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UNIVERSIDAD TÉCNICA ESTATAL DE QUEVEDO
FACULTAD DE CIENCIAS DE LA INGENIERÍA
CARRERA DE INGENIERÍA INDUSTRIAL
Proyecto de Investigación
“ESTUDIO DE LA ELABORACIÓN DE PIEDRAS DECORATIVAS A PARTIR
DE SUBPRODUCTOS DE LA INDUSTRIA ALIMENTARIA [SEMILLA DE
CHONTILLA (bactris maraja), TAGUA (Phytelephas macrocarpa), CUESCO DE
PALMA AFRICANA (elaeis guineensis) Y CÁSCARA DE COCO SECO (cocos
nucifera)]”
Autores
Kevin Eduardo Castro Arias
Gabriel Aron Santos Villena
Director de Proyecto de Investigación
Juan Alejandro Neira Mosquera PhD
Quevedo - Los Ríos - Ecuador
2018
Proyecto de Investigación previo a
la obtención del título de Ingeniero
Industrial.
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ii
DECLARACIÓN DE AUTORÍA Y CESIÓN DE DERECHOS
Yo, Kevin Eduardo Castro Arias, declaro que la investigación aquí descrita es de mi
autoría; que no ha sido previamente presentado para ningún grado o calificación
profesional; y, que he consultado las referencias bibliográficas que se incluyen en este
documento.
La Universidad Técnica Estatal de Quevedo, puede hacer uso de los derechos
correspondientes a este documento, según lo establecido por la Ley de Propiedad
Intelectual, por su Reglamento y por la normatividad institucional vigente.
f. ______________________
Kevin Eduardo Castro Arias
C.C. # 1206132712
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iii
DECLARACIÓN DE AUTORÍA Y CESIÓN DE DERECHOS
Yo, Gabriel Aron Santos Villena, declaro que la investigación aquí descrita es de mi
autoría; que no ha sido previamente presentado para ningún grado o calificación
profesional; y, que he consultado las referencias bibliográficas que se incluyen en este
documento.
La Universidad Técnica Estatal de Quevedo, puede hacer uso de los derechos
correspondientes a este documento, según lo establecido por la Ley de Propiedad
Intelectual, por su Reglamento y por la normatividad institucional vigente.
f. ______________________
Gabriel Aron Santos Villena
C.C. # 1206687871
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iv
CERTIFICACIÓN DE CULMINACIÓN DEL PROYECTO DE INVESTIGACIÓN
El suscrito, Juan Alejandro Neira Mosquera PhD, Docente de la Universidad Técnica
Estatal de Quevedo, certifica que los estudiantes Castro Arias Kevin Eduardo y Santos
Villena Gabriel Aron, realizaron el Proyecto de Investigación de grado titulado
“ESTUDIO DE LA ELABORACIÓN DE PIEDRAS DECORATIVAS A PARTIR
DE SUBPRODUCTOS DE LA INDUSTRIA ALIMENTARIA [SEMILLA DE
CHONTILLA (bactris maraja), TAGUA (Phytelephas macrocarpa), CUESCO DE
PALMA AFRICANA (elaeis guineensis) Y CÁSCARA DE COCO SECO (cocos
nucifera)]”, previo a la obtención del título de Ingeniero Industrial, bajo mi dirección,
habiendo cumplido con las disposiciones reglamentarias establecidas para el efecto.
______________________
Juan Alejandro Neira Mosquera PhD.
DIRECTOR DEL PROYECTO DE INVESTIGACIÓN
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v
CERTIFICADO DEL REPORTE DE LA HERRAMIENTA DE
PREVENCIÓN DE COINCIDENCIA Y/O PLAGIO ACADÉMICO
Ing. Juan Alejandro Neira Mosquera PhD en calidad de Director del Proyecto de
Investigación titulado “ESTUDIO DE LA ELABORACIÓN DE PIEDRAS
DECORATIVAS A PARTIR DE SUBPRODUCTOS DE LA INDUSTRIA
ALIMENTARIA [SEMILLA DE CHONTILLA (bactris maraja), TAGUA
(Phytelephas macrocarpa), CUESCO DE PALMA AFRICANA (elaeis guineensis) Y
CÁSCARA DE COCO SECO (cocos nucifera)]”, me permito manifestar a usted y por
intermedio al Consejo Académico de Facultad lo siguiente:
Que, los estudiantes KEVIN EDUARDO CASTRO ARIAS y GABRIEL ARON
SANTOS VILLENA, egresados de la Facultad de Ciencias de la Ingeniería, ha cumplido
con las correcciones pertinentes, e ingresado su Proyecto de Investigación al sistema
URKUND.
__________________________________________
Ing. Juan Alejandro Neira Mosquera PhD.
DIRECTOR DEL PROYECTO DE INVESTIGACIÓN
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vi
CERTIFICADO DE APROBACIÓN POR TRIBUNAL DE SUSTENTACIÓN
UNIVERSIDAD TÉCNICA ESTATAL DE QUEVEDO
FACULTAD DE CIENCIAS DE LA INGENIERÍA
CARRERA DE INGENIERÍA INDUSTRIAL
PROYECTO DE INVESTIGACIÓN
“ESTUDIO DE LA ELABORACIÓN DE PIEDRAS DECORATIVAS A PARTIR
DE SUBPRODUCTOS DE LA INDUSTRIA ALIMENTARIA [SEMILLA DE
CHONTILLA (bactris maraja), TAGUA (Phytelephas macrocarpa), CUESCO DE
PALMA AFRICANA (elaeis guineensis) Y CÁSCARA DE COCO SECO (cocos
nucifera)]”
Presentado a la Comisión Académica como requisito previo a la obtención del título de
Ingeniero Industrial.
Aprobado por:
______________________________
Ing. Luis Enrique Mera Chinga
Presidente Del Tribunal
______________________________ ______________________________
Ing. Rogelio Manuel Navarrete Gómez Ing. Robert William Moreira Macías
Miembro Del Tribunal Miembro Del Tribunal
QUEVEDO – LOS RÍOS – ECUADOR
2018
-
vii
AGRADECIMIENTO
A Dios Padre,
La Universidad Técnica Estatal De Quevedo,
PhD. Juan Alejandro Neira Mosquera,
Mi Familia,
Ing. Freddy Espinoza,
Industria “Piedra Pacific”.
Castro Arias Kevin Eduardo
-
viii
AGRADECIMIENTO
Santos Villena Gabriel Aron
En primera instancia agradezco a mis
padres y hermanos por sus enseñanzas y
consejos a lo largo de todo el camino, por
estar pendientes de mi formación ética y
moral, aconsejándome en seguir adelante y
cumplir con mis objetivos.
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ix
DEDICATORIA
A Dios Padre,
mi abuela,
mi madre,
con respeto y cariño.
Castro Arias Kevin Eduardo
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x
DEDICATORIA
Santos Villena Gabriel Aron
El presente trabajo es dedicado a mis
padres que siempre han estado
apoyándome en los buenos y malos
momentos de mi vida, por ser ese pilar
fundamental a lo largo de mi formación
personal y profesional.
-
xi
RESUMEN
Debido a los niveles actuales de contaminación, se plantea como alternativa el
aprovechamiento de subproductos de la Industria agropecuaria para la obtención de
materiales de construcción, para esto y debido a la predisposición y costos ínfimos se
pretende aprovechar subproductos del procesamiento de productos agrícolas, como es el
caso de la semilla de chontilla (bactris maraja), tagua (Phytelephas macrocarpa), cuesco de
palma africana (elaeis guineensis) y cáscara de coco seco (cocos nucifera), esto a fin de
disminuir la huella de carbono, contaminación ambiental (debido a la explotación de los
recursos naturales no renovables). Para la investigación se aplicó un diseño factorial
AxB+1 con tres repeticiones, teniendo como factor A (subproductos agroindustriales), en
el factor B se comprobaron tres tipos de proporciones para la fabricación de las piedras y
como testigo una mezcla estándar utilizada por la empresa Piedra Pacific de Quito-
Ecuador. Se realizó el análisis de la resistencia a la flexión, el porcentaje de absorción de
agua y el peso, estas pruebas se la realizaron en un laboratorio de estudios de suelos y
rocas. El tratamiento que más se acerca al testigo en la resistencia a la flexión es la semilla
de chontilla con una proporción de 20% de cemento, 50% de polvo de arena azul y 30%
del subproducto, en el caso de la absorción de agua el que tuvo un mayor porcentaje fue el
cuesco de palma africana y en el peso la tagua obtuvo un menor valor. Se concluye que el
mejor tratamiento es la semilla de chontilla porque presentó una mayor resistencia, peso
adecuado y con respecto a la absorción de agua no mostró diferencias con los demás
tratamientos por lo que se recomienda utilizar este subproducto debido a que presenta
mejores resultados que el testigo investigado.
Palabras claves:
Resistencia a la flexión, absorción de agua, diseño experimental AxB+1, dosificación.
