recuperaciÓn de cromo de las aguas residuales de la

PROYECTO TERMINAL RECUPERACIÓN DE CROMO DE LAS AGUAS RESIDUALES DE LA INDUSTRIA DE ACABADOS METALICOS Presentan: Nancy Jaquelin Cuautle Teodoro Felipe López Martínez Jaime Ravelo Torres Asesor: Dra. Gretchen Terri Lapidus Lavine.

21 de Mayo del 2002.

UNIVERSIDAD AUTONOMA METROPOLITANA-IZTAPALAPA

Recuperación de Cromo de las Aguas Residuales de la

Industria de Acabados Metálicos

Laboratorio de Procesos y Diseño III Pag. 1 / 145

Proyecto Terminal Trimestre I-02 CONTENIDO Pagina Introducción 3 Objetivos 5

• Objetivos Generales 5 • Objetivos Particulares 5

Aspectos Generales 6

• Descripción del Proceso Industrial 12 Preparación de Superficies 12 Acabado de Metales 14 Contaminantes Genéricos del Sector 23 Carga Contaminante Generada por el Sector 25 Normatividad Aplicable al Sector 28 Caso de Estudio 32 Volumen de Aguas Residuales 34 Estimación de Contaminantes Generados 34 Costo Por Manejo de Residuos y Tratamiento de Aguas Residuales 35 Metodología de Tratamiento Adoptada 36 Antecedentes 39 Fundamentos Teóricos 43 Experimentación 47

• Análisis de Resultados 58 Diseño de Equipo 59





Proyecto Terminal Trimestre I-02 Descripción del Proceso 65

• Proceso 65 • Diagrama del Proceso 66 • Lay Out de la Planta y Proceso de Recuperación 68 • Especificación del Equipo de Proceso 69 • Balance de Materiales 72

Análisis Económico 73

• Costo de Materias Primas 73 • Costo de Equipo, Instalación, Operación y Mantenimiento 74 • Costo de Tratamiento 78

Conclusiones 80 Apéndice

• Apéndice A Información de Propiedades Físicas, Químicas y Tóxicologicas

81

• Apéndice B Seguridad 94 • Apéndice C Calculo de Bombas, Tubería, válvulas, Accesorio y

Mezcladores 125

• Apéndice D Diagrama del Sistema de Recuperación de Cromo 136 • Apéndice E Layout de la Planta 137 • Apéndice F Balance Económico 138

Bibliografía 142





Proyecto Terminal Trimestre I-02

INTRODUCCIÓN

Uno de los más serios problemas que enfrenta la industria de acabados metálicos es sin duda la incorporación de metales pesados y cianuros en sus descargas de aguas residuales, cuya remoción se ha convertido en reto tecnológico de alto costo. El presente trabajo tiene como fundamento el resolver el problema encontrado en la industria de los procesos de acabados metálicos y producción de herramientas de corte y sus repercusiones en materia de impacto ambiental, debido a la gran cantidad de residuos generados que contienen metales pesados (ejemplo de esto, las aguas residuales provenientes de las tinas de cromado). Los procesos industriales de recubrimiento, de electrodeposición, producen desechos contaminantes que contienen metales que es posible reutilizar. El desarrollo de procesos de recuperación de metales que desechan en diferentes formas, ayudaría a resolver un grave problema de contaminación. Además podría, resultar atractivo desde el punto de vista económico, ya que esto permitirá cubrir parcial o totalmente los costos del tratamiento.

El tomar decisiones para el control de los residuos peligrosos tiene implicaciones técnicas, económicas y jurídicas, que necesariamente deben tomarse en cuenta, en su justa dimensión a los principios siguientes :

Promover la minimización de la cantidad de residuos peligrosos y los riesgos inherentes a su manejo y disposición final, básicamente, incentivando cambios hacia proceso y tecnologías cada vez más limpias.

Fomentar la recuperación de material secundario, principalmente para su reciclaje o disposición final controlada cuando tal reciclaje no sea posible o económicamente viable.

Favorecer la participación y coordinación estrecha entre la autoridad regulatoria y las empresas involucradas en el manejo y disposiciones de residuos peligrosos y en general, la participación de la sociedad dentro de las modalidades flexibles que aseguren la corresponsabilidad necesaria.






Deben orientarse las practicas para el manejo de los residuos peligrosos de acuerdo con el paradigma que privilegia las acciones de reciclaje sobre las orientadas a tratarlos y confinarlos, como se muestra en la Figura 10. Se establecen las prioridades a considerar para el control de los residuos peligrosos, comparando las soluciones adoptadas de un enfoque tradicional en donde la primicia es confinar los residuos generados, pensando posteriormente en el tratamiento, reciclaje y por último de manera vaga en la minimización. Esto en apariencia disminuye el costo privado, sin embargo reditúa en un costo social alto. La idea de una contribución a la solución del problema en un 100% es la visualización primeramente en la disminución de residuo y posteriormente el reciclaje, que beneficiaría directamente el aspecto social, y tal vez con un costo privado alto, pero en un enfoque con idea sustentable.

RECICLAJERECICLAJE

TRATAMIENTOTRATAMIENTO

CONFINAMIENTOCONFINAMIENTO

CO

STO

SO

CIA

L

ENFO

QU

E TR

ADIC

ION

AL

CO

STO

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IVA

DO

ENFO

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TABL

E

MINIMIZACION DE RESIDUOS

CONTRIBUCION ALA SOLUCION DEL PROBLEMA

100%

Figura 1. Lineamientos y Políticas de control





Proyecto Terminal Trimestre I-02 OBJETIVOS Objetivos Generales.

Establecer una alternativa viable y económica para el tratamiento y recuperación de cromo, producto del desecho de las aguas residuales de acabados metálicos.

Diseñar el sistema de recuperación que permita dar el valor agregado a la remoción del mismo.

Objetivos Particulares.

Determinar el rendimiento y los factores de influencia en la remoción de cromo de las aguas residuales.

Establecer con los resultados obtenidos el diagnostico para fincar las bases del diseño de equipo.





Proyecto Terminal Trimestre I-02 Aspectos Generales

Hablar de la industria de acabado de metales es referirse a una serie de operaciones dentro de diversos procesos productivos más complejos. El acabado metálico es parte de la fabricación de un bien para poder cumplir con su finalidad y especificaciones de calidad, y ser vendido.

Aparentemente las actividades de acabado de metales son realizadas exclusivamente por la industria metal mecánica, sin embargo los fabricantes de cualquier bien que en su estructura contenga piezas metálicas, requieren que éstas tengan las características específicas para un adecuado funcionamiento, resistencia y/o protección contra la corrosión. Por lo anterior, el universo de giros productivos en los que interviene el acabado de metales es muy extenso.

Este acabado en ocasiones se realiza por el propio fabricante del bien o producto final o por el fabricante que provee de partes y piezas metálicas sueltas al fabricante del bien o producto final. En otros casos es un servicio prestado al fabricante por una empresa maquiladora dedicada específicamente al desarrollo de alguno de los muy diversos procesos de acabado de metales. Esta situación dificulta de sobremanera determinar, para cada uno de los giros industriales involucrados con partes y piezas metálicas, el número de empresas que realmente realizan actividades de acabado de metales.

De acuerdo a lo anterior se concluye que el universo de la industria de acabado de metales, está conformado por las 52 clases que se listan en el siguiente cuadro y por el número de unidades económicas que se indican en el mismo, correspondiendo a un total de 41,864.






Tabla 1 - Clasificación de las actividades que realizan acabado de metales Clasificación Mexicana de Actividades y Productos (CMAP). Censo Económico 1994

CLASE DESCRIPCION UNIDADES

ECONOMICAS 381202 Fabricación y reparación de tanques metálicos 272 381203 Fabricación y reparación de calderas industriales 33 381204 Fabricación de puertas metálicas, cortinas y otros trabajos de herrería 28,084 381300 Fabricación y reparación de muebles metálicos y accesorios 1,031

381401 Fabricación y reparación de utensilios agrícolas y herramientas de mano sin motor

381

381402 Fabricación de hojas de afeitar, cuchillería y similares 70 381403 Fabricación de chapas, candados, llaves y similares 49 381404 Fabricación de alambre y productos de alambre 365 381405 Fabricación de tornillos, tuercas, remaches y similares 548 381406 Fabricación de clavos, tachuelas, grapas y similares 48 381407 Fabricación de envases y productos de hojalata y lámina 609 381408 Fabricación de corcholatas y otros productos troquelados y esmaltados 188 381409 Fabricación y reparación de válvulas metálicas 180 381410 Fabricación y reparación de quemadores y calentadores 58 381411 Fabricación de baterías de cocina 155 381412 Galvanoplastia en piezas metálicas 518 381413 Fabricación de otros productos metálicos 1,056

382101 Fabricación, ensamble y reparación de tractores, maquinaria e implementos agrícolas

123

382102 Fabricación, ensamble y reparación de maquinaria y equipo para madera y metales

170

382103 Fabricación, ensamble y reparación de maquinaria y equipo para las industrias extractivas y construcción

85

382104 Fabricación, ensamble y reparación de maquinaria y equipo para la industria alimentaria y de bebidas

160

382105 Fabricación, ensamble y reparación de maquinas de coser de uso industrial 7

382106 Fabricación, ensamble y reparación de maquinaria y equipo para otras industrias específicas

278

382202 Fabricación, ensamble, reparación e instalación de máquinas para transportar y levantar materiales.

128

382203 Fabricación, ensamble y reparación de otra maquinaria y equipo de uso general no asignable

141

382204 Fabricación de partes y piezas metálicas sueltas para maquinaria y equipo en general

4,399






Tabla 1 (continuación)- Clasificación de las actividades que realizan acabado de metales Clasificación Mexicana de Actividades y Productos (CMAP). Censo Económico 1994

CLASE DESCRIPCION UNIDADES

ECONOMICAS 382205 Fabricación, ensamble y reparación de bombas, rociadores y extinguidores 115 382207 Fabricación de filtros para líquidos y gases 71 382208 Fabricación de armas de fuego y cartuchos 8 382301 Fabricación, ensamble y reparación de máquinas para oficina 11 383102 Fabricación de equipo para soldar 30 383301 Fabricación y ensamble de estufas y hornos de uso doméstico 145 384110 Fabricación y ensamble de automóviles y camiones 28

384121 Fabricación y ensamble de carrocerías y remolques para automóviles y camiones

566

384122 Fabricación de motores y sus partes para automóviles y camiones 93

384123 Fabricación de partes para el sistema de transmisión de automóviles y camiones

37

384124 Fabricación de partes para el sistema de suspensión de automóviles y camiones

89

384125 Fabricación de partes y accesorios para el sistema de frenos de automóviles y camiones

110

384126 Fabricación de otras partes y accesorios para automóviles y camiones 478 384201 Fabricación y reparación de embarcaciones 40 384202 Fabricación y reparación de equipo ferroviario 18 384203 Fabricación y ensamble de motocicletas, bicicletas y similares 38

384204 Fabricación de componentes y refacciones para motocicletas, bicicletas y similares

44

384205 Fabricación, ensamble y reparación de aeronaves 8 384206 Fabricación y reparación de otro equipo y material de transporte 23 385001 Fabricación y reparación de equipo e instrumental médico y de cirugía 255 385002 Fabricación de equipo y accesorios dentales 283

385004 Fabricación y reparación de aparatos e instrumentos de medida y control técnico y científico

54

385005 Fabricación de anteojos, lentes, aparatos e instrumentos ópticos y sus partes 165 385006 Fabricación de aparatos fotográficos 3 385007 Fabricación y reparación de máquinas fotocopiadoras 6 385008 Fabricación y ensamble de relojes y sus partes 10 SUMA 41,864






La importancia de la industria de acabado de metales puede definirse de diversas maneras. Una de ellas es a través de su participación en el Valor Agregado Bruto Nacional. Para evaluar el comportamiento histórico de este valor para cada una de las clases que conforman a la industria de acabado de metales, es preciso recurrir al Sistema de Cuentas Nacionales de México, el cual considera su propio Codificador de Actividades.

La industria manufacturera en el lapso de 1989 a 1995, representó en promedio el 19.22% del Total Nacional del Valor Agregado Bruto, en Valores Básicos. A su vez la participación de la industria que realiza acabado de metales respecto a la Gran División 3 Industria Manufacturera osciló, en el mismo período, entre el 15.73% y el 18.82%, de acuerdo a la información presentada en el siguiente Cuadro.

Tabla 2. - Valor Agregado Bruto, en Valores Básicos, de acuerdo con el Sistema de Cuentas Nacionales de México (Millones de pesos a precios de 1993)

AÑO CODIGO SCNM

DENOMINACION 1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995

Total Total nacional 958,230 998,459 1,049,064 1,093,358 1,133,032 1,155,132 1,206,135 1,131,958

Gran División 3

Industria manufacturera 178,416 192,501 205,525 212,578 221427 219,934 228,892 217,839

División VIII

Productos metálicos, maquinaria y equipo

39,733 43,564 48,492 52,471 55,759 53,407 56,959 51,941

Industria de acabado de metales

Millones de pesos 28,059 31,651 34,708 38,971 41,682 39,449 40,997 35,612

Participación en Total (%) 2.93 3.17 3.31 3.56 3.68 3.42 3.40 3.15

Participación Gran División 3 (%)

15.73 16.44 16.89 18.33 18.82 17.94 17.91 16.35

Participación División VIII (%)

70.62 72.65 71.57 74.27 74.75 73.86 71.98 68.56






Por otra parte, la importancia de la industria de acabado de metales en México, respecto a su participación en la Producción Total Nacional, de la Gran División 3 Industria Manufacturera, se concluye a partir de la información presentada en los cuadros anteriores, se tiene que durante el período comprendido de 1988 a 1994, Se muestra un comportamiento ascendente y una ligera disminución en 1995. Con respecto a la División VIII Productos Metálicos, Maquinaria y Equipo, ésta tuvo un comportamiento ascendente de 1988 a 1992 y una disminución equivalente referida a 1992 del 2.38%, 4.26% y 12.59% respectivamente, de 1993 a 1995.

Tabla 3 - Producción, en Valores Básicos, de acuerdo con el Sistema de Cuentas Nacionales de México (Millones de pesos a precios constantes de 1993)

AÑO CODIGO SCNM

DENOMINACION 1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995

Total Total nacional 1,594,738 1,675,485 1,771,667 1,858,054 1,935,952 1,975,946 2,083,425 1,973,793

Gran División 3

Industria manufacturera 499,245 536,417 572,052 597,039 623,526 624,661 664,624 659,144

División VIII

Productos metálicos, maquinaria y equipo

126,265 138,726 153,357 168,998 180,827 178,008 201,242 203,739

Industria de acabado de metales

Millones de pesos 88,187 97,873 107,247 121,780 131,468 125,177 137,740 122,473

Participación en Total (%) 5.53 5.84 6.05 6.55 6.79 6.34 6.61 6.20

Participación Gran División 3 (%)

17.66 18.25 18.75 20.40 21.08 20.04 20.72 18.58

Participación División VIII (%)

69.84 70.55 69.93 72.06 72.70 70.32 68.44 60.11

Si bien puede afirmarse que en cada uno de los estados de la República Mexicana existen establecimientos en cuyos procesos interviene el acabado de metales, la concentración en el Distrito Federal, Estado de México, Jalisco y Nuevo León es muy elevada. Con base en los Censos Económicos 1994, en el país existen en total 41,864 unidades económicas pertenecientes al sector, clasificándose a los estados en cinco grandes grupos de acuerdo a su distribución en el territorio nacional:






El primer grupo incluye a las entidades en las que se encuentran asentadas más de 4,000 unidades económicas que realizan actividades de acabado de metales, el cual está integrado por el Distrito Federal y el Estado de México. Aún cuando son dos entidades diferentes, se trata de un sólo proceso de concentración de la industria y de continuidad geográfica. También podría hablarse de una inercia que es deseable revertir, pues aprovechando las economías externas, se han creado graves problemas ambientales derivados de las características socioeconómicas y naturales de la zona. Estas dos entidades concentran un total de 9,743 unidades económicas, el 23.27% del número total de establecimientos que realizan actividades de acabado de metales.

