Desarrollo de un Proceso de Innovación Tecnológica para la Producción Industrial de Papel
Lilian Alarcón (Dpto. Ing. Industrial /UNL)
Oscar Quiroga (Dpto. Ing. Industrial /UNL)

Resumen
En este trabajo se presenta la descripción de un procedimiento innovador aplicado a la producción de papel a partir de la utilización de fibras del tallo de la planta de banana. Según el Manual de Oslo de la OCDE la innovación es fundamental para el crecimiento de la producción, como así también de la productividad, y que es un proceso continuo que efectúa cambios en los productos, los procesos, y capta nuevos conocimientos. Con la finalidad de garantizar la innovación del producto (papel) y el proceso (sistema de pulpeo) obtenido se realizó una comparación con las propiedades mecánicas del papel obtenido del residuo orgánico con un papel tipo onda de uso comercial producido en una industria papelera situada en Asunción-Paraguay.
Palabras clave: Producción de papel, proceso de innovación.
	1 Introducción
La innovación es considerada la primera fuerza conductora del progreso y la prosperidad. Consecuentemente, un importante esfuerzo es realizado en el desarrollo de nuevo conocimiento tecnológico, nuevas tecnologías de proceso y nuevos productos. Sin embargo, evidencia proveniente de pequeñas, medianas y grandes empresas muestran que la innovación exitosa no sólo es el resultado de la innovación tecnológica, sino que es altamente dependiente de lo que se denomina gestión de la innovación (Volberda et al., 2013).
Por su parte, se puede decir que la tecnología es el medio por el cual es conducido el conocimiento científico a la solución de problemas concretos de un modo efectivo. La tecnología implica crear competencias y es expresada en entidades tecnológicas que consisten en maquinarias, procedimientos y habilidades (Van Wyk, 2004).
Para adaptarse a los cambios del mercado, las empresas deben invertir en investigación de nuevos procesos, de esa forma son capaces de mejorar su producción en términos de gastos y de productividad, o de producir fácilmente nuevos productos. En el Manual de Oslo se establece que la innovación de proceso implica la utilización de métodos, equipos y/o de unos nuevos conocimientos, o significativamente mejorados (OCDE, 2005). 
Aunque los conceptos de innovación tecnológica (de productos o procesos) y no tecnológica (organizacional y de comercialización) son útiles desde el punto de vista práctico, debido a que los datos relevantes se encuentran disponibles en forma inmediata, no reconocen por completo que las empresas actuales contemporáneas adoptan modos mixtos de innovación. Por un lado, se tienen algunos tipos de innovación que suelen acompañarse dentro de las mismas empresas y se complementan; mientras que otros tipos son independientes o bien, se sustituyen. Algunas actividades de innovación, como la cooperación y las patentes, se relacionan más estrechamente con algunos tipos de innovación que con otros. Un conjunto de actividades o prácticas que tiende a agruparse e implementarse de manera conjunta e integrada dentro de las mismas empresas es denominado “modo de innovación” (OCDE, 2012).
El propósito del presente trabajo consiste en la descripción de un procedimiento innovador consistente en una nueva y mejorada técnica de producción aplicable al proceso productivo en el sector papelero. Por un lado, este procedimiento permite obtener un nuevo producto o innovación tecnológica de producto que contempla las especificaciones técnicas demandadas por el mercado actual. Por el otro, el nuevo método o procedimiento que se propone para la fabricación del papel representa en sí mismo una innovación tecnológica de proceso.
Con esta finalidad, en la Sección 2 se presenta una descripción técnica del proceso innovador, detallando en la  Sección 3 las características técnicas de la innovación tecnológica de proceso y de producto. Luego, en la Sección 4, son descriptos las principales aplicaciones y los potenciales mercados para el nuevo producto. Finalmente, la última  sección aborda sintéticamente las conclusiones del artículo.