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xii
ABSTRACT
Due to the current levels of contamination, the use of by-products of the agricultural
industry for obtaining construction materials is considered as an alternative, for this reason
and due to the predisposition and minimum costs, it is intended to take advantage of
byproducts of the processing of agricultural products, as is the case of chontilla seed
(bactris maraja), tagua (Phytelephas macrocarpa), African palm (elaeis guineensis) and dry
coconut shell (cocos nucifera), in order to reduce the carbon footprint, environmental
pollution (due to to the exploitation of non-renewable natural resources). For the research,
a factorial design AxB + 1 with three repetitions was applied, having as factor A (agro-
industrial byproducts), factor B checked three types of proportions for the manufacture of
the stones and as a witness a standard mixture used by the company Pacific Stone of Quito-
Ecuador. The analysis of the resistance to flexion, the percentage of water absorption and
the weight were carried out, these tests were carried out in a soil and rock studies
laboratory. The treatment that comes closest to the control in the resistance to bending is
chontilla seed with a proportion of 20% cement, 50% blue sand powder and 30% by-
product, in the case of water absorption the that had a higher percentage was the African
palm coconut and in the weight the tagua obtained a lower value. It is concluded that the
best treatment is chontilla seed because it showed greater resistance, adequate weight and
with respect to water absorption showed no differences with the other treatments so it is
recommended to use this byproduct because it has better results than the witness
investigated.
Keywords:
Flexion resistance, water absorption, experimental design AxB + 1, dosage.
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xiii
ÍNDICE GENERAL
DECLARACIÓN DE AUTORÍA Y CESIÓN DE DERECHOS ................................................. ii
DECLARACIÓN DE AUTORÍA Y CESIÓN DE DERECHOS ................................................ iii
CERTIFICACIÓN DE CULMINACIÓN DEL PROYECTO DE INVESTIGACIÓN ........... iv
CERTIFICADO DEL REPORTE DE LA HERRAMIENTA DE PREVENCIÓN DE
COINCIDENCIA Y/O PLAGIO ACADÉMICO .......................................................................... v
CERTIFICADO DE APROBACIÓN POR TRIBUNAL DE SUSTENTACIÓN ..................... vi
AGRADECIMIENTO .................................................................................................................... vi
AGRADECIMIENTO .................................................................................................................. viii
DEDICATORIA .............................................................................................................................. ix
DEDICATORIA ............................................................................................................................... x
RESUMEN ....................................................................................................................................... xi
ABSTRACT .................................................................................................................................... xii
CÓDIGO DUBLIN ...................................................................................................................... xviii
INTRODUCCIÓN ............................................................................................................................ 1
CAPÍTULO I .................................................................................................................................... 2
CONTEXTUALIZACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN ............................................................... 2
1.1. Problema de investigación ........................................................................................ 3
1.1.1. Planteamiento del problema ............................................................................................ 3
1.1.2. Diagnóstico del problema ................................................................................................. 3
1.1.2.1. Impacto ambiental del procesamiento de frutas y vegetales ......................................... 4
1.1.2.2. Cáscara de coco seco: Contaminante ambiental ............................................................ 4
1.1.2.3. Cuesco de palma como contaminante ambiental ........................................................... 4
1.1.3. Pronóstico .......................................................................................................................... 5
1.1.4. Formulación del problema de investigación ................................................................... 5
1.1.5. Sistematización del problema .......................................................................................... 5
1.2. Objetivos .................................................................................................................. 6
1.2.1. Objetivo General ............................................................................................................... 6
1.2.2. Objetivos Específicos ........................................................................................................ 6
1.3. Planteamiento de las hipótesis ......................................................................................... 7
1.3.1. Nulas (H0) .......................................................................................................................... 7
1.3.2. Alternativas (Ha) ............................................................................................................... 7
1.4. Justificación .............................................................................................................. 8
CAPÍTULO II ................................................................................................................................... 9
FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA DE LA INVESTIGACIÓN .................................................. 9
-
xiv
2.1. Marco Conceptual ................................................................................................. 10
2.1.1. Piedra aglomerada ......................................................................................................... 10
2.1.1.1. Productos ........................................................................................................................ 10
2.1.1.2. Procesos de fabricación .................................................................................................. 11
2.1.2. Chontilla .......................................................................................................................... 12
2.1.2.1. Usos y mercados ............................................................................................................. 13
2.1.3. Tagua ............................................................................................................................... 13
2.1.3.1. Producción de la tagua ................................................................................................... 14
2.1.3.1.1. La tagua en el mundo ..................................................................................................... 14
2.1.3.1.2. Demanda de tagua en el Ecuador ................................................................................. 14
2.1.4. Palma africana ................................................................................................................ 14
2.1.4.1. El cuesco como agregado ............................................................................................... 15
2.1.4.2. Cuesco de palma africana .............................................................................................. 15
2.1.5. Coco ................................................................................................................................. 15
2.1.5.1. Características del producto: cáscara de coco ............................................................. 16
2.1.6. Cemento .......................................................................................................................... 16
2.1.6.1. Cemento Portland .......................................................................................................... 16
2.1.6.2. Cementos hidráulicos mezclados .................................................................................. 17
2.1.7. Carbonato de calcio ........................................................................................................ 18
2.1.7.1. Variedades comerciales .................................................................................................. 18
2.1.7.2. Proceso de obtención del carbonato de calcio molido ................................................. 18
2.1.8. Agregados ........................................................................................................................ 19
2.1.8.1. Propiedades principales de los agregados gruesos ...................................................... 19
2.1.8.2. Propiedades principales de los agregados finos ........................................................... 19
2.1.9. Características de los pigmentos ................................................................................... 19
2.2. Marco referencial ................................................................................................... 20
2.2.1. Piedras artificiales: morteros y hormigones. El cemento como máximo
representante de estos materiales de construcción ...................................................... 20
2.2.1.1. Historia de los aglomerantes hidráulicos en morteros y hormigones ......................... 22
2.2.1.2. Período antiguo (Mesopotamia 6000 a.C.-Roma 200 a.C.) .......................................... 22
2.2.1.3. Período moderno (Reino Unido 1756-actualidad) ........................................................ 22
2.2.2. Residuos agroindustriales como adiciones en la elaboración de bloques de
concreto no estructural ................................................................................................... 23
2.2.3. Diseño y prueba experimental de bloques ecológicos a base de materiales
orgánicos e inorgánicos .................................................................................................. 24
CAPÍTULO III ............................................................................................................................... 25
-
xv
METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN ........................................................................... 25
3.1. Localización ............................................................................................................ 26
3.2. Tipo de Investigación .............................................................................................. 26
3.2.1. Investigación Diagnóstica ............................................................................................... 26
3.2.2. Investigación Exploratoria ............................................................................................. 26
3.2.3. Investigación de Campo .................................................................................................. 26
3.2.4. Investigación Experimental ............................................................................................ 26
3.3. Métodos de investigación ......................................................................................... 27
3.3.1. Método empírico-analítico ............................................................................................... 27
3.3.2. Método científico .............................................................................................................. 27
3.4. Fuentes de recopilación de información ................................................................... 27
3.5. Diseño de la investigación ........................................................................................ 27
3.6. Instrumentos de investigación ................................................................................. 28
3.6.1. Diseño estadístico de la investigación ............................................................................. 28
3.7. Tratamiento de los datos.......................................................................................... 29
3.7.1. Medición experimental .................................................................................................... 29
3.8. Talento y recursos materiales .................................................................................. 30
3.8.1. Talento humano ................................................................................................................ 30
3.8.2. Herramientas y Equipos .................................................................................................. 30
3.9. Procedimental.......................................................................................................... 30
3.9.1. Subproductos agroindustriales ....................................................................................... 30
3.9.2. Materiales adicionales ....................................................................................................... 31
CAPÍTULO IV ............................................................................................................................... 33
RESULTADOS Y DISCUSIÓN .................................................................................................... 33
4.1.1. Evaluación de la resistencia a la flexión, contenido de agua e índice de
peso de cuatro subproductos vegetales ......................................................................... 34
4.1.1.1.1. Resultados con respecto a los factores de estudio ........................................................ 36
4.1.2. Comparación de las diferentes proporciones de conglomerantes (cemento
portland tipo 1 blanco y carbonato de calcio tipo B), piedra azul y los
subproductos agroindustriales en la elaboración de las piedras ................................ 38
4.1.3. Establecimiento de los rendimientos de los subproductos mediante
balance de materiales...................................................................................................... 40
4.1.3.1. Proceso de elaboración de piedras artificiales decorativas.......................................... 40
4.1.3.1.1. Recepción de materia prima. ......................................................................................... 40
4.1.3.1.2. Mezclado .......................................................................................................................... 40
4.1.3.1.3. Moldeado ......................................................................................................................... 40
4.1.3.1.4. Reposo .............................................................................................................................. 40
-
xvi
4.1.3.1.5. Desmoldar. ....................................................................................................................... 41
4.1.3.1.6. Empaquetado. ................................................................................................................. 41
4.1.3.2. Diagrama de flujo de la elaboración de piedras artificiales decorativas .................... 41
4.1.3.3. Balance de materia para el proceso de preparación de subproductos ....................... 43
4.1.3.4. Resultados de las pruebas de tukey (p
-
xvii
ÍNDICE DE TABLAS
Tabla 1: Descripción de los factores de estudio los cuales serán parte para
elaborar las piedras. ........................................................................................................ 28
Tabla 2: El esquema del análisis de varianza. ............................................................................... 28
Tabla 3: Combinación de los tratamientos para obtención de las piedras decorativas. ................ 29
Tabla 4: Herramientas, equipos e instrumentos de medición usados en la
elaboración de la piedra.................................................................................................. 30
Tabla 5: Análisis de resistencia a la flexión. ................................................................................. 34
Tabla 6: Análisis de absorción de agua. ........................................................................................ 35
Tabla 7: Diferencia de peso. .......................................................................................................... 36
Tabla 8: Descripción de la simbología del diagrama de flujo. ...................................................... 41
Tabla 9: Resistencia a la flexión. .................................................................................................. 44
Tabla 10: Absorción de agua........................................................................................................... 44
Tabla 11: Peso ................................................................................................................................. 45
Tabla 12: Costo-beneficio ............................................................................................................... 50
ÍNDICE DE GRÁFICOS
Gráfico 1: Muestra la prueba de tukey (p
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xviii
CÓDIGO DUBLIN
Título:
“ESTUDIO DE LA ELABORACIÓN DE PIEDRAS DECORATIVAS A PARTIR DE
SUBPRODUCTOS DE LA INDUSTRIA ALIMENTARIA [SEMILLA DE
CHONTILLA (bactris maraja), TAGUA (Phytelephas macrocarpa), CUESCO DE
PALMA AFRICANA (elaeis guineensis) Y CÁSCARA DE COCO SECO (cocos
nucifera)]”
Autores: Castro Arias Kevin Eduardo, Santos Villena Gabriel Aron.