Los estados de Jalisco, Nuevo León, Puebla, Guanajuato y Veracruz; se incluyen en un segundo grupo por contar en sus territorios con un número de unidades económicas dentro del rango de 2,000 a 4,000. En conjunto este grupo alberga 12,981 unidades económicas, lo que representa el 31.01% de los establecimientos de la industria que realiza acabado de metales.

El tercer grupo, está conformado por los estados que cuentan con más de 1,000 y hasta 1,999 unidades económicas. Se encuentra integrado por los estados de Michoacán, Coahuila, Chihuahua, Sonora, Tamaulipas y San Luis Potosí. En ellos hay un total de 7,524 unidades económicas, correspondientes al 17.97% del total nacional.

Dentro del cuarto grupo se encuentran los estados en donde existen entre 500 y 999 industrias de acabado de metales. Lo integran los estados de Oaxaca, Chiapas, Sinaloa, Morelos, Hidalgo, Querétaro, Guerrero, Zacatecas, Aguascalientes, Baja California, Yucatán y Durango. En su conjunto engloban 9,414 establecimientos, el 22.49% respecto del total nacional.

El 5.26% restante conforma el quinto grupo, el cual está compuesto por estados con menos de 500 establecimientos y en el que se encuentran: Tabasco, Tlaxcala, Nayarit, Campeche, Colima, Quintana Roo y Baja California Sur.





Proyecto Terminal Trimestre I-02 Descripción del Proceso Industrial

La importancia del acabado de metales radica en el control de la corrosión, ya que el impacto económico de la corrosión es considerable. En México las pérdidas económicas por corrosión fueron de aproximadamente del 4% del producto interno bruto en 1994.

Se estima que un 40% de la producción mundial del acero, el material estructural por excelencia, se emplea para reponer el destruido por la corrosión.

La expresión acabado de los metales se refiere, normalmente, al recubrimiento de un metal o aleación por una capa delgada de material. Los recubrimientos de los metales se aplican para conseguir alguna propiedad superficial deseada que no tiene el metal base. En general, las propiedades del conjunto vienen determinadas por las del metal protegido y por las del material protector. El acabado de metales sólo tiene marcada influencia sobre las propiedades ligadas a la superficie: resistencia a la corrosión, reflectividad, color, soldabilidad, resistencia eléctrica por contacto, resistencia a la abrasión, coeficiente de rozamiento, etc. 1 PREPARACION DE SUPERFICIES

Previo al inicio de las actividades para el acabado de metales, la superficie a cubrir debe estar libre de impurezas. Para ello, se aplica el procedimiento de preparación que consta de dos etapas fundamentales: el desengrasado y el decapado. La selección del método más adecuado dependerá del tipo y tamaño de la pieza, del grado de remoción de impurezas deseado y de la tecnología disponible. DESENGRASE

El desengrase es el procedimiento para eliminar las impurezas de tipo orgánico. En la fabricación de las piezas se emplean grasas, aceites, emulsiones de corte y sustancias similares como refrigerantes y lubricantes. A menudo también se engrasan las piezas como protección anticorrosiva temporal.






El desengrase puede efectuarse básicamente de tres formas: por pirogenación, con solventes orgánicos o en soluciones acuosas alcalinas o ácidas con poder emulsificador.

Desengrase Baño de desengrasado agotado Aceite, grasa

Agua residual de enjuague

Emisiones

Agua Energía

Productos de desengrase

Pieza metálica

Pieza desengrasada

Diagrama de balance de materiales en la operación de desengrase acuoso

Decapado Baño de decapado agotado con metales


Emisiones Aditivos Agua

Acidos o álcalis

Pieza metálica

Pieza decapada

Diagrama de balance de materiales en la operación de decapado

Figura 2.

La pirogenación consiste en la combustión de los productos orgánicos, lo cual se puede lograr a través de alguno de estos tres procesos: aplicación de flama directa sobre la superficie; inmersión directa en un baño de metal fundido, si después se recubre con un metal por inmersión en caliente; o con la aplicación del proceso Sendzimir, consistente en pasar el material por un horno de túnel dotado de dos zonas, una oxidante y la otra reductora.

El desengrase con solventes se lleva a cabo para eliminar los restos de grasa y aceite de la superficie de la pieza, debido a la solubilidad que presentan algunos productos grasos en disolventes orgánicos.

Como se mencionó anteriormente, el desengrase también se puede llevar a cabo mediante soluciones acuosas alcalinas o ácidas con poder emulsificador. Los limpiadores en base acuosa comprenden una gran variedad de métodos que utilizan sales alcalinas, detergentes, medio dispersantes y ablandadores de agua para desplazar las grasas e impurezas.





Proyecto Terminal Trimestre I-02 DECAPADO

El decapado consiste en eliminar la capa de óxidos metálicos que se forma por el contacto entre la atmósfera y las piezas metálicas y puede aplicarse por dos procedimientos: el químico y el mecánico. Este último procedimiento comprende principalmente el pulido, esmerilado, arenado y granallado. 2 ACABADO DE METALES

El acabado de metales es el proceso final en la fabricación de un producto metálico. El acabado se aplica por diversas razones y de muchos modos distintos y se emplea para una o más de las siguientes actividades:

Evitar la corrosión

Mejorar el aspecto de un producto

Cubrir un metal menos costoso con una capa delgada de uno más costoso

Mejorar la resistencia al desgaste de las superficies

Los procesos para el acabado de metales emplean recubrimientos metálicos, no metálicos y la combinación de ellos, en la figura 2. se presentan los más utilizados industrialmente. RECUBRIMIENTO METALICO POR DEPOSICION QUIMICA

Conocido como Níquel “ electroless”, este es un recubrimiento sin el uso de corriente alterna, el electrolito se deposita a través de reacciones catalíticas de óxido-reducción, a través de un agente reductor.






Metálicos

Recubrimiento de los metales

No metálicos

Conversión

Ambos

Cerámica

Pulverización catódica

Recubrimiento vía iónica

Implantación Química Electroquímica

Deposición

Por proyección

En vacío

Vacío y plasma

Polímeros

Fosfatado Anodizado Pavonado Cromatizado

Inmersión en caliente

Chapado Metalizado

Procesos para el acabado de metales

Figura 3.

RECUBRIMIENTO METALICO POR DEPOSICION ELECTROQUIMICA

El principio de los métodos de recubrimiento electrolítico, también denominados galvánicos, consiste en depositar por vía electroquímica, finas capas de metal sobre la superficie de una pieza sumergida en una solución de agua con iones metálicos o electrolito, al conectar una fuente externa de corriente directa. Los métodos de recubrimiento más usados a nivel nacional son los denominados como: Cobrizado, Niquelado, Cromado, Zincado y Estañado.






Recubrimiento electrolítico

Electrolitos contaminados o usados


Lodos anódicos y de limpieza

Sales minerales Aditivos

Agua Pieza metálica

Pieza recubierta

Diagrama de balance de materiales en las operaciones de recubrimiento electrolítico

Anodos Material auxiliar (bolsas de ánodos, filtros, carbón Activado) Electricidad

Emisiones Material auxiliar usado

Figura 4. Conforme al perfil del proyecto el proceso de interés es el cromado, el cual se describirá a continuación. CROMADO

En el recubrimiento con cromo se distinguen dos procesos: el cromado brillante (cromado decorativo) y cromado duro. En el cromado brillante se depositan capas de cromo delgadas y brillantes de efecto decorativo y protección anticorrosiva, sobre capas intermedias de níquel. El cromado duro se utiliza principalmente para aumentar la dureza de herramientas, así como para incrementar la resistencia al desgaste de moldes, válvulas, etc. En el cromo duro se depositan galvánicamente capas de cromo de mayor espesor a temperaturas elevadas.

En el cromado brillante, se utilizan soluciones electrolíticas que contienen aproximadamente: 250 g/l de ácido crómico (H2CrO4), de 2.5 - 4 g/l de ácido sulfúrico y 3 g/l de cromo trivalente (Cr2O3); para aumentar la dureza pueden agregarse además entre 5 y 10 g/l de ácido bórico.






Niquelado Activado Cromado Enjuague de recuperación

Enjuagues en cascada

Enjuagues contaminados por arrastres

Tratamiento: reducción de Cr VI con bisulfito de sodio

Solución agotada Lodos con Cr VI Emisiones nieblas

Arrastres

S ecuencidel procesResiduoIngreso del agua Agua

Diagrama de flujo de un proceso de Cromado

Figura 5.

Durante el proceso de cromado ocurre un sobrepotencial en la capa superficial de la pieza a cromar, a causa de reacciones de óxido-reducción y diferencias de concentración, lo que genera una separación simultánea de hidrógeno que el baño emite como gas y que arrastra fracciones del baño. Algunas empresas que cuentan con equipos de control de emisiones a la atmósfera aspiran y condensan estas emisiones, y las devuelven al baño después de haberlas regenerado.

El proceso se realiza a una temperatura aproximada de 50 °C y con una densidad de corriente cercana a 60 Amp/dm2. Con estas condiciones de operación en un proceso de cromado duro, se puede obtener en una hora una capa de cromo de un espesor de 500 µm.

Al agregar al electrolito agentes tensoactivos fluorados y espumantes, se evita que la solución salpique fuera del tanque y se reducen pérdidas por evaporación de la solución de cromado tóxica.






Después del cromado, las piezas se lavan, generalmente en un enjuague permanente o de recuperación y después en uno o dos enjuagues en cascada. Como la concentración del electrolito en el enjuague permanente se incrementa debido a los arrastres, éste se emplea para rellenar el baño de cromo, a fin de recuperar el electrolito arrastrado y reponer el volumen del baño que se ha evaporado.

Esto generalmente se hace diariamente, después de ajustar la concentración del enjuague de recuperación a los parámetros de operación del baño. RECUBRIMIENTO POR INMERSION EN CALIENTE

Los recubrimientos obtenidos por inmersión se consiguen formándose una capa interna de aleación y una capa externa de metal protector prácticamente puro. La capa de aleación se origina por difusión del metal fundido dentro del metal a proteger y está formada por un compuesto intermetálico de composición no estequiométrica metal protector-metal protegido.

Los métodos de recubrimiento por inmersión en caliente más comúnmente empleados son la galvanización en caliente, ya sea por vía seca o vía húmeda, el estañado, el emplomado, la aluminización y el recubrimiento aluminio-zinc.

Rack para el colgado de piezas a recubrir Rack empleado en los procesos de inmersión

Figura 6.





Proyecto Terminal Trimestre I-02 CHAPADO

La tecnología del chapado se desarrolló para aunar las mejores propiedades del metal base y las del metal de recubrimiento, consiguiendo espesores de recubrimiento muy superiores a los obtenidos con otros procedimientos. Los primeros chapados se conseguían por laminación en caliente del sustrato y del recubrimiento.

Más adelante se introdujo la técnica de la electrosoldadura y actualmente se unen las chapas por fusión y, sobre todo, por soldadura por detonación. La interdifusión entre el metal base y la lámina de recubrimiento proporciona la suficiente adherencia. METALIZACION

La metalización en sentido amplio, es la deposición de un metal en la superficie de cualquier metal. En sentido estricto, la metalización abarca dos procedimientos distintos de deposición: a) la proyección de un metal en estado líquido, el cual solidifica en la superficie a proteger, y b) la solidificación de una fase gaseosa, también en la superficie a proteger.

Figura 7. Horno y caseta para pintura electrostática Figura 8. Sistema de fosfatizado para protección anticorrosiva






��

��

��

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Transporte

Formación del recubrimiento

Sustrato o material base

Esquema de la metalización por proyección

Atomización

Figura 9.

RECUBRIMIENTO POR CAPAS DURAS EN VACIO MEDIANTE PLASMA

Este procedimiento permite modificar el comportamiento de los materiales protegidos mediante la deposición de capas metálicas o la modificación de la composición y estructura de la zona superficial del material base utilizando el bombardeo de partículas cargadas de un plasma sobre la superficie del propio material que se deposita y pueden llevarse a cabo por los métodos de: Pulverización catódica, Recubrimiento iónico e Implantación iónica.

Estos procesos tienen una aplicación poco significativa en México por su grado de especialización, su complejidad y el elevado costo de la infraestructura requerida para su implantación. RECUBRIMIENTOS POR CONVERSION QUIMICA

Los recubrimientos obtenidos por conversión se consiguen reaccionando la superficie metálica con la disolución que está en contacto con el metal. A veces, como en el caso del anodizado, esta reacción tiene lugar con el concurso de la corriente eléctrica. Así se forman óxidos, fosfatos, cromatos, etc., que protegen a los metales de posterior corrosión.






En México, por su aplicación, destacan los procedimientos de conversión química mediante los métodos de: Anodizado, Anodizado del Titanio, Pavonado, Fosfatación y Cromatado.

El cromatado es una capa mixta de metal-óxido de cromo, que se comporta de modo pasivo. El cromatado del aluminio, por ejemplo, se realiza tanto en electrolitos ácidos como básicos, como se puede observar en la siguiente tabla. La película formada es de böhmita, película porosa, pero calentando por encima de los 70 ºC se colmata. Tabla 4.

Proceso Electrolito Temperatura

(ºC) Control

Tiempo en minutos

M.B.V. 50 g/sosa calcinada 90-95 15-30 15 g/Na2CrO4(75%)

Carbonato-cromatos

56 g/l Na2CO3; 17 g/l Na2CrO4;

95 8-10

1.0 g/l Na2CrO4 Cromatos-fluoruros

4 g/l CrO3; 60 pH 1.5 1-5 inmers.

3.5 g/l Na2Cr2O7; 0.2-1 pulverizado 0.8 g/l NaF

Cromatos-fosfatos

4 g/l CrO3; 20 NaF:H3PO4 =

1:4.4 1-5 inmers.

3,5 g/l Na2Cr2O7, 1-2 pulverizado 5 g/l NaF, 22,5 m/l o-H3PO4

RECUBRIMIENTO CON POLIMEROS Y PINTURAS

Los recubrimientos con polímeros tienen por objeto crear una capa barrera suficiente para aislar, química y eléctricamente, el metal protegido del ambiente mediante una película de plástico.

Fundamentalmente existen cuatro modos de aplicación de los polvos de plástico: inmersión, aspersión, proyección y electroforesis.






El recubrimiento con pintura se basa en la utilización de ésta en suspensión, la que al aplicarse sobre una superficie, en forma de capas, por evaporación o por reacción se convierte en una capa más o menos impermeable que aísla el objeto recubierto del medio externo.

Pulido Desengrase Enjuague Decapado en solución NaOH

Enjuague

Enjuague Anodizado con H 2 SO 4

Enjuague Activado H 2 SO 4 (1%)

Aguas residuales

*

Solución Agotada Aguas residuales

Diagrama de flujo de un proceso de anodizado

Polvos metálicos, pastas de pulido, discos usados

Lodos de aluminato de sodio y solución agotada

Aguas residuales

*

Aguas residuales Lodos de desengrase y solución agotada

Lodos de desengrase y solución agotada

Enjuague

Enjuague caliente

Sellado con acetato de níquel (5g/l)

Enjuague Acabado en color

Solución Agotada Aguas residuales

*

Aguas residuales Filtro de carbón activado

Solución Agotada

S ecuencia del proceso Residuos Ingreso del agua Agua residual Lodos

*

Figura 10. Mamual de Minimización, Tratamiento y Disposición de Residuos Peligrosos. GTZ-TUV ARGE-MEX.

La aplicación de pinturas a las superficies de acero se lleva a cabo, normalmente

mediante brocha o pistola. En algunos casos, también se usa el rodillo. En circunstancias especiales, será necesario recurrir a los procedimientos de inmersión o aplicación a espátula y a la pulverización hidráulica. RECUBRIMIENTO CERAMICO

El acabado cerámico constituye un sistema de recubrimiento mediante una capa de silicatos, de fórmula compleja, en estado amorfo, obtenida por fusión, encima de la superficie metálica, de una mezcla de óxidos de carácter ácido y básico.






