mejoramiento de uso alternativo de lodos en planta de tratamienco cmpc_2014
Post on 28-Sep-2015
220 Views
Preview:
DESCRIPTION
TRANSCRIPT
-
0
Proyecto constituido por un equipo
de trabajo del IX semestre de la
carrera Ingeniera Civil Mecnica de
la Universidad Austral de Chile, el
cual tiene como propsito dar
soluciones medioambientales para
contribuir a un desarrollo sustentable
y a su vez poder entregar un anlisis
de inversin aplicando indicadores
econmicos que mejor se
acomoden al tema.
Mejoramiento de uso
alternativo de lodos de
planta de tratamiento
Compaa Manufacturera
de Papeles y Cartones
Integrantes:
Patricio Alejandro Antilef Baeza
Manuel Jess Araya Barrera
Boris Enrique Arismendi lvarez
Flaminio Ivn Becerra Daz
Profesores:
Sr. Cristbal Crdenas Agero
Sr. Luis Crdenas Gmez
Fecha:
1 de Julio del 2014
Facultad de Ciencias de la Ingeniera
Instituto de Diseo y Mtodos Industriales
-
1
1. NDICE
1.1. ndice general
1. NDICE ............................................................................................................................................. 1
1.1. NDICE GENERAL ................................................................................................................................ 1
1.2. NDICE DE FIGURAS ............................................................................................................................. 4
1.3. NDICE DE TABLAS ............................................................................................................................... 5
2. INTRODUCCIN ............................................................................................................................. 8
3. PROBLEMA Y OBJETIVOS ............................................................................................................. 10
3.1. PROBLEMA ...................................................................................................................................... 10
3.2. DEFINICIN DEL PROBLEMA .............................................................................................................. 10
3.3. OBJETIVOS ....................................................................................................................................... 11
3.3.1. Objetivo General .......................................................................................................... 11
3.3.2. Objetivos Especficos .................................................................................................... 11
3.4. FRONTERAS DEL PROYECTO ............................................................................................................... 12
3.5. ALCANCES DEL PROYECTO ............................................................................................................... 12
4. PLANIFICACIN ........................................................................................................................... 12
5. DEFINICIN DEL PRODUCTO ....................................................................................................... 15
5.1. IDENTIFICACIN DE LOS CLIENTES ...................................................................................................... 15
5.2. REQUERIMIENTOS.............................................................................................................................. 16
5.3. IDENTIFICAR Y EVALUAR LA COMPETENCIA ......................................................................................... 16
5.4. ESPECIFICACIONES DE INGENIERA ..................................................................................................... 16
5.5. RELACIONAR REQUERIMIENTOS INGENIERILES CON LAS ESPECIFICACIONES. .......................................... 18
5.6. ESTABLECER LA IMPORTANCIA Y LOS OBJETIVOS DE ESPECIFICACIONES DE INGENIERA. ......................... 19
5.7. IDENTIFICAR LAS RELACIONES ENTRE LAS ESPECIFICACIONES DE INGENIERA .......................................... 19
5.8. MATRIZ QFD ................................................................................................................................... 19
6. DISEO CONCEPTUAL ................................................................................................................. 21
6.1. ANLISIS FUNCIONAL ........................................................................................................................ 21
6.2. GENERACIN DE CONCEPTOS .......................................................................................................... 21
6.2.1. Elaboracin de paneles prefabricados para la construccin ............................... 22
6.2.2. Fabricacin de cemento ............................................................................................. 22
6.2.3. Mejoramiento de suelos degradados ........................................................................ 23
6.2.4. Combustible para la caldera ...................................................................................... 24
6.3. SITUACIN ACTUAL .......................................................................................................................... 25
6.4. ELECCIN DE CONCEPTO ................................................................................................................. 25
7. DESARROLLO DE LA SOLUCIN .................................................................................................. 27
7.1. DESCRIPCIN DE LA SOLUCIN ........................................................................................................ 27
7.2. CARACTERSTICAS PRINCIPALES DEL LODO......................................................................................... 28
7.3. RESULTADOS EXPERIMENTALES ........................................................................................................... 29
7.3.1. Clculo del contenido de humedad del lodo ......................................................... 29
-
2
7.4. CLCULO PODER CALORFICO DEL CHIP ........................................................................................... 32
7.5. CALCULO PODER CALORFICO DEL LODO ......................................................................................... 33
7.6. DESHIDRATACIN DE LODO .............................................................................................................. 34
7.6.1. Principales tipos de deshidratacin ........................................................................... 34 7.6.1.1. Deshidratacin por lechos de secado ................................................................................... 35 7.6.1.2. Deshidratacin por filtrado de presin ................................................................................... 35 7.6.1.3. Deshidratacin por filtrado al vaco........................................................................................ 36 7.6.1.4. Deshidratacin por centrifugado ............................................................................................ 36
7.6.2. Seleccin de Prensa Tornillo ........................................................................................ 37 7.6.2.1. Flujo actual, flujo proyectado y flujo de entrada de lodo .................................................. 37 7.6.2.2. Empresa proveedora ................................................................................................................. 38 7.6.2.3. Caractersticas generales deshidratado X-TRA-DRY de AKUPRESS BX ........................... 39 7.6.2.4. Caractersticas tcnicas del tornillo ....................................................................................... 39 7.6.2.5. Prototipo final del tornillo AKUPRESS BX 400 LS - H ................................................................. 41 7.6.2.6. Capacidad del sistema elctrico. ........................................................................................... 42
7.7. TRANSPORTE Y ACOPIO DEL LODO..................................................................................................... 43
7.8. CARACTERSTICAS TCNICAS DE LA PRENSA DE TORNILLO ACTUAL ....................................................... 44
7.9. CARACTERSTICAS TCNICAS DE LAS CALDERAS.................................................................................. 45
7.10. MEZCLA DE COMBUSTIBLES ............................................................................................................. 46
7.10.1. Calor suministrado a la red ........................................................................................ 46
7.10.2. Rendimiento til ........................................................................................................... 47
7.10.3. Poder calorfico de la mezcla ................................................................................... 48
7.10.4. Consumo de combustible de la mezcla ................................................................. 49
7.11. PROCEDIMIENTO USADO EN LA MEZCLA DE COMBUSTIBLE ................................................................. 50
8. EVALUACIN ECONMICA DE LA SOLUCIN. ........................................................................ 52
8.1. VARIABLES A CONSIDERAR PARA LA EVALUACIN .............................................................................. 52
8.1.2. Tasa de impuesto a la utilidad .................................................................................... 52
8.1.3. La inflacin ..................................................................................................................... 53
8.1.4. Tasa costo capital ......................................................................................................... 53 8.1.4.1. Clculo de la rentabilidad esperada por el mercado E(Rm) ............................................. 54 8.1.4.2. Clculo de la tasa libre de riesgo (Rf) ..................................................................................... 55 8.1.4.3. Clculo del beta (i) .................................................................................................................. 55 8.1.4.4. Obtencin del / ................................................................................................................... 56 8.1.4.5. Obtencin de D, P. ..................................................................................................................... 56
8.1.5. Horizonte de evaluacin .............................................................................................. 57
8.1.6. Depreciacin de equipos ............................................................................................ 57 8.1.6.1 Mtodo de la lnea recta (LR) ................................................................................................... 58 8.1.6.2 Depreciacin de la prensa tornillo actual. ............................................................................. 59 8.1.6.3 Depreciacin de la prensa tornillo proyectada. ................................................................... 59
8.2. ESTUDIO DE MERCADO ..................................................................................................................... 60
8.2.1. Antecedentes de Cartulinas CMPC S.A .................................................................... 60 8.2.1.1. Plantas. .......................................................................................................................................... 60
8.2.1.1.1. Planta Valdivia ..................................................................................................................... 61 8.2.1.1.2. Planta Maule ....................................................................................................................... 61
8.2.1.2. Productos...................................................................................................................................... 62 8.2.1.3. Produccin. .................................................................................................................................. 64 8.2.1.4. Informacin financiera de Cartulinas CMPC S.A .................................................................. 64
-
3
8.2.2. Mercado proveedor ..................................................................................................... 64 8.2.2.1. Identificacin de principales insumos en el proceso productivo de CMPC S.A. ........... 64 8.2.2.2. Identificacin de proveedores y su ubicacin geogrfica. ............................................... 64
8.2.3. Mercado del proyecto (Consumidores) .................................................................... 65
8.2.4. Ingresos por beneficios del proyecto ......................................................................... 65
8.2.5. Ingreso por venta de activos (Prensa de tonillo) ...................................................... 65
8.3. COSTOS TOTALES ............................................................................................................................. 66
8.3.1. Situacin sin proyecto .................................................................................................. 66 8.3.1.1. Costos mantenimiento sin proyecto ....................................................................................... 66 8.3.1.2. Costos asociados a repuestos sin proyecto........................................................................... 68 8.3.1.3. Costos asociados al retiro de lodos (sin proyecto)............................................................... 69 8.3.1.4. Costo del transporte de lodo al interior de la empresa ...................................................... 70 8.3.1.5. Costo asociado a la mezcla de combustible (Lodo-Chip) sin proyecto ......................... 70 8.3.1.6. Costo Chip sin proyecto ............................................................................................................ 70 8.3.1.7. Costos energa sin proyecto ..................................................................................................... 71
8.3.2. Situacin proyectada .................................................................................................. 72 8.3.2.1. Costos mantenimiento con proyecto ..................................................................................... 72 8.3.2.2. Costos asociados a repuestos (Con proyecto) .................................................................... 72 8.3.2.3. Costos en transporte de lodos (Con proyecto) .................................................................... 73 8.3.2.4. Costo asociado a la mezcla de combustible (Lodo-Chip) ................................................ 73 8.3.2.5. Costo Chip Situacin (Con Proyecto) ..................................................................................... 73 8.3.2.6. Costos energa con proyecto................................................................................................... 75 8.3.2.7. Costos tornillo AKUPRESS BX 400 LS H .................................................................................... 75
8.4. EVALUACIN ................................................................................................................................... 76