Palabras claves: Resistencia
a la flexión
Absorción de
agua Diseño experimental AxB+1 Dosificación
Fecha de publicación:
Editorial: Quevedo UTEQ 2018
Resumen:
Debido a los niveles actuales de contaminación, se plantea como alternativa el
aprovechamiento de subproductos de la Industria agropecuaria para la obtención de
materiales de construcción, para esto y debido a la predisposición y costos ínfimos se
pretende aprovechar subproductos del procesamiento de productos agrícolas, como es el
caso de la semilla de chontilla (bactris maraja), tagua (Phytelephas macrocarpa), cuesco
de palma africana (elaeis guineensis) y cáscara de coco seco (cocos nucifera), esto a fin
de disminuir la huella de carbono, contaminación ambiental (debido a la explotación de
los recursos naturales no renovables). Para la investigación se aplicó un diseño factorial
AxB+1 con tres repeticiones, teniendo como factor A (subproductos agroindustriales),
en el factor B se comprobaron tres tipos de proporciones para la fabricación de las
piedras y como testigo una mezcla estándar utilizada por la empresa Piedra Pacific de
Quito-Ecuador. Se realizó el análisis de la resistencia a la flexión, el porcentaje de
absorción de agua y el peso, estas pruebas se la realizaron en un laboratorio de estudios
de suelos y rocas. El tratamiento que más se acerca al testigo en la resistencia a la
flexión es la semilla de chontilla con una proporción de 20% de cemento, 50% de polvo
de arena azul y 30% del subproducto, en el caso de la absorción de agua el que tuvo un
mayor porcentaje fue el cuesco de palma africana y en el peso la tagua obtuvo un menor
valor. Se concluye que el mejor tratamiento es la semilla de chontilla porque presentó
una mayor resistencia, peso adecuado y con respecto a la absorción de agua no mostró
diferencias con los demás tratamientos por lo que se recomienda utilizar este
subproducto debido a que presenta mejores resultados que el testigo investigado.
Abstract: Due to the current levels of contamination, the use of by-products of the
agricultural industry for obtaining construction materials is considered as an alternative,
for this reason and due to the predisposition and minimum costs, it is intended to take
advantage of byproducts of the processing of agricultural products, as is the case of
chontilla seed (bactris maraja), tagua (Phytelephas macrocarpa), African palm (elaeis
guineensis) and dry coconut shell (cocos nucifera), in order to reduce the carbon
footprint, environmental pollution (due to to the exploitation of non-renewable natural
resources). For the research, a factorial design AxB + 1 with three repetitions was
applied, having as factor A (agro-industrial byproducts), factor B checked three types of
proportions for the manufacture of the stones and as a witness a standard mixture used
by the company Pacific Stone of Quito-Ecuador. The analysis of the resistance to
flexion, the percentage of water absorption and the weight were carried out, these tests
were carried out in a soil and rock studies laboratory. The treatment that comes closest to
the control in the resistance to bending is chontilla seed with a proportion of 20%
cement, 50% blue sand powder and 30% by-product, in the case of water absorption the
that had a higher percentage was the African palm coconut and in the weight the tagua
obtained a lower value. It is concluded that the best treatment is chontilla seed because it
showed greater resistance, adequate weight and with respect to water absorption showed
no differences with the other treatments so it is recommended to use this byproduct
because it has better results than the witness investigated.
Descripción: 91 hojas : dimensiones, 29 x 21 cm + CD-ROM 6162
URI:
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1
INTRODUCCIÓN
Se estima que a nivel mundial se desecha hasta una tercera parte de los alimentos para el
consumo humano, generándose residuos desde el cultivo de la materia prima hasta su
comercialización. En los últimos años, ha aumentado el interés en el aprovechamiento de
residuos en diferentes ámbitos debido al bajo costo, a su alta disponibilidad, y a la
necesidad de reducir el impacto ambiental causado [1].
El desarrollo industrial conlleva al incremento en generación de residuos los cuales se han
convertido en una problemática tanto ambiental como económica para las empresas ya que
éstas se deben responsabilizar de los altos costos que genera su disposición final [1].
Actualmente, la industria busca nuevos procesos de producción que sean más eficientes y
que generen bajo impacto en el medio ambiente. Dentro de estos nuevos procesos se ha
encontrado la necesidad de disminuir la explotación de los recursos naturales
aprovechando los residuos generados en la industria [1].
Debido a la problemática actual sobre la contaminación ambiental provocada por los
residuos vegetales, se plantea en el siguiente trabajo de investigación el aprovechamiento
de los mismos, como es el caso de la semilla de chontilla, la tagua, el cuesco de palma
africana y la cáscara de coco seco para la elaboración de piedras artificiales decorativas,
beneficiando al entorno, ya que se elaborará un nuevo producto sano y ecológico
reduciendo así la sobreexplotación de los recursos naturales no renovables, los cuales son
utilizados para fabricar la mayoría de los materiales de construcción. Las piedras
artificiales hoy en día son la tendencia en lo que respecta a la decoración de espacios de
casas, es decir, cuenta con un gran mercado en nuestro país, ya que el producto es muy
económico, resistente, absorbedor de humedades y tiene un aspecto agradable, además de
que vienen de distintos tamaños y formas, ganando día a día clientes interesados.
Del mismo modo, el aprovechamiento de estos residuos o subproductos, no solo contribuye
a disminuir la explotación de recursos sino también la contaminación y degradación del
ecosistema, evitando una disposición final inadecuada como es el caso de las quemas, el
uso en rellenos sanitarios o el vertimiento a fuentes hídricas [1].
-
2
CAPÍTULO I
CONTEXTUALIZACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN
-
3
1.1. Problema de investigación
1.1.1. Planteamiento del problema
El problema radica en que se utilizan de forma enorme los medios naturales no renovables
para el desarrollo de los materiales de construcción lo que causa agotamiento de suelos, la
contaminación del viento, etc., trayendo consecuencias en pérdidas de biodiversidad y
deforestación; por otra parte, las industrias alimenticias en el país ocasionan casi a diario
subproductos agroindustriales que no son aprovechados y por lo tanto desperdiciados, lo
que contribuye a la contaminación del ambiente, ya que los mismos tardan demasiado
tiempo en descomponerse en el entorno, como es el caso de la cáscara de coco seco.
Desafortunadamente hay poca utilización de subproductos agrícolas en la construcción, y
se debe a que se desconoce sus propiedades y beneficios, a la falta de confianza que se les
tiene principalmente por su resistencia relacionándolos así con una baja calidad; por lo que
también el uso de estos subproductos es limitado debido a la falta de investigación para
lograr un producto natural, consistente, elegante y armonioso con la naturaleza, y aunque
en tal caso, no vaya a brindar la adecuada tenacidad a los materiales constructivos, podría
dotar de elegancia y estilo distinto, generando una nueva tendencia en la construcción y
decoración moderna de estructuras, principalmente habitacionales.
1.1.2. Diagnóstico del problema
En el transcurso de las últimas décadas, diferentes corrientes del pensamiento y grupos
sociales vienen señalando las graves consecuencias del uso que el hombre moderno hace
de los recursos naturales y el medio ambiente y de los peligros que la actividad productiva
a escala actual entraña para la supervivencia de las diferentes especies que habitan el
planeta [2].
Cada vez, con mayor frecuencia, se pone de manifiesto una crisis en el medio ambiente
natural expresada en la escasez de recursos naturales, el aumento de la contaminación, los
problemas con la capa de ozono y, como uno de los indicios de mayor impacto a la vida
-
4
humana, el cambio climático; que, por la forma como afecta la salud y la vida en el
planeta, es tema obligado en medios políticos, gubernamentales y sociales [2].
