ARQUITEK
EDICIÓN N°19 |
2021
Enero - Junio 2021
Edición online
ISSN-2617-0892
DOI:
https://doi.org/10.47796/ra.2021i19
Viabilidad
de Implementación de un Ladrillo Ecológico Compuesto de PET
y
Cenizas de Pollerías en el Contexto de Tacna – Perú
Determining the
Feasibility of Implementing an Ecological Brick Composed of PET
and ash from the
Establishment of sale Grilled Chickens in the Context of Tacna - Peru
DOI: https://doi.org/10.47796/ra.2021i19.489
Presentado : 03.03.21
Aceptado : 15.06.21
José Antonio Apaza Atencio[1]
Universidad Nacional Jorge Basadre
Grohmann, Tacna – Perú
http://orcid.org/0000-0002-9012-4749
joseaa@unjbg.edu.pe
María Fernanda Portugal Cruz 2
Universidad Nacional Jorge Basadre
Grohmann, Tacna – Perú
Http://orcid.org/0000-0002-6995-0739
mportugalc@unjbg.edu.pe
Leo Ulises Michaell Tirado Rebaza 3
Universidad Nacional Jorge Basadre
Grohmann, Tacna – Perú
http://orcid.org/0000-0002-6599-8866
leotiradorebaza@gmail.com
RESUMEN
La presente investigación se
desarrolló en la ciudad de Tacna (Perú) a una altitud de 564 m.s.n.m., con
temperaturas que variaron desde los 12 °C hasta los 26 °C. Se tuvo como
finalidad la determinación de la factibilidad económica y ambiental del uso de
ladrillos ecológicos (compuestos de plástico PET, ceniza de pollerías, arena y
cemento) para construcciones, intentando dar una alternativa de solución
paralela a la problemática de contaminación atmosférica producto de las
ladrilleras y la abundancia de residuos sólidos en Tacna. Inicialmente se
fabricaron 7 muestras de ladrillo con los componentes mencionados a diferentes
concentraciones. Estas fueron sometidas a pruebas de resistencia a la
compresión, absorción de agua y transferencia de calor. Finalmente se realizó
una optimización obteniendo como proporciones ideales: 50 % de cemento, 25 % de
plástico PET, 20 % de arena y 5 % de ceniza para la fabricación de ladrillos
ecológicos, mismos que cumplieron con las normativas técnicas peruanas exigidas
actualmente.
PALABRAS CLAVE: Ladrillos ecológicos, resistencia a la compresión,
absorción de agua, transferencia de calor, factibilidad económica y ambiental.
ABSTRACT
This research was developed in the city of Tacna,
Peru, at an altitude of 564 m.a.s.l., with temperatures that varied from 12 ° C
to 26 ° C. The purpose was to determine the economic and environmental
feasibility of the use of ecological bricks (PET plastic compounds, ash from
the establishment of sale of grilled chickens, sand and cement) for
constructions, trying to provide an alternative solution parallel to the
problem of atmospheric pollution caused by the brickyards and the abundance of
solid waste in Tacna. Initially, 7 brick samples were manufactured with the
mentioned components at different concentrations. These were subjected to tests
for compressive strength, water absorption and heat transfer. Finally, an
optimization was carried out, obtaining as ideal proportions: 50% cement, 25%
PET plastic, 20% sand and 5% ash for the manufacture of ecological bricks,
which complied with the Peruvian Technical Regulations currently required.
KEYWORDS: Ecological bricks,
compressive strength, water absorption, heat transfer, economic and
environmental feasibility.
INTRODUCCIÓN
El desarrollo de cualquier actividad económica genera
impactos sociales y ambientales (Castro et al., 2020) tanto positivos (la
generación de empleo, por ejemplo) como negativos (aumento de la producción de
residuos sólidos, efluentes y emisiones atmosféricas) (Ministerio de Desarrollo
Sostenible y Planificación de Bolivia, 2002).
Los residuos sólidos
aparentemente carecen de valor, empero, pueden ser aprovechados como materia
prima al ser correctamente valorizados y reinsertados en el circuito económico.
Los plásticos, por ejemplo, son uno de los residuos más generados en el mundo,
debido al consumismo impregnado actualmente en la sociedad (United States
Environmental Protection Agency, 2019). Y su permanencia prolongada en nuestro
planeta, aunado a su caótica disposición final, hace que sea una problemática
latente (Rivera, 2019), puesto que a medida que sufren un proceso de
degradación, son capaces de perturbar ecosistemas marítimos, terrestres e
incluso aéreos, incluyendo a todos sus componentes bióticos y abióticos; además
de representar un grave peligro para actividades como la pesca, el turismo, la
navegación y demás (Montoto et al., 2017). Pese a ello, únicamente el 41 % de
plástico es reciclado o reutilizado en el planeta (Geyer et al., 2017).
En la ciudad de Tacna, se
evidencia una significativa presencia de residuos plásticos PET en las calles,
lugares públicos y parques (Caihuaray, 2017) debido a la escasa cultura
ambiental, los pocos mecanismos de regulación y al incesable crecimiento
demográfico (Tirado, 2021), por lo cual, es necesario encontrar un mecanismo que
permita su reaprovechamiento.
En cuanto a las pollerías del
Perú, estos son establecimientos de servicios en los que se ofertan pollos a la
brasa para el consumo directo de los clientes. Estos establecimientos emplean
leña para la cocción del alimento dentro del horno brasero, a partir de lo cual
se genera ceniza. Este residuo de fácil esparcimiento, por la pequeñez de sus
partículas, pone en riesgo la salud de las personas tras la afectación de su
aparato digestivo y respiratorio; asimismo, altera cuerpos de agua y la calidad
de suelos.