La finalidad perseguida con este procedimiento es doble. Por un lado, está el alto valor ornamental conseguido con la armónica distribución de estos óxidos pulverulentos en la superficie metálica, jugando con su rico cromatismo. Por otra parte, esta capa inorgánica actúa de dieléctrico entre el metal y el medio exterior, impidiendo, por tanto, la migración electrónica propia de los procesos electroquímicos. 3. CONTAMINANTES GENERICOS DEL SECTOR

La industria de acabado de metales genera durante los procesos de manufactura una serie de contaminantes a la atmósfera, al agua y residuos peligrosos, mismos que se describen de acuerdo a las etapas del proceso a continuación. a) Fabricación del metal

Los procesos de formación del metal dan como resultado residuos químicos contaminantes que son peligrosos. Por ejemplo, la aplicación de solventes a metales y maquinaria producen emisiones a la atmósfera de partículas suspendidas y compuestos orgánicos volátiles. Durante el proceso de formado de las piezas suele requerirse aplicar un tratamiento térmico a los metales, por lo que también se generan gases y partículas provenientes de la combustión de hidrocarburos.

Además las aguas residuales contienen residuos ácidos o alcalinos, residuos de aceite y residuos sólidos, tales como metales y solventes.

Los fluidos resultantes de estos procesos son gastados o contaminados por su uso y reuso. En general, los fluidos para trabajar el metal son derivados del petróleo, emulsiones aceite agua y emulsiones sintéticas. Cuando se desechan, estos fluidos contienen altos niveles de metales, como por ejemplo fierro, aluminio y cobre. Existen otros contaminantes adicionales en los fluidos resultantes de estos procesos como ácidos y álcalis (por ejemplo ácido clorhídrico, ácido sulfúrico, ácido nítrico), restos de aceite y de solventes.






Los residuos de metal generalmente provienen del desgaste de la pieza original (por ejemplo de acero), y de la combinación de pequeñas cantidades de fluidos para trabajar el metal (por ejemplo solvente), que son usados antes o durante la operación del formado del metal. b) Preparación de la superficie

Generalmente las actividades de la preparación de la superficie resultan en emisiones al aire, agua residual contaminada y residuos sólidos. Principalmente las emisiones a la atmósfera durante la limpieza provienen de evaporaciones de sustancias químicas, del desengrase con solventes y del uso de emulsiones. Además pueden existir emisiones por volatilización de los solventes durante su almacenamiento y pérdida durante su utilización. En algunos casos el desengrase se lleva a cabo en presencia de calor, por lo que durante este proceso se generan emisiones de gases de combustión de hidrocarburos.

Las aguas residuales generadas durante la limpieza son principalmente aguas de enjuagues, las cuales son combinadas con otras aguas residuales de acabados metálicos (por ejemplo el electrorecubrimiento) y pueden ser tratadas dentro del lugar por precipitación de hidróxido convencional. Los residuos sólidos (por ejemplo lodos del tratamiento de aguas residuales, sedimentos, residuos de la limpieza de tanques, residuos de fluidos de máquinas, etc.), también son generados por las operaciones de limpieza. Por ejemplo, los residuos sólidos son generados cuando las soluciones limpiadoras son ineficaces y deben sustituirse. Los residuos proveniente de los solventes usados deben ser enviados a confinamiento, mientras que los residuos acuosos de limpieza alcalina y ácida, las cuales no contienen solventes contaminantes, pueden ser tratados en el lugar. c) Acabado metálico

Muchas de las operaciones de acabados metálicos son comúnmente realizadas en baños (en tanques), y son seguidos por ciclos de enjuagues. Del recubrimiento del metal, el residuo más común contiene gran cantidad de metales (por ejemplo cadmio, cromo, cobre, plomo, y níquel) y también residuos de cianuro. Las operaciones de pintado generan la





Proyecto Terminal Trimestre I-02 utilización de solventes y por tanto residuos del mismo, además una liberación de solventes (en los que se incluyen benceno, metiletilcetona, metilisobutilocetona, tolueno, y xileno). Las operaciones de la limpieza del pintado contribuyen a la liberación de solventes clorados (incluyendo tetracloruro de carbono y cloruro de metileno). 4. CARGA CONTAMINANTE GENERADA POR EL SECTOR

Se estima que a nivel nacional, la industria de acabado de metales genera una carga contaminante de químicos tóxicos que asciende a 88,796 toneladas por año.

Con base en el balance de la generación de contaminantes químicos tóxicos planteado, la generación de residuos peligrosos es la que representa un mayor impacto al ambiente, sin embargo se estima que al menos el 50% de los residuos peligrosos que se generan en la industria de acabado de metales, se incorporan indebidamente a las descargas de las aguas residuales de los establecimientos. Considerando esta práctica, la carga de contaminantes químicos tóxicos estimada en 88,796 toneladas por año, se distribuye de la siguiente manera: el 37.11% se descarga al agua, el 26.73% se emite a la atmósfera, el 0.13% se deposita en el suelo y el 36.04% a residuos peligrosos.

La carga contaminante emitida por la industria de acabado de metales equivale al 5.68% en peso de los compuestos específicos o similares exportados a nivel nacional durante 1996. El costo de los contaminantes emitidos por la industria de acabado de metales asciende aproximadamente a 1,147 millones de pesos (120’697,000 dólares con una paridad de 9.5 pesos/dólar). el costo de los contaminantes emitidos por la industria de acabado de metales equivale al 0.10% del Valor Agregado Bruto Total Nacional (1'131,958 millones de pesos de 1995, en valores básicos a precios de 1993).

Del análisis anterior se puede concluir que el sector de la industria de acabado de metales, a precios de 1996, pierde aproximadamente 1,147 millones de pesos anuales por la emisión y descarga de compuestos químicos contaminantes al agua, aire y suelo, lo cual equivale al 1.34% del valor de la producción neta del sector en 1993.






Por otra parte, con base en los reportes de la calidad de las aguas residuales de las descargas de 400 empresas ubicadas en el Distrito Federal, se determinó la calidad promedio de las aguas residuales de la industria de acabado de metales, en función de los parámetros contaminantes típicos establecidos para el sector, la cual se presenta en la Tabla 5.

Asimismo, se estimó el caudal de aguas residuales que genera el sector a partir del consumo promedio por tamaño de empresa reportado por el Consejo Metálico de la Sección 72 “Galvanoplastia” de la CANACINTRA. Para la estimación anterior consideró que el caudal se descarga durante las 24 horas del día, obteniéndose que el sector genera un caudal de 183.889 litros por segundo.

Tabla 5 - Caudal de aguas residuales generado por la industria de acabado de metales

Consumo unitario de

agua de proceso Caudal global de agua residual

Tipo de empresa

(m3/mes)

No. De empresas

(m3/mes) (m3/año) (L/s)

Micro 10 38,418 384,180 4,610,160 148.218

Pequeña 20 2,630 52,600 631,200 20.293

Mediana 40 455 18,200 218,400 7.022

Grande 60 361 21,660 259,920 8.356

Suma 41,864 476,640 5,719,680 183.889

A partir de la calidad promedio y el caudal global de aguas residuales, se estimó la carga contaminante que el sector genera por el vertido de aguas residuales, en función de los parámetros contaminantes típicos regulados para ese tipo de descargas, el cual se presenta en la siguiente tabla:






Tabla 6 - Carga contaminante que vierte al agua la industria de acabado de metales

Parámetro Contaminante

Unidades Calidad

Promedio

Carga Contaminante

Ton/Año Grasas y aceites mg/l 45.199 262.116

Aluminio mg/l 5.254 30.466

Arsénico mg/l 0.017 0.096

Cadmio mg/l 2.371 13.749

Cianuro mg/l 0.928 5.379

Cobre mg/l 0.996 5.775

Cromo hexavalente mg/l 0.489 2.833

Cromo total mg/l 1.504 8.720

Fluoruros mg/l 1.255 7.278

Mercurio mg/l 0.004 0.023

Níquel mg/l 4.604 26.676

Plata mg/l 0.017 0.100

Plomo mg/l 0.272 1.578

Zinc mg/l 5.726 33.207

Fenol mg/l 0.313 1.816

SAAM mg/l 18.594 107.827

Fósforo total mg/l 2.833 16.428

Nitrógeno mg/l 4.674 27.107

Fosfatos mg/l 2.049 11.885

Sólidos disueltos totales mg/l 1037.861 6018.686

Demanda química de oxígeno

mg/l 592.193 3434.203

Demanda bioquímica de oxígeno

mg/l 242.709 1407.497

Sólidos suspendidos totales mg/l 250.068 1450.175

Sólidos totales mg/l 1287.929 7468.861

Sulfuros mg/l 0.281 1.631

Del análisis de la carga contaminante vertida al agua por la industria de acabado de metales se concluye lo siguiente:






El caudal de agua desechado por los procesos de acabado de metales, el cual asciende a 183.889 litros por segundo, es equivalente al caudal con el que se podría dotar de agua potable a una localidad de hasta 80,000 habitantes.

La industria de acabado de metales vierte en sus aguas residuales 6,019 toneladas por año de sólidos disueltos, 1,450 toneladas por año de sólidos suspendidos y 7,469 toneladas de sólidos totales, cantidades equivalentes a las que genera una localidad con 84,060, 94,600 y 85,900 habitantes respectivamente.

La carga contaminante que contienen las aguas residuales del sector, medida en términos de demanda bioquímica de oxígeno y demanda química de oxígeno, asciende a 1,407 y 3,434 toneladas por año, carga contaminante similar a la generada por una localidad de 79,100 y 92,600 habitantes respectivamente.

La concentración de contaminantes en las aguas residuales provenientes de la industria de acabado de metales es mayor que la concentración detectada en las aguas del Gran Canal de la Ciudad de México. Por ejemplo, la concentración de arsénico es 3.04 veces mayor, el cadmio 282 veces, el cobre casi 9 veces mayor, el cromo total 34 veces, el mercurio 2.4 veces mayor, el níquel 41, el plomo 3.14 veces mayor, el zinc 13.6 veces y las sustancias activas al azul de metileno 1.3 veces mayor. Sin embargo la carga contaminante de metales pesados, la cual asciende a 123.223 toneladas por año, equivale solamente al 1.54% de los residuos peligrosos generados en el Estado de Quintana Roo. 5. NORMATIVIDAD APLICABLE AL SECTOR.

En la década de los 40’s, las emisiones contaminantes de la industria de acabado de metales fueron reguladas, a través de los ordenamientos emanados del “Reglamento para los establecimientos industriales o comerciales molestos, insalubres o peligrosos”, publicado en noviembre de 1940, en el cual se dictaban los primeros lineamientos para el control de sonidos, trepidaciones, cambios sensibles a temperatura, luces, polvos, chispas, humos, vapores de agua, malos olores y manejo de sustancias tóxicas, corrosivas, inflamables o explosivas, pero sin establecer aún niveles permisibles de emisión.






Posteriormente, durante cerca de 30 años persiste la ausencia de ordenamientos legales en materia ambiental, ya que hasta la década de los 70’s se publica la “Ley Federal para Prevenir y Controlar la Contaminación Ambiental”, lo que da pie a que en 1971 se publique el “Reglamento para la Prevención y Control de la Contaminación Atmosférica Originada por Humos y Polvos” y en 1973 a la publicación del “Reglamento para la Prevención y Control de la Contaminación de Aguas”

Es en el “Reglamento para la Prevención y Control de la Contaminación Atmosférica Originada por Humos y Polvos” en el que por primera vez se establece el concepto de emisión máxima permisible para las emisiones de polvos y la concentración de gases en chimeneas.

El “Reglamento para la Prevención y Control de la Contaminación de Aguas” es el instrumento en el que por primera vez se establecen valores máximos tolerables para 5 parámetros contaminantes en descargas de aguas residuales; se emiten valores máximos permisibles de substancias tóxicas en cuerpos receptores y se crea el concepto de “Condiciones particulares de descarga”.

Con la publicación, en 1992, de la “Ley de Aguas Nacionales”, la prevención y control de la contaminación de las aguas se separa de la “Ley General del Equilibrio Ecológico y la Protección al Ambiente” y se faculta a la Comisión Nacional del Agua para que junto con la administración de las aguas nacionales, vigile el control de su contaminación con base en ese nuevo ordenamiento y el “Reglamento de la Ley de Agua Nacionales”, actualmente en vigor.

Finalmente, en 1996, se publica la vigente “Ley General del Equilibrio Ecológico y la Protección al Ambiente” que incluye las reformas y adiciones decretadas y derogan diversas disposiciones DESCARGA DE AGUAS RESIDUALES A CUERPOS RECEPTORES

Para descarga a cuerpos receptores, hasta 1996, la industria de acabado de metales contaba con normas específicas para el control de la contaminación del agua residual que





Proyecto Terminal Trimestre I-02 generaba. La Norma Oficial Mexicana NOM-017-ECOL-1994, es la que establecía los límites máximos permisible de contaminantes en las descargas de aguas residuales a cuerpos receptores provenientes de la industria de acabados metálicos y la Norma Oficial Mexicana NOM-066-ECOL-1994, la que establecía los límites máximos permisible de contaminantes en las descargas de aguas residuales a cuerpos receptores provenientes de la industria de la galvanoplastia.

Posteriormente, en 1997 son derogadas todas las normas específicas que establecían límites máximos permisible de contaminantes en las descargas de aguas residuales a cuerpos receptores provenientes de la industria en general y se sustituyen por la Norma Oficial Mexicana NOM-001-ECOL-1996, que establece los límites máximos permisible de contaminantes en las descargas de aguas residuales en aguas y bienes nacionales, la cual se encuentra en vigor. DESCARGA DE AGUAS RESIDUALES A SISTEMAS DE ALCANTARILLADO Y DRENAJE

Entre 1973 y 1991 los responsables de las descargas de aguas residuales industriales a sistemas de drenaje y alcantarillado solamente tenían la obligación de registrar su descarga ante la autoridad competente, ya que la obligación de cumplir con los 5 parámetros que establecía el Reglamento para la prevención y control de la contaminación de aguas exclusivamente era aplicable a descargas de aguas residuales a cuerpos receptores.

En 1991 se publica la Norma Técnica Ecológica NTE-CCA-031/91, que posteriormente pasaría a ser la Norma Oficial Mexicana NOM-031-ECOL-1993 que establecía los límites máximos permisibles de contaminantes en las descargas de aguas residuales de la industria, actividades agroindustriales, de servicios y el tratamiento de aguas residuales a los sistemas de drenaje y alcantarillado urbano o municipal, con lo que dejaron de ser aplicables las normas específicas para los giros industriales que vertían sus aguas residuales en los sistemas de alcantarillado urbano.

Posteriormente, en 1998 es derogada la Norma Oficial Mexicana NOM-031-ECOL-1993 y entra en vigor la Norma Oficial Mexicana NOM-002-ECOL-1996, que establece los límites máximos permisible de contaminantes en las descargas de aguas residuales a los sistemas de alcantarillado urbano y municipal.





Proyecto Terminal Trimestre I-02 NORMATIVIDAD NACIONAL

La normatividad nacional regula los contaminantes en sus estados :sólidos, líquido y gaseosos.

En materia de residuos, la NOM-052-ECOL-1993 establece las características de los residuos peligroso, el listado de los mismos y los limites que hacen a un residuo peligroso por su toxicidad al ambiente. En ella clasifica a los residuos de lodos de tratamiento de aguas de procesos de metalmecánica y galvanoplastia como resido peligroso toxico.

La característica del lixiviado (PECT) que hacen peligroso a un residuo por su toxicidad al ambiente, establece una concentración máxima permisible de 5 mg/L (5 ppm) para cromo hexavalente.

En el caso de efluentes residuales industriales la NOM-002-ECOL-1996 indica máximos permisibles de contaminantes en las descargas a los sistemas de alcantarillado urbano o municipal . La Tabla 7 india los criterios para la descargas de agua residuales: Tabla 7.