8.4.1. Valor de desecho ......................................................................................................... 76
8.4.2. Tipologa del proyecto ................................................................................................. 76
8.4.3. Criterios de evaluacin ................................................................................................ 76
8.4.4. Flujo de caja .................................................................................................................. 76
8.4.5. Anlisis de sensibilidad ................................................................................................. 77
8.4.6. Simulacin ...................................................................................................................... 78 8.4.6.1. Definicin de suposiciones y previsiones. ............................................................................... 78 8.4.6.2. Resultado suposiciones. ............................................................................................................. 79 8.4.6.3. Resultado de la sensibilidad de las suposiciones. ................................................................. 81
9. EVALUACIN AMBIENTAL DE LA SOLUCIN. ............................................................................ 83
9.1. DESCRIPCIN DE LA ALTERNATIVA DESDE EL PUNTO DE VISTA AMBIENTAL. ............................................. 83
9.2. BENEFICIOS DEL PROYECTO. .............................................................................................................. 83
9.3. DESVENTAJAS DE LA DISPOSICIN DE LODOS EN VERTEROS. ................................................................ 84
9.4. EMISIONES DE PARTCULAS AL AIRE. ................................................................................................... 85
9.5. PRINCIPALES EMISIONES, DESCARGAS Y RESIDUOS DEL PROYECTO. ...................................................... 86
9.6. TIPOLOGA DEL PROYECTO. ............................................................................................................... 87
9.7. CONSULTA DE PERTINENCIA DE INGRESO AL SEIA ............................................................................... 87
10. CONSIDERACIONES TICAS DEL PROYECTO ........................................................................... 88
10.1. NORMAS GENERALES ..................................................................................................................... 88
10.2. EJERCICIO PROFESIONAL ................................................................................................................ 89
10.3. RELACIONES ENTRE PROFESIONALES ................................................................................................. 90
10.4. RELACIONES CON LOS MANDANTES ................................................................................................ 90
-
4
10.5. RELACIONES CON LA COMUNIDAD ................................................................................................. 91
10.6. RELACIONES CON EL COLEGIO ....................................................................................................... 91
11. SOPORTE DEL PRODUCTO .......................................................................................................... 92
11.1. SEGURIDAD EN EL PROYECTO .......................................................................................................... 92
11.1.1. Seguridad General .................................................................................................... 92
11.1.2. Seguridad Operacin Prensa Tornillo ....................................................................... 94
11.2. ESPECIFICACIONES TCNICAS Y PLANOS .......................................................................................... 95
11.3. OBSERVACIONES ........................................................................................................................... 95
12. CONCLUSIONES ......................................................................................................................... 96
12.1. CONCLUSIONES DE INGENIERA ....................................................................................................... 96
12.2. CONCLUSIONES ECONMICAS ....................................................................................................... 98
13.3. CONCLUSIONES AMBIENTALES ........................................................................................................ 99
13. BIBLIOGRAFA ............................................................................................................................ 99
14. ANEXOS .................................................................................................................................... 102
14.1. MINUTAS SEMANALES A LA FECHA ................................................................................................. 102
14.1.1. Semana del 24 de Marzo ........................................................................................ 102
14.1.2. Semana del 31 de Marzo ......................................................................................... 102
14.1.3. Semana del 7 de Abril .............................................................................................. 103
14.1.4. Semana del 14 de Abril ............................................................................................ 104
14.1.5. Semana del 21 de Abril ............................................................................................ 105
14.1.6. Semana del 28 de Abril ............................................................................................ 106
14.1.7. Semana del 5 de Mayo ........................................................................................... 107
14.1.8. Semana del 12 de Mayo ......................................................................................... 108
14.1.9. Semana del 19 de Mayo ......................................................................................... 109
14.1.10. Semana del 26 de Mayo ....................................................................................... 110
14.1.11. Semana del 2 de Junio .......................................................................................... 111
14.1.12. Semana del 9 de Junio .......................................................................................... 112
14.1.13. Semana del 16 de Junio ........................................................................................ 113
14.1.14. Semana del 23 de Junio ........................................................................................ 114
14.1.15. Semana del 30 de Junio ........................................................................................ 115
14.2. RBOL DE OBJETIVOS ................................................................................................................... 116
14.3. DATOS TCNICOS TORNILLO PRENSA AKUPRESS BX 400 LS H .................................................... 117
14.4. CONSULTA DE PERTINENCIA .......................................................................................................... 121
1.2. ndice de figuras
Figura 1. Diagrama Causa Efecto. Fuente propia. .................................................... 11
Figura 2: Carta Gantt Recursos. .................................................................................... 13
Figura 3. Carta Gantt Plan de seguimiento. (Continuacin). .................................. 14
Figura 4. Matriz QFD. .......................................................................................................... 20
Figura 5: Top-Level de la funcin. .................................................................................... 21
Figura 6. Panel prefabricado. .......................................................................................... 22
-
5
Figura 7. Bloques de hormign......................................................................................... 23
Figura 8. Lodo como abono de suelos. .......................................................................... 24
Figura 9. Lodo como combustible. .................................................................................. 24
Figura 10: Diagrama del proceso. ................................................................................... 28
Figura 11. Muestra de lodo planta de tratamiento CMPC. ......................................... 29
Figura 12. Muestra de lodo en vaso precipitado. ......................................................... 30
Figura 13. Masa de lodo previo ha secado. .................................................................. 30
Figura 14. Disposicin de la muestra en horno de secado. ........................................ 30
Figura 15: Lecho de secado de arena. .......................................................................... 35
Figura 16: Funcionamiento prensa Tornillo. .................................................................... 36
Figura 17: Filtrado al vaco. ............................................................................................... 36
Figura 18: Centrifuga de operacin horizontal. ............................................................ 37
Figura 19. Dimensiones generales tornillo prensa AKUPRESS BX 400 LS H. ............... 40
Figura 20. Prototipo final del tornillo AKUPRESS BX 400 LS H. ...................................... 41
Figura 21. Caractersticas y componentes principales del tornillo AKUPRESS BX 400
LS - H. .................................................................................................................................... 42
Figura 22. Trayecto de lodos generados en planta de tratamiento hasta
disposicin en calderas como biomasa. ....................................................................... 43
Figura 23. Secuencia de transporte y acopio del lodo. .............................................. 44
Figura 24. Vista area Planta Valdivia. Fuente: (Cartulinas CMPC, 2014) ................. 61
Figura 25.Vista rea Planta Maule. Fuente: (Cartulinas CMPC, 2014). ...................... 61
Figura 26. CMPC Graphics GC1. Fuente: (Cartulinas CMPC., 2009). ......................... 62
Figura 27. CMPC Maule GC2. Fuente: (Cartulinas CMPC, 2009). ............................... 63
Figura 28. CMPC RC. Fuente: (Cartulinas CMPC, 2009). .............................................. 63
Figura 29. Especificaciones del motor (tornillo prensa actual). .................................. 71
Figura 30. Suposicin VAN sin proyecto. ......................................................................... 79
Figura 31. Suposicin VAN con proyecto. ...................................................................... 80
Figura 32. Suposicin Diferencia ...................................................................................... 80
Figura 33. Sensibilidad de VAN sin proyecto. ................................................................. 81
Figura 34. Sensibilidad VAN con proyecto. .................................................................... 81
Figura 35. Sensibilidad Diferencia. ................................................................................... 82
Figura 36. rbol de objetivos. ......................................................................................... 116
Figura 37. Datos tcnicos tornillo AKUPRESS BX 400 LS H (Parte 1). ........................ 117
Figura 38. Datos tcnicos tornillo AKUPRESS BX 400 LS H (Parte 2). ........................ 118
Figura 39. Datos tcnicos tornillo AKUPRESS BX 400 LS H (Parte 3). ........................ 119
Figura 40. Datos tcnicos tornillo AKUPRESS BX 400 LS H (Parte 4). ........................ 120
Figura 41: Esquema de emplazamiento CMPC, Valdivia. ......................................... 126
1.3. ndice de tablas
-
6
Tabla 1. Cliente(es). ........................................................................................................... 15
Tabla 2. Requerimientos .................................................................................................... 16
Tabla 3. Especificaciones de ingeniera y su sentido.................................................... 18
Tabla 4. Relacin Requerimiento Especificacin ................................................... 18
Tabla 5: Matriz de Pugh. .................................................................................................... 26
Tabla 6. Peso inicial y final de la muestra. ...................................................................... 31
Tabla 7. Humedad de lodos medida en CMPC............................................................ 32
Tabla 8. Valores tpicos de poder calorfico de maderas. ........................................... 33
Tabla 9. Resultados poder calorfico y cenizas. Fuente: (Colomer Mendoza,
Gallardo Izquierdo, Robles Martinez, Bovea, & Herrera Prats, 2011). ......................... 34
Tabla 10. Rendimiento y sequedad final del lodo. ....................................................... 40
Tabla 11. Caractersticas mecnicas de tornillo prensa proyectado. ....................... 41
Tabla 12: Caractersticas de los motores (Prensa de tornillo) ...................................... 42
Tabla 13. Especificaciones generales del tornillo actual SP - 45SL. ............................ 44
Tabla 14: Datos tcnicos de las calderas. ...................................................................... 45
Tabla 15: Granulometra. .................................................................................................. 45
Tabla 16: Datos de inters................................................................................................. 51
Tabla 17. Rentabilidad mensual IGPA. Fuente: (Investing, 2014) ................................ 54
Tabla 18. Inters mensual BCU 10 aos. Fuente: (Banco Central de Chile, 2014).... 55
Tabla 19. Informacin financiera CMPC. Fuente: (CMPC, 2014). ............................... 57
Tabla 20. Depreciacin y valor libro del activo tornillo prensa nueva. ..................... 59
Tabla 21. Caractersticas mquina papelera Planta Valdivia. Fuente: (Cartulinas
CMPC, 2014) ....................................................................................................................... 61
Tabla 22. Caractersticas mquina papelera Planta Maule. Fuente: (Cartulinas
CMPC, 2014). ...................................................................................................................... 62
Tabla 23. Estado financieros Cartulinas CMPC. Fuente: (CMPC, 2014). .................... 64
Tabla 24. Frecuencia de inspecciones de tornillo prensa actual. .............................. 66
Tabla 25. Horas destinadas para mantenimiento. ........................................................ 68
Tabla 26. Costos por mantencin tornillo prensa actual. ............................................ 68
Tabla 27: Costos asociados al retiro de lodos. .............................................................. 69
Tabla 28. Relacin toneladas de chip con metros cbicos estreo de combustible.