Si bien se ha referenciado a
la ceniza como un potencial abono rico en potasio, calcio, magnesio y fósforo
(Omil, 2007), la añadidura de materiales complementarios a la leña para su
posterior uso, hacen que la ceniza generada tenga componentes altamente tóxicos
que requieren un manejo cauteloso.
Por todo ello, se ha propuesto
múltiples acciones, pero todo apunta a que la adopción del concepto de una
economía circular a partir del reciclaje, reaprovechamiento y reutilización es
el camino adecuado que permitirá reducir el impacto ambiental y minimizar la
utilización de recursos naturales, de forma que se permita aumentar el
bienestar social y a la vez pueda surgir nuevas oportunidades de empleo (Rojas,
2016).
Por otro lado, la polución
atmosférica es considerada uno de los principales escollos a nivel mundial
(Andrade et al., 2018) causada por la proliferación de agentes contaminantes
como el dióxido de azufre, monóxido de carbono, dióxido de nitrógeno, óxido
nítrico, compuestos orgánicos volátiles, ozono (Abril et al., 2017) y material
particulado. Estos producirían efectos agudos y crónicos en los organismos
según el tiempo y la concentración de exposición (Aldaz, 2017), lo cual conduce
al aumento de los niveles de morbilidad y mortalidad de las personas (Ballester
et al., 1999).
La contaminación del aire en
la ciudad de Tacna proviene principalmente del tráfico vehicular y de las
ladrilleras (Ministerio del Ambiente del Perú, 2013). Estas últimas son capaces
de perturbar a los ecosistemas aledaños y contribuir con el efecto invernadero
(Gomezcoello et al., 2012).
En busca de una solución, se
ha planteado distintas alternativas para poder limitar la contaminación
atmosférica derivada de la producción de mampostería tradicional. El uso de
hornos ecológicos, por ejemplo, es uno de los métodos que se intentó implantar
(Cervera et al., 2004), sin embargo, el uso de este equipo por parte de los
ladrilleros es casi nulo por ser considerado ineficiente (González, 2010).
Asimismo, dentro de las disyuntivas más vanguardistas, se puede mencionar a
Bolobosky et al. (2018) quienes elaboraron ladrillos ecológicos a base de PET y
virutas metálicas; en tanto, Carrasco et al. (2018) diseñaron un ladrillo a
partir de arena de sílice y arcilla provenientes de una compañía minera.
En ese contexto, la presente
investigación manifiesta una opción innovadora basada en la fabricación de
ladrillos ecológicos compuestos por botellas de plástico PET y ceniza
proveniente de pollerías en la ciudad de Tacna. Empero, este conglomerado de
alternativas deben ser la tendencia que marque un cambio en la era de la
construcción.
El uso de ladrillos ecológicos
mitigaría la contaminación ambiental producida por la emisión de gases de
efecto invernadero de los hornos de las ladrilleras, brindando un nuevo uso al
plástico PET y a la ceniza generada en las pollerías, limitando ligeramente el
uso de cemento. De este modo, la finalidad es desarrollar una alternativa
sostenible que pueda desarrollarse de forma suplementaria al de la mampostería
tradicional en Tacna e incluso a nivel nacional.
El objetivo general de la
investigación fue determinar la viabilidad de la implementación de un ladrillo
ecológico compuesto de PET y cenizas de pollerías en el contexto de Tacna,
evaluando su desempeño físico, térmico, y factibilidad económica.
Asimismo, se plantearon los
siguientes objetivos específicos: (1) determinar la resistencia a la compresión
de los ladrillos ecológicos y realizar una comparación de acuerdo a la Norma
Técnica Peruana NTP E.070 – Albañilería, (2) evaluar la absorción de agua de
los ladrillos ecológicos y compararlo con la Norma Técnica Peruana NTP 331.017
– Unidades de Albañilería, (3) determinar la cantidad óptima de cenizas,
plástico PET, cemento y arena para la fabricación de los ladrillos ecológicos,
y evaluar la transferencia de calor y (4) evaluar la factibilidad económica y
ambiental del uso de la mampostería ecológica diseñada.
MATERIALES Y MÉTODOS
La presente investigación es
de tipo exploratorio, puesto que en el Perú no se han registrado estudios
orientados a la fabricación de mampostería no convencional que integre
estrictamente ceniza de pollerías, plástico PET, arena y cemento; en tanto, el
diseño de la investigación fue experimental.
Fue realizada en la ciudad de
Tacna, ubicada a 562 m.s.n.m., específicamente en los interiores de la
Universidad Nacional Jorge Basadre Grohmann, Sede “Los Granados”. Tuvo una
duración de 3 meses (octubre a diciembre), registrándose un clima semi – cálido
con temperaturas que variaron desde los 12 °C hasta los 26 °C.
DESARROLLO
|
Figura 1. Plástico PET triturado |
|
|
|
Nota: Elaboración propia. |
Seguidamente, se recolectó ceniza proveniente de
pollerías del cercado de Tacna, la cual se tamizó para evitar la formación de
cúmulos. Adicionalmente, se adquirió cemento y arena.
Se fabricaron moldes de madera con dimensiones de 20
cm x 10 cm x 8 cm para cada unidad experimental, imitando los valores
dimensionales de los ladrillos convencionales. En la Figura 2, se observa el
proceso de mezclado y homogeneizado a partir de las materias primas
mencionadas.