	2 Descripción Técnica del Proceso 
La pasta de papel es el producto que resulta de la separación de las fibras de la madera u otros materiales fibrosos y constituye un producto intermedio dentro del proceso global de transformación de las materias primas en papel. Sus propiedades, que incidirán ampliamente en las de los productos finales, papel y cartón, dependen de la fuente de fibras y del proceso de pasteado utilizado, cuyo objetivo principal consiste en la liberación de las fibras por destrucción o debilitación de los enlaces que las mantienen unidas en una estructura bien cohesionada (García y Colom, 1992).
Para la fabricación de pasta de papel se utilizan materiales lignocelulósicos de origen forestal y agrícola. La madera es actualmente el material lignocelulósico más utilizado en la fabricación de la pasta de papel en los países desarrollados. También se pueden utilizar otras plantas como materia prima, entre ellas la paja de cereales diversos como el trigo, el centeno, etc.; el arroz; cañas como el bagazo; tallos leñosos del bambú, lino y cáñamo; y fibras de semillas, hojas y cortezas, como las del algodón, el abacá y el henequén o sisal. El propio papel viejo puede ser reciclado, constituyendo por lo tanto una fuente de materia prima para la obtención de pasta de papel (Almeida y Videira, 1979). Asimismo, este trabajo describe la utilizacion del tallo de la planta de la banana como materia prima para producir la pasta de papel. 
En el proceso de elaboración de la pasta de papel se separan las fibras de celulosa del resto de los componentes de la madera, lignina fundamentalmente. El fundamento principal del proceso es la eliminación de la lignina afectando lo más mínimo posible la pared secundaria de las fibras. El proceso de pasteado u obtención de una suspensión de fibras en agua, consta de varias fases (Marques Silva, 2008):
1) Preparación de la materia prima: son operaciones tales como el lavado de troncos, corte, descortezado y astillado que facilitan el tratamiento posterior. 
2) Obtención de la pasta: se realizan de diversas formas según la calidad que se desea obtener. 
3) Lavado: se realiza para eliminar las sustancias disueltas que acompañan la pasta. 
4) Depuración y acondicionamiento: las fibras se tratan para dejarlas sin sustancias extrañas y con un tamaño y espesor adecuado para procesos posteriores. 
5) Blanqueo: consiste en la eliminación de la lignina residual y componentes coloreados de la pasta.
Particularmente, para la segunda fase indicada previamente para la obtención de la pasta de papel existen diferentes tipos de procesos para la obtención de la misma, dentro de los que se encuentran los métodos químico, mecánico, y químico-mecánicos. Estos métodos una vez aplicados a la materia prima, en este caso el tallo de la planta de la banana, permiten obtener la pasta celulósica, que luego, es transformada en papel.
Para la obtención de la pasta celulósica se debe realizar un procedimiento de separación de componentes (lignina y celulosa) de la materia prima utilizada, que en este caso es la fibra del tallo de la planta de la banana. La lignina es un polímero que actúa como una estructura de cemento en los componentes tales como celulosa, hemi celulosa y otros, de la materia prima vegetal. De esta manera, para lograr la separación de la lignina de la celulosa, se aplica uno de los procesos que fueron mencionados previamente.
En el método químico existen varios procesos, entre los cuales se puede enumerar el denominado proceso químico a la soda, y el proceso Kraft. Las variables de la condición operativa de ambos procesos son: la temperatura, el tiempo, la relación entre el licor y el álcali activo. Con la combinación adecuada de cada variable se libera la lignina de la celulosa para la obtención de la pasta celulósica o las fibras celulósica para la posterior formación de papel (Smook, 1990).
En el método mecánico se liberan las fibras celulósicas mediante la aplicación de energía mecánica a la materia prima vegetal. De esta manera, el papel obtenido mediante este segundo proceso posee propiedades mecánicas bajas, aunque puede lograrse un elevado rendimiento de la pasta (Smook, 1990).
El método químico brinda una mayor propiedad mecánica al producto final, es decir el papel. Sin embrago, con dicho proceso se obtiene un rendimiento menor en comparación a la pasta obtenida mediante el método mecánico.El método químico, ya sea el proceso químico a la soda, o el Kraft, utilizado para la fabricación de papel requiere la combinación de elevadas temperaturas y presión para de esta manera lograr una correcta deslignificación del material lignocelulósico, y así, obtener las pastas celulósicas para la posterior formación de papel (Lagraña, 2011).
La metodología utilizada para lograr el proceso innovador consistió en el desarrollo de un proceso químico, el cual se caracteriza por temperaturas superiores a la de ebullición, pero inferior a la que se aplica en un proceso químico tradicional.
La aplicación del nuevo proceso se realizó inicialmente a escala laboratorio, y posteriormente se implementó en una planta piloto, una vez que se obtuvieron los valores de las condiciones de operación. En dicha oportunidad, se utilizó la variedad denominada Musa s.pde la planta de banana que proviene del Centro de Investigación Hernando Bertoni de la ciudad de Caacupé – Paraguay (Alarcón y Marzocchi ,2015).