PARAMETRO mg/L Promedio mensual Promedio diario Instantáneo

CROMO HEXAVALENTE 0.5 0.75 1

Así mismo se tienen regulación en los centros de trabajo, las cuales son expuestas en la NOM-010-STPS-1999, la cual establece las condiciones de seguridad en los centros de trabajo donde se manejen, transporten, procesen o almacenen sustancias químicas capaces de generar contaminación en el medio ambiente laboral.






Caso de Estudio (Empresa Seleccionada) Deco Rack, S.A. de C.V., es una empresa dedicada a la fabricación de muebles de estantería en madera y metal para tiendas de auto servicio, cuyo proceso emplea 18 tinas de 1800 litros cada una, con excepción de las tinas uno y dos que tienen una capacidad de 2000 litros. El tren de proceso consiste en desengrase y sus respectivos enjuagues (Tinas 1-4), decapado (Tinas 5 y 6), Niquelado y enjuagues (Tinas 7-13) y cromado (Tinas 14-18). La Figura. 11 representa dicho tren y los datos incluidos corresponden a los obtenidos en campo, en nuestra visita de estudio, efectuada el día 9 de junio del 2001. ��

�� TINA ��

��

��

DESCRIPCION �� 1 ��

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��

Desengrase por inmersión (Temperatura 68 °C, pH 14) ��

�� 2 ��

��

��

Desengrase electrolítico �� 3 ��

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Enjuague, pH 10 �� 4 ��

��

��

Enjuague Ph 10 �� 5 ��

��

��

Decapado (ácido sulfúrico 50 l/1800 l de agua, pH de 0 a 1)

�� 6 ��

��

��

Enjuague ( pH de 1 a 2 )

�� 7 ��

��

��

Niquelado (sulfato, cloruro, ácido bórico, 45 D55, abrillantador 2000 Ultra Light, pH de 5 a 6)





Proyecto Terminal Trimestre I-02 ��

�� 8 ��

��

��

Niquelado (sulfato, cloruro, ácido bórico, 45 D55, abrillantador 2000 Ultra Light, pH de 5 a 6) ��

�� 9 ��

��

��

Enjuague (Recuperador) �� 10 ��

��

��

Vacío �� 11 ��

��

��

Enjuague �� 12 ��

��

��

Enjuague �� 13 ��

��

��

Asientos de enjuague �� 14 ��

��

��

Cromado (ácido sulfúrico, ácido crómico, ácido carbonico, bario, Expor Mach 2 Meke Up, acondicionador de pH) ��

�� 15 ��

��

��

Recuperador (40 a 45 °C) �� 16 ��

��

��

Recuperador �� 17 ��

��

��

Recuperador

�� 18 ��

��

��

Recuperador

Figura 11. PROCESO





Proyecto Terminal Trimestre I-02 Con regularidad, el agua residual de los enjuagues de desengrase, decapado, niquelado y cromado, son vertidos a un sistema de drenaje, que conduce al liquido a tres cisternas, con una capacidad de 10 m3 c/u, las cuales, están intercomunicadas, provocando mezcla de sus contenidos.

No se tienen debidamente identificadas las cisternas, por lo que se les asigna diferentes nombres, cayendo incluso en contradicciones; por ejemplo, a una misma cisterna da lo mismo llamarle cisterna uno, de ácidos o desengrase. Lo anterior no es coherente, ya que el rango de pH para cada uno estos, se localizan en los extremos opuestos de su escala. Es común ver en una u otra cisterna, agua de aspecto grisáceo o de color verde, con alta turbiedad y con una cantidad considerable de lodos. Dado que en el proceso se usan tensoactivos, ácido, sulfatos, cloruros, abrillantadores y otros productos químicos de patente, para dar calidad al acabado, el agua residual que se genera tiene un alto grado de contaminación y su descarga a la red de drenaje municipal, esta restringida por la norma oficial mexicana NOM-002-ECOL-1996; que establece los limites máximos permisibles de contaminantes en las descargas de aguas residuales a los sistemas de alcantarillado urbano o municipal. VOLUMEN DE AGUAS RESIDUALES V = 16.15 m3/semana Esta cantidad es variable, depende de la cantidad de la demanda del producto. ESTIMACIÓN DE CONTAMINANTES GENERADOS Concentración promedio de los contaminantes de interés presentes en el agua residual Cromo Total :220 mg/L Cromo Hexavalente: 202 mg/L Cantidad susceptible a ser recuperada Cromo: 3.55 Kg/semana






- Precio comercial del kilogramo de cromo metálico electrolítico $118.00 (Ciento diez y ocho pesos 00/100 M.N.) COSTO POR MANEJO DE RESIDUOS Y TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES Costo por disposición de las aguas residuales Costo unitario (por litro): $ 0.80 (centavos 80/100 M.N.) Costo promedio semanal: $12,920.00 (pesos 00/100 M.N.)

Costo por tratamiento de aguas residuales Tratamiento por precipitación química: $ 6,000.00 Costo por disposición de lodos generados (base seca) - Costo unitario (por contenedor, cap. 200 L): $320.00 (pesos 00/100 M.N.) Generación promedio de los lodos residuales Volumen de lodos en base húmeda : 463 [ml/L] Costo semanal por disposición de los residuos sólidos generados: $3,590.00 (Tres mil quinientos noventa pesos 00/100 M.N. Costo anual del tratamiento (de forma global): $ 383,600.00 (Tres cientos ochenta y tres mil seis cientos pesos 00/100 M.N.) Margen Económico de un Proceso Costo del tratamiento + Recuperación de Cromo = $ 383,600.00/año + ($ 118 KgCr)(170.4 KgCr/año) = $ 403,707.20 (Cuatrocientos tres mil setecientos siete pesos 20/100 M.N.) Fuente : Deco Rack, S.A. de C.V.





Proyecto Terminal Trimestre I-02 Metodología de Tratamiento Adoptada

Antes de adoptar una metodología para la problemática en cuestión, y ponderando los objetivos marcados, se realizó una investigación exhaustiva de todos los métodos existentes de tratamiento de aguas residuales de este origen, así como las técnicas de recuperación de cromo. Las técnicas de tratabilidad evaluadas fueron las siguientes: 1.- Precipitación química 2.- Flotación electrolítica 3.- Intercambio iónico 4.- Osmosis inversa 5.- Purificación electrolítica

La primera técnica, como se pudo vislumbrar, genera una gran cantidad de generación de residuos peligrosos, no teniendo una posibilidad viable para la posterior recuperación.

En el caso de la Flotación electrolítica, que a grandes rasgos consiste de dos cámaras separadas, en donde en una de las cámaras el agua residual se somete a electrólisis a 8 V y 24 A. Consumiendo aproximadamente de 3 a 5 Kwatts/m3. Se genera espuma. La cual se desborda a la siguiente cámara, que funciona como tanque de sedimentación y de flotación al mismo tiempo. Los sólidos se depositan en el fondo, la espuma flota a la parte superior y el agua clarificada se obtiene de la parte media de la misma. Los inconvenientes detectados son:

1. no se obtiene un gran porcentaje de remoción de metales del efluente (83.72 %) 2. la flotación requiere de energía eléctrica adicional y ánodo y cátodo para la electrólisis,

lo cual aumentaría los costos innecesariamente 3. se requeriría tratar los enjuagues de forma individual.






Intercambio iónico. Se define como el intercambio de iones entre un sólido y un liquido en donde no se presenta un cambio sustancial en la estructura del sólido, las resinas utilizadas para el cromo son resinas catiónicas, las cuales tiene iones positivos intercambiables, entre los cuales se encuentran el hidrógeno u otros iones monovalentes como el sodio.

Las resinas llegan a saturarse, por lo que deben ser regeneradas con una solución concentrada que contenga el ión original de la resina. Al utilizar resinas en efluentes con una alta concentración del metal a remover, se tiene el problema de que la resina se satura rápidamente. Para el cromo se encontró que se satura a los 600 ml de muestra tratada. Se puede concluir que esta metodología no es apropiada para un tratamiento inicial a los enjuagues. Sin embargo se puede proponer para una agua ya tratada.

En la Osmosis inversa se tiene los mismos inconvenientes que en el intercambio iónico, ya que la membrana se obtura muy rápidamente, a demás de ser muy delicada y cara.

Purificación electrolítica, también denominada electroganancia. Este término se refiere al fenómeno de electrólisis que se lleva a cabo en soluciones diluidas con el fin de recuperar el metal. El metal, que se deposita en el cátodo, proviene de las soluciones gastadas de otro proceso electrolítico, sin adicionar ningún agente químico ni reposición de iónes, usando como ánodo un electrodo inerte. El problema encontrado en este proceso, es que es el cianuro presente, el cual es una prioridad retirar en primera instancia. Lo anterior conlleva a la remoción parcial de los metales presentes y con esto se tiene pocas posibilidades de recuperación.

De igual forma para la técnicas de recuperación se realizó un análisis similar, tanto económica como técnicamente, para la evaporación. Se pueden emplear evaporadores atmosféricos o al vacío, en cualquiera de ellos se necesita de la aplicación de energía, encareciendo en gran medida la operación. Por otro lado, en el caso del evaporador atmosférico, no se tiene la posibilidad de recuperar el agua por condensación, y de esta forma podría utilizarse para servicios.





Proyecto Terminal Trimestre I-02 Por tal motivo se inclina por la operación de extracción por solventes, en donde las ventajas son varias. Por ejemplo, el volumen utilizado del solvente (denominado normalmente extractante) es poco y puede ser pocas las perdidas del mismo. La extracción es muy selectiva, si se encuentra un extractante adecuado. Se buscaría que en el presente caso no sea necesario un tratamiento previo del efluente. La extracción por solventes, se basa en la inmisibilidad de las soluciones, de su diferencia de densidades, así como de la selectividad.





Proyecto Terminal Trimestre I-02 ANTECEDENTES En relación a trabajos realizados sobre el tema en cuestión, son pocos los autores que se pueden citar: Juana J. Meléndez Mier. Universidad Nacional de San Agustín de Arequipa Perú y Laboratorio del área de curtimbre de la Fábrica América Pedro P. Díaz, Perú publicó un artículo denominado “Métodos alternativos para la extracción de Cromo (III) de Aguas Residuales de Curtimbres”. En dicha publicación se empleó de extracción líquido-líquido con ligando tiocianato de potasio, solvente alcohol amílico y a pH 1.5, logrando una extracción del 95.85% N. M. Rice. University of Leeds United Kingdom. “Proceso Comercial para el Cromo y el Vanadio”, en donde el Cromo VI es extraído con Extractantes de solvatación como es el tri-n-butil fosfato o el Trioctil fosfina oxido y Alamine 336. LA-2. Reportan un porcentaje de recuperación del 99.5% de Cromo VI. H. Reinhardt and H.D. Ottertum, Swedish Patent Aplication 76-13686-0. “Extracción de impurezas de cromo, de un proceso de platinado por lotes”, en donde la extracción se realiza con una mezcla de HDNNS y tri-n-butil fosfato. El Cromo VI se regresa al proceso después de un proceso de evaporación, y el Cromo III, se despoja con una Solución de H2SO4 o HCl 5 molar, para pasar por ultimo a una etapa de cristalización. Tanto S. Nishimura and M. Watanabe, Japan Kokai Patente 76,90,999 (1976) como Reinhardt and H.D. Ottertum, en el pantente mencionado anteriormente uutilizaron tri-n-butil fosfato para la extracción del Cr (VI) para plantas de chapeado. El cromo se recupera como cromato de sodio, con una solución de hidróxido de sodio, para efluentes con concentraciones de Cr (IV) de 200 g/L.






La química del proceso de extracción de cromo esta dominada por su conducta en fase acuosa, y sobre todo por la multiplicidad de estados de oxidación en que se encuentran. Hay complicaciones además, como resultado de la hidrólisis de la especie aniónica con estado de oxidación estable más alto, como función del pH, la concentración y la formación de complejos, como sulfatos y cloruros. Todo esto afecta la estabilidad del metal. La conducta del Cromo (VI) es relativamente simple y bien establecida. Debajo de pH 1-2, existe como H2CrO4 ionizado. Entre valores del pH de aproximadamente 2 y 7, existe como Cr2O72-, para concentraciones debajo de 0.02 mol/dm3 (≅1 g/L), se considera que el HCrO4

- predomina independientemente del pH. A valores del pH aproximadamente de 7, el CrO4

-, es el ion estable. El Cromo (VI) no forma especies insolubles y debe recuperase de sus soluciones acuosas por cristalización del cromato hidratado o dicromato por electrolisis. Lo que se busca en el presente proyecto, es recuperar el cromo en forma de dicromato. Para recircular directo al sistema. Si lo anterior no es posible, se puede recuperar como metal por electrolisis, aunque se planteó que no es tan rentable llegar hasta esta etapa. Se plantea regresar el cromo despojando (del extractante) a las tinas de cromado, o en su caso tenerlo en un contenedor especificado, como producto de compensación del baño.

Esta meta parte del entendido, de que uno de los objetivos del proyecto no es recuperar el cromo en metal para posteriormente venderse, si no regresarlo a la línea de producción. Con esto, se consigue además de abatir el impacto de la generación de agua residual, tener un valor agregado del proceso de tratamiento. El Cromo (III) puede extraerse en forma iónica del agua residual con TBP (tributil fosfato), di-2-etilhexil ácido fosfórico (D2EHPA) o con una mezcla de 1:1 de metilisobutilcetona y acetato de amilo. Para tal efecto se procedió a la selección del extractante, basados en las siguientes características recomendables(1):






1. Relativamente económicos 2. Tener una baja o nula solubilidad en la fase acuosa 3. Tener una gran estabilidad en periodos prolongados de tiempo 4. Que no tiendan a formar emulsiones 5. Buenas características de coalescencia 6. No deben ser flamables, volátiles y tóxicos 7. producir una rápida cinética de extracción 8. Gran solubilidad en los diluyentes comercialmente manejados 9. Que se despojen en un alto grado del metal cargado

En esencia hay tres subdivisiones de extractantes; ácido, básicos y neutros. Los extractantes ácidos y básicos también son conocidos como catiónicos y aniónicos, respectivamente. En el presente proceso de recuperación de Cromo (VI) y Cromo (III), del agua residual generada en las tinas de cromado, y de acuerdo a la naturaleza química del Cromo, se seleccionaron tres extractantes, para emplearlos en las pruebas de extracción. Los extractantes utilizados fueron:

Etilhexil ácido fosfórico Dibutil fosfato, y Cyanex 302 (ácido (2,4,4 trimetilpentil) monofosfonico)

Como se mencionó, la selección se basó en la disponibilidad y precio de ellos en el mercado, y conforme a la naturaleza química. El primer y tercer extractante son de carácter ácido mientras que el segundo (Dibutil fosfato) es neutro.





Proyecto Terminal Trimestre I-02 Los extractantes ácidos son los mas ampliamente usados, debido a su bajo costo y su insolubilidad en agua. Se incluyen en este grupo los aquilofosfóricos, sulfónicos, ácidos monocarboxílicos alifáticos, y los derivados del naftaleno. El etilhexil ácido fosforico, que es un ácido alquilofosfórico, es quizás uno de los extractantes más utilizados, particularmente para usos en soluciones ácidas. El Dibutil fosfato medianamente utilizado pero tiene un gran poder de extracción. El Cyanex 302, de formula condensada (C18H17)2P(S), siendo de empleo resiente dentro de la hidrometalurgía,. La sustitución de átomos de azufre por oxigeno incrementa la acidez de los extractantes. Esto es conveniente para la extracción de iones metálicos de ácido de Lewis blandos; como son Ag (I), Ni (II), Zn (II), Cu (I), Au (I), y metales del grupo del platino. El comportamiento de los tres extractantes ha sido analizado para diferentes metales; pero en ninguno de los casos se han reportado datos experimentales con estos extractantes para Cr (VI) y Cr(III). El mecanismo general de la extracción del Cr (VI) con los tres extractantes usados, esta relacionado con la formación de un compuesto de la siguiente manera:

++ +⇔+ nHMAnHAM nn (1)

El mecanismo que involucra extactantes ácidos es similar a los extractantes de quelación. Las mismas consideraciones cualitativas aplican, como la influencia de pH, concentración del extractante y del ion metálico, que son factores que afectan el orden de extracción del metal, y así sucesivamente, con la diferencia que la composición de las especies extraídas es mucho menos predecible.