Se aplicó un diseño de mezclas de vértices extremos
con 7 unidades experimentales, con las proporciones que se muestran en la Tabla
1.
|
Figura 2. Elaboración de ladrillos |
|
|
|
Nota: Elaboración propia |
|
Tabla 1. Descripción del diseño de mezclas (en porcentaje) |
|||||
|
Muestra |
Cemento |
Arena |
Plástico PET |
Ceniza |
Total |
|
MP
– 01 |
50 |
50 |
0 |
0 |
100 |
|
MP
– 02 |
50 |
25 |
25 |
0 |
100 |
|
MP
– 03 |
40 |
35 |
25 |
0 |
100 |
|
MP
– 04 |
40 |
20 |
0 |
40 |
100 |
|
MP – 05 |
30 |
45 |
0 |
25 |
100 |
|
MP – 06 |
40 |
20 |
20 |
20 |
100 |
|
MP – 07 |
25 |
35 |
20 |
20 |
100 |
|
Nota: Elaboración propia |
|||||
Las
cantidades previamente pesadas para cada unidad experimental se introdujeron en
los moldes forrados con plástico para darle la forma adecuada. Para evitar la
generación de burbujas de agua, las muestras se presionaron y dejaron secar en
el molde por un periodo de 12 horas. Pasado el tiempo, se desmoldaron las
muestras y se dejaron secar al sol por 8 días, durante los cuales fueron
pesadas una vez cada día. Esta etapa es de gran importancia, debido a que ayuda
a reducir el nivel de contaminación ambiental que produce el proceso de
fabricación convencional de los ladrillos de arcilla o de hormigón, pues anula
el paso por un horno de secado, uno de los grandes contaminantes del proceso
convencional. En la Figura 3 se observan
algunas de las unidades experimentales obtenidas.
|
Figura 3. Muestras de ladrillo |
|
|
|
Nota: Elaboración propia |
Terminado
el proceso de secado, las muestras se llevaron al Laboratorio de Mecánica de
Rocas de la Universidad Nacional Jorge Basadre Grohmann, en donde se determinó
la resistencia a la compresión para cada muestra empleando la prensa universal
presentada en la Figura 4.
|
Figura 4. Prueba de resistencia a la
compresión de los ladrillos
ecológicos |
|
|
|
Nota: Elaboración propia |
Antes
de la realización de las pruebas de absorción de agua de las unidades
experimentales, estas fueron secadas en una estufa a 105 °C por un periodo de 5
horas. Transcurrido el tiempo, se pesaron las muestras, considerando a este
como el peso seco (Ws). Se siguió el protocolo
de la Norma Española UNE 7 061, basada en el mantenimiento prolongado de
ladrillos bajo el agua. Siguiendo a esta norma, se sumergió las muestras a un
tercio de su altura. Después de 2 horas, se elevó el nivel de agua a dos
tercios de su altura por 2 horas más. Pasado el tiempo, se elevó a 1 cm sobre
su altura. Luego de 24 horas de comenzar el ensayo en húmedo, se sacó cada
muestra y se pesó. Posteriormente, se sumergieron los ladrillos otra vez, por
otras 24 horas. Si el peso a esta cantidad de horas difiere en menos del 10 %
al peso a 48 horas, se considera a este último, el peso saturado de agua (Wsa).
Se
determinó la absorción de agua en porcentaje aplicando la siguiente formula:
[
(Wsa
–
Ws) / Ws ] * 100
Donde:
·
Peso saturado de agua: Wsa
·
Peso seco: Ws
Una
vez con los resultados de las pruebas realizadas a las 7 unidades
experimentales o muestras, se realizó el análisis estadístico en el programa
Statgrafics Centurion XVI.II con el fin de determinar cuál mezcla obtendrá las
mejores propiedades de resistencia a la compresión y absorción de agua para ser
finalmente comparadas con la Norma Técnica Peruana NTP E.070-Albañilería y la
Norma Técnica Peruana NTP 331.017-Unidades de Albañilería, respectivamente.
Se
realizó un modelamiento en 3D en el programa Sketch Up 2017, para elaborar una
estructura ecológica con dimensiones de 66 cm x 42 cm x 44 cm, para calcular la
cantidad de réplicas a elaborar. Se escogieron estas dimensiones porque la
producción era de 24 ladrillos ecológicos/día. Para las réplicas se dio un
tiempo de secado de 7 días (3 a medio ambiente y 4 en horno solar), para poder
acelerar el proceso de secado de las replicadas elaboradas.
La
estructura a base de ladrillos ecológicos (ver Figura 5) fue edificada sobre
suelo areno arcilloso, predominante dentro de la Universidad Nacional Jorge
Basadre Grohmann. Esta estuvo completamente sellada, a excepción de un
orificio, por el cual, se evaluó la transferencia de calor midiendo la
temperatura interna, externa y entre el ladrillo utilizando termocuplas Tespro
Tipo J encamisado con enchufe macho. También se midió la radiación solar con un
solarímetro SL 200 Kimo durante la época de primavera, en periodos de 30
minutos desde las 8:00 h hasta las 19:00 h. La transferencia de calor del
material, su conductividad térmica y su eficiencia térmica solo se pudo
determinar durante el horario diurno debido a las restricciones de ingreso a
las instalaciones de la Universidad durante la noche. Las pruebas de
transferencia de calor se realizaron durante 7 días y se promediaron los
valores obtenidos.
|
Figura 5. Estructura de ladrillos ecológicos |
|
|
|
Nota: Elaboración propia |
La
representación gráfica de la estructura construida a base de ladrillos
ecológicos, indicando la orientación respecto al norte se observa en la Figura
6.
|
Figura 6. Esquematización de la
estructura de ladrillos ecológicos |
|
|
|
Nota: Elaboración propia |
Para
culminar con la investigación, se determinó si este tipo de mampostería no
convencional ecológica posee una sustentada factibilidad de uso económico y
ambiental teniendo en cuenta los precios estándares del mercado y la
disposición de los materiales a emplear.