.............................................................................................................................................. 70
Tabla 29. Costos expresados en dlares y pesos chilenos por hora. ......................... 71
Tabla 30. Costo anual de chip situacin actual. .......................................................... 71
Tabla 31. Costos energa sin proyecto. ........................................................................... 72
Tabla 32. Relacin tonelada de chip con metro cubculo estreo de combustible.
.............................................................................................................................................. 74
Tabla 33. Costos expresados en dlares y pesos chilenos por hora. ......................... 74
Tabla 34: Costo de chip anual (2 Calderas). ................................................................. 74
Tabla 35. Costo anual situacin con proyecto. ............................................................ 74
Tabla 36. Costos energa con proyecto. ........................................................................ 75
Tabla 37. Costos prensa tornillo AKUPRESS BX 400 LS H. ............................................. 75
-
7
Tabla 38. Resumen de flujos de caja. ............................................................................. 77
Tabla 39. Escenarios anlisis de sensibilidad. ................................................................. 77
Tabla 40. Resultados anlisis de sensibilidad. ................................................................ 78
Tabla 41. Suposiciones y distribuciones........................................................................... 78
Tabla 42. Suposiciones con distribucin triangular ....................................................... 79
Tabla 43. Suposiciones con distribucin logartmica. ................................................... 79
Tabla 45: Valores lmites de emisiones en las calderas. ............................................... 86
Tabla 46: Emisiones, descargas y residuos del proyecto. ............................................ 87
Tabla 47: Modificaciones. ............................................................................................... 123
Tabla 48: Principales emisiones, descargas y residuos. .............................................. 124
Tabla 49: Coordenadas geogrficas UTM. .................................................................. 125
Tabla 50: Valores lmites de emisiones de la caldera. ................................................ 127
-
8
2. INTRODUCCIN
El desarrollo industrial lleva asociado la generacin de grandes volmenes
de subproductos y residuos industriales que, en muchos casos, terminan en los
vertederos, perdiendo su potencial como materias primas en otros sectores
industriales.
Hoy en da la industria papelera genera residuos que se caracterizan por
poseer caractersticas fisicoqumicas especiales y una cantidad relativamente alta
de materia orgnica, que los dota de grandes posibilidades para el reciclaje y la
valorizacin. Actualmente el vertedero sigue siendo uno de los destinos principales
para la disposicin de estos residuos en muchos, pero este destino no maximiza las
posibilidades de estos recursos, sino que aumenta su impacto sobre el medio
ambiente, por lo que debe ser un objetivo tanto de las autoridades como de la
industria, fomentar y potenciar el reciclaje y valorizacin de estos residuos.
La planta Cartulinas CMPC, ubicada en Valdivia, no est exenta de lo
expuesto anteriormente, es por ello que se busca en el desarrollo de este informe,
dar un aprovechamiento til a los lodos generados de la planta de tratamiento de
RILes. Este subproducto puede tener usos tanto externos como internos.
Es aqu donde se define un concepto clave Valorizacin, refirindose a
todo procedimiento que permita el aprovechamiento de los recursos contenidos
en los residuos generados, sin que se ponga en peligro la salud humana y sin que
se utilicen mtodos que pueda causar perjuicios para el medio ambiente.
Tomando como base un manejo de residuos slidos queda incluido en el
concepto de valorizacin el reciclaje de residuos, el aprovechamiento energtico
de los mismos y cualquier otro tratamiento que bajo las condiciones establecidas,
consiga aprovechar los recursos contenidos en los residuos, de tal manera que stos
cumplan una funcin til, lo que va de acuerdo a los mtodos y criterios ingenieriles
realizados en el informe.
El desarrollo del proyecto tuvo como objetivo apuntar a un desarrollo
sustentable en donde se utilizaron todas las herramientas y medios disponibles para
entregar una solucin medioambientalmente responsable, ajustndose a las
normativas vigentes, tambin se entrega una solucin econmicamente viable
haciendo nfasis a la comparacin de los dos escenarios propuestos con proyecto
y sin proyecto, en donde se ve ampliamente favorecido la realizacin del
proyecto y finalmente procurar el bienestar de toda la comunidad, teniendo en
cuenta las consecuencias sociales de ejecutar el proyecto.
De acuerdo a lo anterior, el presente documento expone el proyecto
Mejoramiento de uso alternativo de lodo de planta de tratamiento CMPC
-
9
Valdivia, el cual ser desarrollado bajo las exigencias del mdulo Evaluacin de
proyectos de inversin, DMIP201, del IX Semestre de la carrera Ingeniera Civil
Mecnica de la Universidad Austral de Chile.
-
10
3. PROBLEMA Y OBJETIVOS
3.1. Problema
La empresa CMPC S.A. de Valdivia se dedica desde 1959 a la fabricacin y
comercializacin de cartulinas. Una de las caractersticas estratgicas de la planta
es poder ofrecer a sus clientes diferentes productos especializados de acuerdo a
las necesidades particulares de estos.
Durante la produccin de cartones en la planta, se generan una tasa de 27
ton/da de lodos con un 60% humedad en base total, estos residuos son tratados
mediante un manejo adecuado, por ello es indispensable para la empresa contar
con una solucin la cual permita el aprovechamiento del lodo.
La solucin ha de ser abordada tomando en cuenta las normas
medioambientales vigentes, evaluando y seleccionando la solucin que mejor se
adapte, tomando como criterio principal una evaluacin econmica segn sea el
caso.
3.2. Definicin del problema
Para la identificacin del problema, se opt por desarrollar un diagrama
Causa Efecto, este permite apreciar con claridad las relaciones entre el
problema y las posibles causas que pueden estar contribuyendo a que este ocurra,
en la Figura 1, se aprecia el diagrama descrito.
Carecimiento del aprovechamiento til de los
lodos generados en el proceso
Variabilidad tasa de generacin de lodo
Demasiada Humedad
Proporcin de lodo respecto al agua total tratada
Desconocimiento del poder calorfico del lodo
Constante visita de
autoridades
medioambientales y
sanitarias
Dependecia de utilizacin
de agua del rio
Uso de
vertedero
Filtracin
Alto nivel de contaminacin
Deficiente priorizacin
en utilidad de lodos
Sistema automtico de control del agua
Poca investigacin
sobre un sistema de
secado
Caldera con aceptabilidad de
humedad mxima de 40%
-
11
Figura 1. Diagrama Causa Efecto. Fuente propia.
Finalmente se puede concluir del problema el cual queda resumido en lo
siguiente: Se carece de un aprovechamiento til de lodos generados en el
tratamiento de RILes.
3.3. Objetivos
Para la identificacin de los objetivos, se opt por desarrollar el mtodo de
anlisis de objetivos, el cual utiliza principios metodolgicos de lgica causal. La
lgica causal para el anlisis de los objetivos se convierte en una lgica medios-
fines, la cual se basa en encontrar la situacin deseada, representada por el
objetivo general, posteriormente se identifican los medios para conseguir la
situacin deseada, y finalmente se proponen los efectos de la situacin deseada
que en otras palabras seran los beneficios de la situacin deseada.