1.1.2.1. Impacto ambiental del procesamiento de frutas y vegetales
El procesamiento de las frutas y vegetales compromete en gran medida las aguas residuales
y los residuos sólidos. Las primeras son altas en sólidos suspendidos, azúcares, harinas,
agentes de blanqueado, sales e, incluso, residuos de pesticidas. Los segundos comprenden
desechos de los procesos mecánicos de separación y preparación como semillas, hojas,
tallos y cáscaras, además de las unidades descartadas (por defectos físicos o biológicos) y
en general no se emplean como alimento para animales [3].
1.1.2.2. Cáscara de coco seco: contaminante ambiental
Por medio de un pequeño muestreo, dado que no existen datos actuales se conoció que los
desperdicios del coco como cáscara nunca han sido aprovechados, de hecho hasta el 2016
estos son botados en basureros municipales o públicos y a veces de forma irresponsable en
vertientes de agua, bosques o lugares alejados, no aptos para recibir estos elementos [4].
1.1.2.3. Cuesco de palma como contaminante ambiental
Así mismo de la totalidad de la fruta fresca se obtiene como desecho el 5% de cuesco, el
cual actualmente se lo utiliza como material para decoración de jardines y
fundamentalmente para colocarlo sobre carreteras lastradas como agregado, existen
iniciativas para formar briquetas de carbón con este material para exportación, sin embargo
éste tiene que competir con briquetas de rápida combustión y más que todo debido a la
importante inversión que se requiere para fabricar este producto. Es vital anotar que este
residuo proveniente de la extracción de aceite de palmiste sería la materia prima
fundamental para la generación de energía eléctrica ya que actualmente la mayor parte de
este material no tiene una aplicación directa y en lo que se ha convertido es en una fuente
de contaminación ambiental al ser un emisor de CO2 [5].
-
5
1.1.3. Pronóstico
De continuar con la sobreexplotación de los recursos naturales no renovables, se irán
agotando los mismos, causando el deterioro y contaminación del ambiente actual, la
afectación de los suelos y por ende traerá como consecuencia el alto costo de materiales
destinados a la construcción. Con la acumulación del desperdicio vegetal se contaminará el
entorno, pudiendo ocasionar infecciones por la contaminación de las fuentes hídricas
debido a la emanación de sustancias tóxicas que pueden estar disueltas.
Es por los motivos anteriores, que se planteará la idea de reutilizar los subproductos
vegetales para la elaboración de piedras artificiales decorativas para el revestimiento de
paredes, dándose de esta manera, una alternativa de solución a estos residuos que actúan
como contaminantes y a la vez que se propondrá reducir el manejo de los recursos
naturales no renovables, los cuales forman parte de la composición y estructura de los
materiales constructivos, ya que se trabajaría con subproductos que son ocasionados a
diario por la acción del hombre y por industrias agrícolas.
1.1.4. Formulación del problema de investigación
¿La falta de investigación acerca de las utilidades de los subproductos vegetales (la cáscara
de coco seco, la tagua, cuesco de palma africana, la semilla de chontilla) no permite el
desarrollo de nuevos productos destinados a la construcción y decoración de estructuras,
principalmente habitacionales?
1.1.5. Sistematización del problema
¿Los subproductos vegetales (la semilla de chontilla, la tagua, cuesco de palma africana, la
cáscara de coco seco), cuentan con las propiedades físicas adecuadas para la fabricación de
piedras decorativas?
¿Con la combinación de los conglomerantes, los subproductos de la industria agrícola y
piedra azul, se obtendrá la cohesión física adecuada en composición y estructura en el
producto?
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¿El uso de distintos subproductos agroindustriales traerá diferencias de calidad?
¿El uso de distintas dosificaciones de subproductos repercutirá en el costo y la capacidad
del proceso de producción de las piedras artificiales decorativas?
1.2. Objetivos
1.2.1. Objetivo General
Estudiar las propiedades de la semilla de chontilla (bactris maraja), tagua (Phytelephas
macrocarpa), cuesco de palma africana (elaeis guineensis) y la cáscara de coco seco (cocos
nucifera) para la elaboración de piedras decorativas.
1.2.2. Objetivos Específicos
Evaluar la resistencia a la flexión, contenido de agua y diferencia de peso de cuatro
subproductos vegetales.
Comparar diferentes proporciones de conglomerantes (cemento portland tipo 1 blanco
y carbonato de calcio tipo B), piedra azul y los subproductos agroindustriales en la
elaboración de las piedras.
Establecer rendimiento de los subproductos mediante balance de materiales.
Determinar costos y capacidad productiva del proceso de elaboración de las piedras
artificiales decorativas.
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7
1.3. Planteamiento de las hipótesis
1.3.1. Nulas (H0)
H0 = La utilización de subproductos (cuesco de palma africana, la tagua, semilla de
chontilla y la cáscara de coco seco) no influye en las características de calidad de las
piedras decorativas.
H0 = Los diversos porcentajes en la combinación de subproductos agroindustriales (cuesco
de palma africana, la tagua, la semilla de chontilla y la cáscara de coco seco), con los
conglomerantes (cemento portland tipo 1 y carbonato de calcio tipo B) y piedra azul, no
influye en las características de calidad de las piedras decorativas.
H0 = Las diferentes mezclas de los tratamientos no son propicias para la fabricación de las
piedras decorativas.
1.3.2. Alternativas (Ha)
Ha= La utilización de subproductos (cuesco de palma africana, la tagua, semilla de
chontilla y la cáscara de coco seco) influye en las características de calidad de las piedras.
Ha= Los diversos porcentajes en la combinación de subproductos agroindustriales (cuesco
de palma africana, la tagua, la semilla de chontilla y la cáscara de coco seco), con los
conglomerantes (cemento portland tipo 1 y carbonato de calcio tipo B) y piedra azul,
influye en las características de calidad de las piedras decorativas.
Ha= Las diferentes mezclas de los tratamientos son propicias para la fabricación de las
piedras decorativas.
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1.4. Justificación
En la actualidad la utilización de los recursos naturales está llevando al daño del
ecosistema, esto se debe a que son recursos naturales no renovables por lo que su
explotación a gran escala lleva a esta problemática; otro problema que se medita es el
desperdicio que tiene la industria alimenticia al momento de realizar sus procesos
productivos, estos subproductos pueden ser orgánicos como inorgánicos.
Hoy en día se está procurando reutilizar los subproductos agroindustriales que ocasionan
estas empresas como materia prima para el desarrollo de nuevos materiales constructivos,
debido a la cantidad de desperdicios que se encuentran a las afueras de las ciudades,
botaderos, y no son aprovechados.
La utilización de los desperdicios vegetales puede significar ahorro económico para la
empresa que los utiliza, y se debe a que son subproductos ya procesados, permitiendo de
esta manera, la elaboración de nuevos productos de calidad y de menor costo, enfocados al
campo de dicha empresa.
Este estudio, acerca de la utilización que se les puede dar a ciertos tipos de desperdicios,
deja abierta una puerta para posibles investigaciones futuras, ya que mediante la misma
también se indaga sobre la explotación de medios naturales no renovables, que actualmente
está afectando al entorno.
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9
CAPÍTULO II
FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA DE LA INVESTIGACIÓN
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10
2.1. Marco Conceptual
2.1.1. Piedra aglomerada
Bajo el término Piedra Aglomerada se engloban los elementos arquitectónicos
complementarios a los productos de recubrimiento, y que se obtienen mediante moldeo.
Inicialmente se fabrican en forma de bloques o losas, que pueden ser cortados para
transformarse en placas, baldosas, encimeras y elementos similares. Generalmente en la
industria se le suele aplicar a estos productos tratamientos químicos posteriores, para
obtener mejores condiciones de acabado [6].
La piedra artificial aglomerada con resinas ha tenido una buena acogida comercial,
especialmente enfocada a su utilización en encimeras para baños y cocinas. El atractivo de
estos productos se debe al bajo coste de fabricación y la capacidad de mecanizado [6].
Destacando que las prestaciones mecánicas que estos ofrecen, así como la facilidad de
corte compiten directamente con las piedras naturales y cerámicos. Además permite
aportar una gran gama de colores, texturas y acabados, haciéndolo muy llamativo en el
mercado [6].
2.1.1.1. Productos
Los productos que se obtienen a nivel industrial utilizan aglomerantes y cargas minerales,
así como aditivos y colorantes [6]. No hay disponibles datos concretos a cerca de las
proporciones y cantidades de los elementos que se producen, pero podemos tratar a rasgos
generales cada una de estas materias primas [6]:
Agregados: Los agregados o minerales son de origen natural, con diferentes
granulometrías. Trabajan con sílices y cuarzo, y que estos son prácticamente el 90% de
la composición total del producto. La naturaleza, las dimensiones y la escala
granulométrica de los agregados, se eligen en función de los aspectos estéticos y en
base a las características físicas mecánicas que se desean obtener. Lo que lleva a
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11
considerar, si la granulometría de los agregados es determinante en las propiedades
mecánicas del producto final [6].
Aglutinante y aditivos: El aglutinante que se usa, es resina poliéster. Los aditivos son
componentes que se añaden en pequeñas cantidades a las pastas para obtener
determinados resultados [6].
Colorantes: Las pastas se pueden colorear añadiendo pigmentos. Los colorantes junto
con las dimensiones de los agregados, son de gran importancia para ofrecer al cliente
una gran variedad cromática y estética [6].