RESULTADOS
Las
mediciones de peso tras el proceso de secado obtenidas de las 7 unidades
experimentales se detallan en la Tabla 2.
|
Tabla 2. Días de secado para las 7
unidades experimentales |
||||||||||
|
Unidad |
Día 0 (g) |
Día 1 (g) |
Día 2 (g) |
Día 3 (g) |
Día 4 (g) |
Día 5 (g) |
Día 6 (g) |
Día 7 (g) |
Día 8 (g) |
(0-8) día |
|
MP-01 |
2620 |
2387 |
2318 |
2260 |
2230 |
2218 |
2202 |
2197 |
2204 |
416 |
|
MP-02 |
2370 |
2233 |
2185 |
2146 |
2115 |
2097 |
2084 |
2080 |
2088 |
282 |
|
MP-03 |
2282 |
2126 |
2067 |
2026 |
1997 |
1986 |
1973 |
1965 |
1966 |
316 |
|
MP-04 |
2537 |
2437 |
2401 |
2373 |
2355 |
2340 |
2334 |
2329 |
2328 |
209 |
|
MP-05 |
2450 |
2342 |
2316 |
2298 |
2290 |
2286 |
2278 |
2274 |
2280 |
170 |
|
MP-06 |
2378 |
2240 |
2182 |
2137 |
2112 |
2102 |
2092 |
2086 |
2090 |
288 |
|
MP-07 |
2273 |
2144 |
2091 |
2057 |
2040 |
2027 |
2014 |
2006 |
2015 |
258 |
Nota: Elaboración propia
|
Figura 7. Curva de secado de las 7
unidades experimentales |
|
|
|
Nota: Elaboración propia |
En
la Figura 7 se observa la disminución del peso de cada muestra por 8 días, los
cuales tuvieron un peso inicial en un rango de 2.3 a 2.6 kg que luego disminuyó
de 1.8 a 2.3 kg. Además, las muestras MP–04 y MP-05 mostraron una diferencia
menor a 200 g de agua evaporada a comparación de las otras, y se obtuvieron con
un tiempo mayor de secado de lo establecido, y con las cenizas como principal
componente.
En
la Tabla 3 se observa el análisis de varianza para la resistencia a la
compresión en donde existe diferencia significativa a un 95% de confianza entre
las 7 unidades experimentales, con un coeficiente de variabilidad de 27.15%.
|
Tabla 3. Análisis de Varianza para la resistencia a la compresión |
|||||
|
Fuente |
Suma de Cuadrados |
Gl |
Cuadrado Medio |
Razón-F |
Valor-P |
|
Modelo
Lineal |
324.223 |
3 |
108.074 |
12.02 |
0.0353 |
|
Error
total |
26.9781 |
3 |
8.99271 |
|
|
|
Total |
351.201 |
6 |
|
|
|
|
CV=
27.15% Nota:
Elaboración propia |
|||||
|
Figura 8. Gráfica de traza para
resistencia a la compresión de las 7 unidades experimentales |
|
|
|
Nota: Elaboración propia |
En
la Figura 8, se muestra que entre menor sea la cantidad de ceniza, mayor será
la resistencia a la compresión.
En
la Tabla 4, se observa el nivel de absorción de agua de las 7 unidades
experimentales, las cuales se encuentran en un rango del 10 % al 22 %.
En
los datos obtenidos, todas las unidades experimentales cumplen la Norma Técnica
Peruana NTP 331.017 donde se indica que los ladrillos estrictamente deben
presentar una absorción máxima de agua del 22 %. Sin embargo, se observa que la
menor absorción de agua se da en las muestras MP-04 y MP-05, las cuales
contienen predominantemente ceniza, considerando que este material disminuye la
absorción de agua.
|
Tabla 4. Absorción de agua para las 7 muestras |
|||||
|
Muestras |
Ws |
Wsa a 24h |
Wsa a 48h |
Wsa |
Absorción de agua (%) |
|
MP – 01 |
183 |
218 |
218 |
0 |
19.13 |
|
MP – 02 |
533 |
616 |
617 |
1 |
15.67 |
|
MP – 03 |
442 |
517 |
518 |
1 |
17.08 |
|
MP – 04 |
412 |
466 |
466 |
0 |
13.11 |
|
MP – 05 |
343 |
379 |
379 |
0 |
10.50 |
|
MP – 06 |
345 |
411 |
412 |
1 |
19.28 |
|
MP – 07 |
271 |
327 |
326 |
0 |
20.66 |
|
Nota: Elaboración propia |
|||||
Analizando
las pruebas de compresión y absorción de agua, se observó que las cenizas
reducen la resistencia a la compresión si muestran una proporción
significativa, pero mantienen la absorción de agua al mínimo. En la Tabla 5, se
observa las cantidades en gramos y porcentaje necesarias para obtener los
resultados óptimos en la fabricación de ladrillos ecológicos.
|
Tabla 5. Optimización
de Respuesta para resistencia a la compresión y absorción de agua |
|||||
|
Componente |
% |
|
g |
Resistencia a la compresión (MPa) |
Absorción de agua (%) |
|
Cemento |
50 |
|
1250 |
21.13 |
12.11 |
|
Arena |
20 |
|
500 |
||
|
Plástico PET |
25 |
|
250 |
||
|
Ceniza |
5 |
|
75 |
||
|
Nota: Elaboración propia |
|||||
La
optimización de respuesta arroja que los componentes del ladrillo ecológico
deben contener en un 50 % cemento, 20 % de arena, 25 % de plástico PET y 5 % de
ceniza. Bajo estas condiciones, se obtuvo un resultado de 21.13 MPa para la
resistencia a la compresión, el cual cumple con la Norma Técnica Peruana NTP
E0.70 superando al “Ladrillo V”, el cual debe manifestar una resistencia mínima
de 17.6 MPa.
