están disponibles en forma de una película. Esto no

significa que sus propiedades adhesivas como tal presentan algún cambio con

respecto a los anteriores; sin embargo, esta forma de aplicación trae consigo

algunas ventajas, como son la uniformidad, la carencia de solventes volátiles y la

facilidad en el manejo. Para lograr una adhesión satisfactoria, estos adhesivos

requieren la aplicación de calor y presión. Para su manufactura de se emplean

resinas epóxicas, fenólicas, poliamidas y el PVC.

II.2.2.6 Adhesivos sensibles a la presión

Estos adhesivos al momento de ser aplicados deben someterse a una cierta presión

para que puedan mantener las superficies unidas. No requieren el empleo de calor,

por lo cual se utilizan a temperatura ambiente. Son empleados en una gran variedad

de sustratos. Las cintas adhesivas representan ejemplos característicos de esta

clase de adhesivos. Entre los principales polímeros empleados para su elaboración

están el caucho natural, diferentes tipos de cauchos sintéticos y los poliacrilatos [4].

II.3 Las siliconas

Los polímeros basados en el silicio fueron objeto de investigaciones a partir de

1935. Los esfuerzos estuvieron enfocados en encontrar la manera de combinar el

átomo de silicio con el de carbono [1].

En la naturaleza el silicio puede encontrarse combinado con el oxigeno para formar

el cuarzo, que es la unidad básica constituyente de los polímeros de silicona. En

todas las siliconas, bien sean fluidos, aceites, grasas o resinas, el esqueleto del

polímero formado se basa en unidades de siloxano [1]:

(7)

Si O Si


En general, el principal componente de los selladores de silicona es el

polidimetilsiloxano, con moléculas de silanol en los extremos de la cadena:

(8)

El peso molecular promedio de estos polímeros va desde 2,0x104 hasta 1,2x105

g/mol [9].

Muchos autores describen tres categorías principales en las que pueden ser

divididos los polímeros de silicona [10]:

q Fluidos: Están conformados por moléculas lineales de polidimetilsiloxano. Las

propiedades de estos materiales pueden ser modificadas al sustituir los grupos

metilo de la cadena polimérica por otros grupos funcionales. Su viscosidad

depende en gran medida del peso molecular.

q Resinas: Presentan estructuras ramificadas y entrecruzadas. Las propiedades

del producto dependen del grado de entrecruzamiento y de los grupos

orgánicos presentes.

q Elastómeros: Se producen a partir de siliconas lineales. Incluyen un agente de

relleno, como pueden ser la silica fumada y el carbonato de calcio.

II.3.1 Síntesis de los polímeros de silicona

El primer paso en la manufactura de los polímeros de silicona es la obtención de

clorosilanos, que se puede llevar a cabo de dos maneras: el proceso directo y el

método de Grignard. A continuación se explicará únicamente el proceso directo,

pues es el que se usa industrialmente en la síntesis de clorosilanos.

O Si OSiOH Si O H

CH3

CH3

CH3

CH3 CH3

CH3n


El proceso directo se fundamenta en hacer reaccionar el silicio y un determinado

cloruro orgánico, en presencia de un catalizador de cobre. Estos componentes son

introducidos en un reactor de lecho fluidizado que se mantiene a una temperatura

elevada. Para el caso del dimetilclorosilano, la temperatura se mantiene entre 250 –

350ºC, y las reacciones principales son las que se muestran a continuación:

(9)

(10)

(11)

Las condiciones de reacción (especialmente la temperatura) se mantienen de

manera tal que se favorezca la reacción 9. La reacción 11 se origina como

consecuencia de la degradación de los grupos metilo, que causa adicionalmente, la

formación de carbón y varios hidrocarburos. También se forman cantidades muy

pequeñas de otros compuestos, tales como dimetilclorosilano, tetrametilsilano y

varios disilanos [11]. La mezcla obtenida de clorosilanos se separa por destilación

fraccionada.

A continuación, los clorosilanos se someten a una reacción de hidrólisis, mediante la

cual se obtiene una mezcla de siloxanos lineales y cíclicos, cuyas cantidades

dependerán de las condiciones de reacción. Ambas clases de siloxanos pueden ser

empleados para la elaboración de los polímeros de silicona. En el caso de los

siloxanos ciclicos, la polimerización involucra la apertura del anillo para que sus

átomos se incorporen a la cadena polimérica en formación. Los siloxanos lineales

polimerizan por condensación en la etapa de hidrólisis, según se ejemplifica en la

siguiente reacción:

Si ClCH3+

CH3

Si

CH3

ClCl2

CH3

Si

CH3

ClCH3

Cl

Si

Cl

ClCH3+Si ClCH3+ 4

Cl

Si

H

ClCH3Si ClCH3+ 2 + CH2


(12)

Las dos formas de polimerización mencionadas se pueden realizar utilizando como

catalizadores ácidos y bases [11]. Para clorosilanos distintos al dimetilclorosilano,

las reacciones que se producen son similares a las mostradas para este compuesto.

El numero de unidades de siloxano presentes en el polímero se controla con la

adición de un terminador, como el trimetilclorosilano. Su función es la de concluir la

cadena del polímero, como lo demuestra el grupo terminal (trimetilsilano) del

polímero que se observa en la reacción 12. Otro terminador ampliamente utlizado es

el silanol, que da origen al polímero que se observa en la fórmula 8.

El producto obtenido es el polidimetilsiloxano (PDMS), el polímero de silicona más

ampliamente utilizado. Para obtener un producto con características particulares, los

grupos metilo pueden ser parcialmente sustituidos con otro tipo de radicales (fenil,

vinil, hidrógeno, etc.), pudiéndose modificar algunas de sus propiedades tales como

la resistencia a la oxidación, la elasticidad y la resistencia a determinados solventes

[9]. De igual forma, los grupos terminadores influyen en las propiedades del

producto sintetizado.

II.4 Selladores de silicona de un componente

En la sección 1.2.2.1 se proporcionó una breve descripción de los adhesivos

químicamente reactivos de un sólo componente, entre los cuales se incluyen las

siliconas. El curado ocurre cuando reaccionan el polímero de silicona y el agente

entrecruzador, produciendo un cambio en la estructura química del producto y en

consecuencia, modificando sus propiedades. Este tipo de reacción recibe el nombre

de vulcanización. En el caso de los selladores de silicona, usualmente se emplea el

término RTV (Room Temperature Vulcanizing) para describirlos, puesto que la

vulcanización ocurre a temperatura ambiente.

CH3

Si

CH3

ClCl OH2

CH3

Si

CH3

OHOH

CH3

Si

CH3

CH3OSi

CH3

O

CH3

Si

CH3

CH3

CH3

n

+


Una vez que el sellador es expuesto al aire, la vulcanización se llevará a cabo

primero en la superficie externa del producto, y luego ocurrirá en la parte interna a

medida que la humedad se difunda hacia su seno. Se debe tomar en cuenta que en

el transcurso de la reacción de polimerización, el producto se vuelve cada vez más

impermeable, dificultando el paso de las moléculas de agua y por lo tanto la

polimerización de las capas inferiores. Esto limita la cantidad de sellador que puede

ser aplicada para que el curado ocurra en un tiempo razonable.

II.4.1 Materia Prima

La formulación de un sellador de silicona la constituyen obligatoriamente un

polímero de silicona y un entrecruzador. Existen otros componentes que son

opcionales, aunque casi todos los productos de silicona presentes en el mercado los

contienen. Estos son: agentes de relleno, plastificantes, promotores de adhesión y

catalizadores. Adicionalmente, muchos otros aditivos que son relativamente de

menor importancia pueden estar incluidos, tales como colorantes, fungicidas y

estabilizantes [12].

II.4.1.1 Polímeros de Silicona

Según la clasificación de los productos de silicona que fue expuesta en la sección

I.3, el polímero de silicona empleado para la elaboración de selladores, se

encuentra en el grupo de los fluidos. En consecuencia, un incremento en el peso

molecular del polímero aumenta la viscosidad del sellador no curado, restringiendo

la manera en que se puede aplicar el producto, ya que en muchos casos se requiere

que el mismo sea capaz de pasar a través de una boquilla estrecha [8]. Como se

mencionó anteriormente, variaciones en la estructura del PDMS pueden producir

polímeros con propiedades particulares. En algunos casos pueden realizarse

mezclas de diferentes polímeros de silicona para lograr características especiales

en el producto.


II.4.1.2 Entrecruzadores

En el proceso de curado de un sellador de silicona se lleva a cabo una reacción

química que produce una red polimérica tridimensional. Esta reacción genera

adicionalmente un producto secundario, y ocurre gracias a la presencia de un

agente entrecruzador.

Los entrecruzadores que se usan en la preparación de selladores de silicona de un

sólo componente usualmente son metilsilanos trifuncionales, cuya fórmula general

es R-SiY3, en donde R es un grupo alquilo pequeño e Y es un grupo funcional

(CH3(C2H5)CNO, CH3O, C2H5O, etc.) que generará el producto secundario al que se

ha hecho referencia [8]. Usualmente las siliconas son clasificadas según el

subproducto que liberan durante el curado [5,7]:

q Acéticas: Generan ácido acético.

(13)

q Alcoxi: Liberan alcoholes diferentes, generalmente metanol.

(14)

q Amínicas: Liberan aminas.

(15)

q Oxímicas: Forman oximas, pera a diferencia de las siliconas anteriores, este

subproducto es reutilizado nuevamente en la reacción de polimerización.

(16)

OHSi OSi Ac OSi Si AcOH+ +

OHSi OMeSi OSi Si HMeO+ +

OHSi OSi Si+ +CR2NOSi CR2NOH

OHSi NMe2Si OSi Si H NMe2+ +


Además de los tipos de entrecruzadores mencionados, algunas veces se usan

entrecruzadores que producen enolatos, amidas y otros compuestos [8]. Los

productos que liberan oximas y alcoholes son llamados siliconas neutras.

En los selladores de silicona, el PDMS con grupos terminales silanol de la fórmula 8,

se hace reaccionar con el entrecruzador:

(17)

Obsérvese que en la ecuación anterior el grupo saliente en el entrecruzador es el

radical acetoxi. Luego, durante el proceso de curado ocurre la hidrólisis de los

grupos funcionales terminales:

(18)

La estructura tridimensional polimérica se genera según la siguiente reacción de

condensación:

(19)

Si OH

CH3

CH3

Si R

OC 2H5

OC 2H5

C2H5O Si R

OC 2H5

OC 2H5

Si O

CH3

CH3

C2H5OH+ +

Si R

OC2H5

OC2H5

Si O

CH3

CH3

H2O Si R

OH

OH

Si O

CH3

CH3

C2H5OH+ +

Si R

OH

OH

Si O

CH3

CH3

Si R

OC2H5

OC 2H5

Si O

CH3

CH3

Si

O

CH3CH3

Si

R

O O

Si

O

CH3 CH3

SiO

R

O

Si

R

Si

R

O

O

SiCH3 CH3

Si CH3CH3

+

C2H5OH+


Nótese que en las tres reacciones anteriores sólo se muestra lo que sucede en uno

de los extremos de la cadena, entendiéndose que en el otro extremo ocurren las

mismas reacciones.

Dependiendo de la identidad del entrecruzador es posible obtener polímeros con

propiedades particulares, ya que éste puede afectar la estructura de la red

polimérica que se genera. Adicionalmente, dependiendo del entrecruzador se

pueden alcanzar velocidades de reacción distintas. Entre los entrecruzadores más

utilizados están el metiltriacetoxisilano, metiltrimetoxisilano y el metil -

tris(metiletilcetoximo) – silano [8].

II.4.1.3 Materiales de relleno

Los materiales de relleno en un sellador de silicona pueden tener diferentes

funciones. Por un lado se encuentran aquellos materiales con los que se busca

mejorar las propiedades del producto, incluyendo sus propiedades reológicas. Por el

otro lado están aquellos materiales cuya función es la de reducir los costos al

incrementar el volumen. Es así como estos materiales pueden clasificarse como

rellenos reforzadores o no reforzadores, aunque ambos grupos poseen ciertas

características en común [8].

q Rellenos reforzadores

Están conformados por partículas muy pequeñas que mantienen fuertes

interacciones superficiales con la matriz polimérica. Como consecuencia de su

tamaño, estos materiales alcanzan una gran área superficial, favoreciendo a las

fuerzas que se generan entre el material de relleno y el polímero.

El propósito de los reforzadores es incrementar la tenacidad y el módulo del sellador

curado, así como también lo es aumentar la viscosidad del producto antes del

curado. Esto dependerá de las características del reforzador (tamaño de la partícula,

forma, superficie activa) y de la carga de reforzador empleada. Por ejemplo, al

aumentar la carga, la elongación se incrementa gracias a que el reforzador mejora


la fortaleza de la red polimérica. Sin embargo, después de cierto punto la elongación

disminuye debido al incremento en el módulo [8].

El reforzador más comúnmente utilizado es la sílica fumada. Su superficie contiene

grupos silanol, que pueden estar unidos entre sí a través de puentes de hidrógeno;

sin embargo, otros estarán disponibles para enlazarse a diferentes especies [8].

Existen diferentes sílicas disponibles en el mercado, ya que algunas pueden haber

sido procesadas con tratamientos especiales o presentar variaciones en el área

superficial.

Otro reforzador ampliamente utilizado es el carbonato de calcio precipitado. Dada su

naturaleza polar, establece interacciones con las terminaciones polares de las

cadenas poliméricas. Otro punto a su favor es el reducido tamaño de sus partículas,

que se encuentra en el orden de los sub-micrones. Sin embargo, su capacidad

reforzadora no es tan alta como en el caso de la silica fumada [8].

El reforzador contribuye al comportamiento no newtoniano del producto no curado.

Dependiendo de la cizalladura o esfuerzo cortante al que se encuentre sometido el

fluido, el reforzador adoptará una estructura diferente al romper o generar puentes

de hidrógeno. Es así que se puede conseguir que el sellador no curado sea capaz

de pasar a través de una boquilla cuando se utiliza, a la vez que puede lograrse que

no fluya durante el proceso de curado [8].

q Rellenos no reforzadores

Estos materiales tienen como función principal reducir los costos aumentando la

cantidad de producto. Aunque su presencia influye en las propiedades del sellador,

su efecto no es tan pronunciado como en el caso de los rellenos reforzadores, de

manera tal que grandes cantidades de este tipo de relleno provocan modificaciones

menores en las propiedades del producto. Obviamente su costo es inferior al de los

rellenos reforzadores, lo que ocasiona que la carga empleada de estos se lleve al

mínimo mientras que la cantidad de los agentes no reforzadores se optimiza al

máximo. Es por ello que en muchos casos se observa que la cantidad de no


reforzadores alcanza valores superiores al 50% de la composición total en peso del

producto [8].

