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Optimización en el tratamiento del agua pre tratada
Luis Velásquez
2012-2013
Presentación
El tratamiento del agua de la cisterna 1(capacidad de 600m3) se lo realiza mediante filtros de
arenas gravas, filtros pulidores o retenedores de sólidos en suspensión y finalizando con un
proceso de ósmosis inversa esto nos proporciona una capacidad de 100 m3 al día de producción
que se almacena en la cisterna 2. El presente informe pretende exponer un estudio para optimizar
el tratamiento del agua pretratada de la cisterna 1 consiguiendo mayor cantidad de producción de
agua y con una mayor calidad.
Problemática
Actualmente la planta procesa el agua al final por un sistema de ósmosis inversa este proceso
tiene un 45% de agua de recuperación y el otro 55% es agua de rechazo. Este rechazo (55%
corresponde aproximadamente a 110 m3 ) es utilizado en actividades de limpieza, la cantidad de
agua recuperada (45% igual aproximadamente a 90 m3) se utiliza para equipos como el caldero
los condensadores evaporativos, para la operación de nebulizado y del termoencogido. Sin
embargo existe un proceso que es muy importante, (el enfriamiento del pescado después de la
cocción), para esta operación se utiliza el agua de la cisterna 1 directamente previa clorinación en
un rango de 0,3 a 0,7 ppm para el control microbiológico pero mantiene el resto de características
físicos químicas si alguno de los parámetros posee una concentración fuera de especificación no
se puede controlar, tampoco se encuentran los métodos implementados para detectar estos
parámetros lo que se hace es que una vez al año como indica el INP en su plan de control
nacional se debe analizar el agua utilizada en el proceso que este en contacto con el alimento.
Este análisis es el físico-químico frecuencia anual y una vez al mes los parámetros
microbiológicos. En este punto como actualmente estamos trabajando tenemos una debilidad
utilizando el agua de la cisterna 1 para el enfriamiento del pescado en cuanto a los parámetros
físicos-químicos con respecto a los parámetros microbiológicos el control de clorinación de la
cisterna 1 es estricto diariamente el analista de calidad dosifica cloro a la cisterna y el personal
que recepta el agua en la cisterna 1 también dosifica cloro a cada tanquero una vez que recibe el
agua. La clorinación de las cisternas es reportado en el registro FOR CAL 83 Ver 09 11 05. Nos
proponemos con este estudio dar algunas ideas de mejoras o soluciones para que, se produzca
mayor volumen de agua sin que afecte a los costos, optimizar en si el tratamiento del agua de la
cisterna 1 y aumentar la capacidad productiva.
Objetivo
Producir mayor cantidad de agua sin que afecte a los costos.
Análisis Metodológico
Se realizará un análisis de la situación actual en función de la capacidad productiva del agua
tratada de la planta, y se buscará soluciones para aumentar la capacidad productiva de la planta.
Capacidad productiva
La capacidad productiva de la planta de agua tratada esta relacionada en función de la operación
de ósmosis ya que las membranas tienen una rendimiento del 45% (cisterna 2) para agua de
recuperación y un 55% (cisterna 3) para agua de rechazo. El agua de recuperación es utilizada
para equipos tales como calderas y condensadores evaporativos y procesos como el nebulizado
donde se necesita una agua de excelente calidad microbiológica ya que el agua del nebulizado
estará en contacto directo con el pescado. El agua de rechazo se usa en operaciones de limpieza.
Como se observa en la tabla proporcionada por mantenimiento se puede observar el consumo del
agua por cisterna, en la planta la cisterna 1 es el agua potable o de pozo, la cisterna 2 es el agua
tratada por ósmosis y la cisterna 3 es el agua de rechazo. En el presente cuadro falta información
del consumo por operación debido a la falta de medidores de agua en los distinto puntos por lo
que es una debilidad en este estudio no contar con información relevante, en consecuencia se
recomendará la implementación de estos dispositivos que ayudarán en el monitorio y control del
consumo de agua. Por lo tanto al tener un 55% de rechazo del agua tratada se reduce la
capacidad productiva partiendo de una determinada cantidad de agua por tratar. Si la necesidad
es de 100 m3/día se deberá tratar 222 m3/día.
PROPUESTA TECNOLÓGICA DE MEJORAMIENTO
Se propone como alternativa 3 opciones para incrementar la capacidad productiva de la planta sin
incurrir en mayores costos obteniendo de esta forma un ahorro.
1.- Implementación de un ablandador (filtro de resina de intercambio ionico que elimina la dureza)
antes de ingresar a las membranas de ósmosis, una parte del agua ablandada va directo a la
cisterna 2 (25% a 30%) y la otra parte (75% a 70%) es enviada a tratar por ósmosis, y se mezcla
la parte del agua ablandada con toda el agua tratada por ósmosis en una proporción 50/50. Con
esta alternativa se requiere una lampara ultravioleta para garantizar la calidad microbiológica del
agua que se utilizará en el enfriamiento y nebulizado del pescado. Ya que si se clorina el agua
antes de ingresar al ablandador se necesitará incurrir en un gasto por la necesidad de un filtro de
carbón actividado ya que el cloro daña a la resina de intercambio iónico. Así mismo asegurarse el
correcto funcionamiento del generador de ozono para la desinfección de la cisterna 2.