Proyecto Terminal Trimestre I-02 FUNDAMENTOS TEORICOS El proceso de extracción por solventes ( o extracción líquido-líquido) es una técnica de separación, la cual involucra transferencia de masa entre dos fases inmiscibles. El metal es transferido de una fase acuosa a una fase orgánica o viceversa. Este tipo de técnicas se aplica ampliamente en procesos metalúrgicos de cobre, debido a su bajo costo y reducido impacto ambiental.

Básicamente, el proceso de extracción por solventes se usa para purificar y concentrar metales. Solo se requiere que el metal específico sea transferido selectivamente desde una fase acuosa a una orgánica. El proceso puede definirse por la ecuación:

++ +⇔+ nHMEnEM nn (2)

Donde: La fase orgánica se denota por (-), El extractante esta denotado por E, Y el ion metálico se denota por M. La ecuación (2) representa la siguiente situación: el ion metálico M+n, que se encuentra inicialmente en la fase acuosa, se pone en contacto con una fase orgánica que contiene al extractante E. La transferencia de M ocurre a través de la interfase, produciendo una nueva especie MEn, la cual es soluble únicamente en la fase orgánica. Este fenómeno se conoce como extracción, y el objetivo es separar el metal, en este caso M, de otros metales o componentes que están presentes en el sistema acuoso. En el presente caso, se requiere un segundo proceso con el fin de transferir el metal de la fase orgánica a una nueva fase acuosa. A esta operación se denomina proceso de despojo, y es lo contrario del proceso de extracción y requiere que el equilibrio en la ecuación (1) se desplace a la izquierda.






Fase Orgánica

Fase Acuosa

Mn+ + nA-

+nH +

HA MAn

Figura 12. Equilibrio

Como se puede observar, la separación y recuperación de un metal puede, al menos en teoría, lograrse a través de dos operaciones básicas de transferencia de masa que involucran dos fases liquidas. Por razones obvias estas deben de tener una solubilidad mutua mínima. Cuando una fase acuosa que contiene metales se mezcla con una fase orgánica, constituido por un extractante selectivo, el metal se distribuirá entre las dos fases.

Esa distribución es, en el caso de los iones metálicos, de acuerdo a su naturaleza y afinidad química. El proceso básico de extracción depende esencialmente de un cambio de posición del equilibrio químico del sistema de dos fases. La distribución de un metal entre una fase acuosa y una orgánica es conocida como el coeficiente del extracción, designado con la letra E, o el coeficiente de distribución, D, y se define como:

acuosafaselaenmetaldeliónconcentracorgánicafaselaenmetaldeliónconcentracE

= (3)

Las reacciones químicas ocurren entre las especies metálicas presentes en la fase acuosa con uno o más componentes de la fase orgánica, llamada solvente.





Proyecto Terminal Trimestre I-02 Para lograr la transferencia requerida se debe modificar de alguna manera al ion. Para convertir el ion metálico a una especie extractable es necesario neutralizar su carga y reemplazar una parte o toda su agua de hidratación por alguna otra molécula o ion. Para lograr esto se puede proceder a:

Formar una especie neutra (complejando el metal iónico con un ion de carga opuesta) y al mismo tiempo remplazando una parte o toda el agua de coordinación del metal.

Obtener complejos que provienen de la formación de especies neutras con un extractante.

Remplazar el agua de hidratación del metal ion con moléculas del solvente.

El proceso completo convierte un ion metálico hidrofílico en una especie hidrófobica.

En los sistemas de extracción de metales es de suma importancia la naturaleza de las especies metálicas. Se clasifica los sistemas de extracción de la siguiente forma:

Aquellos que involucran la formación de compuestos

Aquellos que involucran la asociación de iones

Aquellos que involucran la solvatación del ion metálico

Algunos extractantes pueden pertenecer a más de una clase, dependiendo en gran medida de las condiciones del proceso.

La extracción por solventes es un proceso regido por el equilibrio de la reacción (2). Sin embargo, la proporción a la que el equilibrio se alcanza también es un factor importante, y en el proceso de extracción por solventes la cinética gobierna el sistema, entre otras cosas, en las que se lleva a cabo el proceso.





Proyecto Terminal Trimestre I-02 En un sistema heterogéneo como es éste, la tasa de extracción del metal dependerá, en gran medida, del área superficial de la fase dispersa (Fase Orgánica). Se pone en contacto intimo las dos fases, dispersando una fase (la fase Orgánica) en la otra (la fase Acuosa). Lo anterior depende esencialmente de las condiciones de agitación.

El área interfacial de la fase dispersada dependerá de la forma y nivel de agitación, es decir, de la entrada de energía al sistema. Sin embargo, no debe pensarse que a mayor agitación es mayor la eficiencia del proceso. Además, disminuye el tamaño de la burbuja de la fase dispersa, haciendo que las burbujas parézcase esferas rígidas. En esta condición no hay movimiento interior dentro de las esferas, y no se produce ninguna nueva superficie, para reaccionar con iones de metal. Por consiguiente, la tasa de extracción es lenta. Cinéticas muy rápidas de extracción, por ejemplo, permite el uso de contactadores que tienen tiempo de retención del orden de segundos (como en centrífugas) y qué permite proporciones de flujo altos. Otros factores que afectan la tasa de extracción son la viscosidad de las fases, cantidad de agitación, y la temperatura del sistema.

solvente

Sol. Acuosa MetalAlimentación

Acuosa

Fase deExtracción

Refinado de Extracción

Alim

enta

ción

de S

olve

nte

solvente

Sol. Acuosa Solución deDespojo

Fase deD

espojo

Refinado de Despojo

Solvente en Equilibrio

Metal

Figura 13. Proceso Global





Proyecto Terminal Trimestre I-02 EXPERIMENTACIÓN

En la etapa de experimentación, se procedió a determinar las condiciones propicias para llevar a cabo el proceso de recuperación de cromo del agua residual con el fin de reinsertarlo en el proceso productivo de la empresa. Como primera instancia se inició con las condiciones del metal a equilibrio. Se realizaron pruebas de extracción para cada uno de los extractantes a las condiciones iniciales de la muestra. Los volúmenes de la fase acuosa y orgánica para esta primera fase fueron 1:1 y se agitaron de forma manual, con el equipo Multi-wrist shaker y con un equipo de prueba de jarras, siendo este ultimo el que arrojo mejores resultados, y de igual forma se realizaron a diferentes tiempos de agitación, adoptando un tiempo de agitación de 10 min. como el mas adecuado, para las pruebas. El análisis de las muestras se efectuaron conforme a la normatividad vigente para este tipo de metales en agua residual, por ende la metodología de análisis es la misma que marca las norma oficiales mexicanas en materia de aguas residuales. Estos análisis sirven de base para determinar el rendimiento de la extracción así como del posterior despojo.

En los siguientes cuadros resumen encontramos los resultados de las pruebas efectuadas. Características del Agua Residual. Tabla 8.

Concentración del Metal [mg/L]± 0.63

pH ± 0.01 Cr Total Cr6+ Cr3+

7.24 113.40 89.84 23.56





Proyecto Terminal Trimestre I-02 Selección del Extractante: Tabla 9.

Agua Residual

Extractante Conc. ±0.01 Diluyente pH Inicial

±0.01 pH Final ±0.01

% de Extracción

±3.6 Etilhexil ácido fosforico

7.20 1.16

Dibutil fostato

7.18 0.94

Cyanex 302

0.1 M

Querosén (grado

industrial)

7.24

6.92 14.10

En esta tabla se puede apreciar que los mejores resultados, se obtuvieron, al emplear el Cyanex 302, teniéndose un porcentaje del 14%, además es pertinente resaltar la utilización de un disolvente adecuado, para seleccionar este se basó en los siguientes puntos básicos que son:

Que sea mutuamente miscibles con el extractante

Tener una baja volatilidad y toxicidad y un punto de flash alto

Que sea insoluble en la fase acuosa

Y una tensión superficial baja.

Una vez establecido el extractante a emplear, se realizó la identificación del el pH idóneo de extracción, siendo uno de los factores que mas afectan el proceso de extracción. Esta etapa se condensa en la siguiente figura:






0.00

10.00

20.00

30.00

40.00

50.00

60.00

0.00 2.00 4.00 6.00 8.00 10.00 12.00

pH

% E

Figura 14. pH inicial vs % de Extracción de Cromo, usando Cyanex 302 (0.1 M en Querosén)

En la anterior gráfica se pude apreciar que a pH básicos se favorece el proceso de extracción. El pH seleccionado para el proceso fue de 10. Condiciones a pH seleccionado: Tabla 10.

Agua Residual

Extractante Conc. ±0.01 Diluyente pH Inicial

±0.01 pH Final ±0.01

% de Extracción ±3.6

Cyanex 302 0.1 M Querosén

(grado industrial)

10.00 7.83 73.41

Para la construcción de la curva de equilibrio, y de esta forma determinar el numero de etapas, se procedió a determinar la máxima carga de extractante. Los resultados son los siguientes:





Proyecto Terminal Trimestre I-02 Curva de Extracción:

Tabla 11.

Fase Acuosa [mg Cr/L]

±0.63

Fase Orgánica [mg Cr/L]

±1.02 A/O

D [Fase Orgánica]/[Fase Acuosa] ±0.31

% Extracción ±3.6

17.41 24.14 1/3 1.387 80.622 18.60 35.62 1/2 1.916 79.301 23.18 66.66 1/1 2.875 74.196 25.16 129.36 2/1 5.142 71.995 25.87 191.91 3/1 7.418 71.203 54.26 213.48 6/1 3.934 39.604 68.12 217.20 10/1 3.188 24.176

De igual manera se procede para la curva de despojo. La selección del despojante, se basó en referencias bibliografícas[1,2] con las que se contaban para este tipo de operaciones, además de la disponibilidad y costo del mismo, y como un punto muy importante conforme a los objetivos de recuperación. A continuación se muestra los despojante empleados, y los resultados que se obtuvieron con ellos: Tabla 12.

Despojante Conc. ±0.01 M

±1.0 %

Con. De la Fase Orgánica Original [mg

Cr/L] ±1.02 % Extracción ±3.6

Ácido Sulfúrico 10 % en Vol. 7.40 Ácido Sulfúrico 20 % en Vol. 10.10 Ácido Sulfúrico 30 % en Vol. 19.64 Ácido Sulfúrico 80 % en Vol. 18.56 Ácido Sulfúrico 90 % en Vol. 20.70 Ácido Sulfúrico Concentrado 20.70

Hidróxido de Sodio 2 Molar 18.56 Ácido Nítrico 5 Molar

47.10

7.96





Proyecto Terminal Trimestre I-02 Con base en los resultados obtenidos de las pruebas y al costo de manejo del reactivo, se seleccionó como despojante, una solución de ácido sulfúrico al 30 % en volumen. Una vez seleccionado el despojante requerido, se efectúo la construcción de la curva de despojo. Curva de Despojo: Tabla 13.

Fase Orgánica [mg Cr/L] ±1.020

Fase Acuosa [mg Cr/L]

±0.63 A/O

D [Fase Acuosa]/[Fase

Orgánica] ±0.31

% Extracción ±3.6

15.68 88.19 4/1 5.624 54.125 23.44 114.18 3/1 4.871 49.083 46.22 140.80 2/1 3.046 34.162 75.70 198.30 1/1 2.619 19.860 144.40 229.23 1/2 1.587 12.013 224.10 231.14 1/4 1.031 6.547 226.80 234.11 1/6 1.032 3.219

Una vez concluido esta fase de experimentación, en donde se establecieron las condiciones a las cuales se efectuaran tanto la etapa de extracción como la de despojo; se continuó con el diseño de los equipos del proceso.

De igual manera que en otras etapas del proyecto, se realizó un análisis exhaustivo de los equipos utilizados en la extracción. Por las condiciones de operación de la planta, volúmenes generados y disposición de área requerida dentro de la planta, además por motivos técnicos evaluados con respecto a la eficiencia del equipo, costo, instalación y mantenimiento del mismo, se seleccionó un extractor diferencial de contacto continuo, en forma más precisa se escogió una torre empacada a contracorriente.

Cuando los líquidos fluyen a contracorriente a través de una sola pieza del equipo, se puede tener el equivalente de todas las etapas ideales deseadas. En estos aparatos el flujo a contracorriente se produce debido a la diferencia en las densidades de los líquidos; además, si la fuerza motriz del flujo es la fuerza de gravedad, el extractor generalmente adopta la





Proyecto Terminal Trimestre I-02 forma de una torre vertical, en que el líquido ligero (Sol´n Orgánica) entra por el fondo y el pesado (Agua Residual / Ácido Sulfúrico) por la parte superior. El primer paso en esta etapa del proyecto es determinar los coeficientes de transferencia de masa. Los coeficientes de extracción y despojo, se determinaron por medio de un dispositivo experimental el cual se muestra de manera esquemática en la siguiente figura.

Solución Orgánica

Solución Acuosa

Interfase

Figura 15. En donde una bureta es llenada por el liquido ligero (So´ln Orgánica) y por medio de un aparato de venoclisis, se goteó la solución acuosa, el agua residual o el ácido sulfúrico según sea el caso, en un intervalo de tiempo preestablecido. Los datos obtenidos de este experimento nos permiten calcular los coeficientes de transferencia de masa en la columna sin el empaque. Los datos obtenidos fueron:






Concentración inicial de las soluciones (análisis en equipo de absorción atómica) Concentración final de las soluciones (análisis en equipo de absorción atómica) Tiempo de goteo (Cronómetro) Número de gotas (Conteo) Volumen total (medición de volumen) Área de una gota (análisis de fotografía analítica por medio del software científico IPLab 3.0.6) Radio de una gota (análisis de fotografía analítica por medio del software científico IPLab 3.0.6) Área total de transferencia de masa (Cálculo)

El procedimiento de cálculo fue el siguiente: Para la etapa de extracción: Datos: Tabla 14.

Parámetro Símbolo Valor Unidades Concentración inicial de la solń acuosa

Ci 102.6 mg/L

Concentración final de la solń acuosa

Cf 94.5 mg/L

Tiempo de Goteo t 5.01 Minutos Número de gotas #g 406 Adimensional Volumen total usado de la solń acuosa

Vt 2.6 mL

Area de la gota Ag 0.166 cm2 Radio de la gota Rg 0.115 cm Area total de transferencia de masa

As 67.39 cm2

Peso molecular del cromo

PMCr 51.996 Kg/Kg-mol

Peso molecular del agua

PMH2O 18 Kg/Kg-mol





Proyecto Terminal Trimestre I-02 Calculamos el flujo masico de la siguiente manera:

( ) ( )( )

hrKghrmg

Kgmg

mgLLmgLmgt

VtCfCiWa

73

3

1052.21min60

10000001

min102.4

min1020.4min01.5

0026.05.946.102

−−

−

×=

×

×=−

=×−

=

(4)

El flux es: ( )( )

( ) hrmKgmcm

hrcmKg

hrcmKggotacmgotas

hrKgAsWaNa

⋅×=

⋅×

⋅×=×

==

−−

−−

252

22

29

292

7

1073.31

1001074.3

1074.3166.0406

1052.2

(5)

( )

56

61

10549.30555.0

1097.1

1097.1996.51

10001026.0

−−

−−

×=×

==

×==×

=

KgKgmolKgKgmol

CitmCimy

KgKgmolKgmolKg

KgLLKgPMCi

Cim

i

Cr

aguaρ

(6,7)

( )

56

61

10275.30555.0

1081.1

1081.1996.51

10000945.0

−−

−−

×=×

==

×==×

=

KgKgmolKgKgmol

CftmCfmy

KgKgmolKgmolKg

KgLLKgPM

CfCfm

fi

Cr

aguaρ

(8,9)





Proyecto Terminal Trimestre I-02 Por lo tanto el coeficiente de transferencia global es:

( )

( )( ) hrm

KgmolhrmKgmolyyPMNaKyo

yyy

orga

Cr

fi

⋅=

×−⋅×

=−

×=

=×+

=+

=

−

−−

−

25

27

*

1

5

02101.01001412.3

1017.7

412.32

10275.3549.32

(10,11)

De igual forma se procedió para determinar el coeficiente de transferencia de masa en la etapa de despojo.