En el ANEXO 8.2 Figura 36, se aprecia el rbol de objetivos generado.
3.3.1. Objetivo General
Proponer un sistema y/o estrategia que sea capaz de utilizar de forma
eficiente el lodo generado en la planta de tratamiento de RILes, CMPC.
3.3.2. Objetivos Especficos
Identificar a los clientes involucrados y sus necesidades para llevar a cabo
una solucin adecuada.
Aplicar un estudio medioambiental a la alternativa seleccionada a partir de
lo sealado en la ley 20147.
Evaluar econmicamente las alternativas de la solucin seleccionada,
utilizando criterios econmicos y variables ms sensibles que mejor se
adapten a la solucin.
Generar y evaluar conceptualmente mltiples alternativas de solucin.
Evaluar la alternativa actual medioambiental y econmicamente.
Entregar documentacin que contenga la informacin correspondiente.
-
12
3.4. Fronteras del proyecto
El proyecto se caracteriza en entregar un sistema y/o estrategia a partir del
lodo generado en la planta de tratamiento de RILes, de acuerdo a las limitaciones
del tipo medioambiental y econmica.
El proyecto abarca desde que se obtiene el lodo (con 90% de humedad en
base hmeda), previo a su proceso de deshidratacin hasta que este se utilice de
manera til ya sea interna o externamente de la empresa.
El equipo de trabajo no contempla la ejecucin del proyecto, sin embargo
debe entregar una solucin que ser evaluada por los clientes.
3.5. Alcances del proyecto
El proyecto va dirigido para la empresa CMPC S.A. de cartulinas en Valdivia,
para satisfacer las necesidades de los clientes respecto al aprovechamiento til del
lodo generado.
4. PLANIFICACIN
El desarrollo del proyecto es realizado mediante una planificacin previa,
con la cual es posible definir las distintas actividades a realizar, distribuyendo los
recursos de personal y tiempo que requiere el proyecto.
La herramienta que utiliza el equipo de trabajo para cumplir con esta etapa
es la Carta Gantt, la cual es presentada en la Figura 2.
-
13
Figura 2: Carta Gantt Recursos.
-
14
Figura 3. Carta Gantt Plan de seguimiento. (Continuacin).
-
15
5. DEFINICIN DEL PRODUCTO
El mtodo de la matriz QFD es un mtodo de estructuracin de los desarrollos
necesarios para crear o modificar un producto y/o servicio, con el propsito de
orientar todos los recursos hacia la satisfaccin de las necesidades de los clientes.
Por ello entender el problema y crear las bases para la solucin de este es
fundamental para un diseo de calidad, y consiste en transcribir los requerimientos
de los mandantes y llevarlos a una descripcin tcnica de lo que se debe disear,
es decir Escuchar la voz de los clientes.
El autor (Ullman, 2010, pg. 143), dice lo siguiente: Entender el problema de
diseo es una base esencial para un producto de calidad
Sus funciones son las siguientes:
1. Escuchar la voz de los clientes.
2. Desarrollar las especificaciones y objetivos para el producto.
3. Encontrar como las especificaciones miden los deseos de los clientes.
4. Medir que tan bien las competencias satisfacen el objetivo del proyecto.
5. Desarrollar tareas numricas hacia las cuales trabajar.
5.1. Identificacin de los clientes
Los consumidores a travs de los tiempos exigen cada vez mayor calidad en
los productos y servicios adems de precios razonables, aadiendo que la calidad
es la suma de los valores agregados que se incorporan al servicio y/o producto a
lo largo del proceso. En consecuencia es de suma importancia identificar a las
personas que acten directa o indirectamente con el producto y que pueden
exigir requerimientos de este.
En la Tabla 1, se puede apreciar la persona identificada como el nico
cliente del proyecto:
Nombre del mandante Ttulo Cargo
Sr. Juan Carlos Gutirrez Ingeniero civil Mecnico Ingeniero de Procesos Tabla 1. Cliente(es).
Como se aprecia, el Sr. Juan Carlos Gutirrez, es el nico mandante
identificado.
-
16
Actualmente el lodo es enviado a un vertedero a cargo de una empresa
externa llamada INVERSIONES TRESOL Ltda. por ello los trabajadores de esta
empresa no representan alguna funcin significativa en la solucin.
Otra persona involucrada en la solucin es el Gerente de planta, sin
embargo debido a sus funciones, le designo la misin al Sr. Juan Carlos Gutirrez.
5.2. Requerimientos
Con el propsito de saber que se va a disear, es fundamental conocer los
requerimientos o necesidades de los mandantes. Este punto a veces resulta ser el
ms difcil de lograr, sin embargo el autor (Ullman, 2010), presenta diversas maneras
de extraer los requerimientos como por ejemplo: Entrevistas, encuestas, etc.
Se confecciono un listado de preguntas, las cuales fueron realizadas al
Cliente, con ello el equipo de trabajo logr identificar 6 requerimientos presentados
en la Tabla 2, a continuacin:
Requerimientos del Cliente
Adaptable al aumento de la produccin
Retornar la inversin realizada
Asegurar el cumplimiento de las normas medioambientales
Mejorar la concentracin de Lodo
Minimizar el espacio fsico a utilizar
Garantizar la seguridad de los operarios Tabla 2. Requerimientos
Una vez identificados los requerimientos se debe determinar el grado de
importancia de estos. Por ello se gener un factor de ponderacin que va de 0 a
100, en donde cada cliente debe repartir 100 puntos entre los requerimientos
presentados segn sea la importancia que considere el mismo.
5.3. Identificar y evaluar la competencia
Es importante identificar lo que actualmente est cumpliendo con la funcin
de retirar los lodos, por ello se debe realizar el estudio de la competencia para as
poder evaluar y desarrollar de mejor manera la solucin que se entregar.
Actualmente los Lodos son enviados a un vertedero autorizado por una
empresa externa llamada INVERSIONES TRESOL Ltda..
5.4. Especificaciones de Ingeniera
-
17
Las especificaciones de ingeniera consisten en transcribir al lenguaje del
ingeniero las necesidades de los clientes, es decir un lenguaje medible. Estas
trascripciones deben ser de parmetros ingenieriles que describan los
requerimientos y necesidades de los mandantes, con el propsito de fijar metas
que sern desarrolladas en pasos posteriores.
Es importante que cada especificacin debe ser medible, por lo tanto debe
poseer una unidad de medida y debe ser fijado un mtodo de cuantificacin.
Si la unidad de un parmetro de ingeniera no es encontrado, el parmetro
no es medible y debe ser renombrado (Ullman, 2010, pg. 159).
Adems a cada especificacin se le asigna un sentido, el cual indica si el
parmetro es entre ms es mejor representado por (), y entre menos es mejor
representado por (). Si el parmetro debe mantenerse (ser Constante o exacto),
se debe identificar el valor.
El equipo de trabajo logro crear 13 especificaciones de ingeniera, en la
Tabla 3, se aprecian.
Especificaciones Ingenieriles Unidad de medida Sentido
Cantidad de lodo utilizable Toneladas/da
Tiempo de recuperacin de la
inversin Aos
Cantidad de infracciones
medioambientales de acuerdo
a metas internas
Nmero
Humedad contenida en el Lodo %
Largo de terreno a utilizar
Metros
Ancho de terreno a utilizar
Metros
Alto de espacio a utilizar
Metros
Puntos del articulo N10 de la
ley 20473 relacionados con la
solucin
Nmero
-
18
Cantidad aceptable de Lodo a
tratar segn la RCA Toneladas/da CTE
Operadores del proceso
Nmero
Tiempo desde ltimo accidente Das
Efectos del articulo N11 de la
ley 20473 relacionados con la
solucin
Nmero
Tasa de retorno esperada
%
Tabla 3. Especificaciones de ingeniera y su sentido.
5.5. Relacionar requerimientos ingenieriles con las especificaciones.
Para esta etapa se debe evaluar la relacin que existe entre los
requerimientos y las especificaciones de ingeniera adems de permitir
retroalimentar la etapa anterior. (Generacin de especificaciones de ingeniera).
A las especificaciones de ingeniera se les entrega un puntaje que describe
el tipo de relacin presentada con algn requerimiento, en la Tabla 4 se muestran
estos puntajes.
Dbil relacin
Mediana relacin
Fuerte relacin9
3
1 Tabla 4. Relacin Requerimiento Especificacin
Cabe mencionar que cada especificacin debe presentar al menos una
relacin fuerte con algn requerimiento ya que de no ser as significa que la
especificacin no representa a los requerimientos de los clientes.
-
19
5.6. Establecer la importancia y los objetivos de especificaciones de
ingeniera.
En la etapa se debe establecer qu tan importantes son las especificaciones
para los clientes segn las relaciones que se establecieron en el paso anterior,
mediante un clculo que pondera y normaliza la evaluacin de los requerimientos
entre los clientes con las relaciones de la etapa anterior. Este clculo est
especificado en el libro (Ullman, 2010, pg. 165).
Adems en esta etapa se evala cmo la competencia se comporta frente
a los requerimientos y se le cuantifica, lo que entrega una base para establecer los
umbrales y objetivos numricos para cada especificacin de ingeniera.