2.1.1.2. Procesos de fabricación
Los procesos de fabricación a nivel industrial de piedra aglomerada, pueden variar
dependiendo de muchos factores, como puede ser la calidad de las materias primas, los
procesos de conformado, los acabados que se llevan a cabo, etc. A continuación se
describirá un proceso básico de producción, para nombrar y definir las etapas importantes
[6].
Recepción de materias primas: El proceso comienza con la recepción de las materias
primas, áridos de origen natural, resinas y aditivos [6].
Almacenamiento: El almacenamiento de las partículas se realiza herméticamente para
evitar la contaminación por adición de impurezas [6].
Control de calidad: Antes de proceder a la mezcla de las materias primas, se realiza
un control de calidad de las mismas. Para garantizar las condiciones de resistencia
mecánica, pureza y granulometría. De esta forma se garantiza cumplir con los
estándares de calidad estipulados por la empresa [6].
Mezcla: Una vez aceptados los controles de calidad, se procede a mezclar las materias
primas y obtener la masa. Que estará compuesta de los áridos, resinas y aditivos.
Además del pigmento para aportar el color deseado, y la protección anti bacterias, uno
de los puntos fuertes de este tipo de producciones [6].
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12
Prensa: La masa obtenida pasa por una prensa en la que una serie de rodillos le
aportan una determinada presión. Durante el paso por la prensa, la masa está sujeta a
un control continuo de pesos, para garantizar la uniformidad y buena distribución de la
mezcla [6].
Aspiración de vacío y vibración: Tras el paso por la prensa, la masa sufre aspiración
de vacío y vibración de forma simultánea, para conseguir una compactación y eliminar
bolsas de aire y burbujas [6].
Curado: El curado de la masa consta de dos etapas, una fase inicial de horneado
durante 30 minutos a 100ºC, para agilizar el curado de la pieza. Posteriormente se deja
enfriar durante 24 horas [6].
Acabado: Puesto que la pieza una vez curada no es del todo uniforme, se procede a un
calibrado de la misma. Y además con el fin de obtener las condiciones estándar de
brillo, se realiza un proceso de pulido, usando discos y fresas [6].
Almacenamiento: Para proceder a su almacenamiento se adaptan las medidas a las
solicitadas por el cliente [6].
Control de calidad y embalaje: Por último se realiza un control de calidad final, para
asegurar las características solicitadas por el cliente y se procede al embalaje de la
misma para ser distribuida [6].
2.1.2. Chontilla
La chontilla está presente en el occidente de Venezuela, la costa caribeña de Colombia, la
costa pacífica y las estribaciones andinas occidentales de Colombia y Ecuador, así como en
las estribaciones andinas orientales y la Amazonía de Perú, Bolivia y los estados brasileros
de Acre, Rondonia, Amazonas, Mato Grosso y Pará. En Ecuador se encuentra en bosques
húmedos tropicales y subtropicales de la Costa, a 50–1300 m de altitud y en bosques
semisecos de las provincias de Manabí, El Oro, Loja y Los Ríos [7].
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13
2.1.2.1. Usos y mercados
La chontilla (variedad chichagui) tiene una menor importancia por sus usos. Sus frutos se
comercializan eventualmente en los mercados locales de Chone, Calceta, Quinindé y
Quevedo. Son de menor tamaño que los del chontaduro y con ellos se prepara un alimento
típico de esta región denominado “borroque”, para lo cual se procede a la cocción del fruto
y la separación de la pulpa de la semilla. También se reporta el uso de esta variedad para la
fabricación de chicha de chontilla en el noroeste de Ecuador [7].
2.1.3. Tagua
La palmera tiene un aspecto muy singular, se caracteriza por tener un tronco rastrero del
cual parten numerosas raíces adventicias, de hasta 6 m, arqueado y ascendente sólo en una
breve porción terminal, donde se desarrolla una densa corona de hojas pinnadas, erectas, de
hasta 6 m. Las flores son unisexuales, sobre individuos distintos (dioicos); las masculinas
se reúnen en espádices no ramificados, largos y cilíndricos, las femeninas en glomérulos,
muy pequeños y compactos. En la maduración dan origen a una infrutescencia globosa,
constituida por un conjunto de frutos (drupas) parcialmente concrescentes, con 6-9
semillas. Las semillas contienen un tejido nutritivo (albúmen), inicialmente lechoso,
comestible y de sabor agradable, que al madurar se vuelve durísimo y muy similar al marfil
animal [8].
El fruto que se forma crece lentamente y contiene de 200 a 210 semillas grandes, las cuales
están envueltas en una sustancia húmeda y olorosa que se comen las ardillas. Las semillas
son blancas y muy duras, de allí el nombre de marfil vegetal [8].
La semilla una vez madura y seca se convierte en la tagua: un material duro de color y
textura similar al marfil del colmillo de los elefantes, por lo que se le llama “marfil
vegetal”. La tagua es un material noble que se lo puede cortar, tallar y pulir para hacer
objetos decorativos o utilitarios entre los cuales los botones tienen una larga historia en el
Ecuador [8].
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El nombre científico de la planta es Phytelephas aequatorialis o denominada también
Phytelephas macrocarpa. La planta normalmente crece en los bosques húmedos tropicales
de la región del pacífico, específicamente en Panamá, Colombia y Ecuador [8].
La tagua, corozo o denominado también como marfil vegetal es la almendra celulósica
compleja de la semilla teniendo un color blanco, duro, pesada, lisa y opaca donde adquiere
brillo con el pulimiento. La tagua crece de forma silvestre en bosques, denominados como
cadeales [8].
2.1.3.1. Producción de la tagua
2.1.3.1.1. La tagua en el mundo
En la actualidad se exporta productos a base de tagua a países como Italia, Estados Unidos,
Alemania, Japón, Corea y España. Nuestro país exporta la tagua en forma de animales
(forma circular para producir los botones) las cuales son clasificadas de acuerdo a su
tamaño y colocadas en sacos para la exportación. Estos contienen entre 45 y 80 kilos cada
uno, el proceso de pelado, corte, torneado, clasificación y empaque, tiene un control de
calidad constante en la producción de discos de tagua que nos distingue como fabricantes
[8].
2.1.3.1.2. Demanda de tagua en el Ecuador
La producción de tagua en el año 2012 se obtuvo exportaciones de $ 6.4 millones. Además,
la demanda de tagua interna es mínima debido a que los botones de tagua son utilizados en
ropa de costura, existen una diversidad de modelos, colores y tamaños donde la mayoría
tienen impreso el logotipo que los identifica [8].
2.1.4. Palma africana
El racimo de palma africana que se utiliza para el proceso de extracción de aceite está
conformado por el raquis o tusa y la fruta la cual está constituida por la pulpa de donde se
extrae el aceite rojo de palma y la fibra, y la nuez que a su vez se encuentra constituida por
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15
la almendra de la cual se extrae el aceite de palmiste y se encuentra recubierta por el
cuesco [5].
2.1.4.1. El cuesco como agregado
El cuesco posee una alta resistencia, de hecho su desprendimiento en el racimo se da solo
por el calentamiento en hornos y su trituración por altos procesos industrializados. La
razón principal de utilizar este tipo de agregado en la composición de la mezcla de
concreto es que actúe como material de relleno haciendo más económica la mezcla y que
proporcione su resistencia como elemento esencial a la compresión, además que controle el
cambio volumétrico en el fraguado al pasar de un estado plástico ha endurecido [5].
Existe la necesidad de buscar alternativas para un reciclado eficiente del cuesco,
actualmente las cantidades de producción son alarmantes, y las extractoras de aceite, del
lugar donde se generan estos residuos han intentado resolver el problema de manera
instintiva más que de forma técnica o han aplicado diferentes alternativas según la
oportunidad del momento [5].
2.1.4.2. Cuesco de palma africana
Se refiere a la cáscara que recubre la almendra y a las fibras resultantes del proceso de
prensado del fruto. El uso de este residuo agroindustrial como combustible no solo
contribuye con el tratamiento de residuos del proceso de obtención del aceite de palma,
sino que ayuda a disminuir la emisión de gases de efecto invernadero provenientes de los
combustibles fósiles [9].
2.1.5. Coco
El coco es el fruto de la planta denominada cocotero es originario del Asia, de donde se ha
extendido a todo el mundo. La forma de diseminación por el mundo es todavía incierta, sin
embargo, las teorías asociadas a su distribución en zonas pobladas por el hombre son las
más aceptadas. Su forma es redondeada, presenta una cáscara externa, correosa o fibrosa,
de 4 ó 5 centímetros de espesor, con pelos fuertemente adheridos a la nuez [10].
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En la parte interna del fruto se encuentra un compartimiento cerrado de capa dura, llamado
nuez de coco; dentro de ésta, se descubre la semilla conformada por una pulpa blanca
comestible y un líquido ligeramente opaco, conocido como agua de coco [10].
2.1.5.1. Características del producto: cáscara de coco
Sus principales componentes son la celulosa y lignina. Esta última, provee la resistencia y
rigidez a la fibra. Se encuentra dentro de la categoría de fibras fuertes igual que el
henequén, pita, agave y abacá. Otra de sus características es ser bajo conductor de calor,
así como, ser resistente al impacto de las bacterias y el agua. Estas características, hacen
que la fibra de coco sea un material versátil que puede ser utilizado en cuerdas, colchones,
alfombras, cepillos, entre otros [11].