Datos: Tabla 15.

Parámetro Símbolo Valor Unidades Concentración inicial de la solń orgánica

Ci 47.1 mg/L

Concentración final de la solń orgánica

Cf 39.5 mg/L

Tiempo de Goteo t 5.07 Minutos Número de gotas #g 433 Adimensional Volumen total usado de la solń acuosa

Vt 3.0 mL

Area de la gota Ag 0.175 cm2 Radio de la gota Rg 0.118 cm Area total de transferencia de masa

As 75.775 cm2

Peso molecular del cromo PMCr 51.996 Kg/Kg-mol Peso molecular del agua PMH2O 18 Kg/Kg-mol Peso molecular del ácido sulfúrico PMH2SO4 98.07 Kg/Kg-mol Peso molecular promedio de la solń de ácido sulfúrico al 30%

PMH2SO4 al 30% 74.052 Kg/Kg-mol

Densidad de la sol´ de ácido sulfúrico al 30%

ρH2SO4 al 30% 1.2150 Kg/L





Proyecto Terminal Trimestre I-02 Flujo masico:

( ) ( )( )

hrKghrmg

Kgmg

mgLLmgLmgt

VtCfCiWa

73

3

10698.21

min601000000

1min

10497.4

min10497.4min07.5

003.05.391.47

−−

−

×=

×

×=−

=×−

=

(12)

Flux:

( ) hrmKgmcm

AsWaNa ⋅×=

×= − 25

2

22

10561.31

100(13)

( ) 1acido 7

Cr

75

Ci 1000000Cim 7.455 10 Kgmol Kg

PM

Cim 7.455 10 Kgmol KgXi 4.5457 10Citm 0.0164Kgmol Kg

−−

−−

× ρ= = ×

×= = = ×

(14,15)

( ) 1ácido 7

Cr

75

Cf 1000000Cfm 6.252 10 Kgmol Kg

PM

Cfm 6.252 10 Kgmol KgXf 3.8121 10Cftm 0.0164Kgmol Kg

−−

−−

× ρ= = ×

×= = = ×

(16,17)





Proyecto Terminal Trimestre I-02 El coeficiente de transferencia global es:

( )

( )( )

55i f

1 7 2Cr

5 2*orga

4.5457 3.8121 10x xx 4.1789 12 2

Na PM 6.8486 10 Kgmol m hr KgmolKxo 0.016384.1789 0.0 10 m hrx x

−−

− −

−

+ ×+= = = ×

× × ⋅= = =

− × ⋅−

0

(18,19)





Proyecto Terminal Trimestre I-02 ANÁLISIS DE RESULTADOS En la etapa de extracción, el extractante con el cual se obtuvo los mejores resultados, fue el Cyanex 302, a un pH de 10. Cabe aclarar que no es el pH original de la descarga, por lo que fue necesario su acondicionamiento debido al carácter ácido del Cyanex 302, y que en el proceso éste libera hidrógenos para captar al Cr por lo tanto la fase acuosa es protonada, disminuyendo su pH y afectando la capacidad de extracción del extractante. A pH mayores de 10, se observaba la disminución del porcentaje de extracción del metal, y a una velocidad de agitación mayor a 45 rpm se apreciaba la formación de una tercera fase (una banda de dispersión). De igual forma este fenómeno afectaba el porcentaje de extracción del Cr. De forma contraria la agitación homogénea pero moderada favorece la extracción. El equilibrio entre las fases en la etapa de extracción (velocidad de extracción) es mas rápida que en la etapa de despojo (velocidad de despojo), hecho que repercute en el diseño del equipo de extracción y despojo, por los tiempos de residencia. Con respecto a la fase de despojo fue ideal que el despojante seleccionado fuera ácido sulfúrico, puesto que éste se encuentra en las tinas de cromado como integrante de la solución utilizada. Lo anterior conlleva a que el cromo recuperado en solución se vierta directamente a la tina sin ningún tratamiento previo. Lo anterior impacta de manera positiva y significativa en los costos de operación. Todo el análisis y desarrollo en la fase experimental, convergen a los siguientes resultados:





Proyecto Terminal Trimestre I-02 Tabla 16.

Etapa de Extracción Etapa de Despojo

Contaminante % E % D

Cromo Total 98.66 99.99

Cromo Hexavalente 99.99 99.99

Cromo Trivalente 83.70 99.99 La remoción del contaminante más dañino, que en este caso es el cromo hexavalente es en casi en 100%, y de igual forma es recuperado. En este sentido se cumple con las disposiciones ambientales en lo que respecta a las descargas de aguas residuales, y con el objetivo primario que es la recuperación del cromo. La remoción del cromo trivalente del efluente no se lleva acabo en su totalidad, pero conforme al porcentaje de extracción conseguido se obtiene un perfil de la calidad de la descarga aceptable, conforme a los máximos permisibles de este contaminante (reportado como cromo total). Una vez separado el cromo trivalente del agua residual por medio de la extracción con cyamex 302, su recuperación con una solución de ácido sulfúrico al 30% es total. Por lo expuesto en los párrafos anteriores, es factible manejar la recuperación del cromo como cromo total (Cr6+ y Cr3+), y de esta manera considerar el porcentaje de extracción del cromo total para la base del diseño del equipo a utilizar en la extracción del metal. Se considera que el tratar de recuperar todo el cromo trivalente no es costeable, ya que introduciría gastos adicionales considerables en el dimensionamiento del equipo y diseño del proceso de tratamiento, al grado de considerarlo no rentable. DISEÑO DE EQUIPO Se realizó un análisis de los equipos utilizados en la extracción liquido-liquido. Por las condiciones de operación de la planta, volúmenes generados y disposición de área requerida dentro de la empresa. Además por motivos técnicos evaluados con respecto a la eficiencia del





Proyecto Terminal Trimestre I-02 equipo, costo, instalación y mantenimiento del mismo, se seleccionó un extractor diferencial de contacto continuo, en forma más precisa se escogió una torre empacada con flujos a contracorriente. Para el dimensionamiento de las torres tanto, la de extracción como la de despojo, se aplican las ecuaciones obtenidas para la absorción de gases. Por razones prácticas, generalmente es necesario trabajar con coeficientes globales y unidades de transferencia globales, que se pueden tomar de los homólogos en absorción de gases Lo anterior es debido a que es difícil de obtener valores fiables de los coeficientes individuales kx y ky. Los datos de transferencia de masa son normalmente basados en los coeficientes globales kox y koy. En esta forma:

( )dzCCakdCxUxdNa Xxox*−⋅=⋅−= (20)

donde C*x es la concentración de la fase acuosa en equilibrio con la concentración Cy (concentración en la fase orgánica). Integrando se tiene:

( )

akUH

xCCxdCxN

ox

XTox

Cx

CxToxI

⋅=

−= ∫

0 ,*

(21,22)

y de manera semejante la fase Y (Orgánica)

( )

akU

H

CCdCyN

oy

yToy

Cy

Cy yyToy

I

⋅=

−= ∫

0 ,*

(23,24)






Estas integrales son simples evaluar desde el punto de vista que c*x y c*y son directamente asequibles como los valores de equilibrio que corresponden al cy y cx, respectivamente. Los valores individuales y globales de HT están relacionados por la suma de resistencias. Siguiendo con la secuencia del calculo, se determino el número de etapas, utilizando los datos de equilibrio, teniendo los siguientes datos. Extracción: Tabla 17.

yC *yC yy CC −*

yy CC −*

1

0 0 0 0

15.68 88.19 72.51 0.0137912

23.44 114.18 90.74 0.0110205

46.22 140.80 94.58 0.01057306

75.70 198.30 122.60 0.00815661

144.40 229.23 84.83 0.01178828

224.10 231.14 7.04 0.14204545

226.80 234.11 7.31 0.13679891 Evaluamos la integral de forma gráfica (utilizando el software Origin Ver 6.1), el valor obtenido fue NToy = 4.41433 Para el cálculo de la altura de cada unidad de transferencia, se procedió de la siguiente manera; tomando como base el flujo de alimentación del agua residual, y que se usara anillos raschig como material de empaque de tamaño nominal 13(1/2) (mm,pulgadas)





Proyecto Terminal Trimestre I-02 Datos: a = 364 m2/m3 Øtorre = 1.0 m Qar = 267 L/hr (Flujo volumétrico de agua residual) (25) Qmar =Qar x ρagua residual =267 Kg/hr (Flujo masico) (26)

ar

22

2

2

Toy2 3Oy

2

QmarQmm 14.825Kgmol hrPM

S 0.7854m4

Qmm KgmolUy 18.8757S m hr

Uy 18.8757Kgmol m hrH 2Kgmolk a 0.02101 364m mm hr

= =

π × φ= =

= =⋅

⋅= = =

⋅ ⋅

.468m

(27,28,29,30)

Por lo tanto la altura de efectiva de la torre es:

( )( )Toy ToyZ N H 4.41433 2.468m 10.8945m= × = = (31)

Por ultimo se tomó a z como 11 m. La altura anterior corresponde a la torre de extracción. Para la torre de despojo se siguieron los mismos pasos.





Proyecto Terminal Trimestre I-02 Despojo Tabla 18.

Cx *xC

*xx CC − *

1

xx CC −

46.22 94.58 0.01057306

198.30 75.70 122.60 0.00815661

229.23 144.40 84.83 0.01178828

231.14 224.10 7.04 0.14204545

234.11 226.80 7.31 0.13679891

0 0 0 0

88.19 15.68 72.51 0.0137912

114.18 23.44 90.74 0.0110205

140.80

Se evaluó la integral de forma gráfica(utilizando el software Origin Ver 6.1) el valor obtenido fue NToy = 7.91824 Para el calculo de la altura de cada unidad de transferencia, se tomó como base el flujo de alimentación de ácido sulfúrico al 30% en volumen, y que se usará anillos raschig como material de empaque de tamaño nominal 13(1/2) (mm,pulgadas) Datos: a = 364 m2/m3 Øtorre = 1.0 m QH2SO4 = 267 L/hr Qm H2SO4 =Q H2SO4 x ρ H2SO4 = 324.405 Kg/hr (Flujo masico) (32)






( )ácido 30%

22

2

2

Tox2 3Ox

2

QmácidoQmm 4.381Kgmol hrPM

S 0.7854m4

Qmm KgmolUx 5.578S m hr

Ux 5.578Kgmol m hrH 0Kgmolk a 0.01638 364m mm hr

=

π × φ= =

= =⋅

⋅= = =

⋅ ⋅

.9355m

(33,34,35,36)

Por lo tanto la altura de efectiva de la torre es:

( )( )Tox ToxZ N H 7.91824 0.9355m 7.4075m= × = = (37)

Por ultimo se tomó a z como 8 m.






DESCRIPCIÓN DEL PROCESO Proceso El proceso consiste en la recuperación cromo del efluente de aguas residuales provenientes del proceso de cromado. Para dicho fin se realizó la experimentación pertinente, para determinar las condiciones propicias para lograr el objetivo planteado. Con base en estas experimentación se diseñó el sistema de recuperación. El proceso consiste a grandes rasgos de dos torres de extracción liquido-liquido, las cuales en lo subsiguiente se denominaran como torre de extracción y torre de despojo, ambas torres son empacadas, utilizando como material de empaque anillos rachig de ½ pulgada. El agua residual se genera el proceso de cromado que consiste en 18 tinas, las cuales se dirigen a dos cisternas con capacidad cada una de 10 mil litros. De aquí se dirige a un sistema de acondicionamiento de pH, que consiste en un tanque con agitación con capacidad de 1 m3 en donde al agua viene a un pH en un rango de 6.5 – 7.4, y se lleva a un pH de 10 utilizando una solución buffer (Borato), de este punto se dirige el flujo (267 L/hr) de agua residual ya acondicionada a la primera torre (extracción). El flujo de agua residual entra por la parte superior de la torre y por la parte inferior de la torre entra un flujo de una solución 0.1 M de Cyanex 302 (utilizando como diluyente Keroseno grado industrial) a una proporción de flujo igual a la del domo (267 L/hr). Por lo tanto estamos hablando de que la operación de la torre es a contracorriente. Siguiendo con la operación de la torre de extracción, por el fondo de la torre sale en agua residual libre de cromo, que es conducida a una cisterna de almacenamiento con capacidad de 10 mil litros. Esta agua puede reutilizarse en servicios sanitarios o descargarse directamente a la red de drenaje municipal, no sin antes re acondicionar el pH, utilizando para tal fin una solución de ácido sulfúrico al 30%. Esta operación se lleva a cabo en un tanque de capacidad de 1 m3.






Por la parte superior de la torre de extracción sale la solución orgánica cargada (Cyanex 302 + iones de cromo), la cual se dirige a la torre de despojo entrando por la parte inferior de la torre. Por la parte superior de la segunda torre entra una solución de ácido sulfúrico al 30% las proporciones de flujo es 1:1. Al igual que la torre de extracción, la operación de la torre de despojo es a contracorriente. Del el fondo de la torre sale la solución acuosa cargada dirigiendo el caudal a una cisterna de almacenamiento con capacidad de 10 mil litros, la solución ácida conteniendo cromo se regresa a las tinas de cromado; la proporción de flujo de regreso a la línea de proceso esta en función de las demandas del servicio. Por el domo de la torre de despojo sale la solución orgánica limpia, la cual es reciclada a la torre de extracción. Por el proceso en si, la solución de Cyanex 302, sale emulsificada de la torre de despojo, por lo cual se plantea un tanque de estabilización antes de su regreso a la torre de extracción o un equipo centrífugo de separación para su regreso a la línea de proceso de tratamiento. Diagrama del Proceso A continuación se presenta el esquema de tratamiento (Figura 16) y en el Apéndice “D” se vuelve a presentar a un tamaño ampliado.



Industria de Acabados Metálicos Laboratorio de Procesos y Diseño III Pag. 67 / 145


SEPARADOR CENTRIFUGOCYANEX

CROMO ACIDO

DESPOJANTE

AGUA ACOND.

AGUA CONTAMINADA

SOLUCION REGULADORA

TINAS DECROMADO

CYANEX

1

2

3

5

4

6

10

8

9

ACIDO

AGUA

11

12

7

CISTERNA DEREGULACION DE PH

RED DE RENAJE O SERVICIOS

13





Proyecto Terminal Trimestre I-02 Lay Out de la Planta y Ubicación del Proceso de Recuperación Se presenta a continuación la distribución total de áreas de proceso de la empresa Deco Rack, S.A. de C.V. y la ubicación del sistema de recuperación cromo, Figura 17.

10

��

��

��

11

��

��

��

DESENGRASEDESENGRASE

ENJUAGUE

ENJUAGUEDECAPADO

ENJUAGUENIQUELADONIQUELADOENJUAGUE

VACIOENJUAGUEENJUAGUE

ASIENTOS DE E.CROMADO

ENJUAGUE

ENJUAGUE

RECUPERADORRECUPERADOR

ESCURRIMIENTO

3

DISTRIBUCION GENERAL DE LA EMPRESA INDUSTRIAS

DECO-RACK, S,A, DE C.V.

FOSA DE

CAPTACION

DIQUE DE

CONTENCCIÓN

7

6

115410

21

8

9

9

Figura 17a.






1

8

3

7

6

11

10

54

2

9

1. Tanque de almacenamiento de ácido2. Tanque de acondicionamiento de agua3. Solución acondicionadora4. Tanque de Cyanex5. Separador centrífrugo6. Mezcla de despojo7. Tanque de ácido crómico8. Cisterna de estabilización de agua tratada9. Cisterna de agua residuales de proceso10.Torre de extracción11.Torre de despojo

Figura 17b.