El carbonato de calcio mineral es ampliamente utilizado como relleno no reforzador.

Comúnmente es tratado con ácido esteárico para proveerlo de una superficie

hidrofóbica que reduce la absorción de humedad atmosférica. Como se explicó en a

sección I.4.1.2, el contacto con la humedad llevaría a un entrecruzamiento previo de

las moléculas, que incluso podría provocar la gelificación del producto.

Otros rellenos no reforzadores son el cuarzo mineral, la tierra diatomea, el óxido de

zinc, el óxido de hierro y varios tipos de arcillas [9].

II.4.1.4 Catalizadores

Estos componentes deben ser llamados aceleradores en lugar de catalizadores,

debido a que reaccionan y son consumidos durante el proceso de curado. Los más

empleados son sales orgánicas de estaño y titanio, pero también se usan

carboxilatos de plomo, zinc, circonio, hierro, bario, calcio y manganeso [8].

II.4.1.5 Plastificantes

El plastificante más común en los selladores de silicona es el PDMS con grupos

trimetilsilano terminales, como el producto de la ecuación química 12. A diferencia

del polímero de la fórmula 8, este no presenta ninguna reactividad puesto que

carece de grupos terminales silanol. Su función es la de acentuar la elongación

última y reducir la dureza del sellador curado. Por otra parte, actúa como un

modificador de las propiedades reológicas del producto no curado. Por ejemplo, si

se usa un plastificante de bajo peso molecular (y por lo tanto de viscosidad baja),

se mejorará la fluidez del sellador. Sin embargo, altas cantidades de plastificante

pueden provocar el efecto contrario [8].


II.4.1.6 Promotores de adhesión

Los promotores de adhesión son usualmente alcoxi silanos o siloxanos. Muchas

veces estos componentes presentan la formula (RO)3Si-(CH2)3-X, en donde X es un

determinado grupo funcional que tiene como objetivo establecer fuerzas de

interacción con sustratos específicos, y de esta manera, lograr que se produzca una

mejor adhesión [8].

Estos componentes deben ser lo suficientemente compatibles tanto con la matriz

polimérica como con el sustrato, ya que deben permanecer como un elemento

homogéneo en el producto, y también poder desplazarse hacia la interfase entre el

adhesivo y el sustrato durante el proceso de curado.

II.4.2 Características del producto

II.4.2.1 Características del curado

Como se mencionó en la sección I.4, en las siliconas de un sólo componente el

curado ocurre gracias a la difusión de las moléculas de agua a través de la masa de

sellador aplicada. Por esta razón, este tipo de producto no debe ser utilizado para

aplicaciones que requieran una capa de producto de gran espesor (no debe ser

mayor de 0,5 in) [9]. El curado comienza con la formación de una “piel” en la

superficie, y luego el proceso continúa hacia el interior del producto hasta que se

cumple un tiempo determinado, que puede ser de unos minutos, como en el caso de

las siliconas acéticas, o más de una hora como en algunas siliconas alcoxi [8].

Además de la formulación del producto, lo anterior también depende de las

condiciones de humedad y la temperatura del ambiente. Mientras más altos sean

estos dos parámetros, el curado será más rápido.

II.4.2.2 Propiedades reológicas

Como se ha mencionado anteriormente, muchas veces estos productos son

formulados para ser aplicados por extrusión. Una característica importante de las


siliconas es la pequeña variación que presenta la viscosidad del polímero con la

temperatura, razón por la cual los cambios climáticos no influyen en la capacidad de

fluir del producto cuando es extrudido.

II.4.2.3 Propiedades físicas del producto curado

Estos productos son ampliamente conocidos por su versatilidad, ya que presentan

una buena adhesión sobre una gran variedad de materiales. Debido a la poca

variación de sus propiedades con respecto a la temperatura, su flexibilidad se

mantiene en un rango de -55 a 250 ºC [5].

Otra característica resaltante es el tiempo de servicio del producto. Esto se debe a

su gran estabilidad química, que lo hace especialmente resistente a la oxidación, así

como también al ataque de muchos agentes químicos. Adicionalmente, su gran

resistencia a la radiación UV contribuye al alargamiento del tiempo de servicio del

producto, que puede ser de más de veinte años.

Los selladores de silicona presentan algunas desventajas, como la poca resistencia

que presentan a los combustibles, aceites calientes y solventes clorados [5].

Adicionalmente, las siliconas no son pintables, aunque esta característica se ve

compensada por la variedad de colores en los que puede encontrarse el producto.

Por otro lado, las siliconas acéticas desprenden olores penetrantes; sin embargo,

las alcoxi y oxímicas presentan olores suaves.

II.4.3 Aplicaciones del producto

Dada su versatilidad, los selladores de silicona pueden ser utilizados en

innumerables aplicaciones. En la industria de la construcción, se usan

frecuentemente en la incorporación de paneles de vidrio en las fachadas de los

edificios. También son ampliamente utilizados en las industrias relacionadas con el

plástico y los metales, pero probablemente sea en las aplicaciones domésticas

(lavamanos, duchas, etc.) en donde encuentran su mayor utilidad.


II.4.4 Formulación de un sellador de silicona

Existe una infinidad de combinaciones y proporciones en las que puede ser

preparados los selladores de silicona. En la actualidad, los selladores más

populares son aquellos que liberan alcoholes u oximas como grupos terminales, que

ofrecen +/- 50% de movilidad y una excelente resistencia a los rayos UV, al agua y

al calor [13]. En la tabla 1 se muestran diversas combinaciones de materias primas

para la elaboración de selladores de silicona.

Tabla 1. Composición típica de un sellador de silicona y propiedades del producto final [11,

12, 13, 14].

Composición (%) Materia Prima

Acetoxi Oxímica Aminoxi

Polímero de Silicona 80 – 85 60 – 80 45 – 55

Silica fumada 6 – 10 2 – 10

Entrecruzadores 5 – 7 5 – 7 0,7 – 7

Catalizador 0,05 – 0,1 0,05 – 0,1 0,05 – 0,1

Promotores de Adhesión, extendedores 3 3 3

Plastificante 5 – 20

Carbonato de Calcio 20 – 30 45 – 50

Propiedades

Dureza, “Shore A” 35 – 45 25 – 35 10 – 15

Resistencia a la tensión (psi) 120 100 30

Elongación (%) 140 250 1000+

Módulo Alto Medio Bajo


II.4.5 Descripción del proceso de elaboración de un sellador de

silicona

Para elaborar un sellador de silicona se necesita lograr una mezcla homogénea de

los diferentes materiales añadidos. El orden de adición es de gran importancia,

puesto que determina las propiedades reológicas del producto antes del curado.

En primer lugar, se añaden el polímero de silicona y el entrecruzador. Ambos se

mezclan durante unos minutos para permitir la reacción entre ambos componentes.

A continuación, se agregan los agentes de relleno y los pigmentos (si se requieren).

Finalmente, se añade el catalizador y se somete la mezcla a vacío para obtener un

producto libre de burbujas. El producto terminado se envasa en cartuchos

impermeables al vapor de agua.

Como se mencionó anteriormente, los selladores de silicona curan al entrar en

contacto con la humedad del ambiente. Por ello es necesario que en todas las

etapas del proceso, el producto y las materias primas no establezcan contacto con

el aire.

II.5 Viscosidad de los fluidos

La viscosidad es una propiedad de la materia que mide la “fluidez” de una sustancia.

Newton describió a la viscosidad a través del modelo que se presenta a

continuación:

Figura 1: Comportamiento de un fluido entre placas paralelas.


Se tienen dos planos paralelos de un fluido de superficie A, separadas por una

distancia dx. Ambos planos se desplazan en el mismo sentido gracias a una fuerza

F aplicada en el plano superior. Entre los dos planos, el fluido se encuentra

sometido a un gradiente de velocidad, que es directamente proporcional a la fuerza

aplicada [13, 14]:

Para establecer esta relación como una igualdad:

(1.1)

en donde:

µ: constante de proporcionalidad que se denomina como viscosidad absoluta,

viscosidad dinámica o simplemente viscosidad del fluido.

τ: esfuerzo cortante o fuerza por unidad de área requerida para producir un

determinado grado de corte o cizalladura.

dv/dx: gradiente de velocidad.

Existe una variable que relaciona la viscosidad absoluta y la densidad, y recibe el

nombre de viscosidad cinemática:

ρ

µ=ν (1.2)

En donde:

µ = viscosidad absoluta

ν = viscosidad cinemática

ρ = densidad

El valor real de la viscosidad depende de la identidad del fluido y al valor de la

temperatura. Los fluidos para los cuales el esfuerzo cortante esta relacionado

linealmente con el gradiente de velocidad o grado de corte, se denominan fluidos

dxdv

AF

∝

dxdv

AF

µ=τ=


newtonianos. En cambio, aquellos fluidos que presentan una variación no lineal del

grado de corte con el esfuerzo cortante se denominan fluidos no newtonianos.

Para los fluidos newtonianos, la pendiente de la recta que resulta de graficar τ

contra dv/dx, es la viscosidad, µ. Por otro lado, para los fluidos no newtonianos, el

valor de la pendiente es la denominada viscosidad aparente, µap, como se muestra

en la figura 2. Para los fluidos newtonianos la viscosidad aparente es la misma que

la viscosidad, y no depende del grado de corte.

Figura 2: Variación del esfuerzo cortante con el grado

de corte para fluidos newtonianos y no newtonianos

II.5.1 Clasificación de los fluidos no newtonianos

La forma de la curva para los fluidos no newtonianos, observada en la figura 2, es

meramente representativa, ya que la curva adoptará una forma distinta dependiendo

de las propiedades del fluido. En relación a esto, los fluidos no newtonianos se

clasifican de acuerdo a como reaccionan cuando son sometidos a un esfuerzo

cortante. Los tipos de fluidos más importantes se señalan a continuación [15,16,17]:

τ

Newtoniano

No newtoniano

dv/dx

µ

µap


a) Fluidos cuya viscosidad no depende del tiempo de aplicación del esfuerzo

cortante:

q Plásticos de Bingham: Requieren que se aplique un esfuerzo de corte mínimo

para comenzar a fluir. A partir de un cierto valor de τ, se comporta como un

fluido newtoniano. Ejemplos: suspensiones de cuarzo, pinturas, etc.

q Fluidos pseudoplásticos: Su viscosidad disminuye a medida que aumenta el

esfuerzo cortante. Como ejemplo de fluidos pseudoplásticos están algunas

pinturas, emulsiones, polímeros de alto peso molecular y asfaltos a

determinadas temperaturas.

q Fluidos dilatantes: La viscosidad crece cuando el esfuerzo cortante se

incrementa. Algunos fluidos dilatantes son las suspensiones de arena, pastas de

almidón, resinas vinílicas, etc.

Figura 3: Variación del esfuerzo cortante con el grado de corte para

fluidos no newtonianos cuya viscosidad no depende del tiempo [18].

b) Fluidos con viscosidad dependiente del tiempo de aplicación del esfuerzo

cortante:

q Fluidos tixotrópicos: En estos fluidos el valor de la viscosidad disminuye con el

tiempo cuando se aplica un esfuerzo cortante constante. Dentro de este grupo se

encuentran coloides, tintas de imprenta, suspensiones de arcilla y otros.

τ

dv/dx

Pseudoplástico

Dilatante

Plástico de Bingham


q Fluidos reopécticos: A diferencia de los anteriores, la viscosidad de estos fluidos

aumenta bajo un esfuerzo cortante constante. Algunos ejemplos los constituyen

suspensiones de óxido de vanadio, la crema batida y la clara de huevo.

II.6 Operaciones de Mezclado

En muchos procesos de manufactura se requieren equipos de mezclado para el

procesamiento de las materias primas y productos intermedios. La selección del

equipo de agitación más adecuado, así como el establecimiento de sus condiciones

de operación, dependerán de las propiedades fisicoquímicas de las materias primas

y los productos, de los patrones de flujo que se deseen reproducir en el interior del

tanque y del objetivo que se persigue con el proceso de agitación (reacciones

químicas, homogeneización de una mezcla durante el almacenamiento, dispersión

de sólidos, etc.)

II.6.1 Definición

Los términos agitación y mezclado pueden parecer semejantes, pero cada uno de

ellos envuelve unas características diferentes. La agitación se refiere a inducirle a

un fluido por medios mecánicos un movimiento circulatorio en el interior de un

recipiente. Es una operación que involucra un movimiento simétrico de todas las

partículas de fluido, bien sea éste de uno o más componentes. No implica

necesariamente la homogenización de los mismos. El mezclado por el contrario,

tiene que ver con la unión de los componentes presentes, dando a lugar un nuevo

producto de características diferentes a las de su materia prima. De hecho, hay

operaciones de mezclado en las que ocurren reacciones químicas, como por

ejemplo, los procesos de polimerización.

Según la escala del mezclado y la miscibilidad relativa de las sustancias presentes,

el resultado puede ser una solución, un coloide, o una dispersión micro o

macroscópica: emulsión, suspensión, espuma.


La eficiencia del proceso de mezclado se puede determinar a través del grado de

homogenización de la mezcla. Esto se realiza empleando alguna de las siguientes

técnicas que involucran la toma muestras del producto:

q Añadir un colorante a la mezcla, de forma tal que cuando ésta sea homogénea

también lo será el color de la misma.

q Agregar una solución salina concentrada. Se mide la conductividad eléctrica de

la mezcla, la cual será uniforme cuando la conductividad se mantenga constante

en todo el contenido del tanque.

q A través del uso de valoraciones ácido base, añadiendo un indicador que

cambiará de color cuando la neutralización de la base o el ácido haya sido

completada.

q La distribución del tiempo de residencia es medida por el monitoreo de la

concentración de salida de un ingrediente inerte, la cual puede ser analizada con

exactitud, a través de una curva de calibración.

II.6.2 Descripción de los equipos de mezclado

Los equipos de mezclados se constituyen básicamente por un recipiente o tanque

que sirve de contenedor de la mezcla y un agitador provisto de un eje conectado a

un rotor.

En la figura 4 se muestra la nomenclatura más comúnmente utilizada para describir

las dimensiones del tanque. Los tanques agitados son en su mayoría recipientes

cilíndricos con un agitador localizado en el eje central, con entrada por el tope del

mismo. Aunque también se pueden encontrar tanques con forma cuadrada y

rectangular, no son frecuentes en el mercado y sólo se utilizan en situaciones

particulares. Igualmente, los tanques pueden ser abiertos o cerrados, de acuerdo a

los requerimientos técnicos precisos.


Figura 4: Esquema de un modelo de tanque agitado provisto con placas deflectoras y agitador tipo turbina de palas rectas.

Dependiendo del tipo de fluido que se desee agitar, se van a formar determinados

patrones de flujo que algunas veces no son deseados, tal como se explicará más

adelante. Para evitar éstos inconvenientes, se suele instalar los agitadores con

entrada lateral en el tanque (Figura 5.a), con entrada por el fondo del tanque (Figura

5.b) o excéntricos.