5.7. Identificar las relaciones entre las especificaciones de ingeniera
En este paso se debe analizar las relaciones existentes entre las
especificaciones de ingeniera generadas, el motivo de esto radica en que el
cumplimiento de una especificacin puede afectar positiva o negativamente el
cumplimiento de otra, por lo que estas relaciones deben ser identificadas antes de
comenzar con el diseo conceptual.
5.8. Matriz QFD
Finalmente en la Figura 4, donde se aprecia la matriz ensamblada. Cada
paso descrito anteriormente se resume en esta matriz, la cual es una poderosa
herramienta que facilita el diseo de nuevos productos y servicios, adems sirve
como herramienta integradora de las diversas funciones.
Al traducir los requerimientos de los clientes en especificaciones tcnicas, se
puede concluir que la importancia del cliente va por el mbito de la cantidad de
lodo que se le pueda obtener un beneficio para la empresa, y estar siempre dentro
de lo aceptable, segn resoluciones ambientales vigentes. Estas importancias
estn alrededor del 12% para el cliente.
Por otro lado la matriz QFD arrojo que el cliente no deja pasar por alto el rea
de la seguridad de los trabajadores, donde se ve reflejado en que una estructura
muy alta aumentara el riesgo de algn tipo de accidente para las personas
involucradas con la solucin. Esta importancia esta alrededor del 12%.
-
20
Pun
tos d
el art
iculo
N1
0 d
e la
ley 2
047
3 r
ela
cio
nad
os c
on
la s
olu
ci
n
Alto d
e e
spa
cio
a u
tiliz
ar
Anch
o d
e terr
eno
a u
tiliz
ar
Larg
o d
e terr
eno a
util
izar
Hum
edad
conte
nid
a e
n e
l Lo
do
Cantida
d d
e in
fraccio
nes m
edio
am
bie
nta
les d
e a
cu
erd
o a
meta
s inte
rnas
Tie
mpo d
e r
ecupera
ci
n d
e inve
rsi
n
Cantid
ad d
e L
od
o u
tiliz
ab
le
Garantizar la seguridad de los operarios
Minimizar el espacio fsico a utilizar
Mejorar la concentracin de Lodo
Asegurar el cumplimiento de las normas medioambientales
Retornar la inversion realizada
Adaptable al aumento de produccin
Who How
What
Umbral
Objetivo
Competencia
Juan Carlos Gutierrez
Dbil relacin
Mediana relacin
Fuerte relacin9
3
1
9
1
Juan
Ca
rlos G
utie
rrez
10
15
25
15
10
25
Tasa
de r
eto
rno
espera
da
Efe
cto
s d
el art
iculo
N1
1 d
e la
ley 2
047
3 r
ela
cio
nad
os c
on
la s
olu
ci
n
Tie
mpo d
esde
ltim
o a
cci
de
nte
Op
era
dore
s d
el pro
ceso
Cantid
ad a
cep
table
de L
odo a
tra
tar
segn la
RC
A
Ton/
daAos N % m m m N N Sem. N %
Ton/
da
Now
1: Muy Malo
2: Malo
3: Regular
4:Bueno
5: Muy Bueno
Competencia
1 2 3 4 5
9
3
19
3
9
9
9
3 9 9 9
9
1
3 3
1 1
9
9 9
9
3
3
3
1
9
9
3
0 0
00
0
025
50 30
40
0 0 60 1 1
cte
2
2
52.5 15 7 75
105
12
12
2
0/ / /
67
67
67 07520 0 0/
11.7 4.4 5.4 12.7 5.48.14.7 7.38.84.7 12 7.37.6
Figura 4. Matriz QFD.
-
21
6. DISEO CONCEPTUAL
La etapa de diseo conceptual del proyecto tiene como objetivo encontrar
mltiples alternativas que den solucin al problema. Para ello como primera
medida es importante realizar un anlisis funcional del proyecto, y a partir de ello
generar varias ideas y posteriormente seleccionar aquella a desarrollar.
6.1. Anlisis funcional
Previo a la generacin de ideas se debe conocer cul es la funcin del
proyecto, debido a que es imposible generar una alternativa sin saber que funcin
cumplir esta.
El equipo identifica que la funcin del proyecto es utilizar de forma eficiente
los lodos generados en la planta de tratamiento de RILes. Esta funcin es posible
representarla a travs de un diagrama Top Level (ver Figura 5).
Figura 5: Top-Level de la funcin.
6.2. Generacin de conceptos
Una vez comprendida la funcin del producto se generan diversos
conceptos con el fin de evaluarlos y optar por uno para su desarrollo.
Para la generacin de conceptos el equipo decide utilizar el mtodo
conocido como Lluvia de ideas, el cual consiste en proporcionar diversas
alternativas que pueden dar solucin al problema, las cuales posteriormente sern
evaluadas segn la informacin que se recopile.
Los conceptos entregados por el procedimiento de lluvia de ideas son:
-
22
6.2.1. Elaboracin de paneles prefabricados para la construccin
Una de las alternativas de uso del lodo es la utilizacin de este como materia
prima para la confeccin de paneles prefabricados como elementos no
estructurales para la construccin, ya sea en la elaboracin de cielos rasos,
divisiones y acabados de paredes.
Aqu se utiliza el lodo deshidratado con un mximo de 45% de humedad, el
cual es mezclado homogneamente con yeso en razn de un 80% de lodo y un
20% de yeso en base de peso, luego esta mezcla se deposita en moldes de acrlicos
y se cubren con papel humedecido (impregnado con resinas acrlicas con alcohol
polivinlico), proceso que luego de un tiempo de secado preliminar (48 h) se
desmonta el panel del molde y se deja secar por 30 das, obtenindose el producto
deseado.
En la Figura 6, se muestra un panel prefabricado referencial construido en
base a lodo.
Figura 6. Panel prefabricado.
6.2.2. Fabricacin de cemento
La industria cementera ha encontrado otra aplicacin para el uso de lodos
generados en las industrias papeleras, ya que estos lodos pueden utilizarse como
adiciones activas para la fabricacin de cementos portland.
-
23
Los lodos por sus caractersticas son una fuente alternativa de caolinita, la
cual mediante un proceso trmico (650-700 C) al que se somete, en lo que se
conoce como activacin de lodos, se obtiene metacaolinita, producto altamente
puzolnico.
Aquel cemento al que se le adhiera un producto puzolnico adquieren
caractersticas mecnicas de calidad, mejorando sus propiedades tcnicas y su
comportamiento frente a acciones agresivas externas.
El producto puzolnico reacciona frente al agua, generando en el cemento
un proceso de fraguado rpido.
En la Figura 7, se aprecian bloques de hormign constituidos en parte por
lodo.
Figura 7. Bloques de hormign.
6.2.3. Mejoramiento de suelos degradados
Otra alternativa de uso que pueden brindar los lodos es su utilizacin en
suelos que se encuentran degradados. Su utilizacin puede ser incorporada al
terreno agrcola en forma de lodo crudo o hasta la aplicacin de un lodo
procesado como medio de crecimiento o compost (abono) en la horticultura.
La aplicacin de lodos puede ayudar a recuperar la productividad de suelos
perdidos, considerados estriles (ejemplo suelos sometidos a erosin). Adems su
uso en suelos facilita el transporte de nutrientes, aumenta la capacidad de
retencin de agua y sirve como reemplazante parcial de fertilizantes qumicos de
mayor costo.
En la Figura 8 se ve el uso de lodo en suelos degradados.
-
24
Figura 8. Lodo como abono de suelos.
6.2.4. Combustible para la caldera
Finalmente otra alternativa para el uso del lodo es reutilizarlo como
combustible para las calderas que posee la empresa CMPC Valdivia.
Para efectuar esta alternativa se debe aplicar un proceso reduccin de
humedad contenida en el lodo, con el propsito de obtener lodos con un 40% de
humedad como mximo, ya que este es el porcentaje de humedad mximo que
deben tener los combustibles de biomasa utilizados en la caldera.
Con esta alternativa La empresa estara minimizando los costos en
combustible generados en la planta.
En la Figura 9 se muestra el uso del lodo como combustible para calderas.
Figura 9. Lodo como combustible.
-
25
6.3. Situacin actual
Como se ha mencionado con anterioridad la empresa CMPC Valdivia tiene
una planta de tratamiento de residuos lquidos industriales (RILes) la cual se encarga
de limpiar las aguas que vienen del proceso de produccin de la empresa, con el
objetivo de devolverlas al rio sin contaminantes.
La planta de tratamiento de RILes cada da genera gran cantidad de lodos
los cuales en la actualidad no se les da ninguna utilidad y por tanto son llevado a
un vertedero industrial autorizado donde son desechados.
6.4. Eleccin de concepto
Una vez conocida las distintas alternativas de uso del lodo generado por la
empresa CMPC Valdivia, se realiza la eleccin del concepto a desarrollar. Para ello
el equipo decide utilizar como metodologa una matriz de Pugh, la cual permite
comparar la solucin actual (DATUM) con los distintos conceptos generados en el
punto anterior.
La comparacin de conceptos es realizada en base a ciertos criterios, los
cuales son formados a partir de los requerimientos de los clientes y sus
especificaciones tcnicas presentadas en la matriz QFD. Esta comparacin
entrega una ponderacin que representa la capacidad de cada concepto para
cumplir con los criterios de evaluacin.