En
cuanto a la absorción de agua, esta fue del 12.11 %, cumpliendo con la Norma
Técnica Peruana NTP 331.017.
Determinadas
las proporciones óptimas, se elaboró el diseño de la estructura ecológica de
dimensiones: 66 cm x 42 cm x 44 cm. A partir de ello, se replicaron 38
ladrillos ecológicos en total.
El
proceso de secado se muestra en la Figura 9, y tuvo como datos en promedio la
reducción del peso de las unidades. El peso final por unidad fue en promedio
2330 g con una densidad de 1.46 g/cm3.
Construida
la estructura, se obtuvo los datos de temperatura interna, externa y entre los
ladrillos. En la Figura 10, se observan las comparaciones de la
temperatura. Se evidenció que, durante
la mañana, la temperatura interior se mantenía regulada a comparación de la
temperatura externa, la cual ascendió hasta los 37.8 °C; y, durante la noche,
la temperatura interna de la estructura se mantuvo elevada a comparación de la
temperatura externa, la cual disminuyó hasta 19.5 °C a las 19:00 horas.
|
Figura 9. Curva de secado de ladrillos ecológicos |
|
|
|
Nota: Elaboración propia |
|
Figura 10. Gráfica de temperatura vs. hora del día |
|
|
|
Nota: Elaboración propia |
|
Figura 11. Transferencia de calor vs.
hora del día |
|
|
|
Nota: Elaboración propia |
En
la Figura 11, se muestra la transferencia de calor por conducción (W) por hora
del día. Se tuvo el valor más alto a las 10:00 h, siendo en este punto el mayor
flujo de calor hacia el interior de la estructura ecológica, a partir de esta
hora, fue en descenso hasta las 19:00 h, mostrando una tendencia de regulación.
Entre menor sea la transferencia de calor, el ambiente al interior de los
ladrillos se mantendrá regulada por la tarde y noche.
|
Figura 12. Conductividad térmica vs.
hora del día |
|
|
|
Nota: Elaboración propia |
Aunque
la temperatura interna esté regulada, a comparación de la temperatura ambiental,
muestra valores superiores a esta por la tarde, actuando como un conductor de
calor. Por la mañana, la temperatura interna será óptima incrementando a partir
de las 10:00 h a 12:00 h cuando hay mayor radiación solar. En este lapso de 2
horas, se da la máxima transferencia de calor del exterior al interior (Figura
10) coincidiendo estas tres temperaturas con un rango de 30 a 35 °C. Que la
temperatura del ladrillo sea superior a la temperatura interna, supone que
desde este punto se está acumulando calor y se va elevando hasta las 14:30 h y
desciende a partir de esta, debido a que la temperatura externa está en
descenso. Todo este calor acumulado por el ladrillo lo transfiere a su
interior, incrementando la temperatura dentro de la estructura en un lapso de
3.5 horas, hasta las 18:00 h corroborándose que a las 15:30 h la conductividad
térmica es de 221 W/m K, siendo el punto en donde el calor acumulado se
transfiere al interior (Figura 12). Una vez transferido todo el calor retenido,
la temperatura del ladrillo e interna disminuyen paralelamente debido al
descenso de temperatura exterior.
Debido
al restringido acceso a la Universidad durante la noche, no se calculó la
transferencia de calor después de las 19:00 h, por lo tanto, no se podría
afirmar que se llega a un punto de equilibrio entre las temperaturas, o de lo
contrario, la temperatura interna descienda hasta estar regulada y se pueda
mantener durante la noche.
En
cuanto a la factibilidad económica, se tuvo en cuenta el costo de los
materiales al precio actual de mercado, recabados a partir de la información
brindada por recolectores y comerciantes locales. Con la finalidad de tener una
mayor precisión, se realizó un análisis de costo unitario del ladrillo
ecológico en dólares (Ver Tabla 6), a partir del cual, los stakeholders tendrán
una referencia para la elaboración de presupuestos en caso deseen replicar y
aplicar la presente investigación.
|
Tabla 6. Costo de materiales para la elaboración de un ladrillo
ecológico, por unidad |
||||
|
Material |
Unidad |
Cantidad |
Precio unitario ($) |
Precio total ($) |
|
Cemento |
kg |
1.250 |
0.120 |
0.150 |
|
Arena |
kg |
0.500 |
0.010 |
0.005 |
|
Plástico
PET |
kg |
0.250 |
0.150 |
0.038 |
|
Ceniza |
kg |
0.075 |
0.960 |
0.072 |
|
Total |
|
|
|
0,265 |
|
Nota: Elaboración propia |
||||
En
cuanto a la factibilidad ambiental, la fabricación de los ladrillos ecológicos
permite limitar la acción contaminante de sus componentes en el momento de su
reaprovechamiento, brindando de esta forma, una alternativa suplementaria al de
los ladrillos convencionales, que además es amigable con el ambiente y
presentan propiedades físicas similares que cumplen con las Normas Técnicas
Peruanas. En la Tabla 7 se observa la cantidad de material reciclado que se
emplea por cada ladrillo ecológico.