	3 Descripción del Producto y Proceso Innovador
El proceso innovador consiste en el mejoramiento del método para la obtención de pastas celulósicas, para el cual se procede a la manipulación de las variables operativas, tales como la temperatura y la carga de reactivos, con el objetivo de lograr una correcta deslignificación, lo cual permite la obtención de pastas y posterior formación de papel que corresponde al producto innovador resultante.

	3.1 Innovación del Proceso
El proceso innovador para la obtención de pastas celulósicas consiste en deslignificar el material lignocelulósico, es decir, una separación de las fibras del tallo de la banana de la lignina, con las temperaturas y presión inferiores a lo establecido en un proceso convencional como se describió anteriormente.
Tabla 1. Comparación de procesos con el proceso químico desarrollador.
Variables operativas	Proceso químico a la soda	Proceso químico Kraft	Proceso químico innovador desarrollado	
Temperatura	175 ºC	176 ºC	145 ºC	
Tiempo	3 – 4 horas	2 horas	45 minutos	
Reactivos químicos	10 – 18 % de NaOH en función al peso seco del material fibroso.	8,6% de NaOH; 27,1% de Na2S y 14,3 % de Na2CO3 con una relación de 10 al 15% en función al peso seco del material fibroso.	5,4 – 10,5 % de NaOH en función al peso seco del material fibroso.	
	Rendimiento: 50%	Rendimiento: 50%	Rendimiento: 52,5%	
Fuente: Alarcón 2013
En la Tabla 1 se realiza una comparación desde el punto de vista del rendimiento de la pasta celulósica obtenida en función al proceso aplicado. Se destaca que en el proceso químico innovador se procedió a la combinación de bajas temperaturas y tiempo de digestión, con el objetivo de alcanzar un mayor rendimiento en comparación al de los restantes procesos que se presentan en el método tradicional. Además, con este proceso se obtuvo una pasta celulósica que puede producir un papel con óptimas propiedades mecánicas, las cuales son muy interesantes para la elaboración de cajas de cartón.
Para lograr este proceso químico innovador se realizaron ensayos en laboratorios y posteriormente en planta piloto. En cada ensayo se efectuaron ajustes en la preparación del material fibroso y en la combinación de los factores del proceso de pulpado: carga alcalina, sulfidez, relación de licor, tiempo y temperatura (Alarcón y Marzocchi,2015).

	3.2 Innovación del Producto 
Una vez obtenida la pasta celulósica se procede a la formación de papel, en unos formadores de hojas estandarizadas utilizados en una industria papelera. El tipo de papel obtenido corresponde a un papel tipo onda, es decir, un papel para corrugar. 
En la Figura 1 se indica la posición del papel tipo onda en un cartón corrugado. Fue clasificado dentro de este tipo de papel, debido a la textura física y a las propiedades mecánicas que el mismo presenta.

Figura 1. Localización de un papel tipo onda en un cartón corrugado. 
Fuente: Asociación de Fabricantes de Envases y Cartón Ondulado.