En algunos casos, los tanques pueden ser cilindros muy altos, en los cuales el uso

de un agitador no es eficiente. En éstos casos se recomienda la instalación de dos

agitadores en un mismo eje, tal como se muestra en la figura 5.c, ya que va a

permitir el flujo de materiales en todo el volumen del contenedor, favoreciendo de

ésta forma el proceso de mezclado.

Figura 5: Ubicaciones varias del agitador: a) Con entrada por el fondo, b) Agitador excéntrico, c) Dos agitadores en un mismo eje central.

H

Da

Dt

J

E

L

W

H

Da

Dt

J

E

L

W


Tanque de Mezclado

Válvula de Descarga

Pistón de Descarga

Cilindro Hidráulico

Válvula de Descarga

Pistón de Descarga

Cilindro Hidráulico

Una característica importante en los tanques que se encuentran en el mercado, es

la disposición de una chaqueta para intercambio de calor. Ésta particularidad es de

vital importancia para ciertas operaciones, ya que al agitarse un fluido se está

generando energía por el rotor del agitador, la cual se transfiere a la mezcla a través

de calor, incrementando de esta manera su temperatura. La chaqueta va a permitir

que ese calor se disipe, manteniendo una temperatura constante en el interior del

recipiente, sin alterar las propiedades reológicas del producto.

A los equipos de agitación se le pueden añadir varios dispositivos de manera de

completar la línea de producción. Por ejemplo, para procesos en los cuales la

mezcla es sensible a la humedad o al aire, se puede proveer al tanque cerrado una

bomba de vacío, de manera de extraer el aire contenido en él durante su llenado.

Otro dispositivo a ser instalado es un sistema de descarga. Una vez finalizada la

operación, el producto se debe verter en otro recipiente, bien sea para su

almacenamiento o para su expendio. Si el fluido presenta viscosidades bajas, se

puede verter directamente al envase. Si por el contrario la viscosidad del producto

es elevada, se debe disponer de un sistema de descarga con cilindro hidráulico,

como el que se muestra en la figura 6.

Figura 6: Esquema de un sistema de descarga de cilindro hidráulico para un tanque agitado.

Es de hacer notar que no en todos los procesos de mezclados se incorporan todas

las materias primas al inicio del mismo. Es por eso que dispositivos de entrada de


materiales sólidos o líquidos son necesarios añadir al equipo, para poder incluir en

la mezcla estos constituyentes en el momento oportuno.

En la figura 7 se representa gráficamente algunos de los componentes que deben

poseer los tanques agitados y que fueron descritos anteriormente.

Figura 7: Elementos comunes de los tanques agitados [23].

Sin duda alguna, existen muchas configuraciones geométricas para el sistema

agitador – tanque, y la selección de la misma va a depender de las características

del proceso, así como también de las propiedades de la materia prima y del

producto terminado.

II.6.3 Patrones de flujo en tanques agitados

Los patrones de flujo producidos en los tanques agitados dependen del tipo de

agitador, las placas deflectoras (si el tanque las posee) y el tamaño del rodete.


Dado que la velocidad de un fluido posee tres componentes vectoriales, se generan

tres patrones de flujo en los tanques agitados: flujo axial, flujo radial y flujo

tangencial. El primero es un flujo que circula en la dirección del eje del rodete, es

decir, paralelo a éste. El flujo radial es el que circula en un ángulo de 90° con

respecto al eje central del tanque. Como su nombre lo indica, describe una

trayectoria en la dirección radial del tanque. El tercer patrón de flujo mencionado con

anterioridad, el flujo tangencial, describe una trayectoria tangente a la circulación

radial del fluido. A éste patrón también se le conoce como flujo circulatorio, ya que

representa una trayectoria circular concéntrica con el eje del tanque. En la figura 8

se observa gráficamente los patrones de flujo descritos.

Figura 8: Patrones de flujo en los tanques [26].

La formación de un flujo circulatorio no es deseable en una operación de mezclado,

debido a que éste trae como consecuencia la formación de vórtices. Cuando esto

ocurre, todas las partículas del fluido circulan en paralelo alrededor de las paredes

del tanque, y los sólidos que puedan estar presentes se concentrarán en la pared

del recipiente, debido a la fuerza centrífuga ejercida sobre ellas. En la figura 9.a se

evidencia éste principio.


a b

Figura 9: Patrones de flujo en tanques agitados: (a) Sin placas deflectoras, (b) Con placas deflectoras.

Para disminuir el efecto de la formación de vórtices, lo más recomendado es instalar

placas deflectoras o baffles1 (Figura 9.b). Estas placas son láminas situadas con un

ángulo de 90° de la pared del tanque, y dependiendo de las dimensiones del mismo

se pueden colocar 4, 6 o más placas. En la industria el uso de 4 placas es lo más

común. El ancho puede variar de 1/8 a 1/12 del diámetro del tanque. Se utilizan las

placas cuando el fluido posee baja viscosidad, ya que se minimizan los depósitos de

sólidos entre éstas, incrementando la eficiencia de la operación. Se puede observar

que cuando el fluido tangencial choca con la placa, éste pierde la dirección que

llevaba viéndose forzado a circular a lo largo de la placa, creándose un flujo axial

para luego retornar nuevamente al centro del tanque, en donde se va a mezclar con

las demás partículas de fluido. El movimiento radial de la mezcla cambia, con el uso

de baffles, a un movimiento vertical desde el fondo hacia el tope del tanque. La

desventaja del uso de placas deflectoras es que aumentan el consumo de energía

del equipo, ya que el impulsor requerirá mayor potencia para poder agitar la mezcla.

Otra forma de evitar los remolinos que se forman en los tanques agitados es

colocando los agitadores fuera del eje central del tanque y/o con un eje de

inclinación, como se muestra en la figura 10, de forma tal que el flujo tangencial que

provoca los remolinos, se disminuya y aumenten los flujos axiales. Los agitadores

más comúnmente colocados en posición excéntrica del tanque son las hélices y las

turbinas.

1 A las placas deflectoras, también se les conocen como desviadores o mamparas.


Figura 10: Maneras de evitar la formación de remolinos en los tanques agitados sin la utilización de

placas deflectoras. (a) Agitador inclinado, (b) Agitador colocado fuera del eje central del tanque.

En tanques de dimensiones un poco más grandes, también se recomienda instalar

el agitador en la parte lateral, con el eje en el plano horizontal pero formando un

cierto ángulo con el radio, como se muestra en la figura 11.

Figura 11: Mezcladora de hélice de entrada lateral.

La solución más simple al problema de la formación de vórtices es la disminución de

la velocidad del agitador, lo cual muchas veces no es recomendado, ya que puede

acarrear problemas de transferencia de masa en la operación, así como de falta de

homogenización de la mezcla.

a b


Aunque en algunos casos la presencia de un flujo circulatorio en fluidos de baja

viscosidad puede resultar satisfactorio en la operación de mezclado, en otros casos

es esencial evitarlos, ya que se puede ocasionar un arrastre importante de aire, el

agitador trabajará parcialmente en él y se necesitará disminuir la potencia, trayendo

como consecuencia el cambio de las propiedades del producto.

II.6.4 Tipos de agitadores

II.6.4.1 Agitadores de flujo axial

Los agitadores de flujo axial son aquellos que presentan una inclinación de menos

de 90° con el eje de rotación. En la figura 12 se muestran los diferentes tipos de

agitadores de flujo axial.

a) b)

Figura 12: Agitadores de flujo axial: a) Tipo Hélice, b) Tipo palas inclinadas.

Las características de los principales agitadores de flujo axial se señalan a

continuación:

q Hélices:

§ Se utilizan cuando se requieren fuertes corrientes verticales.

§ Se recomienda el uso de hélices para fluidos con viscosidades menores de

50 P.

§ Se utilizan en tanques menores de 3.8 m3 (1000 gal) o menos de 1.8 m (6 ft)

de diámetro, y cuando los requerimientos de potencia son menores de 2.2

kW (3 hp) para cumplir con las condiciones del proceso.


§ Se pueden colocar en entrada lateral al tanque, lo cual es recomendado

especialmente para fluidos de bajas viscosidades (menores a 0.1 Pa s / 100

cP), con un ángulo de inclinación o separada del eje central del tanque. De

esta forma, se puede crear una circulación desde arriba hacia abajo en el

recipiente, lo cual hace más eficiente la operación cuando la mezcla contiene

partículas sólidas depositadas en el fondo.

§ Las velocidades de rotación en las cuales se puede usar éste tipo de

agitador van aproximadamente desde 350 rpm para tamaños grandes, hasta

1750 rpm para agitadores pequeños.

§ La relación entre el diámetro del agitador y el diámetro del tanque, Da/Dt,

puede ser 1:5 o menor.

§ Se pueden instalar dos o más hélices en un mismo eje, que roten en

sentidos opuestos para crear una zona de turbulencia entre ellas.

§ Las palas de las hélices cortan o cizallan vigorosamente el líquido debido a

la alta velocidad de giro.

q Turbinas de aspas inclinadas:

§ Este tipo de agitador se emplea cuando se requiere de una elevada

velocidad axial.

§ Usualmente tienen 45° de inclinación, aunque se les puede encontrar de 25°

o 60°.

§ El consumo de potencia es de aproximadamente mayor de 2.2 kW (3 hp).

§ La relación Da / Dt más común es de 0.3 - 0.5.

II.6.4.2 Agitadores de flujo radial

Los agitadores de flujo radial generan corrientes de flujo en la dirección radial del

tanque en el cual han sido instalados. En la figura 13 se muestran los diferentes

tipos de agitadores de flujo radial enumerados.


(a) (b) (c) (d)

Figura 13: Agitadores de flujo radial: a) Tipo Turbina de palas inclinadas, b) Tipo palas, c) Tipo Ancla y

d) Tipo helicoidal.

Las características de los principales agitadores flujo radial se muestran a

continuación:

q Turbinas:

§ Las turbinas de palas rectas desarrollan velocidades tangenciales y radiales.

§ Pueden girar a altas velocidades, con velocidades periféricas del orden de

2.5 – 4.6 m/s.

§ Son eficaces en un amplio rango de viscosidades, de hasta 100.000 cP.

§ La relación Da / Dt más común es 1/3.

q Palas:

§ Constan de una pala plana que gira en un eje vertical.

§ Giran a bajas o moderadas velocidades, entre 20 y 400 rpm, en el eje del

tanque, sin producir circulación vertical a menos que las palas estén

inclinadas.

§ En tanques muy altos se pueden colocar varias palas en un mismo eje.

§ La anchura de la pala es de 1/6 a 1/10 de su longitud.

§ A velocidades de giro mayores, se recomienda que el tanque posea placas

deflectoras para evitar el flujo circular.

§ El consumo de energía puede ir de 750 W a 750 kW (1 a 1000 HP).


q Agitadores tipo Ancla:

§ Son un tipo de agitador de palas.

§ También conocido como agitador de claro cerrado, se adaptan a la forma del

tanque, reduciendo los depósitos de sólidos en las paredes.

§ Se utilizan para mejorar la transferencia de calor sobretodo en tanques

enchaquetados.

§ Recomendados para productos con viscosidades mayores de 100.000 cP.

§ Casi siempre operan con un agitador de alta velocidad que gira en sentido

contrario.

q Agitadores tipo Helicoidal:

§ Recomendados para productos con viscosidades mayores de 100.000 cP.

§ Pueden girar a velocidades bajas de 5 o 15 rpm.

II.7 Definición del Número de Flujo

El Número de Flujo, NQ, se definirá haciendo referencia a un agitador tipo turbina de

palas rectas, como el que se muestra en la figura 14, en donde Vú2 y V´r2 son las

velocidades tangenciales y radiales del líquido que abandonan los extremos de la

pala, u2 es la velocidad de las puntas de las palas y V´2 es la velocidad total del

líquido en el mismo punto.

Figura 14: Vectores de velocidad en el extremo de la pala de un agitador tipo turbina [23].

u2

Vú2

V´ 2

V´r2β´2

u2

Vú2

V´ 2

V´r2β´2


Como se puede ver en la figura 14, la velocidad tangencial es menor a la velocidad

del extremo de la pala. Por lo tanto, la siguiente relación se cumple:

22u ukV =′ (1.3)

de tal manera que

nDu a2 π= (1.4)

donde n es la velocidad de giro (rev/min).

La velocidad volumétrica de flujo viene dada por:

p2r AVq ′= (1.5)

Siendo Ap el área transversal del tanque barrido por el rodete, y es igual a

WDA ap π= (1.6)

Aplicando nociones de geometría en la figura 2, se deduce

( ) 22u22r tanVuV β ′′−=′ (1.7)

Reordenando lo anterior, se obtiene

( ) 2a2r tank1nDV β′−π=′ (1.8)

Sustituyendo las ecuaciones (1.6) y (1.7) en la ecuación (1.5) se tiene que la

velocidad volumétrica de flujo viene dada por

(1.9)

Si los rodetes son similares geométricamente, se tiene que Da es proporcional a W.

Dados k y β´2 como constantes, se tiene la siguiente relación

(1.10)

A partir de la ecuación (1.10) se define un número adimensional, denominado

Número de Flujo que está dado por la ecuación (1.11).

3

a

QDn

qN = (1.11)

( ) 22

a2 tank1WnDq β′−π=

3aDnq ∝


Dependiendo del tipo de rodete y del número de palas se tienen registrados

diferentes valores de NQ, algunos de los cuales se citan en la Tabla 2.

Tabla 2. Valores de Número de flujo para diferentes tipos de agitador y tanques con placas

deflectoras [21].

Tipo de rodete Nq

Para hélices marinas (paso cuadrado) 0.5

Para una turbina con 6 palas planas (W/Da = 1/5) 1.3

Para una turbina de 4 palas con 45° (W/Da = 1/6) 0.87

Es importante hacer notar que las ecuaciones descritas anteriormente calculan el

flujo de descarga del líquido desde el borde del rodete y no el flujo total generado.

II.8 Cálculo de la potencia

II.8.1 Cálculo de la potencia para fluidos newtonianos

La potencia suministrada al fluido necesaria para agitarlo, es un parámetro de vital

importancia en éste tipo de operaciones, ya que determina la capacidad del agitador

de mezclar la materia prima del producto a ser fabricado.

La potencia suministrada es proporcional a un número adimensional llamado

Número de Potencia, Np, el cual se define como la relación entre las diferencias de

presión que resultan en flujo y las fuerzas de inercia. Este factor se puede

interpretar como un coeficiente de arrastre.