En el Apéndice “E” se vuelve a presentar a un tamaño ampliado. Especificaciones del Equipo de Proceso El proceso de recuperación de cromo involucran varias unidades y/o dispositivos que a continuación se describen. Como unidades principales se tienen a las torres de extracción y despojo.





Proyecto Terminal Trimestre I-02 Torre de Extracción. Su operación es a contracorriente, el cuerpo de la torre será de fibra de vidrio con una película de aditivo para álcalis y ácidos. Los casquetes semi-esféricos son del mismo material, el material de empaque son anillos raschig de vidrio, tamaño nominal de ½ pulgada. Es pertinente indicar que las dos torres tendrán un dique de contención para posibles fugas y/o derrames, del material contenido en la torre. Las dimensiones de la torre se muestran en la siguiente figura.

H2=11.0 m

H1=0.5 m

H3=0.5 m

D=1.0 mD=0.7 m

D=1.3 m

Altura del empaque = 11 mDiametro de columna = 1.0 mExpesor de fibrade vidrio = 0.08 mEspesor de brida =0.08 mDiámetro de perforaciones en brida = 0.11 m

Figura 18. Torre de Despojo. Su operación es a contracorriente, el cuerpo de la torre será de fibra de vidrio con una película de aditivo para álcalis y ácidos, los casquetes semi-esféricos son del mismo material, el material de empaque son anillos raschig de vidrio, tamaño nominal de ½ pulgada. Las dimensiones de la torre se muestran en la siguiente figura.






H2=8.0 m

H1=0.5 m

H3=0.5 m

D=1.0 mD=0.7 m

D=1.3 m

Altura del empaque = 8.0 mDiametro de columna = 1.0 mExpesor de fibrade vidrio = 0.08 mEspesor de brida =0.08 mDiámetro de perforaciones en brida = 0.11 m

Figura 19.

Se contará con tres tanques de acondicionamiento y/o preparación disoluciones (tanques de mezclado). El material de dichos tanques de polietileno de alta densidad con agitadores de seis aspas (el cálculo de estos se encuentra en el Apéndice “C”). La capacidad de cada uno es de 1000 litros. Como sistemas de almacenamiento se tendrá 2 cisternas con capacidad cada una de 10 mil litros, una se utiliza para la recepción del agua residual, otra se usará para la recepción del agua residual. Ambas están impermeabilizadas para evitar infiltraciones al subsuelo. Se contará con un tanque de almacenamiento para la solución buffer, de 200 litros de capacidad. Uno de 5 mil litros para la recepción de la solución ácida con el cromo, y por último uno de 1000 litros de capacidad para almacenar el ácido sulfúrico a utilizar. Los tres tanques serán de polietileno de alta densidad y todos ellos con tapas herméticas para evitar emisiones fugitivas al medio ambiente. Toda la tubería, válvulas y accesorios empleados en el arreglo del sistema de recuperación, serán de polipropileno de alta densidad, teniendo uniones tipo roscadas. Esto con el fin de facilitar su mantenimiento.





Proyecto Terminal Trimestre I-02 Se emplearán 6 bombas centrífugas para el trasiego de materiales y alimentación al sistema de recuperación, todas ellas de un ¼ de H.P. (potencia de bomba). Debido a las sustancias manejadas las cuales básicamente son de carácter ácido y alcalino, las partes internas de la bomba que estén en contacto con los líquidos corrosivos serán de polipropileno. Para el acondicionamiento de pH del agua residual se utilizará una bomba dosificadora la cual estará conectada a un sistema de control de pH. El calculo de bombas esta incluido en el Apéndice “C”. Balance de Materiales

La descripción de materia se realizo conforme al diagrama del proceso. Tabla 19.

Corriente

Componente 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

Agua

Cromo trivalente

Cromo hexavalente

Cyanex 302

Querosén

Acido Sulfúrico

Solución Buffer pH 10 (Borato)






Corriente / Flujo Masico [Kg/hr]

Componente 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

Agua 267 267 267 267 186.9 186.9 186.9 3.738 Cromo trivalente

0.0048 0.0048 7.83X10-

4 0.0048 0.0040 0.0040

Cromo hexavalente

0.0539 0.0539 0.0539 0.0539 0.0539

Cyanex 302 9.6095 9.6095 9.6095

Querosén 207.90 207.90 207.90 Acido Sulfúrico

144.18 144.18 144.18 2.88


2.67 2.67 2.67 2.67 2.67

ANÁLISIS ECONOMICO

Dentro del análisis económico, se pretende establecer los costos asociados por las fases de construcción y operación de proyecto. Costo de Materias Primas Tomando como base el tratamiento de 16.15 m3 de agua residual por semana. Tabla 21.

Concepto Costo Unitario Costo/ Semana Costo ajustado Costo Anual Cyanex 302 $ 651.00 / galón ----- ----- $ 470.00 Querosén $ 4.60 / litro ----- ----- $ 310.00 Acido Sulfúrico $ 0.80 / Kilo $ 6,976.80 $ 7,000.00 $ 319,970.00 Solución Buffer pH 10 (Borato)

$ 5.00 / litro $ 807.50 $ 810.00 $ 37,025.10





Proyecto Terminal Trimestre I-02 Es pertinente aclarar que el costo del Cyanex 302 anual es por concepto de perdidas menores en el proceso, ya que se recircula en el sistema, el factor de reposición es del 1% que es aproximadamente 7 litros al año. Costo de Equipo e Instalación

Para calcular los costos de capital fijo de cada equipo, es necesario conocer el costo de cada uno de los equipos que aparecen en le diagrama de flujo proceso.

Una manera de estimar los costos de equipos de procesos es mediante la utilización de gráficos[23] e información disponible de distribuidores, las cuales se verifican su año de publicación. Los costo para los gráficos se representa para el año de 1990, y para la información de distribuidores del 1993. Para estimar el valor actual de cada equipo, se consideran los índices de costos de planta, los cuales varían en el tiempo. El Cost Index[24], se representa para diferentes equipos dentro de una planta química, por lo que se consideraron los de forma anual para los años de 1990 y 1993, además del índice actual al 1999.

Lo anterior nos permitió conocer el costo de capital fijo de cada equipo empleado en el proceso de recuperación de cromo.

Este costo de equipo CP, permite estimar el costo de materiales utilizados para la instalación Cm, que en relación es el 71 % de CP, la relación queda de forma siguiente :

Cm = 0.71 CP (37)

El costo de la mano de obra directa se estima de la siguiente forma

CL = 0.37(CP +Cm) (38)






Con la suma de CP, Cm y CL, se obtiene el total de gastos directos quedando agrupado así como:

CD = CP + Cm +CL (39)

La gastos indirectos esta asociados con los gastos de flete, seguro, impuestos, gastos generales de construcción y de ingeniería del contratista.

CFIT, representa los gastos de flete, seguro, impuestos; siendo su relación de la siguiente forma:

CFIT= 0.08(CP + Cm) (40)

Los gastos generales CO constituyen el 70 % de los costos de mano de obra directa, esto es:

CO =0.70 CL (41)

Para valorar los gastos de ingeniería CE, se considera el 15 % de la suma del costo de equipo y del costo de los materiales empleados.

CE= 0.15 (CP + Cm) (42)

Por consiguiente el total de los costos indirectos CCIP es:

CCIP = CFIT + CO +CE (43)






Se debe considerar costos de imprevistos y honorarios, los cuales están en función del modulo total , el cual se calcula de la forma siguiente:

CBM = Total de directos + Total de indirectos (44)

Lo anterior nos permite establecer la estimación de Costos imprevisto y de honorarios mediante las expresiones siguientes

CC= 0.15 CBM (45)

CF = 0.03 CBM (46) El calculo del Capital total del Modulo CTM, se valora de la siguiente forma:

CTM = 1.18 CBM (47)

Finalmente se estima el costo de instalaciones auxiliares, involucrando el costo del desarrollo CSD, el Costo de edificios auxiliares CAB, costo de instalaciones fuera del emplazamiento COS,

CSD = 0.5 CTM = 0.19 CP (48) CAB = 0.04 CTM =0.15 CP (49) COS = 0.21 CTM = 0.79 CP (50)

En la Tabla 23 se muestra los resultados de los costos antes mencionados






Balance Total de Costos

Estimación de Equipo Tanques Bombas Torres Mezcaldoras Almacenamiento Dosificadoras Gastos directos

CP Materiales para instalación $177,594.11 $44,162.16 $221,756.27

Cm Mano de Obra $158,258.86 $39,354.08 $197,612.95 Total de costos directos $585,985.53 $145,716.46 $731,701.99 Gastos indirectos

CFIT Flete, seguros e impuestos $34,218.13 $8,508.99 $42,727.12

CO Generales de construcción $110,781.21 $27,547.86 $138,329.06

CE Ingenieria de contratista $64,159.00 $15,954.36 $80,113.36 Total de costos indirectos $209,158.34 $52,011.20 $261,169.54 Modulo de Capital Minimo

CBM Total de directos + Total de Indirectos $795,143.86 $197,727.67 $992,871.53

CC Imprevistos $119,271.58 $29,659.15 $148,930.73

CF Honorarios $23,854.32 $5,931.83 $29,786.15

Total de costos imprevistos y honorarios $143,125.90 $35,590.98 $178,716.88

CTM Capital total del modulo simple $938,269.76 $233,318.65 $1,171,588.40

CSD Instalaciones auxiliares $46,913.49 $11,665.93 $58,579.42

CAB Edificios auxiliares $37,530.79 $9,332.75 $46,863.54

COS Facilidades fuera del sitio $197,036.65 $48,996.92 $246,033.56

Total $2,158,020.44 $536,632.89 $2,694,653.33 Capital Total $2,694,653.33

Costo de Cyanex 302 $ 47,000.00 Costo de Querosén $ 31,000.00 Capital Total Fijo $2,772,653.33





Proyecto Terminal Trimestre I-02 Costo de Tratamiento Gatos Directos del Proceso de Recuperación de Cromo. Los costos de recuperación de cromo se deben a la materia prima y a la gente requerida para la operación de la instalación. Los gastos de mano de obra que se toman en cuenta son los salarios directos por día., se tiene un sueldo base de $ 42.40 pesos, que se refiere al sueldo mínimo vigente en la zona metropolitana de la ciudad de México. Los gastos generados por servicios incluyen las tasas de consumo de energía eléctrica de equipos impulsados con motores eléctricos, el agua requerida para el tratamiento, etc. E costo de mantenimiento y reparación será proporcional a la complejidad y magnitud de la operación. Se establece un 10 % del capital fijo. Los gastos de suministros de operación es un15 % de los gastos de mantenimiento. La suma de los anteriores costos nos dan el costo directo del proceso de recuperación. Gatos Indirectos del Proceso de Recuperación de Cromo. Como gastos indirectos del proceso se tiene a la depreciación del equipo e instalaciones requeridas. Se tomara para la depreciación el valor de línea recta simple del 10% por año.





Proyecto Terminal Trimestre I-02 Costos de Tratamiento (Recuperación de Cromo) Tabla 23.

Costo Anual en pesos

Gatos Directos: Materia Prima $ 357,775.10 Operarios $ 40,704.00

Gastos de Operación: $ 17,620.01

Gastos de Mantenimiento: $ 26,964.53

Gatos Indirectos: Depreciación $ 31,233.20

Costo total del Tratamiento Propuesto: $ 474,296.84

Costo total del Tratamiento Actual: $ 403,707.20

Recuperación

Costo Unitario Volumen semanal Volumen anual Valor

Cromo $ 118.00 pesos 3.505 Kg 186.92 Kg $ 22,056.56





Proyecto Terminal Trimestre I-02 CONCLUSIONES El proyecto de recuperación de cromo de las aguas residuales provenientes de una empresa de acabados metálicos, mediante el proceso de extracción por solventes es factible, desde el punto de vista técnico. La recuperación del cromo se realiza casi en su totalidad, siendo este un punto importante en la evaluación de las opciones de selección de las técnicas de recuperación. Los costos del tratamiento actual y del propuesto son semejantes, con la salvedad de que en el propuesto se estaría recuperando el 98.66 % del cromo. En el esquema actual, este cromo es enviado a confinamiento como residuo peligroso sin posibilidad de recuperación. El proceso de extracción por solventes, involucra conceptos de equilibrio químico, selectividad, velocidades de reacción, cinética, equilibrio entre fases, fenómenos interfaciales, fenómenos de transferencia de masa, etc, lo que hace de este, un proceso de muy completo e interesante desde el punto de vista de la ingeniería química. Se considera el proceso propuesto un sistema flexible y de rápida adaptabilidad, para aplicaciones más complejas y/o de mayores dimensiones. Es congruente con el concepto de desarrollo sustentable, sostenible y por ende, una producción más limpia. Es susceptible de mejora en su diseño encaminado a que cada planta industrial tenga uno.





Proyecto Terminal Trimestre I-02 APÉNDICE A Información de Propiedades Físicas Química y Tóxicologicas de las sustancias utilizadas Antes de abordar la descripción de cada material empleado en el proyecto, es pertinente señalar en este punto la información toxicologica de los residuos generados de la industria de acabados metálicos, más en específicos los metales pesados, y de esta manera resaltar por este conducto la importancia de su recuperación. Toxicidad:

Los metales pesados utilizados en la industria de acabados metálicos, tales como el cadmio entre otros, por inhalación puede causar irritación del tracto respiratorio, dolor de cabeza, resequedad nasal y de la traquea, tos, escalofríos, debilidad general, shock y en casos más severos la muerte. El cadmio puede producir neumonitis química y edema pulmonar.

Los compuestos con cromo pueden ingresar al organismo humano por inhalación al estar expuestos accidentalmente provocando daño gastrointestinal, insuficiencia renal, lesiones nasales y cutáneas. La exposición por largos periodos de tiempo puede causar irritación gastrointestinal, ulceras, hepatitis, nefritis, erosiones, conjuntivitis, lagrimeo, dolor en los ojos y color amarillo en los dientes.

El cadmio se ha asociado como un posible factor de la hipertensión y de las enfermedades arteroescleróticas del corazón.

Los compuestos de cromo se presentan en diversas formas, tales como líquidas, sólidas, en aerosol sólidas, aerosol líquidas y vapores y de esto depende la vía de entrada.






El ácido crómico y sus sales tienen acción corrosiva sobre la piel y membranas mucosas. Las lesiones se presentan principalmente en las partes expuestas causando dermatitis, llagas y ulceras en dedos, uñas y articulaciones.

En el sistema respiratorio el cromo puede causar renitis, laringitis, bronquitis, alteraciones en el olfato, hemorragia nasal, dolor, ulcera, perforaciones del tabique nasal y fibrosis pulmonar.

El cromo normalmente se deposita en piel, pulmones, músculos y grasa de mamíferos superiores, pero cuando se encuentra en cantidades superiores a las naturales y/o por largos periodos de tiempo, se acumula en hígado, bazo, espina dorsal, cabello, uñas y placenta. Carcinogenicidad:

Las sales de cromo son reconocidas carcinógenos del pulmón, cavidad nasal y seno paranasal.

Existen informes donde se reporta que personas con exposición al cadmio por lo menos 10 años murieron por carcinoma de próstata, carcinoma pulmonar y por carcinomatosis. Informes posteriores reportan muertes por cáncer de próstata en trabajadores que estuvieron expuestos durante más de un año al cadmio. Efectos en el medio ambiente:

La mayor parte de los metales pesados que se emiten a la atmósfera se deposita en la tierra y en aguas. A partir de esto, los metales son ingeridos por los microorganismos y transportados a todos los eslabones de la cadena alimenticia. Esta vía de asimilación es la principal ruta de acceso de los metales pesados hacia los animales y el hombre.