Los criterios de evaluacin que se utilizaran en la matriz de Pugh son los
siguientes:
1) Mejora de la concentracin de lodo.
2) Dependencia de empresas externas.
3) Uso de recursos energticos de la empresa.
4) Minimizacin de la contaminacin ambiental.
Para el desarrollo de la matriz de Pugh se le debe dar una ponderacin a los
criterios mencionados anteriormente. Esta ponderacin consiste en asignar una
puntuacin a cada criterio segn el orden de importancia que tenga cada uno,
para la cual la suma de los puntos debe ser de 100. (Ver Tabla 5).
Una vez conocido los criterios y sus ponderaciones se procede con la
comparacin de los conceptos y el DATUM (solucin actual). Para ello se asigna el
valor (-1) si la alternativa no cumple el criterio en comparacin del DATUM , se
-
26
asigna el valor (0) si la alternativa cumple de la misma forma el criterio al igual que
el DATUM y finalmente se asigna el valor (1) si la alternativa es mejor y cumple por
encima el criterio en comparacin al DATUM.
Finalmente se realiza una operacin matemtica con la cual se obtiene cul
de las alternativas tiene ms puntos a favor y por tanto ser escogida para ser
desarrollada. El diseo de la matriz de Pugh se presenta en la Tabla 5 a
continuacin.
Uso Alternativo de Lodos
Cri
teri
os
DA
TUM
C
on
ce
pto
1
Co
nc
ep
to 2
Co
nc
ep
to 3
Co
nc
ep
to 4
Mejora de la concentracin de lodo 20 +1 +1 0 +1
Dependencia de empresas externas 25 0 0 0 +1
Uso de recursos energticos de la empresa 25 0 0 0 +1
Minimizacin de la contaminacin
ambiental 30 +1 +1 +1 0
Total 100 50 50 30 70
Tabla 5: Matriz de Pugh.
Como se puede apreciar de la matriz de Pugh se obtiene que el concepto
ganador es el nmero 4: Uso de Lodo como combustible para las calderas que
posee la empresa.
A lo largo de este trabajo se desarrollara este concepto y evaluar la parte
econmica y ambiental que tiene llevar a cabo esta solucin.
-
27
7. DESARROLLO DE LA SOLUCIN
Esta etapa se enfoca en el desarrollo de la solucin del problema, la cual
consiste en establecer las condiciones necesarias para llevar a cabo la solucin, ya
sea en el mbito tcnico, econmico y ambiental.
7.1. Descripcin de la Solucin
Para llevar a cabo alternativa de utilizar los lodos como parte del
combustible utilizado en las calderas de biomasa de la empresa, se debe tener en
cuenta que la humedad de este debe no ser superior de un 40% en base hmeda.
Actualmente la planta de tratamiento de RILes contiene entre sus equipos
una prensa de tornillo la cual recibe los lodos con una humedad de 80% en base
hmeda y luego de la compresin los entrega con un 60% de humedad.
Para cumplir con las exigencias que tienen las calderas acerca las
propiedades del combustible admitido (40% humedad), se debe buscar alguna
alternativa para optimizar el proceso de deshidratacin de los lodos. Para ello el
equipo propone cambiar el tornillo prensa existente por otro de mayores
capacidades, el cual permita bajar la humedad del lodo desde un 80% a un 40%
por lo menos.
En este proceso de deshidratacin, el agua obtenida retorna al sistema de
tratamiento. Mientras que lodo es transportado por un tornillo, para ser depositado
en una tolva, la cual posteriormente ser trasladada a la nave (o galpn) de
acopio del chip.
Finalmente el lodo ser mezclado con el chip, el cual se encuentra de igual
manera con un 40% de humedad como mximo. Luego ser llevado a la caldera
en el proceso normal de alimentacin de combustible.
En la Figura 10 a continuacin, se muestra un diagrama del proceso de la
solucin a llevar a cabo.
-
28
Figura 10: Diagrama del proceso.
7.2. Caractersticas Principales del lodo
Las caractersticas de mayor relevancia para el desarrollo de este proyecto
con respecto al lodo son bsicamente el porcentaje de humedad y el poder
calorfico de este.
Cabe destacar que los residuos destinados a valorizacin energtica deben
tener una caracterizacin especfica respecto al contenido de materia orgnica,
agua y cenizas (de tal manera que el combustible ideal sera el formado por un
alto contenido de materia orgnica y un bajo contenido en agua y cenizas).
Segn la informacin entregada por el laboratorio de la empresa CMPC
Valdivia y el documento (Colomer Mendoza, Gallardo Izquierdo, Robles Martinez,
Bovea, & Herrera Prats, 2011), se estiman los siguientes datos:
Porcentaje de humedad del lodo antes de entrar a la prensa de tornillo: 80%
en base hmeda.
Porcentaje de humedad (solicitado) del lodo al salir de la prensa de tornillo:
40% en base hmeda.
-
29
Contenido del Lodo: Material orgnico, en su mayora fibras de madera
(Pino radiata). Material inorgnico alrededor del 30%.
Poder calorfico inferior del lodo en seco: 3506,3 [Kcal/kg].
Poder calorfico inferior del lodo a 40% de humedad: 1870,6 [Kcal/kg].
7.3. Resultados experimentales
En esta seccin se realiz un experimento, el cual consisti en cuantificar el
porcentaje de humedad de la muestra de lodo que se extrajo de la planta de
tratamiento de CMPC, ya que este valor es importante para verificar si la humedad
que la empresa informo es real.
7.3.1. Clculo del contenido de humedad del lodo
Se extrajo una muestra de lodo de la planta de tratamiento de efluentes y
se determin su real contenido de humedad. Esta experiencia se realiz en el
Instituto de Materiales y Procesos Termomecnicos (IMPT). En la Figura 11, se
aprecia la muestra de lodo.
Figura 11. Muestra de lodo planta de tratamiento CMPC.
Para esto se mas una determinada cantidad de lodo en un vaso
precipitado y posteriormente se coloc en un horno de secado durante 24 horas,
posterior a esto se volvi a masar el lodo ya secado, los resultados se presentan en
la Tabla 6. Adems se presenta el registro fotogrfico de la actividad.
-
30
Figura 12. Muestra de lodo en vaso precipitado.
Figura 13. Masa de lodo previo ha secado.
Figura 14. Disposicin de la muestra en horno de secado.
En la experiencia, la masa del vaso precipitado corresponde a 99.270 gr, por
lo que se debi restar esta masa para calcular de forma directa la humedad una
vez que se evapor el agua.
-
31
Masa inicial Masa final (Seca).
12.141 gr. 5.682 gr. Tabla 6. Peso inicial y final de la muestra.
Para determinar la humedad en base total, se utiliz la siguiente forma:
=
Ecuacin 1.
Reemplazando los valores de la Tabla 6, se obtuvo que el porcentaje de
humedad en la muestra equivale a:
= 53.2 %
Finalmente se obtiene que la muestra de lodo tiene un 53.2 % de humedad.
Sin embargo difiere del valor entregado por la empresa (60%), arrojando un error
del 11,33%, debido a ello se estim utilizar el valor de 60% de humedad ya que se
presenta como la situacin ms desfavorable al momento de deshidratar lodos ya
que si se realiza una seleccin para un material que posee una humedad mayor se
corre el riesgo de que el proyecto no represente la realidad y sus consecuencias
seran las peores tanto como para la empresa como para los proyectistas.
En la Tabla 7, se presenta la humedad de los lodos medida en las
dependencias de la planta CMPC.
FECHA HORA LABORANTE PRODUCTO LUGAR %
SECO
%
HMEDAD
01/04/2014 11:50 D.meza LODO EFLUENTE 37,49 62,51
03/04/2014 21:30 D.meza LODO EFLUENTE 40,21 59,79
04/04/2014 2:45 C.FIGUEROA LODO EFLUENTE 38,66 61,34
04/04/2014 21:30 D.meza LODO EFLUENTE 39,12 60,88
06/04/2014 11:50 D.meza LODO EFLUENTE 33,42 66,58
07/04/2014 13:00 D.meza LODO EFLUENTE 36,81 63,19
07/04/2014 19:35 EF LODO EFLUENTE 35,84 64,16
08/04/2014 12:00 D.meza LODO EFLUENTE 40,12 59,88
09/04/2014 3:00 C.Velasquez LODO EFLUENTE 38,70 61,30
09/04/2014 12:00 D.meza LODO EFLUENTE 39,87 60,13
10/04/2014 04;30 Cvelasquez LODO EFLUENTE 36,80 63,20
11/04/2014 5:30 Cvelasquez LODO EFLUENTE 35,84 64,16
11/04/2014 12:00 D.meza LODO EFLUENTE 34,79 65,21
11/04/2014 21:15 C.FIGUEROA LODO EFLUENTE 37,06 62,94
11/04/2014 0:00 C.FIGUEROA LODO EFLUENTE 38,01 61,99
14/04/2014 5:30 D.meza LODO EFLUENTE 32,05 67,95
15/04/2014 5:30 D.meza LODO EFLUENTE 34,22 65,78
-
32
15/04/2014 14:50 EF LODO EFLUENTE 33,85 66,15
Promedio 36,83 63,17 Tabla 7. Humedad de lodos medida en CMPC.