La definición de la potencia para régimen turbulento es el producto de la velocidad

del flujo volumétrico, q (L3 / t), y la energía cinética, E:

E*qP = (1.12)

En donde

Q3 N*Da*nq =

n es la velocidad de giro o frecuencia rotacional del agitador (rev / t) y


( )c

2´2

g2V*

Eρ

=

ρ es la densidad del fluido, (M / L3) y gc es el factor de proporcionalidad de la Ley

de Newton.

Como V2´ es menor que la velocidad en el extremo del rodete, u2, se puede

establecer la relación α=2´2 u/V , donde Da*n**V´

2 πα= . Sustituyendo en la

ecuación (1.12) y reagrupando se tiene

(1.13)

Se define el Número de Potencia, Np, como

53c

Da*n*

g*PNp

ρ= (1.14)

El Número de Potencia se halla a través de correlaciones empíricas en las cuales

intervienen variables tales como el tipo de agitador usado, las dimensiones del

tanque, la presencia de placas deflectoras y la velocidad de giro del rodete, así

como también propiedades físicas del fluido como la viscosidad y la densidad.

Existen varios métodos para calcular la potencia necesaria, basados en la

determinación del Número de Potencia a través de diferentes vías [22]. El método

más utilizado es el de obtener el Número de Potencia a través de correlaciones

gráficas, en las cuales este es una función del Número de Reynolds, tal y como se

muestra en la Figura 15.

παρ= Q

22

c

53

N2g

Da*n*P


Figura 15: Correlación de la potencia en función del Número de Reynolds para turbinas

de 6 palas y tanques provistos de placas deflectoras [23].

El Número de Reynolds se determina a través de la ecuación 1.15. En tanques

agitados, si el Reynolds es menor de 10, se dice que el flujo está en régimen

laminar. Entre Reynolds de 10 y 10 000, se encuentra en la zona de transición, y

para mayores de 10 000 en régimen turbulento.

µ

ρ=

*Da*nRe

2

(1.15)

donde µ es la viscosidad del fluido, (M / L* t).

Finalmente, la potencia necesaria a suministrar al rodete para que gire a la

velocidad especificada se determina a través de la ecuación 1.14.

En la figura 15 se observan ciertos factores que son necesarios conocer para poder

leer el valor del Número de Potencia, los cuales son S1, S2, ..., S6. A éstos números

se les denomina factores de forma, y no son más que relaciones adimensionales

entre las medidas lineales del tanque. Los factores de forma se obtienen de la

división de ciertos parámetros entre un valor fijo, como lo es el diámetro del

agitador, Da, o el diámetro del tanque, Dt. La finalidad del uso de éstos factores


radica principalmente cuando se requiere escalar en tamaño un tanque agitado. Se

dice que dos recipientes son geométricamente semejantes, cuando sus factores de

forma son iguales. En dicha figura 15, S1 = Da/Dt, S2 = E/Da, S3 = L/Da, S4 = W/Da,

S5 = J/Dt y S6 = H/Dt.

Como se mencionó con anterioridad, la presencia de placas deflectoras en el tanque

es de vital importancia a la hora de realizar cálculos de potencia. Como se puede

ver en la figura 16, para Reynolds menores de 300, las curvas para tanques con o

sin placas deflectoras son idénticas. Para Reynolds mayores, las líneas punteadas

en la figura 15 y 16 demuestran lo contrario, ya que en ésta región los flujos

circulatorios afloran, y comienza la formación de vórtices. Para corregir éste efecto

se utiliza el Número de Froude, NFr, el cual expresa la relación entre la fuerza

inercial y la fuerza gravitacional por unidad de área que actúa sobre el fluido.

Figura 16: Número de Potencia con respecto al Número de Reynolds NRe para rodetes de tres palas.

Para las porciones de trazos de las curvas B. C y D el valor de Np debe multiplicarse por mFrN

Si es el caso de determinar la potencia suministrada en un tanque desprovisto de

placas deflectoras, se deberá multiplicar el Número de Potencia leído en las figuras


15 y 16, y luego multiplicarse por el factor mFrN , donde m viene expresado por la

ecuación (1.16). Las constantes a y b se pueden leer en la tabla 3.

b

Relogam 10−

= (1.16)

Tabla 3. Constantes a y b de la ecuación 1.16 [23].

II.8.2 Cálculo de la potencia para fluidos no newtonianos

El procedimiento para determinar la potencia transmitida al fluido es similar al de los

fluidos newtonianos. La viscosidad aparente de éstos fluidos varía con el gradiente

de velocidad y éste varía de un punto a otro del tanque. Para fluidos no

newtonianos, el Número de Reynolds vendrá expresado por la ecuación (1.17).

ap

2 *Da*nRe

µ

ρ= (1.17)

donde la viscosidad aparente, µap, está relacionada con el gradiente medio de

velocidad o esfuerzo cortante, (du/dy), de acuerdo a la ecuación 1.18.

1´n

med

´ap dy

duK

−

=µ (1.18)

Siendo K´ el índice de consistencia del flujo de un fluido no newtoniano, y n´ el

índice de comportamiento de flujo de un fluido no newtoniano.

Sustituyendo la ecuación (1.18) en la ecuación (1.17) se tiene

Figura Línea A b 7 D 1.0 40.0 8 B 1.7 18.0 8 C 0.0 18.0 8 D 2.3 18.0


1´n

med

´

2

dydu

K

*Da*nRe

−

ρ= (1.19)

Existen algunas correlaciones del gradiente medio de velocidad para diferentes tipos

de rodetes, en donde se expresa éste término como función de la velocidad de

rotación o frecuencia rotacional del agitador [23].

Para líquidos pseudoplásticos, la transición entre el régimen laminar y turbulento se

lleva a cabo para Reynolds mayores de 40, en lugar de 10 como ocurre en los

líquidos newtonianos.

En la figura 17 se observa una gráfica típica de correlación de potencia para un

fluido no newtoniano. Como se puede ver, el consumo de potencia es igual para

fluidos newtonianos y no newtonianos, entre Reynolds menores de 10 y mayores de

100. Entre éstos dos valores, los fluidos no newtonianos requieren menos potencia

para ser agitados.

Figura 17: Correlación de la potencia para una turbina de seis palas con un fluido no newtoniano [23].


II.9 Equipos utilizados en la elaboración de productos a base de

siliconas

En el procesamiento de materiales poliméricos, comúnmente es necesario la

utilización de equipos de mezclado en alguna etapa del proceso. La selección de

estos equipos depende del tamaño del tanque empleado, la tasa de producción y las

características de flujo de las materias primas.

Las hélices y turbinas son utilizadas en fluidos que necesitan un grado de corte

reducido y que se caracterizan por poseer una viscosidad baja. Para aquellos

productos con viscosidades bajas o moderadas, que requieren un grado de corte

mayor, se utilizan dispersores de alta velocidad y agitadores del tipo rotor/estator. A

medida que se tienen viscosidades mayores, se usan agitadores tipo ancla de baja

velocidad, diseñados para dirigir el fluido hacia el agitador de alta velocidad.

Aquellos productos que son extremadamente viscosos (pastas), requieren equipos

como el mezclador planetario o el mezclador planetario doble.

En la industria de los polímeros, los productos pueden ser obtenidos a través de un

proceso continuo o por cargas. El procesamiento por cargas es más flexible, pero es

más laborioso y su automatización es limitada. Por otro lado, el procesamiento

continuo puede ser automatizado, sin embargo requiere la utilización de equipos

adicionales para la adición y descarga de las materias primas y productos,

respectivamente. Además, en un proceso continuo la realización de cambios en la

formulación de los productos es más compleja [11]. A continuación sólo se

señalaran los equipos utilizados en el procesamiento por cargas:

q Mezclador planetario doble: Consta de dos aspas o palas que rotan en sus

propios ejes a medida que circulan alrededor de un eje central. Este

movimiento planetario, unido a la cercanía que mantienen las aspas con las

paredes del tanque, aseguran un mezclado completo en todas las zonas de

dicho tanque. Este tipo de equipo es ampliamente utilizado en la producción


de pastas de alta densidad y viscosidad, con cargas muy altas de materiales

de relleno, tales como adhesivos y plastisoles [10].

Figura 18. Mezclador planetario doble: (a) en escala

piloto; (b) una de las diversas configuraciones de aspas utilizadas [27].

q Mezcladores multi-ejes: El mezclado se realiza mediante uno o varios

agitadores. Usualmente se utiliza un dispersor de alta velocidad y un

agitador de tipo ancla, el cual barre las paredes del tanque impulsando su

contenido hacia el agitador de alta velocidad. Como resultado se obtiene una

gran homogeneidad de la mezcla y una considerable mejora en la

transferencia de calor.

Figura 19. Distintas configuraciones de mezcladores

multi -ejes empleados para fluidos de alta viscosidad [28].

q Dispersor planetario: Resultan de la combinación de un mezclador planetario

con un dispersor de alta velocidad. Tanto la pala planetaria como el

dispersor, rotan alrededor de sus propios y de un eje central.

(a) (b)


q Agitador Helicoidal: Es utilizado en la agitación de productos altamente

viscosos. Consta de dos bandas helicoidales, ubicadas de manera tal que

proporcionen un espacio mínimo entre el agitador y las paredes del tanque.

Esta configuración, los hace los más eficientes de los agitadores de claro

cerrado. Algunas configuraciones incluyen una banda helicoidal adjunta al

eje del agitador. Los patrones de flujo desarrollados por ambos agitadores,

se muestran en la figura 20.

Figura 20. Agitadores Helicoidales: (a) tradicional; (b) con banda helicoidal interna [29].

(a) (b)


III.1 Evaluación Técnica

III.1.1 Descripción de los equipos con los que cuenta la empresa

A fin de determinar la adaptabilidad de los equipos que posee la empresa para la

producción de selladores de silicona, se procedió a recoger toda la información

concerniente a las características de los equipos que potencialmente podrían ser

empleados en la elaboración del nuevo producto. Adicionalmente, se verificó que

la empresa contara con los servicios básicos de agua y electricidad, así como

también de una buena vialidad.

En general, los selladores de silicona y los plastisoles se elaboran bajo el mismo

esquema general de producción, por lo cual las operaciones unitarias empleadas

suelen mantenerse similares. Las diferencias se fundamentan en las

propiedades físicas y químicas que posean las materias primas y los productos

intermedios y terminados.

En esta etapa, se determinó que la empresa no cuenta con un sistema de

envasado del producto de acuerdo a las diferentes presentaciones que se

encuentran en el mercado, como lo son los cartuchos de 300 mL, los cuales

están diseñados para preservar las características del producto y facilitar las

aplicaciones en el hogar.

En éste sentido, se estudió la posibilidad de que la Empresa adquiriera una

llenadora volumétrica, de forma tal de poder envasar el sellador de silicona en

los contenedores apropiados para su distribución. Esta llenadora formará parte

de la inversión que la Empresa deberá hacer para llevar a cabo la producción de

los selladores de silicona.

III.1.2 Formulación del producto

En cualquier estudio técnico es necesario identificar plenamente las

características de las materias primas y del producto que se pretende elaborar,

de manera tal que se pueda predecir su comportamiento a medida que transita

por cada una de las unidades del proceso, y que se pueda dimensionar y


configurar los equipos en función de los requerimientos de potencia, temperatura

y presión. A través de fuentes bibliográficas e internet, se conocieron las

características de mayor relevancia que inciden sobre el proceso de producción,

como son el alto valor de su viscosidad y la necesidad de mantener al producto

fuera del contacto de la humedad atmosférica en todas las etapas del proceso.

Las empresas dedicadas a la elaboración de estos productos en el territorio

nacional mantienen bajo estricta confidencialidad la formulación y el proceso de

manufactura, razón por la cual dicha información no se pudo obtener con el

apoyo de las mismas. La formulación se adquirió empleando fuentes

bibliográficas y electrónicas, además de la información suministrada a través de

un recurso para consultas que se encuentra disponible en

http://www.specialchem4adhesives.com. En todos los casos, se ponía de

manifiesto que los componentes allí expuestos pretendían orientar al lector para

que tuviera un punto de referencia al comenzar con la elaboración de su

formulación propia. Esto se debe a que no existe una formulación única, sino

que la inclusión o sustitución de un ingrediente provoca cambios en las

propiedades físicas y químicas del producto final, lo cual abre paso a una amplia

gama de productos que pueden ser elaborados, cada uno con propiedades

particulares y que están diseñados para satisfacer los requerimientos de un

sector de la demanda.

Se encontraron varias formulaciones con las cuales se puede obtener el sellador

de silicona deseado, de las cuales se recomienda la que se muestra a

continuación:

Tabla 4: Formulación recomendada para la producción de los selladores de silicona.

Componente Composición (%)

Polímero de Silicona 43,0%

Silica fumada 2,0% Entrecruzadotes 4,0% Catalizador 0,05% Plastificante 5,0%

Carbonato de Calcio 45.95%


La formulación descrita corresponde a una silicona de tipo alcoxi, y sus

principales ventajas sobre las demás es que no desprende olores desagradables

ni presenta problemas asociados a las siliconas acéticas como es el

desprendimiento de ácido acético y la subsiguiente corrosión de algunos

sustratos metálicos. Otra ventaja importante de resaltar, es que ésta formulación

reduce los costos por concepto de materia prima, ya que presenta menos

cantidad de polidimetilsiloxano (costo de 18,5 $/Kg) en comparación con las

siliconas acéticas, según lo que se muestra en la Tabla 1. Igualmente, las

formulaciones que se encuentran en la Tabla 1 pueden ser consideradas en la

determinación de la composición final del sellador de silicona que se desea

obtener. Corresponde a la empresa PLASTIDRICA, C.A. determinar las

características del producto que desean producir, y en base a eso, deberá

elaborar su propia formulación.

III.1.3 Capacidad energética del rotor

La evaluación técnica se basó principalmente en dos factores: a) La

determinación de la potencia necesaria para agitar el producto de silicona, y b)

En la evaluación de los componentes adicionales que requieren los equipos para

llevar a cabo el proceso de manufactura.

La determinación de la potencia es un parámetro de vital importancia en el

diseño de procesos en los cuales participan tanques agitados, ya que a través

de éste se puede determinar la capacidad del rodete de agitar el fluido sometido

al proceso, y por lo tanto, de dimensionar el equipo a utilizar de acuerdo a los

requerimientos energéticos. Si la potencia determinada es mayor a la capacidad

máxima del rotor, éste equipo no satisfacerá las condiciones mínimas de

operación para el procesamiento del producto.

Para la determinación de la potencia, se debían comparar los productos actuales

de la empresa, con el producto que se desea obtener, siendo los primeros el

Sello Costura y el Sello Expandible, y el segundo, un sellador de silicona

comercial de la competencia.