|
Tabla 7. Alternativas de materiales
para la elaboración de los ladrillos ecológicos |
|||
|
Material |
Referencia |
Materiales requeridos por ladrillo
ecológico |
Total de material por ladrillo
ecológico (g) |
|
Plástico PET |
Botellas
PET de 2 L – 55 g por unidad |
4,54 botellas |
250 g |
|
Ceniza |
1 kg de
carbón vegetal de pollerías |
1,5 kg de
carbón vegetal (con un rendimiento para la obtención de ceniza del 5 %) |
75 g |
|
Nota: Elaboración propia |
|||
DISCUSIÓN
Cote
et al. (2014) indican que la elaboración de los ladrillos ecológicos a base de
Tereftalato de Polietileno (PET) son una alternativa ambientalmente amigable.
Ello porque incluye en su composición a un plástico altamente resistente a
cargas muy pesadas, que cumple una buena función como aislante térmico
(Echevarría, 2017), al igual que las cenizas (Leiva, 2017) que también forman
parte de su materia prima.
En
cuanto a la resistencia a la compresión de la mampostería, se sabe que esta
tiende a crecer con el incremento del contenido de cemento y disminuye a medida
que crece la relación agua/cemento (Delacoste, 2015).
Cabe
mencionar que, el ladrillo ecológico optimizado reportó un valor de resistencia
a la compresión de 21.13 MPa superando al reportado por Echevarría (2017) quien
obtuvo un máximo valor de 17.53 MPa. Esto se debe a la materia prima del
ladrillo ecológico que él fabricó, ya que su composición solo contempló, además
de materiales convencionales, al plástico PET, mas no ceniza. También
influyeron las dimensiones del ladrillo ecológico propuesto en la presente
investigación, ya que posee un mayor volumen a comparación de la muestra del
investigador.
Los
bajos niveles de absorción de agua de los ladrillos a base de plástico hacen
que estos puedan ser usados como material de construcción (Arun et al. 2019).
También,
el ladrillo ecológico obtenido en la presente investigación supera al 10 % de
absorción de agua, por lo cual difiere a lo reportado por Cabo (2011) quien
calculó un máximo de 5.5 %, lo cual se debe a que la mampostería que elaboró
estuvo compuesta por cemento y cal hidráulica de proporciones de 5, 10 y 15 % a
10 MPa y careció de ceniza.
La
estructura construida a base de ladrillos ecológicos tuvo dimensiones bastante
pequeñas y prácticamente careció de espacios abiertos en comparación a una
construcción real, lo cual ocasionó que la concentración de calor dentro de
esta se incremente significativamente debido a que la transferencia de calor de
la mampostería, no solo es producto de la conducción, sino que, al no ser
homogénea, se produce también la transferencia por radiación y por convección
en sus poros (Erazo, 2007). Si bien es cierto, teóricamente un ladrillo
convencional posee una conductividad térmica de 0.8 W / m K en condiciones
normales, este valor no puede ser comparado con los hallados en la presente
investigación ya que las condiciones meteorológicas variables causaron
fluctuaciones.
Se
recomienda realizar pruebas calorimétricas construyendo una estructura con
dimensiones similares a la de una vivienda para evaluar con mayor precisión los
parámetros de conductividad térmica, transmitancia, resistencia térmica y
transferencia de calor. Ello con el fin de corroborar los resultados obtenidos
en la presente investigación que evidencien el potencial calórico aceptable de
los ladrillos ecológicos.
Complementariamente,
es recomendable efectuar pruebas de corrosión, para suelos con elevado nivel de
salinidad, y evaluar la transferencia de calor en horario nocturno (lo cual fue
una de las limitaciones de la investigación), en zonas alto andinas o en zonas
con temperaturas muy bajas. Asimismo, realizar monitoreos de los gases que
pueda emitir el ladrillo ecológico durante su exposición al sol, ya que, pese a
que Chávez et al. (2016) determinaron que no hubo emanación de dióxido de
carbono en la fundición del plástico para la fabricación de ladrillos ecológicos
hechos con PET, se podría estar emitiendo otros tipos de contaminantes
atmosféricos.
Por
otro lado, los ladrillos ecológicos elaborados en la presente investigación
fueron cotizados en 0.265 $ por unidad. Según el Ministerio de Vivienda,
Construcción y Saneamiento del Perú (2020) la unidad del ladrillo King Kong V
tiene un costo igual a 0.184 $ al adquirir un millar de ladrillos. Se evidenció
una diferencia de 0,081 $ considerado como un valor agregado debido al aporte
ambiental y sello verde del producto. Esta diferencia podría reducirse más si
se logra consolidar una industria sofisticada dedicada a la fabricación de
ladrillos ecológicos.
Alegre
(2018) quien fue Viceministro de Gestión Ambiental del Perú en aquel año,
expresó:
“En
la actualidad, el plástico representa el 10 % del total de residuos sólidos
generados en el Perú, de los cuales, el PET representa la cuarta parte”.
Dicha
alegación evidencia que las botellas plásticas PET pueden ser adquiridas de
forma rápida, fácil y económica, por lo que no serían un factor limitante.