2.- Implementación de un ablandador únicamente (filtro de resina de intercambio ionico que
elimina la dureza) para tratar toda el agua, para esto se requerirá una lampara ultravioleta para
desinfectar el agua de la cisterna 2 y se deberá asegurar la desinfección de la cisterna 2 mediante
el correcto funcionamiento del sistema de ozonificación de la cisterna 2.
3.- Optimización del sistema de tratamiento de ósmosis inversa (la planta tiene un rendimiento de
45% de agua producto y un 55% agua de rechazo), la optimización se logrará mediante la
recuperación del agua de rechazo de tal forma que se obtenga mayor cantidad de producción de
agua, tratando el agua de rechazo por nuevas membranas de ósmosis inversa (2da etapa),
obteniendo un 40% de recuperación de esta agua de rechazo.
ANÁLISIS DE LAS PROPUESTAS PLANTEADAS
Se analizarán las distintas propuestas bajo criterios técnicos de tal forma concluir en la idea que
mejor convenga para la empresa tanto en lo productivo como en lo económico.
Se realizá un análisis FODA de las distintas opciones para así tener una visión general del
estudio de modo que nos permita diferenciar las propuestas.
En la tabla o matriz FODA se puede encontrar los pros y los contras de cada propuesta, tanto en
lo productivo como en lo económico. Pues bien de lo expuesto se puede concluir que la opción 1 y
la opción 3 brindan agua de una mayor calidad con un rendimiento semejante, tratando el agua
solo con ablandador tendremos agua con sólidos disueltos elevados más sílice y esto solo es
eliminado mediante tratamiento de ósmosis inversa. En la inversión según las cotizaciones la
opción 1 es más elevada por no contar con el ablandador y el proceso de retrolavado también
representa mayor costo debido a la regeneración de la resina. La opción 3 por contar con la
instalación o cartuchos donde faltan solo las membranas reduce el costo de inversión, donde solo
se necesita comprar las membranas y contratar el servicio de técnicos para la modificación del
sistema. El agua proporcionada tratada solo por ósmosis inversa es de una mayor calidad para
recuperar el agua de rechazo se requerirá en la operación el cambio del químico contra la
incrustación por uno de mayor efectividad y rango de actuación en los distintos compuestos que
posee el agua cruda.
Para estudiar en detalle la implementación del ablandador se debe conocer la capacidad que el
ablandador debe tener partiendo del tipo de agua de nuestro medio, con esto se podrá cotizar el
ablandador necesario para nuestra planta. Para calcular la capacidad del ablandador se debe
partir de la calidad del agua, la capacidad en este caso es la cantidad de agua que puede producir
el ablandador, la capacidad está relacionada con la cantidad de resina que tenga el filtro y la
cantidad de dureza que posea el agua cruda. El agua en promedio tiene de 500 a 600 ppm de
dureza sabiendo que por cada grano de resina por galón de agua se elimina 17,1 ppm de dureza
se puede calcular la cantidad de resina a utilizar conociendo la cantidad total de agua cruda
utilizada. La planta trata 85 gpm(galones por minuto) que equivale a 5100 gph (galones por hora),
calculando se requiere 178500 grph (granos por cada hora de agua cruda a tratar con 600 ppm)
solo es necesario multiplicar esta cantidad por 8 horas de trabajo para conocer la cantidad total de
granos de resina necesarias que debe tener el filtro. Cada pie3 es igual a 35000 granos de resina,
mediante esta equivalencia podemos calcular los pies3 necesarios de resina. La cual seria 40,8
pie3 de resina para 8 horas de trabajo con una agua con dureza de 600 ppm. Por otra parte el
costo para un filtro de resina catiónica o ablandador de esta capacidad esta alrededor de los
$33963 este es el valor ofrecido por un proveedor para una sistema de ablandamiento de filtros
paralelo para trabajar las 24 horas del día al flujo ya mencionado. El costo de operación por
regenerar el ablandador esta al rededor de los $1890 al mes, esto debido a la sal y al agua
consumida para regenerar el filtro. Este costo se calcula por el consumo de sal para regenerar el
ablandador y del agua que se utiliza para diluir la sal y del agua de enjuague del retrolavado. Si se
trabaja con agua ablandada hay que considerar que la resina no influye sobre los sólidos disueltos
ni tampoco sobre el sílice, en el caldero esto provocaría ciclos de concentración cortos
debiéndose realizar purgas más frecuentemente.