Determinación de la viscosidad de los fluidos:

El parámetro más relevante para calcular la potencia suministrada al fluido a

través del agitador es la determinación de la viscosidad del mismo. Como se ha

manifestado anteriormente, la empresa no produce actualmente selladores de

silicona, y es por éste motivo que los valores de viscosidad obtenidos

experimentalmente se lograron a partir de ensayos de laboratorio utilizando un

producto comercial de la competencia. El procedimiento seguido es el estipulado

en la Norma COVENIN 577:1999, disponible en el Apéndice B.1. El mismo

procedimiento fue seguido para la determinación de la viscosidad del Sello

Costura y del Sello Expandible.

Con el Sello Expandible no fue posible obtener lecturas en el viscosímetro, por lo

que el estudio se basó solamente en la comparación del Sello Costura y de la

silicona comercial.

El viscosímetro utilizado es de tipo Brookfield, spindle N° 7, a las frecuencias

rotacionales de 2, 4, 10 y 20 rpm. A partir de éstas frecuencias rotacionales se

determinaron las respectivas viscosidades aparentes, ya que los fluidos en

cuestión son no newtonianos.

Determinación de la densidad de los fluidos:

Las densidades de los fluidos en estudio se obtuvieron a través del

procedimiento de la Copa Midget, el cual se encuentra descrito en el Apéndice

B.2.

Determinación de la potencia para agitar la mezcla:

La potencia se determinó utilizando las correlaciones gráficas de Número de

Potencia vs. Número de Reynolds (disponibles en el Apéndice A), para

agitadores tipo ancla y tipo helicoidal.

El Número de Reynolds se determinó de acuerdo a la ecuación 1.15 adaptada

para fluidos no newtonianos:


ap

2 *Da*nRe

µ

ρ=

donde n es la frecuencia rotacional (rps), Da es el diámetro del rodete (m), ρ es

la densidad del fluido (kg/m3) y µap es la viscosidad aparente del fluido (Pa s).

Con cada valor de Reynolds calculado, se obtuvieron los respectivos Números

de Potencia (Np) a través de las gráficas A.1 y A.2 del Apéndice A, para los dos

agitadores mencionados anteriormente.

La potencia que suministra el agitador al fluido se obtuvo finalmente a partir de la

ecuación

c

53

gDa*n**Np

Pρ

=

Al leer en las gráficas del Apéndice A los respectivos Números de Potencia para

las frecuencias rotacionales de 2, 4, 10 y 20 rpm, no se pudieron obtener valores

para éstos, dado a que no se perciben datos de éste parámetro para Números

de Reynolds tan bajos. Por este motivo, se procedió a determinar valores de

viscosidad para mayores frecuencias rotacionales, ya que ésta tiende a disminuir

cuando se le aplica un mayor esfuerzo cortante. De esta manera, pueden

obtenerse valores mayores del número de Reynolds que si pueden ser utilizados

en las gráficas de las correlaciones de Np. Sin embargo, éstas pruebas no

resultaron satisfactorias, ya que se necesitaba un spindle de menor tamaño, no

disponible en el laboratorio, para poder apreciar una lectura en el Viscosímetro

de Brookfield.

Los valores reportados de viscosidad aparente para frecuencias rotacionales

mayores de 20 rpm, se obtuvieron a partir de la extrapolación en la Gráfica 1,

proyectando la mejor curva y a través de las ecuaciones 1x667.66y −= y

8036.0x342.53y −= , para el producto de silicona y el Sello Costura,

respectivamente.

Con los datos de viscosidad obtenidos por extrapolación se logró calcular la

potencia necesaria para agitar la mezcla de silicona.


III.1.4 Componentes adicionales del equipo

Los componentes adicionales del equipo considerados son: bomba de vacío,

chaqueta de enfriamiento, salida para toma de muestras, protección contra la

humedad, agitador apropiado.

Bomba de vacío: es necesario contar con una bomba de vacío, ya que el

producto de silicona cura con el aire, por lo que al cargar el tanque con la

materia prima y antes de iniciar el proceso se debe extraer el aire contenido en el

mismo.

Chaqueta de enfriamiento: cualquier fluido que se someta a un proceso de

mezclado va a experimentar un aumento de temperatura, debido a que parte de

la energía que se suministra a través de la agitación se disipa en forma de calor.

Los selladores de silicona no escapan de ésta realidad, y además, experimentan

un aumento de temperatura como consecuencia de la reacción exotérmica que

ocurre para formar el polímero de silicona de acuerdo a la reacción 17 (ver

Marco Teórico).

Protección contra la humedad: la humedad es otro factor a controlar, y se evita

su presencia a través de la bomba de vacío, la cual extrae la humedad contenida

en el aire a través de conexiones cerradas herméticamente. Adicionalmente, es

necesario que el tanque cuente con una conexión adicional a un tanque de

nitrógeno, de forma tal que se pueda crear una atmósfera inerte en el interior del

tanque en el momento en que sea requerido, por ejemplo cuando se desea

extraer muestras para el control de calidad. De ésta forma no se abriría el tanque

y se reducen los riesgos de una gelificación indeseada del producto.

Agitador apropiado: la selección del agitador más apropiado es un parámetro de

vital importancia, ya que va a determinar la mezcla exitosa de los componentes.

Los tipo de agitadores recomendados en la bibliografía para productos de

viscosidades altas son los denominados agitadores de claro cerrado, entre los

cuales se encuentran los agitadores tipo ancla y los agitadores tipo helicoidal.

Estos permiten que los sólidos añadidos se reincorporen a la mezcla y no se

concentren en las paredes del tanque.


III.2 Evaluación Económica

III.2.1 Estudio de Mercado

III.2.1.1 Descripción del Producto

Como se ha mencionado en las secciones anteriores, el nuevo producto a

fabricarse en la empresa, es un sellador a base de un polímero de silicona,

destinado principalmente a usos domésticos, como lo son sellados de lavaplatos,

ventanas, puertas para baños, entre otros.

La presentación inicial del producto será en contenedores plásticos de PVC de

300 mL y se distribuirán al mayor en cajas de cartón corrugado de 40 cartuchos

cada una. Esta presentación contendrá toda la información necesaria para el

cliente tal como sus ingredientes, precauciones, instrucciones de uso y contenido

neto. Además se proveerá de un pico cónico para facilitar la aplicación por parte

del cliente al momento de su uso.

Los contenedores serán de forma cilíndrica y sus dimensiones son 5 cm de

diámetro x 24 cm de alto. En un extremo del contenedor se incluirá un pistón de

plástico que al presionarlo vaciará la silicona sobre las superficies que se desean

sellar, el otro extremo será completamente sellado. Las dimensiones de la caja

en la que serán colocados los cartuchos son: 20 cm de ancho x 50 cm de largo x

25 cm de alto.

Para la elaboración de la evaluación económica fue necesario realizar una

escogencia preliminar de cada uno de los componentes que integran el

producto, a fin de poder determinar los costos relacionados con la materia prima

con la ayuda de la información suministrada en el Anexo A. Dado a la gran

variedad de productos que pueden ser utilizados, la escogencia de los mismos

se realizó gracias a algunas especificaciones que se encontraron en la

bibliografía en cuanto a las propiedades fisicoquímicas de los componentes a ser

empleados. Para su ubicación en el Anexo A, en la siguiente tabla se listan cada

uno de los componentes utilizados con el código respectivo según lo que se

muestra en el mencionado anexo.


Tabla 5. Código de los productos utilizados para la evaluación económica según lo que

se muestra en el Anexo A.

Componente Código

mostrado en el Anexo A

Nombre mostrado Elementos en los que

se basó su escogencia

Polímero de silicona DMS – S33

Silanol terminated polydimethylsiloxanes

Viscosidad de 3000 cP Peso Molecular de 40000 g/mol

Planstificante DMS – T31 Polydimethylsiloxanes, Trimethylsiloxy Terminated

Viscosidad de 1000 cSt

Catalizador SND3160 di-n - butyldiacetoxytin Usado para siliconas alcoxi y de un sólo componente

Entrecruzador SIT7110.0 Tetraethoxysilane Usado en siliconas alcoxi, toxicidad y precio bajos.

Silica fumada SIS6962.0

Silicon dioxide, amorphous hexamethyldisilazane treated

Material preferido como agente de relleno reforzador para las siliconas .

III.2.1.2 Demanda del Producto

De acuerdo a información recopilada en la bibliografía, se han encontrado

estudios estadísticos en los cuales se señala que la demanda en general de

adhesivos de silicona se incrementará en América Latina para la primera década

del 2000.

Según el Manual de Economía Química [4], para el año 1998 los países de

América Latina, con la excepción de Argentina, Brasil y Chile, consumieron 2000

toneladas métricas de siliconas. Igualmente estiman, que durante el período

1998 – 2003, el crecimiento anual de la demanda de siliconas crecerá entre un 6

– 7%.

Por otra parte, la revista Adhesive Age [5] reporta igualmente, un crecimiento en

la demanda de adhesivos en el sector construcción para América Latina.

El grupo de principales demandantes del producto está formado por

distribuidores y tiendas especializadas en la venta de productos para la


decoración, mantenimiento y construcción. Dicho grupo se conforma por

ferreterías, mayoristas e hipermercados, a nivel nacional.

Sin embargo, la distribución de los selladores de silicona no la va a realizar la

Empresa directamente, sino, que un distribuidor especializado va a adquirir toda

la producción para luego colocarla en los mercados apropiados.

III.2.1.3 Oferta del Producto

La oferta actual de selladores de silicona incluye muy pocas marcas, de las

cuales un porcentaje reducido es elaborado en Venezuela, lo que trae como

consecuencia una variedad de precios significativa. Se pueden encontrar

selladores de silicona para diferentes aplicaciones, como lo son aquellos

diseñadas para el uso en las bañeras y duchas, cuyos componentes evitan el

crecimiento de mohos. También se encuentra el tradicional sellador incoloro para

diversos usos en el hogar, entre otros.

III.2.1.4 Formación del Precio

El precio se obtuvo considerando el precio de los productos comercializados

actualmente por otras empresas productoras y de acuerdo a los costos

calculados en éste estudio.

El precio de venta al público de los selladores de silicona fabricados por la

competencia fueron consultados en las mayores casas ferreteras, tales como

Ferretotal, Ferreterías EPA, Ferretería El Pico y Ferka, siendo el promedio de Bs.

15.000.

Tomando en cuenta estas consideraciones entre otras, se asignó un precio

inicial de venta al distribuidor de Bs. 10.000,oo.


III.2.2 Estudio Técnico

III.2.2.1 Infraestructura de servicios

La empresa ya posee los adecuados elementos de infraestructura necesarios

para la producción de silicona, tales como obras e instalaciones civiles y

eléctricas, por lo que no son componentes de la inversión. Los equipos que ya

posee la empresa y que son utilizados en la actualidad para la producción de

plastisoles son aptos para la elaboración del nuevo producto, por lo que no es

necesario adicionar equipos eléctricos, civiles y/o mobiliarios de oficina para ello.

III.2.2.2 Tecnología a utilizarse

La llenadora volumétrica (envasadora) es de origen estadounidense, y tendrá la

capacidad de envasar 1.000 unidades por hora, lo que corresponde a 79.15

galones por hora, para un total de 2 horas, que sería el tiempo que se tarde en

envasar el contenido de un tanque completo.

Se ha establecido la velocidad de llenado en 1.000 unidades por hora, debido a

que el sellador de silicona tiene una viscosidad muy alta, y por lo tanto la

resistencia a fluir es elevada.

III.2.2.3 Efluentes y pérdidas en el proceso

Se ha determinado que estos productos pueden ser diluidos con ácido acético o

cloruro de metileno, razón por la cual, la empresa deberá contar con alguno de

estos reactivos para la limpieza de los residuos en los equipos. Sin embargo, es

necesario consultar primeramente a los proveedores de los equipos para que

orienten a la empresa acerca de los solventes o productos químicos comerciales

que son los más recomendables para la limpieza y la concentración que deberá

ser utilizada, de manera tal que no se deterioren las piezas mecánicas de los

equipos.


III.2.2.4 Cronograma de la inversión

La proyección del estudio es de 5 años, dividida en períodos semestrales, de los

cuales se contempla que en el primer semestre (o semestre 0) se harán los

cambios necesarios en la planta para la producción del sellador de silicona, las

pruebas pilotos recomendadas, así como la adquisición e instalación de los

equipos necesarios componentes de la inversión. Los semestres restantes del

período proyectado son los relativos al estudio económico en sí, en los cuales se

contará con la venta del producto que se elaborará a diario en la empresa.

III.2.2.5 Volumen de ocupación

La Empresa cuenta actualmente con el siguiente personal:

q Directivos, 3.

q Gerentes, 2.

q Supervisores, 3.

q Empleados, 8.

q Obreros, 10.

Se trabajarán turnos diarios de 8 horas cada uno, durante 22 días hábiles por

mes, los 12 meses del año. Para la producción de los selladores de silicona se

están considerando los días a laborar de acuerdo a la producción semanal. Se

ha estimado que diario se puede producir 150 galones, correspondientes a una

carga de un tanque, debido al tiempo requerido para envasarlo. La capacidad

utilizada se ha fijado de forma tal que la cantidad mínima de días necesarios de

producción sea 2 días, y la máxima 3 días, es decir, que los turnos laborales van

a corresponder con la cantidad de días mencionados anteriormente, siendo los

costos por concepto de nómina de 2 días y 3 días cuando el caso lo amerite. De

ésta forma, no se le están trasladando los costos completos de nómina

correspondiente a los 5 días de la semana a la producción de silicona, sino que

se está compartiendo con los demás productos elaborados por la empresa.

Para los cálculos de los gastos por concepto de Beneficios Sociales como lo son

la Ley Política Habitacional, Ley de Paro Forzoso, Seguro Social Obligatorio, se


consideran los porcentajes estipulados en las respectivas leyes, los cuales son

2%, 2% y 9%, respectivamente, del costo de la nómina.

Igualmente se considera un aumento semestral de salarios por productividad de

5%.

III.2.2.6 Capacidad instalada y utilizada

La capacidad instalada es de 150 galones de producto obtenido por cada carga

del tanque, correspondiente a 1 carga diaria, ya que para envasar ésta cantidad

en los contenedores de 300 mL se necesitan aproximadamente 2 horas, de

acuerdo a la velocidad de envasado de la llenadora volumétrica. Las 6 horas

restantes de la jornada laboral se destinan a la producción en sí del producto.

Por lo tanto, la capacidad instalada semanal será de 750 galones.

La capacidad utilizada se inicia con un 30% de la capacidad instalada, la cual

aumenta 5% semestral por concepto de aumento de la demanda, hasta que se

estabiliza en un 60%. Se tomaron estos parámetros, ya que en éste estudio no

se está considerando la adquisición de otro tanque agitado, por lo que se tiene

que compartir el tiempo y el equipo para producir tanto selladores de siliconas

como los otros productos que actualmente manufactura la Empresa. Para una

capacidad utilizada de 30%, se necesitan 2 días de producción, y para un 60%, 3

días. De ésta forma se está garantizando que se van a poder elaborar todos los

productos deseados.