Pese
a que en el Perú existen casi 13 mil pollerías (“Día del pollo a la brasa”,
2019), y que una pollería promedio consume entre 10 a 20 kilos de carbón
diariamente (“Un 85% de pollerías”, 2019), la ceniza requerida de estos
establecimientos para fabricar ladrillos ecológicos a una gran escala,
probablemente no podría ser abastecida. Para lograrlo, sería necesario emplear
otros tipos de ceniza de forma complementaria previa prueba de laboratorio para
garantizar la no alteración de las características físicas del producto
ecológico.
CONCLUSIONES
·
Se recomienda emplear los
ladrillos ecológicos a base de PET y ceniza de pollerías en la ciudad de Tacna
por ser una alternativa amigable con el ambiente y tratarse de un producto que
goza de un sólido desempeño físico y térmico, es factible económicamente y
tiene la ventaja de contar con un gran suministro de materia prima compuesta
por residuos sólidos en comparación con otros tipos de ladrillo ecológico.
·
Se determinó la
resistencia a la compresión de los ladrillos ecológicos optimizados obteniendo
un valor igual a 21.13 MPa superando al “Ladrillo V”, que según la Norma
Técnica Peruana NTP E0.70 – Albañilería, debe presentar una resistencia a la
compresión mínima de 17.6 MPa.
·
Se evaluó la absorción de
agua de los ladrillos ecológicos optimizados obteniendo un valor de 12.11 %
cumpliendo con la Norma Técnica Peruana NTP 331.017 – Unidades de Albañilería,
la cual indica que la absorción de agua debe presentar un valor menor al 22 %.
Cabe resaltar que todas las unidades experimentales fabricadas previamente
cumplieron con esta norma.
·
Se determinó que la
mezcla óptima para la fabricación de un ladrillo ecológico debe estar compuesto
por 1250 g de cemento, 500 g de arena, 250 g de plástico PET y 75 g de ceniza.
Con estas proporciones, se alcanzó una máxima transferencia de calor del
exterior al ladrillo de 300.79 W desde las 10:00 h a 12:00 h y del ladrillo al
interior a las 15:30 h, con una conductividad de 221 W/m K.
·
La factibilidad económica
del uso de los ladrillos ecológicos fue comprobada habiendo una diferencia de
costo unitario de ladrillos igual a 0.081 $ respecto a uno convencional. Pese a
que la diferencia podría verse sustentada por el valor agregado que tiene el
ladrillo ecológico, esta brecha puede reducirse si se desea invertir en una
industria capaz de fabricar este tipo de productos debido a la minimización de
precios por producción a gran escala. Asimismo, la factibilidad ambiental e
importancia de ladrillos ecológicos recae en que, por la fabricación de cada
uno de estos, se estaría reaprovechando 4,54 botellas PET de 2 L y
aproximadamente la décima parte de la ceniza que genera una pollería promedio
del Perú tras su actividad comercial diaria.
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
Abril, G., García, M.,
Ojeda, S., Represa, S. (2017).
Contaminación atmosférica en Dock Sud, pcia. de Buenos Aires, Argentina:
análisis de su comportamiento temporal en el período 2011-2017. Comisión de Investigaciones Científicas de
la Provincia de Buenos Aires, 1-15. https://digital.cic.gba.gob.ar/handle/11746/6773.
Aldaz, G. (2017). Material particulado y la afección a las vías respiratorias de los
trabajadores del área de molino de la empresa Ecuacauchos [Tesis de
Maestría, Universidad Técnica de Ambato] Repositorio.
Alegre, M. (2018). MINAM: El plástico representa el 10% de todos los residuos que
generamos en el Perú. Ministerio del Ambiente. https://www.minam.gob.pe/notas-de-prensa/minam-el-plastico-representa-el-10-de-todos-los-residuos-que-generamos-en-el-peru/.
Andrade, K., Sevilla, N.
(2018).
Polución del aire generado por los
automotores e incidencia en niños/as de la Esc, Eugenio Espejo del cantón
Milagro [Tesis de licenciatura, Universidad Estatal de Milagro].
Repositorio Institucional.
Arun, K., Brindha, M.,
Girinath, R., Marshal, A. (2019). An experimental study of clay brick using polystirene. International Research Journal of
Engineering and Technology, 6(4):
722-727. ISSN: 2395-0056.
Ballester, F., Pérez, S., Tenías, J. (1999). Efectos
de la contaminación atmosférica sobre la salud: Una introducción. Revista Española de Salud Pública, 73(2): 109-121. ISSN: 2173-9110.
Bolobosky, M.,
Candanedo, M., Madrid, J., Nacarí, M., Maure, J. (2018). Fabricación de
ladrillos a base de polímeros PET y virutas metálicas. Revista de Iniciación Científica, (4): 33-38. ISSN: 2412-0464. https://revistas.utp.ac.pa/index.php/ric/article/view/1816.
Cabo, M. (2011). Ladrillo ecológico como material sostenible para la construcción.
Universidad Pública de Navarra.
Caihuaray, M. (2017). Elaboración de un plan de educación ambiental para minimizar la
contaminación generada por las juntas vecinales de Para Chico, Villa
Panamericana y Para Grande que permita plantear un programa de reaprovechamiento
de envases plásticos descartables – 2013 [Tesis de Maestría, Universidad
Nacional Jorge Basadre Grohmann] Repositorio Institucional.
Carrasco, E., Tinoco, D.
(2018).
Elaboración de ladrillos ecológicos a
partir de arena de sílice y arcillas mixtas procedentes de la compañía minera
Sierra Central S.A.C. [Tesis de pregrado, Universidad Nacional del Centro
del Perú]. Repositorio Institucional.
Castro, A., Suysuy, E.
(2020).