7.4. Clculo poder calorfico del chip
El poder calorfico de un combustible es la cantidad de energa que puede
liberar ese combustible por unidad de peso o volumen.
Es importante destacar que la humedad de la madera cambia el poder
calorfico del combustible reducindolo, ya que gran parte de la energa liberada
en el proceso de combustin se consumi en evaporar el agua y como
consecuencia no es energa disponible para uso trmico.
Se distinguen 3 tipos de poder calorfico:
Poder calorfico inferior: Es la cantidad total de calor desprendido en la
combustin completa de una unidad de volumen de combustible sin contar
la parte correspondiente al calor latente del vapor de agua generado en la
combustin.
Poder calorfico superior: Es la cantidad total de calor desprendido en la
combustin completa de una unidad de volumen de combustible cuando
el vapor de agua originado en la combustin est condensado.
Poder calorfico en seco: Es la cantidad total de calor desprendido en la
combustin completa de una unidad de volumen de combustible cuando
no posee ningn porcentaje de humedad.
En consecuencia el poder calorfico que se utiliza para realizar los clculos
trmicos es el inferior.
El combustible que utiliza actualmente CMPC es chip de madera de Pino
radiata. Consultando el manual de combustibles (Asociacin Espaola de
Valorizacin Energtica de la Biomasa, 2008) de madera, se entregan valores
tpicos del poder calorfico como se presenta en la Tabla 8.
Combustible
Poder
calorfico en
seco (MJ/kg)
Valores tpicos para materiales de madera virgen Maderas de conferas
19,2
(18,8 19,8)
Valores tpicos para materiales de madera virgen Maderas de frondosas
19
(18,5 19,2)
Valores tpicos para materiales de corteza virgen 20
(19-21)
-
33
Valores tpicos para materiales de madera virgen Residuos de trozas
19 - 20
Valores tpicos para materiales de madera virgen Monte bajo rotacin corta (sauce lamo)
18,6 19,2
Tabla 8. Valores tpicos de poder calorfico de maderas.
Al tratarse de una madera confera se utilizara un poder calorfico de 19,2
MJ/kg. Posteriormente el manual (Asociacin Espaola de Valorizacin Energtica
de la Biomasa, 2008, pg. 25), presenta una formula emprica para calcular el
poder calorfico inferior con la humedad que se requiera. A continuacin se
presenta la ecuacin:
=0 (100 ) 2,44
100
Ecuacin 2.
Dnde: PCIH: Poder calorfico con humedad (MJ/kg).
PCI0: Poder calorfico en seco en (MJ/kg). (19,2 MJ/kg).
M: Porcentaje de humedad en (%). (40%).
El chip que se utiliza para las calderas tiene un 40% de humedad en base
hmeda, remplazando en la Ecuacin 2, se obtiene lo siguiente:
= 10,544
2518
7.5. Calculo Poder calorfico del lodo
La prioridad para determinar este poder calorfico fue siempre de forma
experimental, por medio del Instituto de Materiales y Procesos Termomecnicos
(IMPT). Sin embargo por circunstancias ajenas al equipo de trabajo, esta medicin
experimental no se pudo llevar a cabo. Este valor era fundamental para el
desarrollo de este proyecto, por esto luego de investigar en diversas fuentes, se
decidi estimar este valor con el manual (Asociacin Espaola de Valorizacin
Energtica de la Biomasa, 2008, pg. 25), el cual expresa una formula emprica
mostrada en la Ecuacin 2 para determinar el poder calorfico a la humedad
requerida. Paralelamente se utiliz el documento (Colomer Mendoza, Gallardo
Izquierdo, Robles Martinez, Bovea, & Herrera Prats, 2011), en donde se realizan
mediciones del poder calorfico en seco y a una humedad especfica a lodos
provenientes de estaciones depuradoras de aguas residuales de la industria
papelera (lodo 2), entre otras. Adems se comprob que la formula expuesta
-
34
anteriormente arrojo un valor aproximado al remplazar el PCIs (seco) y la humedad,
en donde se verific que el PCIh (hmedo) no presento diferencias significativas.
En la Tabla 9, el Lodo 2 corresponde a residuos generados en la industria
papelera y se aprecia los valores del poder calorfico inferior en seco y hmedo,
adems con sus respectivos porcentajes de cenizas, muy cercanos a lo que existe
en CMPC.
Tabla 9. Resultados poder calorfico y cenizas. Fuente: (Colomer Mendoza, Gallardo Izquierdo,
Robles Martinez, Bovea, & Herrera Prats, 2011).
A continuacin se calcula el poder calorfico inferior a un 40% de humedad
(humedad a la cual ser quemado) de acuerdo a los datos establecidos
anteriormente
Datos: Poder calorfico inferior en seco (PCI0): 14,68 MJ/kg
Humedad final (M): 40%
Remplazando en la Ecuacin 2, se obtiene:
40% = 7,832
= 1870,6
7.6. Deshidratacin de lodo
Como se ha mencionado anteriormente, dentro del proceso de tratamiento
de RILes, la generacin de lodos es un punto importante que debe atenderse. Parte
de este punto est enfocado al manejo y disposicin final de estos residuos, es por
ello que se recurre al proceso de deshidratacin de los lodos, el cual permite
disminuir el volumen y el porcentaje de humedad en los lodos.
7.6.1. Principales tipos de deshidratacin
-
35
A pesar de que ya se han dados indicios acerca del mtodo que se utilizar
para realizar la deshidratacin de lodos, es importante mencionar las principales
alternativas existentes para la deshidratacin:
7.6.1.1. Deshidratacin por lechos de secado
En este proceso se usan lechos rectangulares de poca profundidad, que a
su vez posean fondos porosos. En la parte superior se coloca una red de drenaje
subterrneo para posteriormente separar las reas convencionales con paredes
bajas; el lodo pasa a los lechos hasta que alcanza una profundidad de entre 125 a
250 [mm].
La pasta que se obtiene se seca, provocando que se agriete y permita una
evaporacin mayor para liberar el agua de lluvia de la superficie.
La deshidratacin se logra gracias al drenaje de las capas inferiores y a la
evaporacin de la superficie bajo la accin del sol y el viento. Ver Figura 15.
Figura 15: Lecho de secado de arena.
7.6.1.2. Deshidratacin por filtrado de presin
Es un proceso discontinuo, el cual consiste en bombear el lodo
acondicionado con presin creciente en cmaras revestidas con telas de fieltro.
Las cmaras se encargan de retener los slidos permitiendo que el lquido escape
por los canales de las placas metlicas de apoyo.
Algunos equipos que trabajan con este sistema son los filtros de cintas, y las
prensa tornillos como se muestra en la Figura 16.
-
36
Figura 16: Funcionamiento prensa Tornillo.
7.6.1.3. Deshidratacin por filtrado al vaco
En este proceso existe un tambor giratorio segmentado cubierto con tela de
fieltro, donde este se sumerge por partes en el lodo tratado. Dentro de este tambor
se aplica un vaco el cual permite absorber el agua contenida en el lodo y a su vez
crear una capa de lodo en la superficie exterior del tambor. Posteriormente, un
raspador extrae la pasta de lodo. Ver Figura 17.
Figura 17: Filtrado al vaco.
7.6.1.4. Deshidratacin por centrifugado
El proceso de centrifugacin consiste en depositar el lodo tratado dentro de
un cilindro giratorio, el cual debido a su velocidad rotacional permite que el agua
contenida en los lodos sea expulsada a causa de la fuerza centrfuga generada.
-
37
Los slidos son arrojados a la orilla exterior donde son removidos por un
raspador-transportador. Ver Figura 18.
Figura 18: Centrifuga de operacin horizontal.
7.6.2. Seleccin de Prensa Tornillo
En la seccin anterior se defini los principales tipos de deshidratacin de
lodos, se opt por seleccionar un secado del tipo por filtrado de presin, debido
a que estos sistemas no requieren demasiado espacio fsico para su
funcionamiento, se adecua a la situacin climtica de la zona, es ajustable a las
instalaciones existentes actuales y son equipos eficientes.
7.6.2.1. Flujo actual, flujo proyectado y flujo de entrada de lodo
Es importante determinar el flujo de lodo que ingresar a tornillo, ya que es
un requisito para seleccionar ste. A continuacin se definen los flujos antes
mencionados:
Flujo actual
Con datos extrados de CMPC, actualmente se generan 9.507.560 [kg/ao],
lo que lo que equivale a 26,4 [Toneladas/da] medidas en el ao 2013, sin embargo
se considerarn 27 [Toneladas/da], para considerar una holgura en caso de
aumentar la produccin, y sus cantidades de humedad y parte seca equivale a
60% y 40% respectivamente, sus flujos msicos son los siguientes:
= 16,2
-
38
= 10,8
= 27
Flujo proyectado
Como se ha mencionado anteriormente el tornillo que se seleccionar debe
prensar el lodo hasta dejarlo en con un 40% de humedad y 60% seco para ser
quemado en la caldera. De antemano se sabe que la masa de la parte seca
siempre ser la misma, ya que la parte que se pierde es solo de agua en el proceso
de prensado por lo tanto sus flujos msicos son los siguientes:
= 7,2
= 10,8
= 18
Flujo de entrada
Una vez que los lodos salen de la mesa gravitacional (filtro de bandas) estos
lodos son derivados por una cinta transportadora a la prensa de tornillo, con 80%
de agua y 20% parte seca, por lo tanto sus flujos msicos son los siguientes:
= 43,2
= 10,8
= 54
7.6.2.2. Empresa proveedora
Se entr en contacto con la empresa Bellmer KUFFERATH Machinery GmbH,
se considera lder en el sector de prensas de tornillo para el deshidratado de
residuos estructurados, pastas fibrosas y lodos. Parte de los productos que ofrece
esta empresa estn protegidos por la patente de la serie AKUPRESS.