III.2.2.7 Control de calidad

El control de la calidad se basará principalmente en la evaluación de los

siguientes parámetros:

q Viscosidad del producto: Éste parámetro es de vital importancia, ya que lo

ideal es que el producto posea una alta viscosidad para que el uso en el

hogar resulte favorecido, al no permitir el escurrimiento al ser aplicado en

determinadas superficies. Éstas pruebas las llevarán a cabo en el

Laboratorio de Control de Calidad de la empresa.


q Homogenización: La homogenización de la mezcla es señal de una

operación de mezclado llevada a cabo exitosamente. Es por éste motivo

que éste parámetro se debe corroborar como control de calidad, ya que

determinará si la materia prima se ha mezclado satisfactoriamente,

obteniéndose el producto deseado. Entre las formas más simples de

controlarlo están las siguientes: a) A través de apreciaciones visuales al

momento de integrarse los ingredientes sólidos y líquidos, b) A través de la

adición de colorantes, el cual dará una mezcla de color uniforme cuando el

producto esté completamente mezclado.

q Dispersión de sólidos: La correcta dispersión de los sólidos se verificará a

través de una prueba visual, en la cual se aplicará una capa delgada del

producto sobre una superficie. El analista deberá ver si la dispersión en la

muestra del producto es satisfactoria.

III.2.2.8 Consideraciones adicionales

Para la evaluación del proyecto fue necesario hacer un conjunto de estimaciones

adicionales en cuanto a los diferentes factores económicos que entran en juego

a la hora de hacer una proyección del flujo de caja. Estas consideraciones

adicionales se enumeran a continuación:

q Para proyectar los valores del costo de las cajas corrugadas, artículos de

oficina y los envases se utilizó una tasa de inflación de 15% semestral.

q El precio del dólar fue fijado en Bs. 1.920, según el tipo de cambio oficial.

q El aumento de la demanda del producto, así como su precio, se

incrementaron en un 5% semestralmente.

q La inflación en Estados Unidos de América se fijo en 1% semestral para el

aumento proporcional de los costos de la materia prima importada a lo largo

de toda la proyección.


y = 66,667x-1

R2 = 1

y = 53,342x-0,8036

R2 = 0,99570

500

1.000

1.500

2.000

0,0000 0,0500 0,1000 0,1500 0,2000 0,2500 0,3000 0,3500

Frecuencia Rotacional (rps)

Vis

cosi

dad

ap

aren

te (

Pa

s)

Silicona Sello Costura Potencial (Silicona) Potencial (Sello Costura)

IV.1 Resultados Evaluación Técnica

IV.1.1 Resultados Experimentales

Tabla 6: Valores de Viscosidad Brookfield a varias frecuencias rotacionales y densidad para

los productos Sello Costura y Silicona Comercial.

Ensayo rpm Sello Costura

(cP) Silicona

(cP)

2 800 2.000 4 500 1.000

10 212 400 Viscosidad Brookfield a 25 °C (cps)

20 132 200 Densidad (kg/m3) 1.350 900

Gráfica 1: Variación de la viscosidad aparente en función de la frecuencia rotacional (rps)

para los productos Sello Costura y Silicona Comercial.


Tabla 7. Valores determinados de Número de Reynolds, Número de Potencia y potencia

suministrada al fluido a través de un agitador tipo ancla, para diferentes frecuencias

rotacionales establecidas, para el producto de silicona comercial.

Rpm rps µµap (Pa s)

Re Np P

(N m/s) P

(HP)

2 0,0333 2.000 0,0140 0,0000 0,0000 4 0,0667 1.000 0,0559 0,0000 0,0000

10 0,1667 400 0,3494 0,0000 0,0000 20 0,3333 200 1,3974 0,0000 0,0000 30 0,5000 133,3340 3,1442 0 0,0000 0,0000 40 0,6667 100,0005 5,5896 59 13.179,7542 17,6743

50 0,8333 80,0004 8,7338 36 15.706,8045 21,0632 60 1,0000 66,6670 12,5767 27 20.356,0186 27,2979 70 1,1667 57,1431 17,1183 19 22.746,9433 30,5041 80 1,3333 50,0003 22,3586 18 32.167,5356 43,1374


suministrada al fluido a través de un agitador tipo helicoidal, para diferentes frecuencias

rotacionales establecidas, para el producto de silicona comercial.

rpm rps µµap (Pa s)

Re Np P

(N m/s) P

(HP)

2 0,0333 2.000 0,0140 0,0000 0,0000 4 0,0667 1.000 0,0559 0,0000 0,0000

10 0,1667 400 0,3494 0,0000 0,0000 20 0,3333 200 1,3974 41,5 1.158,8131 1,5540 30 0,5000 133,3340 3,1442 32,5 3.062,8269 4,1073 40 0,6667 100,0005 5,5896 14,5 3.239,0921 4,3437

50 0,8333 80,0004 8,7338 7,5 3.272,2509 4,3882 60 1,0000 66,6670 12,5767 5,5 4.146,5964 5,5607 70 1,1667 57,1431 17,1183 5,14 6.153,6468 8,2522 80 1,3333 50,0003 22,3586 3,88 6.933,8910 9,2985



suministrada al fluido a través de un agitador tipo ancla, para diferentes frecuencias

rotacionales establecidas, para el producto Sello Costura .


Re Np P

(N m/s) P

(HP)

2 0,0333 800 0,0524 0,0000 0,0000 4 0,0667 500 0,1677 0,0000 0,0000

10 0,1667 212 0,9887 0,0000 0,0000 20 0,3333 132 3,1759 90 3.769,6331 5,0552 30 0,5000 93,1059 6,7540 40 5.654,4496 7,5827 40 0,6667 73,8884 11,3475 29 9.717,2764 13,0311

50 0,8333 61,7589 16,9702 18 11.780,1034 15,7974 60 1,0000 53,3420 23,5776 15 16.963,3489 22,7482 70 1,1667 47,1271 31,1347 12 21.549,7358 28,8987 80 1,3333 42,3320 39,6131 8,5 22.785,3377 30,5556


suministrada al fluido a través de un agitador tipo helicoidal, para diferentes frecuencias

rotacionales establecidas, para el producto Sello Costura .


Re Np P

(N m/s) P

(HP)

2 0,0333 800 0,0524 0,0000 0,0000 4 0,0667 500 0,1677 0,0000 0,0000

10 0,1667 212 0,9887 0,0000 0,0000 20 0,3333 132 3,1759 32,50 1.361,2564 1,8255 30 0,5000 93,1059 6,7540 9,10 1.286,3873 1,7251 40 0,6667 73,8884 11,3475 5,88 1.970,2616 2,6422

50 0,8333 61,7589 16,9702 5,15 3.370,4185 4,5198 60 1,0000 53,3420 23,5776 3,62 4.093,8215 5,4899 70 1,1667 47,1271 31,1347 3,52 6.321,2558 8,4769 80 1,3333 42,3320 39,6131 2,80 7.505,7583 10,0654


Gráfica 2: Variación de la potencia en función de la frecuencia rotacional (rpm) para los

productos Sello Costura y Silicona Comercial y para agitadores tipo ancla y tipo

helicoidal.

0,0000

5,0000

10,0000

15,0000

20,0000

25,0000

30,0000

35,0000

40,0000

45,0000

20 30 40 50 60 70 80 90

Frecuencia Rotacional (rpm)

Pot

enci

a (H

p)

Silicona Comercial (Agitador Tipo Ancla) Sello Costura (Agitador Tipo Ancla)

Silicona Comercial (Agitador Tipo Helicoidal) Sello Costura (Agitador Tipo Helicoidal)


IV.2 Resultados Evaluación Económica


Tabla 12: Inversión total del proyecto.

Concepto Unidades Costo

Unitario (Bs.)

Costo ($) Costo (Bs.)

Activos Fijos Llenadora Volumétrica 17.500 33.600.000

Total Activos Fijos 17.500 33.600.000

Otros Activos

Instalación y montaje de equipos 1.750 3.360.000

Pruebas en caliente 6.677 12.819.365

Pruebas piloto 4.454 8.551.822

Materia prima producción primer semestre 208.463 400.249.237

Envases:

Envases de 300 mL de producción primer semestre 61.324 2.000 63.879 122.647.284

Cajas de cartón para distribución primer semestre 1.533 2.000 1.597 3.066.000

Total Otros Activos 286.820 550.693.709

Total Activos 304.320 584.293.709


Materia prima

COSTO DE MATERIA PRIMA SEMESTRAL

Componente % Composición Cantidad (kg)

Precio Unitario

($)

Costo Unitario + Flete

($)

Costo ($) Costo (Bs.)

Polímero de Silicona 43.0% 7,910.8 15.00 19.50 154,260 296,178,615Silica fumada 2.0% 367.9 39.00 50.70 18,655 35,816,949Entrecruzadores 4.0% 735.9 18.67 24.27 17,857 34,286,310Catalizador 0.05% 9.2 156.00 202.80 1,865 3,581,695Plastificante 5.0% 919.9 16.00 20.80 19,133 36,735,332Carbonato de Calcio 46.0% 8,453.5 0.10 0.14 1,145 2,197,902Total 100% 18,397.1 212,915 408,796,803

Semestre 1

Cantidad (kg)Precio

Unitario (Bs)

Costo (Bs) Costo (Bs.) Cantidad (kg)

Precio Unitario (Bs) Costo (Bs) Costo Bs.)

9,229.2 43,056.00 397,372,976 397,372,976 10,547.7 49,514.40 522,261,625 522,261,625429.3 111,945.60 48,054,406 48,054,406 490.6 128,737.44 63,157,220 63,157,220858.5 53,580.80 46,000,799 46,000,799 981.2 61,617.92 60,458,193 60,458,19310.7 447,782.40 4,805,441 4,805,441 12.3 514,949.76 6,315,722 6,315,722

1,073.2 45,926.40 49,286,571 49,286,571 1,226.5 52,815.36 64,776,636 64,776,6369,862.4 299.00 2,948,851 2,948,851 11,271.3 343.85 3,875,633 3,875,633

21,463.3 548,469,044 548,469,044 24,529.5 720,845,029 720,845,029

Semestre 2 Semestre 3

Cantidad (kg) Precio Unitario (Bs) Costo (Bs) Costo (Bs.) Cantidad (kg) Precio Unitario

(Bs) Costo (Bs) Costo (Bs.)

11,866.1 56,941.56 675,675,978 675,675,978 13,184.6 65,482.79 863,363,749 863,363,749551.9 148,048.06 81,709,653 81,709,653 613.2 170,255.26 104,406,779 104,406,779

1,103.8 70,860.61 78,217,788 78,217,788 1,226.5 81,489.70 99,944,951 99,944,95113.8 592,192.22 8,170,965 8,170,965 15.3 681,021.06 10,440,678 10,440,678

1,379.8 60,737.66 83,804,772 83,804,772 1,533.1 69,848.31 107,083,876 107,083,87612,680.2 395.43 5,014,101 5,014,101 14,089.1 454.74 6,406,906 6,406,90627,595.7 932,593,257 932,593,257 30,661.8 1,191,646,939 1,191,646,939

Semestre 5Semestre 4

Cantidad (kg) Precio Unitario (Bs) Costo (Bs) Costo (Bs.) Cantidad (kg) Precio

Unitario (Bs) Costo (Bs) Costo (Bs.)

14,503.0 75,305.21 1,092,155,143 1,092,155,143 15,821.5 86,601.00 1,370,158,270 1,370,158,270674.6 195,793.55 132,074,575 132,074,575 735.9 225,162.59 165,693,558 165,693,558

1,349.1 93,713.15 126,430,363 126,430,363 1,471.8 107,770.13 158,612,637 158,612,63716.9 783,174.22 13,207,458 13,207,458 18.4 900,650.35 16,569,356 16,569,356

1,686.4 80,325.56 135,461,103 135,461,103 1,839.7 92,374.39 169,942,111 169,942,11115,498.0 522.95 8,104,737 8,104,737 16,906.9 601.40 10,167,760 10,167,76033,728.0 1,507,433,378 1,507,433,378 36,794.2 1,891,143,692 1,891,143,692


Cantidad (kg) Precio Unitario (Bs) Costo (Bs) Costo (Bs.) Cantidad (kg) Precio

Unitario (Bs) Costo (Bs) Costo (Bs.)

15,821.5 99,591.14 1,575,682,010 1,575,682,010 15,821.5 114,529.82 1,812,034,312 1,812,034,312735.9 258,936.98 190,547,592 190,547,592 735.9 297,777.52 219,129,731 219,129,731

1,471.8 123,935.65 182,404,532 182,404,532 1,471.8 142,525.99 209,765,212 209,765,21218.4 1,035,747.90 19,054,759 19,054,759 18.4 1,191,110.09 21,912,973 21,912,973

1,839.7 106,230.55 195,433,428 195,433,428 1,839.7 122,165.14 224,748,442 224,748,44216,906.9 691.61 11,692,924 11,692,924 16,906.9 795.35 13,446,863 13,446,86336,794.2 2,174,815,246 2,174,815,246 36,794.2 2,501,037,533 2,501,037,533


Cantidad (kg) Precio Unitario (Bs) Costo (Bs) Costo (Bs.)

15,821.5 131,709.29 2,083,839,459 2,083,839,459735.9 342,444.15 251,999,190 251,999,190

1,471.8 163,904.89 241,229,994 241,229,99418.4 1,369,776.60 25,199,919 25,199,919

1,839.7 140,489.91 258,460,708 258,460,70816,906.9 914.65 15,463,893 15,463,89336,794.2 2,876,193,163 2,876,193,163

Semestre 10

Cantidad (kg) Precio Unitario (Bs) Costo (Bs) Costo (Bs.)

15,821.5 151,465.68 2,396,415,377 2,396,415,377735.9 393,810.77 289,799,069 289,799,069

1,471.8 188,490.63 277,414,493 277,414,49318.4 1,575,243.09 28,979,907 28,979,907

1,839.7 161,563.39 297,229,814 297,229,81416,906.9 1,051.85 17,783,477 17,783,47736,794.2 3,307,622,137 3,307,622,137

Semestre 11


Ingresos

Tabla 15. Relación de ingresos por concepto de venta del producto.