Herramientas de gestión ambiental para reducir el impacto de los costos
ambientales en una empresa de construcción. Revista
Universidad y Sociedad, 12(6):
82-88. ISSN: 2218-3620. http://scielo.sld.cu/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S2218-36202020000600082.
Cervera, L., Córdova,
G., Romo, M. (2004).
Estudio urbano - ambiental de las ladrilleras en el municipio de Juárez. Estudios Fronterizos, 5(9): 9-34. ISSN: 2395-9134.
Chávez, M., Lartategui,
F., Letona A., Rodriguez, L. (2016). Factibilidad de uso del PET reciclado en
elementos de cubiertas y envolventes. Ingeniería,
27(2): 40-55. ISSN: 2215-2652.
Comité Técnico de
Normalización. (1999).
UNE 7 061. Piezas y productos cerámicos
de arcilla cocida para construcción tales como: ladrillos, bloques, tejas,
bovedillas y tableros, en sus aspectos de definiciones, clasificación,
especificaciones y métodos de ensayo. Normalización Española.
Conde, A. (2013). Efectos nocivos de la
contaminación ambiental sobre la embarazada. Revista Cubana de Higiene y Epidemiología, 51(2): 226-238. ISSN: 1561-3003. http://scielo.sld.cu/pdf/hie/v51n2/hie11213.pdf.
Cote, M., Martínez, A.
(2014).
Diseño y fabricación de ladrillo reutilizando materiales a base de PET. INGE CUC, X, 10(2): 76-80. ISSN: 0122-6517.
Decreto Supremo
011-2006-VIVIENDA. (2006).
NTP E.070 Albañilería. Reglamento
Nacional de Edificaciones. http://jjlsac.com/rnc/Albanileria.pdf.
Delacoste, E. (2015). Ahorro energético en construcciones con cerramientos de mampuestos no
convencionales. Universidad Nacional de Córdoba.
Día del Pollo a la
Brasa: ¿Cuántas pollerías hay en todo el Perú? (21 de julio de 2019). El Comercio. Redacción EC,
p. 1. https://elcomercio.pe/economia/peru/dia-pollo-brasa-pollerias-peru-domingo-21-julio-peru-noticia-656775-noticia/?ref=ecr.
Echevarría E. (2017). Ladrillos de concreto con plástico PET [Tesis de pregrado,
Universidad Nacional de Cajamarca]. Repositorio Institucional.
Erazo, R. (2007). Variación de la conductividad térmica con la humedad en materiales de
construcción [Tesis de pregrado, Universidad de Chile]. Repositorio
Institucional.
Geyer, R., Jambeck, J.,
Law, K. (s.f.). Production, use, and fate of all plastics ever
made. Science Advances. 3(7): 1-2, 2017. https://advances.sciencemag.org/content/3/7/e1700782.
Gomezcoello, J., Jaya, J. (2012). Análisis comparativo de
la contaminación atmosférica producida por la combustión en ladrilleras
artesanales utilizando tres tipos de combustibles. [Tesis de pregrado,
Universidad Politécnica Salesiana]. Repositorio Institucional.
González, P. (2010). La introducción de hornos ecológicos en una comunidad ladrillera:
Factores de adopción y resistencia al cambio tecnológico. [Tesis de
Maestría, El Colegio de la Frontera Norte]. Repositorio Institucional.
Leiva, D. (2017). Ladrillos ecológicos: una estrategia didáctica. Universidad
Distrital Francisco José de Caldas. ISSN: 2174-6486.
Ministerio de Desarrollo
Sostenible y Planificación de Bolivia. (2002). Informe de Gestión 2002. Artes Gráficas Sagitario.
Ministerio de Vivienda,
Construcción y Saneamiento del Perú. (2020). Evolución mensual del precio promedio de materiales de construcción,
2014 - 2020. Oficina de Estudios Estadísticos y Económicos.
Ministerio del Ambiente
del Perú. (2013).
Informe Nacional de la Calidad del Aire.
MINAM.
Montoto T, E Rojo.
(2017). Basuras marinas,
plásticos y microplásticos: orígenes, impactos y consecuencias de una amenaza
global.
Ecologistas en Acción. ISBN: 978-84-946151-9-1.
Omil B. (2007). Gestión de cenizas como fertilizante y enmendante de plantaciones
jóvenes de Pinus radiata [Tesis Doctoral, Universidad de Santiago de
Compostela]. Repositorio Institucional.
Resolución Directoral N°
010-2015-INACAL/DN. (2015).
NTP 331.017 - Unidades de albañilería.
Dirección de Normalización. https://toaz.info/doc-viewer.
Rivera, N. (2019). Sistema de transformación y reutilización de residuos plásticos.
Proyecto de Grado. Universidad El Bosque.
Rojas T. (10 de enero de
2016).
El Colombiano. http://www.elcolombiano.com/especiales/que-hacercon-la-basura/colombia-entierra-millones-de-pesos-por-no-reciclar-FD3410601
Tirado L. (2021). Aprovechamiento de
residuos sólidos plásticos PET para la construcción de una habitación ecológica
en Tacna. Arquitek, (18), 10-18. https://doi.org/10.47796/ra.2020i18.435.
United States
Environmental Protection Agency. (abril
de 2019).
United States Environmental Protection
Agency. https://www.epa.sa.gov.au/files/4771336_guide_waste_definitions.pdf.
Un
85% de pollerías usa carbón de origen prohibido. (17 de marzo de 2019). El Tiempo. El Diario de Piura, p. 1. https://eltiempo.pe/un-85-de-pollerias-usa-carbon-de-origen-prohibido-rv/.