Adicionalmente, puede ser utilizada para combustible casero, secado de copra, y otros usos
semiindustriales (produce 3600 a 4600 kCal/kg). También se usa como fertilizante, ya que
compensa la pérdida de elementos mayores, particularmente potasio, así como materia
orgánica. Finalmente, como “agrotextil” es conocido por sus beneficios para el cultivo de
hortalizas y otras especies [11].
2.1.6. Cemento
La palabra cemento define un material aglomerante que tiene propiedades de adherencia y
cohesión, las cuales le permiten unir fragmentos minerales entre sí, para formar un todo
compacto con resistencia y durabilidad adecuadas. Esta definición no sólo abarca los
cementos propiamente dichos, sino una gran variedad de materiales aglomerantes como las
cales, los asfaltos y los alquitranes [12].
2.1.6.1. Cemento Portland
Se fabrica generalmente a partir de materiales minerales calcáreos, tales como caliza,
alúmina y sílice, que se encuentran como arcilla en la naturaleza. En ocasiones es necesario
agregar otros productos para mejorar su composición química, siendo el más común el
óxido de hierro [12].
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Todo cemento Pórtland que se utilice para la elaboración de morteros, debe cumplir con la
norma ASTM C-150 “Standard Specification for Portland Cement” (Especificación
estándar para cemento Pórtland), que los clasifica de la siguiente manera [12]:
Tipo I: destinado a obras en general, que le exigen propiedades especiales [12].
Tipo II: destinado a obras expuestas a la acción moderada de los sulfatos y a obras en
donde se requiere moderado calor de hidratación [12].
Tipo III: desarrolla altas resistencias iniciales [12].
Tipos IV: desarrolla bajo calor de hidratación [12].
Tipo V: ofrece alta resistencia a la acción de los sulfatos [12].
2.1.6.2. Cementos hidráulicos mezclados
Es frecuente el uso de cementos a base de clinker Pórtland y una proporción de otro
material que aunque no tenga propiedades cementantes por sí mismo, las desarrolla cuando
se mezcla con el cemento Pórtland, como las escorias de hornos, puzolanas, cenizas
volcánicas. Estos cementos hasta ciertos límites en la proporción del material a adicionar,
resultan en cuanto a calidad similar al cemento Pórtland. Se encuentran definidos en la
norma ASTM C-595 “Standard Specification for Blended Hydraulic Cements”
(Especificación estándar para cementos hidráulicos mezclados), la cual reconoce cinco
tipos para usos generales y aplicaciones especiales, usando escoria de alto horno o
puzolana, con cemento Pórtland, clinker de cemento Pórtland o cal hidratada, estos son
[12]:
a) Cemento Pórtland con escoria de alto horno [12].
b) Cemento Pórtland puzolánico [12].
c) Cemento de escoria [12].
d) Cemento Pórtland modificado con puzolana [12].
e) Cemento Pórtland modificado con escoria [12].
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2.1.7. Carbonato de calcio
El carbonato de calcio es un tipo de material calcáreo, con contenido de calcita por sobre el
80% en su composición [13].
2.1.7.1. Variedades comerciales
Carbonato de calcio molido: Producto obtenido de la molienda del mineral caliza [13].
Carbonato de calcio precipitado: Compuesto químico que se obtiene mediante el proceso
de carbonatación, el cual consiste en pasar dióxido de carbono en forma de gas a una
solución de lechada de cal [13].
2.1.7.2. Proceso de obtención del carbonato de calcio molido
Extracción: Se desmonta el área a trabajar y se remueve la capa superior de la tierra,
posteriormente se perfora aplicando el plan de minado diseñado, se realiza la carga de
explosivos y se procede a la voladura primaria, moneo, tumbe y rezagado, carga y acarreo
a planta de trituración [13].
Chancado: Los trozos son puestos en las quebradoras con el fin de reducir su tamaño y
facilitar la siguiente etapa que corresponde a la molienda [13].
Molienda: El producto triturado es introducido a los molinos para reducir aún más el
tamaño del grano del carbonato de calcio hasta convertirlo en polvo, así como preparar la
granulometría requerida por el usuario [13].
Clasificación: El producto obtenido en la molienda contiene varios tamaños de partículas
por lo que es necesario separarlas y remover las sustancias extrañas [13].
Envase y Embarque: El carbonato de calcio es envasado a través de una tolva de envase
en bolsas de papel, de hule o cargado directamente en carros para su entrega a granel [13].
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2.1.8. Agregados
Los agregados que se utilizan en la preparación de los hormigones hidráulicos son: áridos
gruesos y áridos finos y estos deben ser, partículas limpias, duras, resistentes, durables y
libres de productos químicos, revestimiento de arcilla u otros materiales finos en
cantidades que puedan afectar la hidratación y la adherencia de la pasta de cemento [14].
2.1.8.1. Propiedades principales de los agregados gruesos
Las principales propiedades que deben cumplir los agregados gruesos son: granulometría,
forma de la partícula, textura, propiedades físicas y mecánicas como el peso volumétrico,
peso específico, absorción, resistencia a la abrasión y las características térmicas [14].
2.1.8.2. Propiedades principales de los agregados finos
Se considera agregado fino al material pasante del tamiz INEN 4.75 mm (No. 4) y puede
ser arenas naturales, arenas producto de la trituración, o una mezcla de ambas; las
propiedades principales que deben cumplir son granulometría y módulo de finura, así
como también su contenido orgánico [14].
2.1.9. Características de los pigmentos
Los pigmentos son materiales sólidos en forma de pequeñas partículas. Aquellos
pigmentos empleados para obtener los colores usados en las obras de arte pictóricas están
formados por granos muy finos de sustancias inertes, normalmente insolubles. Debido a
esto requieren de un vehículo oportuno, el aglutinante, para poder fijarse al soporte. El
pigmento, dispersado en el medio fluido, da a la película terminada su color y su poder
cubriente [15].
Los siguientes son algunos atributos de los pigmentos que determinan su idoneidad para
ciertos procesos de manufactura y aplicaciones [15]:
Color: Tono lleno [15]
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Subtono o tono diluido [15]
Fuerza o poder colorante [15]
Solidez a la luz solar [15]
Resistencia química [15]
Resistencia a la temperatura [15]
Acción anticorrosiva [15]
Opacidad o transparencia [15]
Absorción de aceite [15]
Tamaño y forma de partícula [15]
Humectación y dispersión [15]
Toxicidad [15]
Precio [15]
2.2. Marco referencial
2.2.1. Piedras artificiales: morteros y hormigones. El cemento como
máximo representante de estos materiales de construcción
Las piedras pueden clasificarse en piedras naturales y artificiales [16]. El término piedra
natural es aplicado a todos los materiales de roca que han sido extraídos de canteras o
minas para ser utilizados en la construcción o uso industrial [16]. La piedra artificial es un
producto especial manufacturado y, en ocasiones, de aspecto similar a la piedra natural
[16]. Una de las piedras artificiales más corrientes es la obtenida con restos de la piedra de
machaqueo mezclados con cemento Portland (a veces coloreado) y agua [16].
El origen de la piedra artificial se localiza en Mesopotamia [16]. Su uso suplía la falta de
piedra natural en la región y la carencia de herramientas adecuadas para su extracción y
trabajado posterior, además su coste económico era mucho más reducido [16].
Los morteros están formados por un aglomerante, un árido (tamaño arena) y agua [16]. Los
hormigones tienen, además, un segundo tamaño de árido, la grava [16]. Los áridos
(tamaños arena y grava) proceden generalmente de materiales granulados o de machaqueo,
de naturaleza sedimentaria, metamórfica y/o ígnea, localizados en ríos, playas y/o minas
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[16]. Los aglomerantes son muy variados, siendo los más comunes: la cal aérea que da
origen a morteros y hormigones comunes, y la cal hidráulica y el cemento, que originan los
morteros y hormigones hidráulicos [16].
La cal aérea es una cal grasa procedente de la calcinación a 1000ºC y durante 3-4 días, de
calizas puras con 1300ºC) y
durante menos de 8 horas, de calizas puras y arcillas (20-25%), dosificadas. El cemento
“Portland” es el cemento artificial más conocido en la actualidad [16].
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2.2.1.1. Historia de los aglomerantes hidráulicos en morteros y hormigones
Dentro de la historia de los aglomerantes en morteros y hormigones se pueden distinguir
dos grandes períodos [16]:
2.2.1.2. Período antiguo (Mesopotamia 6000 a.C.-Roma 200 a.C.)
Este período se caracteriza por utilizar aglomerantes hidráulicos elaborados con mezclas
naturales de materias primas y donde los tratamientos térmicos se encuentran ausentes
[16].
Morteros: En Mesopotamia (4000-3000 a.C.) las cales previamente apagadas eran
mezcladas con tierras, dando origen a morteros que eran utilizados en los enfoscados [16].
En Roma (200 a.C.) Vitrubio recoge en sus tratados de arquitectura como las cales
apagadas eran mezcladas con puzolanas para producir el llamado “cemento romano”, el
cual era empleado como mortero en el revestimiento de los muros [16].
Hormigones: En Roma (200 a.C.) a las cales apagadas y a las puzolanas, en una
proporción 1:2, se añadían áridos gruesos dando origen al llamado “Mortero
Concrecionado” u “Opus Caementiciun” [16]. Su uso se centró en la construcción de obras
públicas y muros en general [16].