Año 1 Año 2 Año 3 Año 4 Año 5Base de cálculos Sem 1 Sem 2 Sem 3 Sem 4 Sem 5 Sem 6 Sem 7 Sem 8 Sem 9 Sem 10

Capacidad Utilizadaen porcentaje 30% 30% 35% 40% 45% 50% 55% 60% 60% 60% 60%en gal por semana 225 225 263 300 338 375 413 450 450 450 450en gal por semestre 5.400 5.400 6.300 7.200 8.100 9.000 9.900 10.800 10.800 10.800 10.800

Pérdidas en el proceso 10% 540 630 720 810 900 990 1.080 1.080 1.080 1.080Capacidad Utilizada Neta 4.860 5.670 6.480 7.290 8.100 8.910 9.720 9.720 9.720 9.720

Total Producción Semestral (gal) 4.860 5.670 6.480 7.290 8.100 8.910 9.720 9.720 9.720 9.720

Total Producción Semestral (unidades 300 mL) 61.324 71.544 81.765 91.985 102.206 112.427 122.647 122.647 122.647 122.647

Precio de venta al distribuidor (Bs. /unidad) 10.000 11.500 13.225 15.209 17.490 20.114 23.131 26.600 30.590 35.179

Total Ingresos (Bs.) 613.236.420 822.758.864 1.081.340.221 1.398.983.910 1.787.590.552 2.261.302.049 2.836.906.206 3.262.442.137 3.751.808.458 4.314.579.727

Total Ingresos ($) 319.394 428.520 563.198 728.637 931.037 1.177.761 1.477.555 1.699.189 1.954.067 2.247.177


Gastos

Sem 1 Sem 2 Sem 3 Sem 4 Sem 5 Sem 6 Sem 7 Sem 8 Sem 9 Sem 10Gastos FijosSeguro Social Obligatorio 9% 1.823.850 2.006.235 2.206.859 2.427.544 2.670.299 2.937.329 3.231.062 3.554.168 3.909.584 4.300.543Ley de Política Habitacional 2% 405.300 445.830 490.413 539.454 593.400 652.740 718.014 789.815 868.797 955.676Ley de Paro Forzoso 2% 405.300 445.830 490.413 539.454 593.400 652.740 718.014 789.815 868.797 955.676Seguros Mercantil 1% 336.000 336.000 336.000 336.000 336.000 336.000 336.000 336.000 336.000 336.000Total de Gastos Fijos 2.970.450 3.233.895 3.523.685 3.842.453 4.193.098 4.578.808 5.003.089 5.469.798 5.983.178 6.547.895

Gastos VariablesComunicaciones 260.000 1.560.000 1.794.000 2.063.100 2.372.565 2.728.450 3.137.717 3.608.375 4.149.631 4.772.076 5.487.887Artículos de Oficinas 52.000 312.000 374.400 449.280 539.136 646.963 776.356 931.627 1.117.952 1.341.543 1.609.851Mantenimiento 2% 672.000 806.400 967.680 1.161.216 1.393.459 1.672.151 2.006.581 2.407.897 2.889.477 3.467.372Energía Eléctrica 260.000 1.560.000 1.794.000 2.063.100 2.372.565 2.728.450 3.137.717 3.608.375 4.149.631 4.772.076 5.487.887Agua 78.000 468.000 538.200 618.930 711.770 818.535 941.315 1.082.512 1.244.889 1.431.623 1.646.366Seguridad Industrial 156.000 936.000 1.123.200 1.347.840 1.617.408 1.940.890 2.329.068 2.794.881 3.353.857 4.024.629 4.829.554Impuestos y Patentes 0,50% 3.066.182 4.113.794 5.406.701 6.994.920 8.937.953 11.306.510 14.184.531 16.312.211 18.759.042 21.572.899Varios 1,50% 9.198.546 12.341.383 16.220.103 20.984.759 26.813.858 33.919.531 42.553.593 48.936.632 56.277.127 64.718.696Total de Gastos Variables 17.772.728 22.885.377 29.136.734 36.754.338 46.008.557 57.220.365 70.770.475 81.672.701 94.267.592 108.820.513

Gastos Totales (Bs.) 20.743.178 26.119.272 32.660.419 40.596.791 50.201.656 61.799.173 75.773.564 87.142.499 100.250.769 115.368.408

Gastos Totales ($) 10.804 13.604 17.011 21.144 26.147 32.187 39.465 45.387 52.214 60.088

Gastos:Comunicaciones (Bs.) 500.000 mensualesArtículos de Oficina (Bs.) 100.000 mensuales% Mantenimiento de maq. Y eq. 2%Energía Eléctrica (Bs.) 500.000 % de consumo de energía por día de producción de siliconaHidrocapital 150.000Seguridad Industrial 300.000Impuestos y Patentes 0,50% de los ingresos totalesSeguros Mercantil 1% del total de activos fijosVarios 1,50% de los ingresos totales

% Aumento de servicios telefónic 15%% Aumento por inflación 20%% Aumento de Energía Semestra 10%% Aumento de Producción 5%% Aumento de Hidrocapital 10%

Tipo de cambio (Bs./$) 1.920meses en un semestre 6

Tabla 16. Descripción de los gastos fijos y variables.

Año 1 Año 2 Año 3 Año 4 Año 5


Estado de resultados

Tabla 17. Estado de resultados y flujo de caja.

Año 1 Año 2 Año 3 Año 4 Año 5Sem 0 Sem 1 Sem 2 Sem 3 Sem 4 Sem 5 Sem 6 Sem 7 Sem 8 Sem 9 Sem 10

A Total Ingresos por Venta (Bs.) 613.236.420 822.758.864 1.081.340.221 1.398.983.910 1.787.590.552 2.261.302.049 2.836.906.206 3.262.442.137 3.751.808.458 4.314.579.727

Materia Prima 548.469.044 720.845.029 932.593.257 1.191.646.939 1.507.433.378 1.891.143.692 2.174.815.246 2.501.037.533 2.876.193.163 3.307.622.137Nómina 20.265.000 22.291.500 24.520.650 26.972.715 29.669.987 32.636.985 35.900.684 39.490.752 43.439.827 47.783.810Gastos de Fabricación 20.743.178 26.119.272 32.660.419 40.596.791 50.201.656 61.799.173 75.773.564 87.142.499 100.250.769 115.368.408Envases de 300 mL 141.044.377 162.201.033 186.531.188 214.510.866 246.687.496 283.690.621 326.244.214 375.180.846 431.457.973 496.176.669Cajas de cartón 3.525.900 4.054.785 4.663.003 5.362.453 6.166.821 7.091.844 8.155.621 9.378.964 10.785.809 12.403.680Maquinarias y equipos

B Total Producción (Bs.) 589.477.222 769.255.802 989.774.326 1.259.216.445 1.587.305.020 1.985.579.850 2.286.489.494 2.627.670.784 3.019.883.759 3.470.774.356

C Utilidad de la Producción (A-B) -593.297.669 23.759.198 53.503.062 91.565.895 139.767.466 200.285.532 275.722.198 550.416.712 634.771.353 731.924.698 843.805.371

D Depreciación 3.360.000 3.360.000 3.360.000 3.360.000 3.360.000 3.360.000 3.360.000 3.360.000 3.360.000 3.360.000E Utilidad antes imp (C-D) -593.297.669 20.399.198 50.143.062 88.205.895 136.407.466 196.925.532 272.362.198 547.056.712 631.411.353 728.564.698 840.445.371

F Impuesto sobre la renta 3.059.880 7.521.459 13.230.884 20.461.120 29.538.830 40.854.330 82.058.507 94.711.703 109.284.705 126.066.806

UTILIDAD NETA (E+F) (Bs.) -593.297.669 17.339.318 42.621.603 74.975.011 115.946.346 167.386.702 231.507.868 464.998.205 536.699.650 619.279.994 714.378.565

Flujo de caja (Bs.) -593.297.669 20.699.318 45.981.603 78.335.011 119.306.346 170.746.702 234.867.868 468.358.205 540.059.650 622.639.994 3.838.341.023Proyectado

UTILIDAD NETA (E+F) ($) -309.009 9.031 22.199 39.049 60.389 87.181 120.577 242.187 279.531 322.542 372.072

Período de estudio 10 semestresISRL 15%

Tipo de cambio (Bs./$) 1.920% Aumento por inflación 15%


Gráfica 3: Flujo de caja libre del estudio económico.

-1.000

-500

0

500

1.000

1.500

2.000

2.500

3.000

3.500

4.000

Mill

on

es d

e B

s.

Sem0

Sem1

Sem2

Sem3

Sem4

Sem5

Sem6

Sem7

Sem8

Sem9

Sem10

Semestres


Punto de equilibrio


Gráfica 4: Punto de equilibrio del estudio económico.

1,5

2,0


Tabla 19. Determinación del VPN.

Parámetros Rf 5% Rp 8% Rm 12% β 1 20% Cc 23% Inversión (Bs) 593.297.669 VPN 47.464.129,50 TIR 33%

Gráfica 5: Análisis de sensibilidad del estudio económico.

-2.000

-1.500

-1.000

-500

0

500

1.000

1.500

2.000

70% 130%

Variación

VP

N (

Mill

on

es d

e B

s.)

IV.3 Análisis de Resultados.

IV.3.1 Análisis de los Resultados Experimentales

En la Gráfica 1 se observa que la variación de la viscosidad en función de la

frecuencia rotacional es decreciente y no lineal, lo que pone de manifiesto el

carácter no newtoniano de ambos fluidos, Sello Costura y la Silicona Comercial.

Se puede observar que la viscosidad del producto de silicona comercial es mayor

que la del Sello Costura para 2 rpm, pero éstos valores tienden a igualarse a medida

que se aumenta la frecuencia rotacional, es decir, que sus comportamientos

reológicos tienden a ser similares. Un aspecto importante de resaltar, es que

actualmente la empresa produce el Sello Costura utilizando una frecuencia

rotacional de 40 rpm, por lo que a éste valor las viscosidades serán similares entre

los dos productos.

En las Tablas 7, 8, 9 y 10 se observa como varían todos los parámetros calculados

con la variación de la frecuencia rotacional. Al aumentar las revoluciones del rotor

se disminuye la viscosidad, tal como ya se observó anteriormente, por lo que el

Número de Reynolds aumenta (véase ecuación 1.17). En las correlaciones gráficas

del Número de Potencia (Apéndice A) se tiene que al aumentar el Número de

Reynolds va disminuyendo el Número de Potencia, por consiguiente la potencia

requerida para agitar los fluidos tiende a aumentar (véase ecuación 1.14).

En la Gráfica 2 se observan los resultados expresados en las Tablas 7, 8, 9 y 10. La

potencia necesaria para agitar la silicona es mayor que para el Sello Costura

cuando se utiliza un agitador tipo ancla, manteniéndose dentro de los niveles de

capacidad del rotor, de 40 Hp. Esto se debe a la mayor viscosidad de la silicona.

Sin embargo se puede ver que cuando se analizan los mismos datos utilizando un

agitador tipo helicoidal, las necesidades energéticas de potencia se disminuyen en


una proporción promedio de 1:4,4, para la mezcla de silicona. Además que el rango

de velocidades del agitador se amplía. En el caso del Sello Costura , el consumo de

energía se disminuye en una proporción promedio de 1:3,7.

Cuando se utiliza un agitador tipo helicoidal, los consumos de potencia de los dos

productos de estudio son similares, siendo la tendencia a igualarse para una

velocidad del agitador de aproximadamente 50 rpm. Ésta diferencia de potencia

viene dada por la variación de los valores del Número de Potencia, ya que la

geometría del agitador desarrolla patrones de flujo particulares que generan

cambios en el esfuerzo cortante que se traducen en diferencias en el mezclado,

disminuyendo por lo tanto los requerimientos de potencia en la operación.

Es de hacer notar que el valor determinado de la potencia es muy sensible a los

valores leídos en la correlación del Número de Potencia, ya que al variar éste en

una unidad, la potencia varía en varias unidades, lo que podría favorecer la

linealidad de las curvas en la Gráfica 2.

En caso de que la dispersión de los sólidos a través del volumen del tanque no sea

adecuada, o que el tiempo de mezclado con el agitador tipo ancla no sea

satisfactorio, se puede estudiar la posibilidad de incluir el agitador de alta velocidad

con el que cuenta la empresa.

IV.3.2 Análisis de los Resultados de la Evaluación Técnica

El tanque agitado que posee la empresa posee una chaqueta que provee

intercambio de calor desde la mezcla hacia el exterior del tanque, ya que el proceso

de agitación en sí genera cierta cantidad de calor debido a que la energía que se

transmite a través de la potencia, se disipa en el fluido de mezcla en forma de calor

y se refleja en el aumento de la temperatura, que en algunos casos es perjudicial

para el proceso. Cuando se habla de producir específicamente selladores de

silicona, se tiene que el aumento de la temperatura se debe, además del calor

generado por la agitación, a la reacción exotérmica que se lleva a cabo cuando el

polímero se está formando (ver reacción 17). Dicho aumento de temperatura no es


recomendable en el proceso, ya que afectaría la cinética de la reacción entre el

polidimetilsiloxano y el entrecruzador, además de producir un cambio indeseable en

la viscosidad. Por esta razón, se debe contar con una chaqueta de forma tal que el

calor generado se disipe a través del fluido de enfriamiento y mantenga la mezcla

del producto en una temperatura estable y adecuada.

Igualmente, el tanque agitado necesita tener un sistema de vacío que extraiga el

aire contenido en su interior, debido a que el sellador de silicona cura cuando está

expuesto al aire. A través de éste dispositivo, se puede extraer el aire contenido en

el tanque y a su vez, inyectar un gas inerte como el nitrógeno, cuando se requiera

en alguna etapa del proceso. De esta manera se asegura una atmósfera libre de

humedad que puede provocar el curado del producto.

En base a lo anterior, el tanque que posee la empresa posee una conexión especial

para poder añadir la materia prima en el momento apropiado, sin que la producción

se vea afectada por la presencia de aire. Así mismo, ésta conexión permite obtener

muestras del producto, de tal forma de someterla a las diferentes pruebas de control

de calidad.

Tabla 20: Resumen de los resultados obtenidos en la evaluación técnica.

Potencia requerida para la agitación de la mezcla

Chaqueta de enfriamiento

Bomba de vacío

Toma de muestra

Protección contra la humedad

Agitador adecuado


IV.3.3 Análisis de los Resultados de la Evaluación Económica

En la tabla 17 y en la Gráfica 3 se observan los valores del flujo de caja del

proyecto. Se puede apreciar que en el primer semestre se tiene una utilidad neta

negativa, lo cual se debe a que el valor del precio de venta al distribuidor (Bs.

10.000,oo), que ha sido asignado al producto, es menor del que corresponde según

el costo unitario del producto. En los períodos siguientes, los valores de la utilidad

neta comienzan a ser positivos debido al incremento en el precio de venta (15%

semestral). Aunque este valor inicial podría ser aumentado para que supere el valor

del costo unitario, esto provocaría un aumento en el precio que el consumidor

tendría que pagar para adquirir el producto, haciéndolo menos competitivo,

considerando que se trata de un producto nuevo que debe posicionarse en el

mercado. Evidentemente, corresponde a la empresa en su oportunidad, determinar

cuál será el precio de venta final al distribuidor, según el comportamiento del

mercado y el margen de ganancias deseado por la empresa.