Han desarrollado tres lneas de productos diferenciadas:
AKUPRESS A, AKUPRESS B y AKUPRESS C:
-
39
La serie A se caracteriza por su mayor flexibilidad.
Para obtener resultados de la mxima sequedad la serie B es la opcin preferente.
Y, por ltimo, la serie C est diseada para procesos de deshidratado de pastas fibrosas. La serie A se caracteriza por su mayor flexibilidad.
Finalmente se opt por seleccionar la lnea AKUPRESS B, por su caracterstica
de mxima sequedad
7.6.2.3. Caractersticas generales deshidratado X-TRA-DRY de AKUPRESS BX
La ventaja ms destacable de este sistema es el colector de rejilla extrable:
Consigue un deshidratado ptimo bajo las condiciones de seguridad ms exigentes gracias al ajuste automtico de la zona de prensado en funcin
de las propiedades de los lodos correspondientes.
Sequedad mxima de hasta un 70 %.
Mximo control de seguridad gracias a la completa automatizacin de la fbrica.
Est disponible en cinco tamaos y los dimetros de los tornillos miden entre 250 [mm] y 1.400 [mm].
Diseo resistente de fcil mantenimiento.
7.6.2.4. Caractersticas tcnicas del tornillo
Dimensiones generales del tornillo
En la Figura 19, se presentan las dimensiones generales del tornillo prensa
AKUPRESS BX 400 LS H cotizado, cabe mencionar que posee dimensiones menores
al tornillo prensa actual, adems el contratista para este caso es la empresa Bellmer
KUFFERATH Machinery GmbH, ser la encargada del montaje del equipo, en las
especificaciones tcnicas se detalla con mayor profundidad las condiciones de
instalacin.
-
40
Figura 19. Dimensiones generales tornillo prensa AKUPRESS BX 400 LS H.
Rendimiento y sequedad
La sequedad final del material prensado logrado con AKUPRESS BX,
depende del rendimiento, de la ceniza y la fibra. En la Tabla 10, se presenta las
especificaciones del tornillo prensa.
Rendimiento y sequedad AKUPRESS BX 400 LS-H Screw Press
Rendimiento (Ton/h) Base seca 0,50 0,50
Contenido de ceniza (%) 15 40
Contenido de fibra (%) >10 >10
Sequedad material prensado (%) 54 3 60 3 Tabla 10. Rendimiento y sequedad final del lodo.
El porcentaje de ceniza mencionado anteriormente es de un 30%
aproximadamente, se acerca bastante a la sequedad del material de un 60%, y su
-
41
parte hmeda puede llegar entre 37% y 43%, por lo tanto queda satisfecho el
requerimiento de Mejorar la concentracin de lodo, el cual segn su
especificacin se deba disminuir como mnimo a un 40%.
Datos mecnicos
A continuacin se especifican las caractersticas mecnicas de la prensa de
tornillo:
Prensa de tornillo AKUPRESS BX 400 LS - H
Dimetro pantalla (mm) 400
Espesor de la chapa de pantalla (mm) 5
Dimetro de perforacin pantalla (mm) 2
Velocidad de giro (RPM) 2,8 8,9
Potencia nominal (kW) 22
Consumo de potencia (kW) 17
Voltaje alimentacin (V) 400
Frecuencia entrada (Hz) 50
Control de voltaje (V/Hz) 24 DC Tabla 11. Caractersticas mecnicas de tornillo prensa proyectado.
En el ANEXO 14.3. Figura 37, se complementa la informacin tcnica del
tornillo.
7.6.2.5. Prototipo final del tornillo AKUPRESS BX 400 LS - H
En la Figura 20, se aprecia el prototipo final del tornillo seleccionado, y en la
Figura 21, se ven algunas caractersticas y componentes importantes del tornillo.
Figura 20. Prototipo final del tornillo AKUPRESS BX 400 LS H.
-
42
Figura 21. Caractersticas y componentes principales del tornillo AKUPRESS BX 400 LS - H.
7.6.2.6. Capacidad del sistema elctrico.
Antes de instalar y colocar en funcionamiento el nuevo equipo prensa de
tornillo, se debe asegurar que el motor de este funcione correctamente bajo las
instalaciones elctricas existentes, de lo contrario se debe modificar las
instalaciones elctricas, de modo que estas sean capaces de soportar el
funcionamiento del motor.
Comparando el motor actual y el que tendr la nueva prensa tornillo (Ver
Tabla 12), se observa que de acuerdo a las caractersticas tcnicas del motor
nuevo, ste es ms eficientes a las que tiene el motor actual, por lo tanto el
consumo elctrico disminuira, adems se conoce que las instalaciones elctricas
vigentes soportan sin problemas el motor actual, por lo tanto se asegura que estas
instalaciones son capaces para soportar las condiciones del nuevo motor elctrico.
Motor Frecuencia
[Hz]
Voltaje
[V]
Potencia
[KW]
Consumo
[KW/h]
Actual 50 400 30 720
Nuevo 50 400 22 660 Tabla 12: Caractersticas de los motores (Prensa de tornillo)
-
43
7.7. Transporte y acopio del lodo
Una vez que el lodo ha pasado por la prensa tornillo, ste es almacenado
en una tolva, la cual ser trasladada hacia el patio de almacenamiento de
combustibles. Ac se encuentra el chip, el cual ser mezclado con el lodo
deshidratado mediante una retro excavadora a razn de un 75% Chip con 25%
lodo (determinados en pg. 50). Este lugar se encuentra techado y consta con
radier en el suelo, para proteger contra la humedad y no altere el ptimo
funcionamiento de la caldera.
Las distancias del trayecto a recorrer son las siguientes:
Lnea Roja: 50 [m] (Hasta camino principal).
Lnea Azul: 165 [m] (Camino principal ingreso planta).
Lnea Naranja: 66 [m] (Camino hacia Patio Acopio).
El trayecto a seguir es el que se observa en el extracto del plano de la planta
CMPC, Valdivia. (Ver Figura 22).
Figura 22. Trayecto de lodos generados en planta de tratamiento hasta disposicin en calderas
como biomasa.
-
44
Donde los puntos indicados en la Figura 22 (1,2,,11), se observan
esquemticamente en la Figura 23:
Figura 23. Secuencia de transporte y acopio del lodo.
7.8. Caractersticas tcnicas de la prensa de tornillo actual
La prensa de tornillo actual SP-45SL, posee un dimetro de 45 cm. La longitud
se especifica mediante una letra, por ejemplo, una prensa con 3 secciones de filtros
cilndricos es un modelo largo (L) y con 4 secciones es un modelo sper largo (SL).
En la Tabla 13, se especifican las caractersticas generales de la prensa de
tornillo actual.
Tornillo SP 45 SL
Tipo SP - 45SL
Alto (mm) 1030
Largo (mm) 4910
Ancho (mm) 950
Peso (kg) 3700
Capacidad (ton/da) 120
Potencia (kW) 55 - 90 Tabla 13. Especificaciones generales del tornillo actual SP - 45SL.
Su estructura base incluye cmaras de entrada y salida y la cubierta de
tamices, esta estructura soporta la prensa tornillo. La estructura est diseada para
ser atornillada ya sea a cimientos de acero o concreto.
Posee un sistema de tamices de la cmara de entrada, las secciones de
tamices cilndricos y una zona perforada en el eje del tornillo.
-
45
La prensa de tornillo incluye los rodamientos de la zona de entrada y salida
y el cono del sistema PCS con los sectores para el desmenuzamiento de pulpa.
El sistema PCS proporciona resistencia controlada al flujo de salida de la
prensa tornillo y consta de dos partes una mvil y otra fija.
7.9. Caractersticas tcnicas de las calderas
Actualmente CMPC funciona con 2 calderas escocesas pirotubulares a base
de biomasa con una generacin de vapor de 10 (
) cada una, adems se
cuenta con otra caldera de apoyo pirotubular escocesa a base de petrleo, que
se utiliza en los periodos de mayor demanda de vapor.
Las especificaciones tcnicas de las calderas donde ser quemado el lodo
se presentan en la Tabla 14.
Fabricante Industria Nacional de Calderas
H. Briones Ltda.
Modelo WF-TC
Capacidad con biomasa 10.000 [Kg/h]
Presin de trabajo 12 [Kg/cm2]
Presin de prueba hidrulica 18 [Kg/cm2]
Temperatura vapor Saturado
Temperatura de agua de alimentacin 80 [C]
Emisin de partcula a l
top related