2.2.1.3. Período moderno (Reino Unido 1756-actualidad)
Este período se caracteriza por emplear aglomerantes hidráulicos elaborados con mezclas
naturales y artificiales de materias primas y donde los tratamientos térmicos son
imprescindibles [16]. En 1756, el ingeniero inglés John Smeaton, descubrió que las calizas
impuras (margas) resistían la acción del agua del mar [16]. Estos nuevos materiales
recibieron el nombre de “Cales Hidráulicas" [16]. En 1796, el inglés Parker, elevó la
temperatura de cocción de las margas, aumentando su hidraulicidad y velocidad de
fraguado con respecto a las cales hidráulicas [16]. Estos nuevos materiales se denominaron
“Cementos Naturales” o “Cementos Parker” [16].
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23
En 1814, el químico francés Louis Vicat, establece las bases para la preparación de los
aglomerantes artificiales (“cementos artificiales”), al calcinar mezclas dosificadas de
arcilla y cal [16]. En 1824, el maestro de obras Aspdin, patenta la fórmula del “Cemento
Artificial Portland” [16]. La escoria recocida de los hornos y su molienda daba un producto
de fraguado lento, alta hidraulicidad y enorme resistencia [16]. En 1845, se inició la
producción industrial del Cemento Artificial Portland. Se cambia la dosificación caliza:
arcilla y se alcanzan tª>1300ºC en los hornos [16].
En 1875, se abren nuevas fábricas en Alemania y Francia, y en 1880, los hornos verticales
son sustituidos por hornos horizontales [16].
El empleo de estos nuevos aglomerantes, tanto en forma de mortero como de hormigón, se
centró principalmente en la construcción civil: faros, puertos, canales, depósitos, etc. Su
uso en la edificación tardó un tiempo debido a que era considerado un material poco o nada
estético [16].
2.2.2. Residuos agroindustriales como adiciones en la elaboración de
bloques de concreto no estructural
En la actualidad la investigación, la transferencia de tecnologías, los nuevos materiales de
ingeniería y la utilización de los residuos industriales generados tienen un papel importante
para el desarrollo, al generar innovación y mejora que fortalecen la producción de
productos y la prestación de servicios amigables con el medio ambiente [17]. La obtención
de cemento para fabricar concreto implica un alto consumo energético y grandes emisiones
de gases, lo que lo convierte en un material costoso y contaminante [17]. La industria del
cemento, a escala mundial, tiene el 2 % del consumo global de energía y el 5 % del
consumo global de energía industrial, lo que genera aproximadamente una tonelada de
CO2 por cada tonelada de clinker dependiendo de la eficiencia de la planta [17].
El empleo de estas adiciones como sustituto de cierto porcentaje de cemento disminuye el
costo medioambiental de la construcción, al reducir parte de la generación de CO2 y
explotación minera necesarias para la producción de cemento, además de mejorar la
gestión de los residuos y evitar su disposición en botaderos [17].
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En la investigación se evaluó el aprovechamiento de la cascarilla de arroz, las ceniza de la
cascarilla de arroz y las ceniza de las centrales térmicas como adiciones residuales en
bloques ecológicos de mampostería dadas las ventajas que ofrecen, permitiéndonos
avanzar en el conocimiento de las características físicas, químicas y mecánicas de las
adiciones [17].
2.2.3. Diseño y prueba experimental de bloques ecológicos a base de
materiales orgánicos e inorgánicos
Este artículo describe el diseño y prueba experimental de bloques ecológicos a base de
materiales orgánicos e inorgánicos [18]. Para el desarrollo de este proyecto, se formularon
dos diseños experimentales para la fabricación de bloques especificando las dimensiones
de los bloques, proporciones, materiales, y peso de los mismos, para luego llevar esos
diseños a la realidad y fabricar 8 bloques para cada diseño experimental [18].
Posteriormente se realizaron las pruebas de resistencia a la compresión de los bloques
ecológicos basándonos en la Norma Técnica Panameña DGNTICOPANIT 163-2001 de
muestreo y ensayo para bloques de hueco de concreto, y así poder determinar si los
bloques ecológicos cumplían con los requisitos de resistencia a la compresión para bloques
no estructurales, ya que por sus dimensiones entran en esta categoría, así como lo establece
la Norma Técnica Panameña DGNTI-COPANIT 1612001 [18].
Finalmente, los resultados demostraron que las dimensiones de los bloques cumplen en
gran parte con requisitos en cuanto a dimensiones que deben cumplir los bloques de 4” x
18” para uso no estructural, y según los resultados de resistencia a la compresión, los
bloques sobrepasan los requisitos de resistencia a la compresión con tan solo 20 días de
curado, teniendo una resistencia mucho más superior a lo esperado y propuesto [18].
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25
CAPÍTULO III
METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN
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3.1. Localización
El desarrollo de este proyecto de investigación se lo realizó en la Industria “Piedra
Pacific”, situada en la parroquia Amaguaña sector San Fernando de la ciudad de Quito-
Ecuador.
3.2. Tipo de Investigación
3.2.1. Investigación Diagnóstica
Se utilizó este tipo de investigación para identificar la causa del por qué se están agotando
los medios naturales que son utilizados con fines constructivos y no se aprovechan los
subproductos agroindustriales que son desperdiciados en la agricultura o por industrias
alimentarias.
3.2.2. Investigación Exploratoria
Se hizo este tipo de investigación ya que no se cuenta con estudios antes realizados sobre
la aportación de subproductos agrícolas en lo que es la elaboración de piedras decorativas
artificiales, que funciones harían en la composición de tal manera que no llegue afectar la
calidad del producto.
3.2.3. Investigación de Campo
Mediante la presente investigación se tomó los datos del secado y de la granulometría de
las muestras para de esta forma hacer la debida evaluación bajo distintos parámetros.
3.2.4. Investigación Experimental
Mediante la investigación experimental se trabajó con una variable dependiente mientras
se manipulaba y experimentaba con las demás variables independientes.
-
27
3.3. Métodos de investigación
3.3.1. Método empírico-analítico
Este método se utilizó para visualizar las distintas pruebas de mezclado de cada
subproducto con los demás materiales constructivos para determinar cuál es la medida
óptima por cantidad de los mismos utilizando modelos de análisis estadísticos en la
combinación de la fase de elaboración.
3.3.2. Método científico
Utilizado en la comprobación de hipótesis que se formuló en base al tema de investigación
mediante la experimentación de campo que se hizo en el área de producción de la
compañía y la evaluación de los criterios de estudio en cuanto al aspecto del producto
decorativo.
3.4. Fuentes de recopilación de información
Fuentes primarias: La observación de laboratorio, de equipo.
Fuentes secundarias: Los artículos de investigación, páginas web, tesis afines al tema del
proyecto, métodos de ensayo para la evaluación de las propiedades físicas del producto.
3.5. Diseño de la investigación
Para el estudio experimental del proceso de fabricación de piedras decorativas a partir de
los subproductos agroindustriales utilizando conglomerantes y piedra azul, teniendo en
cuenta un testigo, se planteó un diseño de bloques completamente al azar con arreglo
factorial AxB + 1, con los niveles A=4 y B=3, teniendo como resultado un total de 13
tratamientos, con 3 repeticiones. Se aplicó este diseño para la comprobación de las
hipótesis de estudio mediante los procesos de planeación y conducción de las
combinaciones de subproductos agrícolas con los conglomerantes y demás materiales de
tal manera se pueda hacer la comparación de resultados al final de la elaboración.
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Tabla 1: Descripción de los factores de estudio los cuales serán parte para elaborar las
piedras.
FACTORES DE ESTUDIO SIMBOLOGÍA DESCRIPCIÓN
Factor A: Subproductos agroindustriales. a0 Semilla de chontilla
a1 Cuesco de palma africana
a2 Cáscara de coco seco
a3 Tagua
Factor B: % de combinación de los
conglomerantes (cemento portland tipo 1
blanco y carbonato de calcio tipo B), piedra
azul y subproductos agroindustriales.
b0 20% - 50% - 30%
b1 20% - 40% - 40%
b2 20% - 30% - 50%
Testigo
Piedra decorativa de Industria PIEDRA
PACIFIC (la línea machalilla)
T 20% (cemento portland tipo
1 blanco y carbonato de
calcio tipo B), 45% (piedra
azul), 35% (cascajo de piedra
pómez)
Elaborado por: Castro K.; Santos G. (2018).
3.6. Instrumentos de investigación
3.6.1. Diseño estadístico de la investigación
Tabla 2: El esquema del análisis de varianza.
FUENTE DE VARIACIÓN GRADOS DE LIBERTAD
Tratamientos 12
Factor A 3
Factor B 2
Testigo vs Resto 1
Replicas 2
A*B 6
Error experimental 24
Total 38
Elaborado por: Castro K.; Santos G. (2018).
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29
3.7. Tratamiento de los datos
Para la formulación de los tratamientos se hizo las combinaciones, considerando:
subproductos de la Industria Agrícola; % de combinación de los conglomerantes (cemento
portland tipo 1 blanco y carbonato de calcio tipo B), piedra azul y los subproductos.
Además se consideró como testigo, las características de la piedra decorativa (machalilla)
de Industria PIEDRA PACIFIC.