Como puede apreciarse en la Gráfica 3, el flujo de caja comienza a presentar

valores positivos a partir del segundo semestre, que se incrementan

progresivamente a lo largo de la proyección. Este incremento se debe a que en la

estimación de los flujos de caja se aumentaron progresivamente los valores

correspondientes al precio de venta, y la capacidad utilizada. Igualmente, los costos

de materia prima, servicios, nómina, entre otros, se aumentaron progresivamente

según las estimaciones realizadas.

En la tabla 19 se presentan los valores del costo de capital (Cc), valor presente neto

(VPN) y la tasa interna de retorno (TIR). Dado a que toda la inversión será asumida

por la empresa (no habrá endeudamiento), el costo de capital será igual al costo de

patrimonio. El cálculo de este último se realizó según las estimaciones de los

parámetros que se muestran en la tabla. Como puede apreciarse, el VPN es mayor

que cero, por lo que podría considerarse que el proyecto representa una buena

oportunidad de inversión. Así mismo, el valor de la TIR es mayor que el del Cc,

siendo este otro indicativo de la viabilidad del proyecto. Sin embargo, se debe


considerar que el valor de la TIR no es mucho mayor que el del Cc, demostrándose

entonces que el retorno de la inversión no es muy grande.

Antes de tomar la decisión de invertir en el proyecto, también se debe considerar la

sensibilidad del proyecto a los cambios que podrían presentar las variables que se

consideran que son más críticas en la evaluación. En la gráfica 5 se presenta la

sensibilidad del VPN con respecto a las variaciones en el costo de la materia prima,

el tipo de cambio (Bs./$) y el precio de venta del producto. Como puede apreciarse

en el valor de las pendientes de las rectas, la sensibilidad del VPN es mayor con

respecto al precio de venta del producto. Sin embargo, el valor de dicha pendiente

es muy similar al correspondiente a los otros parámetros estudiados. Se puede

apreciar entonces la altísima sensibilidad que posee el VPN con respecto a estos

parámetros, de manera que la viabilidad del proyecto podría ser descartada (valores

negativos del VPN) si se producen pequeños cambios en el costo de la materia

prima, precio de venta o el valor del dólar. Es por esta razón, que antes de

considerar la inversión en el proyecto se debe contactar a los diferentes

proveedores de materia prima para determinar efectivamente los costos asociados a

la misma, según los precios que ofrezcan dichos proveedores y la calidad de sus

productos. La variación en el tipo de cambio es un parámetro crítico debido a su

vinculación directa con el costo de la materia prima, puesto que esta debe ser

importada a nuestro país.

En relación a los costos de la materia prima se debe resaltar que pequeños cambios

en la formulación del producto pueden provocar cambios importantes en el valor del

VPN y de la TIR. La formulación recomendada, que se muestra en la tabla 14

presenta un alto contenido de agentes de relleno económicos para disminuir los

costos. Al comparar dicha formulación con la que se presenta en la Tabla 1, se

observa que existen algunas diferencias, sin embargo, se han encontrado en los

diferentes fuentes de información consultadas que la formulación sugerida es viable.

Sin embargo, corresponderá a la empresa determinar la formulación final del

producto que desean elaborar mediante la asistencia técnica que puede brindarle

los proveedores de materia prima o a través de estudios realizados por la propia

empresa, que debe incluir pruebas en escala piloto para estimar efectivamente,


además de la formulación y las propiedades físicas y químicas del producto,

diversos parámetros críticos en el control del proceso como son el tiempo de

mezclado de las materias primas y la dispersión correcta de los sólidos con la

utilización del agitador estudiado.

Es importante considerar además que los resultados obtenidos en la evaluación

económica corresponden a los de un estimado inicial, que deberá irse afinando a

medida que se cuente con información más detallada acerca de las características

del proyecto y de los costos reales asociados al mismo. Sin embargo, constituyen

una manera de verificar la factibilidad de realización del proyecto.


V.1. Conclusiones

V.1.1 Evaluación Técnica

• El producto fabricado por la Empresa, Sello Costura, y la silicona comercial

presentan comportamientos reológicos similares cuando la frecuencia rotacional

es mayor a 15 rpm.

• El agitador tipo ancla con que cuenta la empresa puede ser utilizado para la

producción de selladores de silicona, aunque su uso está limitado a una

frecuencia rotacional menor de 75 rpm.

• El tanque con el que cuenta la empresa cubre con las necesidades básicas de

potencia para agitar la mezcla de silicona, siempre y cuando no se utilice una

velocidad del agitador mayor de 75 rpm.

• El tanque agitado y los dispositivos auxiliares que posee la empresa

actualmente cumplen con los requerimientos necesarios para producir los

selladores de silicona.

V.1.2 Evaluación Económica

• El valor del VPN y la TIR fueron de Bs. 47.464.129,50 y 33%

respectivamente, por lo que podría decirse que el proyecto es viable. Sin

embargo, se debe considerar, antes de realizar la inversión, la sensibilidad

que presenta el valor del VPN con respecto al costo de materia prima, el

precio de venta al público y el tipo de cambio (Bs. / $), ya que pueden afectar

drásticamente la viabilidad del proyecto.


V.2 Recomendaciones

• La mezcla de silicona se debe agitar a una frecuencia rotacional menor de 70

rpm, para no sobrecargar la capacidad del motor.

• Para todos los procesos de mezclado de la empresa, se recomienda utilizar un

agitador tipo helicoidal en lugar del de tipo ancla, ya que reduce los consumos

de energía y permite un rango de frecuencias rotacionales más amplio.

• Se recomiendan pruebas pilotos para:

§ Determinar la temperatura exacta que aumenta la mezcla cuando se está

produciendo el sellador, para corroborar que la chaqueta provee un

intercambio de calor adecuado al proceso, manteniendo la temperatura

estable.

§ Determinar el tiempo exacto de mezcla y programar de una forma más

eficiente la producción por día que se puede hacer.

§ Establecer una formulación adecuada y precisa del producto, es decir, el

porcentaje exacto de materia prima. Los proveedores de materia prima

también pueden orientar acerca de la formulación más adecuada según las

características de los equipos de la empresa y la aplicación específica del

producto que se desea fabricar.

• Contactar a los proveedores de materia prima para evaluar la mejor opción que

reduzca los costos por éste concepto, debido a la alta sensibilidad que presenta

el VPN con respecto a ésta variable.

Bibliografía 95

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http://www.gelest.com/ProductLine/ [2004, 1 de Marzo]

33. Blanco, Adolfo (2001). Formulación y evaluación de proyectos. Venezuela: Fondo

Editorial Tropykos.

34. Blank, Leland (1999). Ingeniería Económica. Colombia: Ediciones McGraw Hill.

Anexos 112

ANEXO A.1: Precios de los componentes de la formulación [32], [33].

Anexos 113

Anexos 114

Anexos 115

APÉNDICE B: Procedimientos experimentales.

APÉNDICE B: Procedimientos Experimentales 103

APÉNDICE B.1: Norma COVENIN 577:1999. Determinación de la viscosidad

por el Método Brookfield (fragmento).

1. Objetivo:

Esta norma venezolana establece un procedimiento para la determinación de la

viscosidad aparente por el método Brookfield, para líquidos newtonianos y no

newtonianos, usando uno de los diferentes modelos de viscosímetros rotacionales

descritos en ésta norma.

2. Principios:

Un eje (comúnmente llamado “spindle”), de forma cilíndrica o de disco, es movido a

una frecuencia rotacional (rpm) constante en el producto que va a ser sometido a

estudio.

La resistencia ejercida por el fluido sobre el eje, la cual depende de la viscosidad del

producto, causa un torque que es indicado por el medidor apropiado. Esta medición

puede ser basada sobre el ajuste que sufre un resorte en forma de espiral

dependiendo del torque que es indicado por el movimiento de la aguja sobre el dial.

La viscosidad aparente por el Método Brookfield es obtenida multiplicando la lectura

del dial por un coeficiente, el cual depende de la frecuencia rotacional (rpm) y de la

característica del eje.

Los productos a los cuales aplica ésta norma son generalmente no newtonianos, y

la medida de la viscosidad depende del gradiente de velocidad a la cual el producto

es sometido durante la medición.


Con éstos modelos de viscosímetros, el gradiente de velocidad no es el mismo para

cada uno de los puntos del eje. Así para un fluido no newtoniano, el resultado no es

estrictamente “la viscosidad a un gradiente de velocidad”, por lo que es

convencionalmente llamada viscosidad aparente.

3. Procedimiento:

3.1: La relación de la combinación frecuencia rotacional (rpm) y eje se realiza

considerando el valor de viscosidad a ser medida, la precisión deseada y el

gradiente de velocidad. Es necesario hacer la selección adecuada de manera tal

que las medidas no caigan en el rango menor del 20% o más del 95% de la

deflexión de la escala. Así, para una mayor precisión es recomendable permanecer

en el rango de 45% a 95% del total de la escala.

NOTA 1: Si se desea realizar una comparación de viscosidades entre productos no

newtonianos, es necesario utilizar la misma combinación de frecuencia rotacional

(rpm) y eje para las medidas, aún cuando la precisión de una de ellas esté

marcadamente disminuida.

3.2: La combinación de frecuencia rotacional (rpm) y eje se debe especificar en el

documento donde se registren la medición.

3.3: Cuando se requiera coloque el protector del eje sobre el soporte. Se llena el

recipiente con el producto a ser evaluado, con cuidado de no introducir burbujas de

aire; luego se coloca en el baño suficiente tiempo hasta alcanzar la temperatura

deseada. Si el producto contiene materia volátil o es higroscópico se debe tener la

precaución de cerrar el recipiente durante la medición.

3.4: Con el recipiente colocado en el baño, tome un eje adecuado, formando un eje

de aproximadamente 45° con la superficie del producto y luego se sumerge en éste.

Se orienta el eje y se conecta al aparato.


3.5: Se verifica que el eje esté vertical, usando un nivel de burbuja, que la parte final

esté 10 mm por encima del fondo del recipiente y que el nivel de líquido coincida

con la parte inferior de la marca o la ranura.

3.6: Se fija la frecuencia rotacional deseada y se arranca el motor.

3.7: Se deja que el eje gire y se lee la medida del torque con una precisión

aproximada de 0.25% del máximo valor indicado, de acuerdo a las

recomendaciones del fabricante. Se continua con éste paso hasta que se observe

una lectura estable en el medidor. Se observa la aguja del indicador y se bloquean

las revoluciones del motor para tomar la lectura.

NOTA 2: Si la lectura del torque cambia lentamente, esto puede ser indicativo de

que el producto es tixotrópico o reopéctico. Es posible también graficar la viscosidad

en función a un período de rotación.

NOTA 3: Diferentes líquidos pueden tener diferentes reologías. Para líquidos con un

comportamiento tixotrópico o reopéctico, se recomienda un mismo período de

rotación (p.e. 1 min), ya que la lectura del torque puede depender del tiempo.

3.8: Se vuelve a poner en marcha el motor y se efectúa otra medida. Se continua

tomando medidas hasta que dos valores consecutivos no difieran más del 3% uno

del otro.

4. Expresión de Resultados:

1000** LKAV = [V] = Pa s

donde:

V = viscosidad aparente.


A = Factor que depende del modelo del aparato, cuyo valor es 1 para el

modelo RV, 2 para el modelo HA, 5 para el modelo LV y 8 para el modelo

HB.

K = Coeficiente que depende de la combinación de la frecuencia rotacional

(rpm) y el eje utilizado.

L = Valor promedio de dos valores leídos en la escala.

5. Bibliografía:

ISO 2555:1989 (E) Plastics – Resins in the liquid state or as emulsions or

dispersions. Determination of apparent viscosity by the Brookfield test method.


APÉNDICE B.2: Determinación de la densidad por el Método de la Copa

MIDGET.

1. Objetivo:

Determinar la densidad del producto por diferencia de peso utilizando la Copa

MIDGET CG 9664.

2. Materiales y equipos:

§ Balanza digital.

§ Copa MIDGET CG 9664.

§ Espátula.

3. Procedimiento:

1. Pese la Copa MIDGET vacía en la balanza digital, para obtener M1.

2. Utilizando la espátula, llenar la copa con la muestra, cuidando de que no

quede aire dentro de la misma ya que esto origina resultados incorrectos.

Retire el material remante de tal manera que la copa quede llena hasta el

borde.

3. Pese la copa MIDGET con el producto para obtener M2.

4. Expresión de resultados:

Los resultados de la densidad se obtienen por medio de la siguiente ecuación:

D=M/V

Donde M (gr.) = M2 – M1, la diferencia de peso de la copa llena y la copa vacía, y V

(cc) es el volumen de la copa, el cual es siempre constante e igual a 15.29 cc.

APÉNDICE C: Modelo de cálculo de la potencia.

APÉNDICE C: Modelo de cálculo de la potencia 109

APÉNDICE C.1: Modelo de cálculo de la potencia.

1. Determinación de la viscosidad aparente para frecuencias

rotacionales mayores de 20 rpm.

De acuerdo a la Gráfica 1 mostrada en los Resultados, se tiene que las ecuaciones

de las líneas de tendencia de los datos de viscosidades de los fluidos de estudio,

silicona comercial y Sello Costura, son las siguientes:

1667.66 −= xy (Silicona Comercial)

8036.0342.53 −= xy (Sello Costura)

Para frecuencias rotacionales mayores de 20 rpm, se tiene que:

n = x = 40 rpm = 0,6667 rps ⇒

( ) 8036,05,0

342,535,0

66667

==

==

y

y

ap

ap

µ

µ ⇒

sPa

sPa

ap

ap

88,73

00,100

=

=

µ

µ

2. Determinación del Número de Reynolds.

El Número de Reynolds se calculó a partir de la ecuación 1.17,

ap

Danµ

ρ**Re

2

= (1.17)

Donde n = 40 rpm = 0,6667 rps

Da2 = 38 in = 0,96 m ⇒

ρ = 900 ��Kg / m3

ìap = 100,00 Pa s

APÉNDICE C: Modelo de cálculo de la potencia 110

( )sPa

mKgmrps00,100

/900*96,0*6667,0Re

32

= ⇒ 5896,5Re =

3. Determinación del Número de Potencia.

El Número de Potencia se obtuvo a partir de las gráficas de correlaciones de

potencia del Anexo A.

4. Determinación de la Potencia.

La potencia requerida para agitar la mezcla se determinó a partir de la ecuación

1.14,

cg

DanNpP53 *** ρ= (1.14)

Donde n = 40 rpm = 0,6667 rps

Da2 = 38 in = 0,96 m

ρ = 900 ��Kg / m3 ⇒

Np = 59

gc = 1 (kg m)/(N s2)

P = 13.179,7542 W = 17,6745 Hp

estudio de la factibilidad técnica y económica para la...

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