Según la tabla se puede ver que a mayor sólidos disueltos tenga el agua de alimentación menor
serán los ciclos de concentración esto influirá en el consumo energético donde se consumirá
mayor cantidad de bunker debido a que cada purga quita presión a la caldera, el parámetro
máximo de sólidos disueltos en la caldera es de 3500 ppm, cuando se evapora agua dentro de la
caldera y se utiliza el vapor todos los sólidos reposan o se quedan dentro de la caldera a medida
que se ingresa más agua se ingresa por consiguiente más sólidos disueltos que se concentrarán
después que el agua se evapora, de esta forma para saber los ciclos de concentración en la
caldera solo basta dividir 3500 ppm por la cantidad de sólidos disueltos del agua de alimentación,
si el agua de alimentación tuviera 1000 ppm de sólidos disueltos, tendríamos un ciclo de
concentración de 3,5. Por cada 3,5 veces que se concentre los sólidos en la caldera después de
generar vapor se tendrá que purgar para eliminar los sólidos disueltos que en este caso forman un
lodo, si no se los retira la eficiencia de la caldera disminuye. En la planta el agua después del
proceso de ablandamiento estaría entre los 700 ppm a 1000 ppm en ese rango varia el agua
cruda utilizada. En este punto el agua de ósmosis tiene la ventaja ya que el agua después del
proceso de filtración por la membrana tiene un rango entre 20 a 100 ppm (este rango es sacado
por los datos históricos del análisis de la cisterna 2 agua tratada por ósmosis inversa). Por otra
parte el ablandador no influye en las sales de sílice por lo que en los calderos se incrustaría este
elemento, no así en el agua de ósmosis que rechaza estas sales de sílice. En caso que se mezcle
el agua ablandada con agua tratada por ósmosis inversa los valores de sólidos disueltos y sílice
deberían disminuir sin embargo los costos ya mencionados se mantendrán.
En el caso de la optimización del sistema de tratamiento de agua por ósmosis inversa hay mucho
por mencionar para entrar en análisis y determinar previa comparación entre las opciones si esta
es la mejor alternativa. En este caso la propuesta de mejora consiste en aumentar el caudal de
ingreso al primer sistema en paralelo (2 filtros de 4 membranas cada uno que es lo que
actualmente tenemos) y el rechazo de este pasar al ingreso del segundo sistema como
alimentación de este y recogemos al final un producto obtenido del rechazo. El rendimiento de
tratar el rechazo de la primera etapa en una segunda etapa es del 35 al 40% debido a que tiene
todos los parámetros en mayor concentración. El flujo de ingreso aumentaría de 85 gpm a 150
gpm y obtendríamos 100 gpm de producto y 50 gpm de rechazo, actualmente si tratamos 200 m 3
obtenemos 110 m3 de rechazo y 90 m3 de producto, con la modificación se obtendría de los
mismo 200 m3 un rechazo de 60 a 70 m3 y un producto de 130 a 140 m3.
Con esta propuesta se obtendrá mayor volumen de agua de ósmosis y menos agua de rechazo no
se requiere comprar equipo adicional ya que con la misma bomba se abastece a el sistema
propuesto para ambos casos.
La inversión se la debe realizar para ejecutar la modificación del sistema y la compra de las
membranas para tratar el agua de rechazo (8 membranas).
Así mismo podríamos concluir que para obtener los 100 m3 de agua de productos actuales se lo
logrará en menos tiempo si se implementa la mejora tecnológica propuesta, en este sentido se
logrará un ahorro.
Las membranas importadas compradas por la empresa tiene un valor de $700 cada una
aproximadamente. El importe total por las 8 membranas es de $5600.
El costo por la modificación del sistema por la empresa Proquimarsa es de $4800+IVA, esta valor
puede diferir dependiendo de las cotizaciones que empresas semejantes podrían ofrecer.
Esta propuesta es muy factible ya que implica ahorro de agua cruda y el rechazo se consumiría en
actividades de limpieza. En este caso para producir los 100 m3 de agua tratada solo
necesitaríamos 150 m3 y no los 200 m3 a 220 m3 que actuales requerimos de agua cruda. Esto
significa 50 m3 menos de consumo para cubrir la demanda o necesidad de la planta de agua
tratada, se estima un ahorro al año de $30000 a $33000, considerando el m3 de agua cruda con
un valor de $2,5 y que al mes se labore 22 días.
Conclusión y recomendación
Es factible la propuesta 3 (optimización del sistema de ósmosis inversa) debido a que la inversión
se la recupera en el primer año, derivada del ahorro que representaría la ejecución de esta mejora
obteniendo una mayor cantidad de agua en la producción y de excelente calidad tanto en el
aspecto físico-químico como microbiológico, tratamiento que garantizaría el cuidado de los
equipos y al mismo tiempo la inocuidad del pescado.
Por otra parte es factible la implementación del ablandador mezclando 50/50 con agua de ósmosis
pero considerando que la inversión es mayor y el costo operativo se eleva se tendría que utilizar
una lampara ultravioleta para garantizar la inocuidad del pescado cuando se utilice el agua en
proceso.
Se recomienda la instalación de medidores de agua en varios puntos importantes para controlar el
consumo de agua.
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