Tabla 3: Combinación de los tratamientos para obtención de las piedras decorativas.
Nº Tratamientos Descripción
1 a0b0 La semilla de chontilla + (20% - 50% - 30%)
2 a0b1 La semilla de chontilla + (20% - 40% - 40%)
3 a0b2 La semilla de chontilla + (20% - 30% - 50%)
4 a1b0 Cuesco de palma africana + (20% - 50% - 30%)
5 a1b1 Cuesco de palma africana + (20% - 40% - 40%)
6 a1b2 Cuesco de palma africana + (20% - 30% - 50%)
7 a2b0 La cáscara de coco seco + (20% - 50% - 30%)
8 a2b1 La cáscara de coco seco + (20% - 40% - 40%)
9 a2b2 La cáscara de coco seco + (20% - 30% - 50%)
10 a3b0 La tagua + (20% - 50% - 30%)
11 a3b1 La tagua + (20% - 40% - 40%)
12 a3b2 La tagua + (20% - 30% - 50%)
13 testigo 20% (cemento portland tipo 1 blanco y carbonato de calcio
tipo B) + 45% piedra azul + 35% cascajo de piedra pómez.
Elaborado por: Castro K.; Santos G. (2018).
3.7.1. Medición experimental
Peso.
Resistencia a la flexión.
Absorción de agua.
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30
3.8. Talento y recursos materiales
3.8.1. Talento humano
Los investigadores que desarrollaron este proyecto.
El Director del Proyecto de Investigación.
Administradores De La Industria Piedra Pacific.
Entre otros.
3.8.2. Herramientas y Equipos
Tabla 4: Herramientas, equipos e instrumentos de medición usados en la elaboración de la
piedra.
Herramientas Equipos Otros Instrumentos
de medición
Mezcladora Compresor Computadoras Flexómetro
Bailejo Horno Cámara de fotos Escuadra
Tamiz Desecador Pen drive
Pala Balanza Lápiz
Brocha Prensa CBR Impresoras
Tabla de madera Estufa de secado Calculadoras
Molde de aluminio Amoladora con
disco de corte
Cubeta Picadora de pasto
Pincel Secadora de cacao
Bolsas herméticas Mesa vibratoria
Elaborado por: Castro K.; Santos G. (2018).
3.9. Procedimental
3.9.1. Subproductos agroindustriales
Cuesco de palma africana
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31
La tagua
La semilla de chontilla
La cáscara de coco seco
3.9.2. Materiales adicionales
Piedra azul
Cemento portland
Agua
Carbonato de calcio tipo A-B
El aceite de oliva para cocina
Pigmentos de distintas tonalidades
Para la elaboración de piedras decorativas se realizaron 38 experimentos, para los cuales se
emplearon: de 400 a 800 gramos de piedra azul (dependiendo del subproducto que se esté
utilizando), 1200 gramos de cemento portland, 1 kilo de agua, 10 gramos de carbonato de
calcio tipo B, 4 gramos de aceite de oliva (para la preparación del molde) y 6 gramos de
pigmento de cualquier tonalidad mezclado con 6 gramos de carbonato de calcio tipo A, por
cada tratamiento. Para la obtención de piedras decorativas se hicieron diversas tareas y
procedimientos que se señalan a continuación:
Paso 1: La recolección de los distintos subproductos agroindustriales antes mencionados
como la materia prima para la etapa de fabricación.
Paso 2: Se procede la deshidratación de los subproductos puestos de manera
independientes en moldes de aluminio posteriormente haber tomado su peso efectuando la
balanza para luego transportarlos hacia la estufa de laboratorio donde permanecerán el
tiempo que sea necesario hasta que tengan la humedad de 15%.
El procedimiento anterior se repite empleando la secadora de cacao para deshidratar los
subproductos en grandes cantidades.
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32
Paso 3: Finalizada la fase anterior se transportan los subproductos al proceso de picado, en
la cual, el subproducto pasa las veces que sean convenientes hasta obtener el tamaño de 1
cm. de diámetro el material triturado, excepto la semilla de chontilla y el cuesco de palma
los cuales no pasan por este asunto.
Paso 4: Se procede a realizar la combinación de los subproductos de forma independiente
y colectiva con los materiales adicionales de la siguiente manera:
Se coloca agua en la cubeta acto seguido se pone el o los subproductos luego se añade la
piedra azul a la mezcla aumentándole algunas cantidades de agua, después de tener una
masa congruente se añade el cemento portland tipo 1 blanco y carbonato de calcio tipo B,
teniendo estos productos en la cubeta hasta que estén disueltos. Se mezcla el carbonato de
calcio tipo A con la tonalidad de la pigmentación y se pone a la pasta.
Paso 5: Antes de poner la mezcla en los moldes se ubica el aceite vegetal con pincel para
tener una mayor facilidad para desmoldar cuando finalice el secado.
Paso 6: Se sitúa la mezcla en los moldes y se emplea una mesa vibradora para su
compactación dejando secar así con el viento.
La mezcla queda en reposo algún tiempo, se desmolda la piedra decorativa con cuidado
para terminar con el proceso secado. Para la instalación de la piedra artificial se utiliza el
bondex plus.
-
33
CAPÍTULO IV
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
-
34
4.1. Resultados
4.1.1. Evaluación de la resistencia a la flexión, contenido de agua y
diferencia de peso de cuatro subproductos vegetales
4.1.1.1. Resultados con respecto al análisis de subproductos para la elaboración de
piedras artificiales
Tabla 5: Análisis de resistencia a la flexión.
Fuente Suma de
Cuadrados Gl
Cuadrado
Medio Razón-F Valor-P
EFECTOS PRINCIPALES
Tratamientos 1,63 12 0,13583333 65,2 2,18**
Factor A 0,82 3 0,27333333 131,2 3,01**
Factor B 0,28 2 0,14 67,2 3,4**
Testigo vs resto 0,48 1 0,48 211,11 4,26**
repeticiones 0,0015 2 0,00075 0,36 3,4
INTERACCIONES
AB 0,06 6 0,01 4,8 2,51*
Residuos 0,05 24 0,00208333
Total 6,0214 38
Elaborado por: Castro K.; Santos G. (2018).
Interpretación: En la tabla 5 (anova) se muestran los resultados del análisis estadístico del
ensayo de la resistencia a la flexión con un nivel de confianza del 95%, donde se encontró
diferencia altamente significativa en los tratamientos, en el factor a (subproductos
agroindustriales), en el factor b (dosificaciones) y en el testigo vs el resto, en el caso de la
interacción del factor a con el factor b se encontró diferencia significativa, cabe mencionar
que los resultados se lo obtuvieron en MPa.
En el caso de las repeticiones no se encontró ningún tipo de diferencia, por lo que existió
normalidad en la toma de datos y es confiable seguir con el experimento.
-
35
Tabla 6: Análisis de absorción de agua.
Fuente Suma de
Cuadrados Gl
Cuadrado
Medio Razón-F Valor-P
EFECTOS PRINCIPALES
Tratamientos 126,66 12 10,56 242,7586207 2,18**
Factor A 43,89 3 14,63 336,3218391 3,01**
Factor B 14,04 2 7,02 161,3793103 3,4**
Testigo vs resto 59,12 1 59,12 1359,08046 4,26**
repeticiones 0,11 2 0,055 1,264367816 3,4
INTERACCIONES
AB 9,62 6 1,603333333 36,85823755 2,51**
Residuos 1,044 24 0,0435
Total 2930,62 38
Elaborado por: Castro K.; Santos G. (2018).
Interpretación: En la tabla 6 se muestran los resultados del análisis de absorción de agua,
los cuales se reflejan en porcentaje (%) donde se trabajó con un nivel de confianza del
95%, obteniéndose que en los tratamientos, en el factor a (subproductos agroindustriales),
factor b (dosificaciones), interacción ab y en el testigo vs el resto, se encontró diferencia
altamente significativa.
En el caso de las repeticiones no se encontró ningún tipo de diferencia, por lo que existió
normalidad en la toma de datos y es confiable seguir con el análisis estadístico por lo que
se continúa con el experimento.
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36
Tabla 7: Diferencia de peso.
Fuente Suma de
Cuadrados Gl
Cuadrado
Medio Razón-F Valor-P
EFECTOS PRINCIPALES
Tratamientos 314221,44 12 26185,12 123,2811177 2,18**
Factor A 91006,08 3 30335,36 142,8206969 3,01**
Factor B 27540,6 2 13770,3 64,83139946 3,4**
Testigo vs resto 193370,02 1 193370,02 910,3976683 4,26**
repeticiones 560,358 2 280,179 1,31909956 3,4
INTERACCIONES
AB 2304,67 6 384,1116667 1,808420797 2,51
Residuos 5097,641 24 212,4017083
Total 10374323,87 38
Elaborado por: Castro K.; Santos G. (2018).
Interpretación: En la tabla 7 se muestran los resultados de las diferencias de peso de los
factores, donde se trabajó con un nivel de confianza del 95% y se encontró diferencia
altamente significativa en los tratamientos, factor a (subproductos agroindustriales), factor
b (dosificaciones) y en el testigo vs el resto, en el caso de la interacción axb no se encontró
ninguna diferencia.
Con respecto a las réplicas no se