Finalmente a partir del papelobtenido en este trabajo, se procede a la comparación de las propiedades mecánicas del tipo onda producida por la industria papelera. Dichas propiedades son: la resistencia a la tracción, y la resistencia a la comprensión del papel tipo onda. Estas propiedades son definidas por la industria papelera (Lagraña, 2011).
En la Tabla 2 se presenta la comparación de las  propiedades mecánicas considerando los siguientes aspectos:
•	El papel obtenido con el proceso químico innovador desarrollado.
•	El papel de uso comercial tipo onda de una industria papelera.

Tabla 2. Procesos para la obtención de pastas celulósicas.
Propiedades
mecánicas	Proceso químico innovador	Proceso de la industria papelera	Resultado	
Índice de tensión (N.m/g)	113	40.37	Valor incrementado en el 181% en relación al papel comparado, es relevante en la máquina corrugadora de tal forma a no causar pérdidas por rotura de papel en la máquina de corrugar durante el proceso de corrugado.	
Resistencia a la compresión en el plano (N)	209	123	Valor incrementado en un 70% 27%, el mismo indica la resistencia potencial a la compresión en plano del cartón ondulado que se fabrica a partir de este papel.	
Resistencia a la compresión en el borde (N)	214	158	Valor incrementado en un 35% 67% en relación al papel formado es de suma importancia para las cajas de cartón corrugado esta propiedad para el apilamiento de cajas.	
Fuente: Alarcón y Marzocchi (2015)
Se destaca que el producto innovador correspondiente es obtenido a partir de las fibras del tallo de banana, y presenta propiedades óptimas que pueden ser utilizadas en una industria corrugadora.

	4 Aplicaciones y Mercados Potenciales para el Producto y el Proceso Innovador
La principal aplicación de este tipo de papel obtenido con las propiedades mecánicas presentadas en la Tabla 2, corresponde a uno del tipo onda, los cuales son muy utilizadas en la industria corrugadora, las fabricantes de cajas de cartón, entre otras.
En cuanto al proceso innovador, el principal mercado se enfoca principalmente en la industria papelera, dedicada a producir diversos tipos de papeles para abastecer principalmente a empresas corrugadoras. El proceso químico innovador se desataca principalmente por la demanda mínima en las variables operativas en comparación a las variables de los procesos aplicados actualmente.

4.1 Estimación de costos 
Se realizó una estimación de los costos para la obtención de un kilogramo de papel a partir del método innovador propuesto en función a la materia prima elegida, es decir las fibras del tallo de la banana. Posteriormente, a estos valores de costo se lo comparó con el precio final de un papel comercial del tipo onda producido por una industria papelera, con características similares al del papel obtenido en el presente trabajo.

A continuación son destacadas dos conclusiones a partir de la comparación realizada (Alarcón, 2013):
1) Para obtener 1 kilogramo de papel con las especificaciones técnicas requeridas por el mercado, se incurre a un 55% de costos para la obtención de papel con el método innovador desarrollado.
2) Es decir, se reduce un 45% los costos con el método innovador desarrollado en comparación al papel tipo onda que es fabricado por una industria papelera.

5 Conclusiones
La manipulación de variables de condiciones operativas, tales como el tiempo, la temperatura, la presión, desencadenó en un proceso innovador para la obtención de una pasta celulósica. El mismo presentó en los estudios realizados en laboratorio y planta piloto un rendimiento de la pasta celulósica en un 52,5%, valor superior al rendimiento proveniente de un proceso químico a la soda o Kraft, ambos corresponden a un 50%.
Asimismo, se fabricó un tipo de papel con propiedades altamente valoradas por las industrias papeleras. Además, las propiedades mecánicas que se obtuvieron son satisfactorias para ser utilizadas en las industrias corrugadoras. 
Los costos del proceso y el producto innovador son altamente ventajosos en comparación a los costos de un proceso actual para la obtención del producto final.

Referencias Bibliográficas
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