Por otra parte en los suelos ácidos los metales pesados se intercambian fácilmente, lo que los hace disponibles para las plantas. ACIDO SULFURICO

Acido de decapado Sulfato de hidrógeno Sinonimos : Aceite de vitrilo

Formula : H2SO4

Contaminación :

Síntesis química Metalurgia Pinturas y pigmentos Fertilizantes Petróleo Explosivos Textiles

Concentración más. Permisible : 1 mg/m³ en aire Propiedades Físicas y Químicas :

Líquido aceitoso, corrosivo, pesado Punto de ebullición: 290 ºC Densidad 1.8 g/cc Pureza 98%

TOXICIDAD :

Inhalación Absorción : Ingestión Patología : Corrosivo






Signos y síntomas :

Locales: Conjuntivitis y necrosis corneal Dermatitis Quemaduras de piel y ulceración

Signos y síntomas :

Respiratorios: Irritación de nariz y garganta Edema de laringe Bronquitis y neumonitis Edema pulmonar Gastrointestinales: Erosión dental Shock Anuria Quemadura de boca, garganta, abdomen Náuseas y vómitos de sangre y tejidos desgastados Es posible la perforación del tracto gastrointestinal Albúmina, sangre y sedimentos en orina

Test de Diagnóstico: No hay ninguno establecido

Tratamiento :

Lavado de ojos con Agua Lavado con agua y jabón de las partes contaminadas del cuerpo Lavado gástrico, si se ha ingerido; debe tenerse cuidado al pasar el tubo de lavado y emplearse los álcalis con gran precaución a causa de la formación de gases; después se hace un lavado con emulsionantes Morfina para el dolor Oxígeno con aparato de respiración controlada; puede emplearse como aerosol una solución de bicarbonato sódico al 5%, además de broncodilatadores y descongestionantes Codeína para la tos Cortisona Sintomático y de fortalecimiento general






Secuelas : La lesión corneal puede ser permanente Se pueden presentar las estenosis esofagal y gástrica

MEDIDAS PREVENTIVAS :

Ventilación adecuada Gafas protectoras Mascarilla con adsorbente químico Guantes de goma y trajes protectores Excluir de la exposición a los individuos con enfermedades pulmonares

CYANEX 302 Formula Química: ácido (2,4,4 trimetilpentil) monofosfonico Formula Molecular: (C18H17)2P(S)OH Formula Molecular: (C18H17)2P(S)OH Propiedades Físicas y Químicas :

Liquido pálido amarillento, olor característico al sulfuro de hidrógeno Punto de ebullición: 205°C a 760 mmHg Punto de condensación: –20°C Punto de fusión: 96°C Gravedad específica: 0.93 a 242°C Solubilidad en agua: 3mg/l a 50°C Viscosidad: 19524°C Pureza 85%

Productos de descomposición peligrosos :

descomposición térmica o por combustión, puede producir monóxido de carbono, dióxido de carbono y/o óxidos de fósforos.





Proyecto Terminal Trimestre I-02 Materiales incompatibles: Agentes oxidantes fuertes. Toxicidad Es corrosivo, causa quemaduras e irritación de ojos,

hay que prevenir el contacto con la piel y los ojos Precaución : Este material no se utiliza en sistemas cerrados

Usos : Separación Co/Ni, elementos de las tierras raras. Extracción de Zinc.

Tratamiento : En caso de contacto con los ojos lavar inmediatamente con abundante agua, dirigirse al médico

MEDIDAS PREVENTIVAS : Ventilación adecuada Gafas protectoras Mascarilla con adsorbente químico

KEROSENO

Aceite de parafina Sinonimos : Kerosina Formula : CnH2n+2

Características: Mezcla de hidrocarburos del petróleo, principalmente de la serie alcanos, con 10/16 átomos de carbono por molécula.

Propiedades Físicas y Químicas :

Estado físico: líquido aceitoso, de color entre amarillo pálido y blanco acuoso. A algunos kerosenos patentados se les añaden colorantes Olor: fuerte y característico, aunque algunos tipos son prácticamente inodoros Punto de inflamación: de 38 a 66 ºC Punto de fusión: de –40 a –60 ºC






Intervalo de ebullición: de 180 a 300 ºC Límites de inflamabilidad: 0,7 a 6 % en volumen de aire.

Propiedades Físicas y Químicas :

Temperatura de autoignición: 229 ºC Peso específico (agua=1): 0,81 Densidad del gas (aire=1): 4,50

Utilización :

Disolvente general. Líquidos penetrantes y limpiadores para ingeniería. Combustible para tractores y diesel. Combustible para calefacción. Aerosoles insecticidas. Combustible para motores a reacción

TOXICIDAD :

Peligros :

Líquido inflamable que puede arder –por la acción de chispas, elementos calientes, pequeñas llamas, etc.– cuando se calienta a una temperatura ligeramente superior a la ambiente. Arde violentamente cuando entra en contacto con las llamas.

Inhalación Absorción : Ingestión Valor límite umbral : VLU no disponible

Otros :

Obtención: de la destilación del petróleo. Miscible con: disolventes hidrocarburados. Insoluble en agua. Reacciones químicas: Puede reaccionar con agentes oxidantes. Número ONU: 1223






Catálogo CEA: 2 B Fu Etiquetado: Etiqueta correspondiente a: Clase 3. No. 3

Precauciones :

Debe conservarse en una zona reservada a líquidos muy inflamables. Las cantidades importantes se almacenarán en tanques o bidones de acero dulce o inoxidable, las cantidades menores en envases de seguridad y únicamente se utilizarán recipientes de vidrio –hasta 2,5 L– en laboratorios. Todos los recipientes de almacenaje estarán perfectamente señalizados Tanques: Situados al aire libre. Con conducciones provistas de sistemas antirretorno de llama. Soportes de los tanques resistentes al fuego –mínimo 2 horas–. Suelo impermeable, inclinado y con cubeto capaz provisto de sistema de evacuación o drenaje. Descarga mediante bombas. Conexión a tierra de partes metálicas, así como de los camiones cisterna en operaciones de carga-descarga y trasiego. Los tanques deben estar apartados de los edificios, unidades de proceso y/o vallas exteriores. Bidones: Deben almacenarse: a) al aire libre, en un recinto separado y rodeado por vallas inaccesibles. b) en local separado, cerrado por material incombustible. Alejado de otros edificios, áreas de proceso y vallas exteriores. Si no hay separación adecuada, los bidones deberán guardarse en un edificio/local resistente al fuego:






debe evitarse este tipo de almacenamiento. Los bidones se conservarán con el tapón en la parte superior

Precauciones :

Generalidades: No se emplearán sótanos. El suelo del almacén será impermeable, estará drenado adecuadamente, poseerá un murete para contener vertidos y se le instalarán rampas para facilitar acceso. Los almacenes no tendrán calefacción. Para procesos con keroseno se utilizará local cerrado. En caso de manipular grandes cantidades, deberá hacerse al aire libre o en edificios de una sola planta. Si el almacenaje es interior, dispondrá de «salidas» de explosión –techos y/o paredes exteriores ligeras–. Ventilación adecuada, sobre todo a niveles bajos. Se debe prohibir fumar, evitar llamas abiertas, elementos calientes y otros focos de ignición, y usar herramientas antichispa. La transferencia de un recipiente metálico a otro exige una adecuada conexión eléctrica entre ambos y de ambos a tierra. El keroseno no se transferirá a presión atmosférica o a peso, debe utilizarse una bomba.

Lucha contra el Fuego:

Las espumas, los polvos secos y el dióxido de carbono son agentes extintores adecuados. Para pequeñas cantidades, es útil un sistema de extinción automático; las partidas grandes demandan sistemas especiales de extinción con agua pulverizada. Los incendios y vertidos importantes deben ser






controlados, exclusivamente, por bomberos expertos. Los contenedores que se estén calentando pueden ser refrigerados con agua desde una distancia de seguridad.

BUFFER pH 10 Sinónimos : Solución Buffer (Borato) pH10 Formula : No aplica Concentración : No aplica

Limite Permisible Ponderado : 8 mg/m3 (Para el Acido Bórico sólido y Potasio Cloruro sólido, como Polvos no clasificados).

Limite Permisible Absoluto : 40 mg/m3 (Para el Acido Bórico sólido y Potasio Cloruro sólido, como Polvos no clasificados).

Peso Molecular : No aplica Grupo Químico : Solución Buffer Propiedades Físicas y Químicas :

Líquido incoloro, sin olor. pH: 10 ± 0.01 (solución a 25 °C) Temperatura de ebullición: No disponible Temperatura de Fusión: No disponible Densidad a 20°C: No disponible Presión de Vapor a 20 °C: No disponible Densidad de Vapor: No disponible Solubilidad: Completamente soluble en agua

Riesgos para la Salud:

Inhalación: Irritante moderado de las membranas mucosas. Contacto con la Piel: Irritante moderado. Contacto con los Ojos:






Irritante moderado. Ingestión: Irritación Gastrointestinal Moderada.

Riesgos para la Salud:

Dolor de Cabeza, Náuseas, Vómito y Vértigo. Dolor abdominal. Otros Efectos: Cancerigeno: No hay Evidencia. Mutageno: No hay Evidencia Teratogeno: No hay Evidencia

Riesgo de Incendio :

Condición de Inflamabilidad: No Combustibles Temperatura de Inflamación: No Aplicable Temperatura de Auto Ignición: No Aplicable Limites de Inflamabilidad: No Aplicable Productos de Combustión: No identificados Medios de extinción: En general, uso de extintores

de Polvo Químico Seco y Anhídrido Carbónico

Riesgos de Reactividad :

Estabilidad: Estable. Incompatibilidades: Calor. Peligro de Polimerización: No Ocurre. Productos Peligrosos de Descomposición: No

Identificados

MEDIDAS DE CONTROL :

Trabajar en un lugar con buena ventilación. Aplicar procedimientos de trabajo seguro. Mantener los contenedores con sus respectivas etiquetas






Equipo de Protección Personal:

Ropa de Trabajo En general, uso de indumentaria de trabajo resistente a productos químicos. Protección Respiratoria Uso de protección respiratoria sólo en caso de sobrepasarse los límites permisibles ponderado o absoluto. Guantes de Protección Utilizar guantes impermeables. Lentes Protectores Uso de lentes resistentes contra proyecciones y salpicaduras de la solución buffer.

MEDIDAS DE PRIMEROS AUXILIOS

Inhalación:

Medidas generales: Trasladar a la persona donde exista aire fresco. Si no reacciona dar respiración artificial. Si respira dificultosamente se debe dar Oxígeno. Conseguir atención médica

Contacto con la Piel:

Medidas generales: Lavar con abundante Agua, por 10 minutos a lo menos. Use de preferencia una ducha de emergencia. Sacarse la ropa contaminada. Ir a una asistencia médica si persiste la irritación. Lavarse con abundante Agua en un lavadero de ojos, durante 10 minutos o hasta que la sustancia química haya sido removida.

Contacto con los Ojos:

Medidas generales: Recurrir a un médico en caso de mantenerse la irritación. Recurrir a un médico en caso de mantenerse la irritación






Ingestión:

Medidas generales: Lavar la boca. Dar de beber abundante Agua. Dar atención médica de inmediato.

Medidas para el Control de Derrames y Fugas:

Procedimiento: Contener el derrame o fuga. Ventilar el área. Absorber por medio de un material o producto inerte. Recoger el residuo con precaución. Utilizar elementos de protección personal. Lavar la zona contaminada con agua. Solicitar ayuda especializada sin es necesario.

Otros: Número CAS: No tiene. Número UN: No tiene. Código W & Z: 40100

Identificación de Riesgos Riesgo Principal : Irritante y nocivo 0 = Ninguno

Código W & z 2 0 0 2 1 = Ligero 2 = Moderado

Salud**** *Inflamable *Reactivo Contacto

3 = Severo

Rotulo de Transporte No Tiene 4 = Extremo





Proyecto Terminal Trimestre I-02 APÉNDICE B Seguridad Industrial.

El aspecto de la seguridad tiene como objetivo primordial prever posibles contingencia, mediante el establecimiento de directrices que permitan corregir aspectos importantes dentro de los proceso productivos. La idea central es la de proteger los recursos humanos y materiales, tanto de manera interna, como aquellos que hacen uso de las instalaciones de manera espaciada (proveedores y contratistas), así como los que cohabitan de manera circundante alrededor de la planta.

En este sentido la inclusión de la unidad de recuperación de cromo, tiene consigo una serie de actividades, que en su momento pueden ser fuentes potenciales de accidentes. Lo anterior lleva a cuestionar varios aspectos que permitirá un análisis de algún posible evento que ponga en riesgo la seguridad de todos los elementos del entorno. Se basa en el análisis de la información siguiente:

Descripción del proceso Diagramas de flujo de proceso Plano de localización de Layout Diagramas de equipo de proceso Integridad física de las instalaciones Características de los materiales Volúmenes de materiales peligrosos Procedimientos de operación, seguridad y mantenimiento Accidentabilidad de la planta

Descripción del proceso

El proceso de recuperación de cromo se realizará en una área contigua a la zona de proceso de acabados metálicos. La línea de producción de cromado de piezas genera las aguas contaminadas con cromo, producto del enjuague. Esta agua es depositada en una cisterna de captación de aguas contaminadas con cromo de aproximadamente 10 m3. Mediante bombeo se transportara un tanque de acondicionamiento donde se mezcla con una






solución buffer para tener un pH adecuado para la extracción. Esta solución acondicionada se transporta mediante bomba a la parte superior del domo de la columna de extracción. Previamente la mezcla de queroseno y cyanex 302 se prepara en el reactor de tanque agitado (4). Esta será la solución que se conducirá a través de la parte inferior del domo de la torre.

En el reactor de tanque agitado (6) se verterán 600 L de agua. Este contendor contará con un línea de alimentación de Ácido Sulfúrico al 98 %, el cual se encuentra en un contenedor en la parte exterior de la nave. Se dotará a este tanque de 185 L de ácido, el cual será vertido con un flujo de 0.5 L/min con agitación aproximada de 60 rev/min en forma continua. Esta condición de operación tiene como objetivo evitar que se escapa de control la reacción exotérmica.

Cuando las soluciones: agua contaminada, extractante y despojante se encuentran listas, se procede a la estabilización del sistema, primeramente en la Columna de Extracción y posteriormente en la Columna de despojo.

El material de despojo se almacenará en contenedor (7) para su posterior inclusión en la línea de proceso o comercialización. Condiciones constructivas

El área dispuesta contará con líneas amarillas de 5 cm para la delimitación de espacios seguros. Aquellos espacios confinados al soporte de estructura, serán construidos de tal manera que aseguren su resistencia a posibles fallas, ya sea por accidentes de vehículos, fenómenos metereologicos o sismos.

Los techos de la nave cuentan con sistema que evita el estancamiento de líquidos, siendo de materiales resistentes a las condiciones externas e internas.

Las paredes y pisos del área serán pintados con colores que no afecten la visión de los operadores.






Se contempla la inclusión de sistema de fosa de captación en la Columnas de Extracción y despojo. Esta fosas serán construidas de materiales resistentes a los ácidos o álcalis, y teniendo un capacidad volumétrica de 2 m3 en cada fosa. Las finalidades de estos sistema son la captación de líquidos en caso de derrame o fuga en la torres, que el material liquido no se disperse, ya que de hacerlo podría provocar condiciones de riesgo o en su defecto de contaminación por fisuras en el piso, donde el material se infiltraría contaminando suelo y de persistir mantos freáticos. En lo que respecta a la iluminación e instalación eléctrica del área deberá de ser a prueba de explosión. La zona de almacenamiento en donde se ubican a los contenedores deberá estar provisto de diques que los circunden y, que en caso de emergencia como fuga o derrame, contengan al total del volumen contenido en los recipientes. Esta medida tiene como primicia la de evitar que el material se disperse y provoque una contingencia mayor. Así mismo, se contempla la inclusión de un sistema de regadera y lavaojos, como instrumento indispensable en caso de contacto con materiales corrosivos. Este dispositivo permitirá dar atención inmediata en caso de contacto con el ácido sulfúrico. Como medidas adoptadas de seguridad en los tanque contenedores, estos deberán estar provistos de válvulas de alivio-presión, los cuáles servirán de reguladores al momento de llenado de tanque de almacenamiento o descarga de los mismos. Todos los tanques y sistemas de torres de extracción y despojo, tendrán un sistema de tierras físicas, con la finalidad de conducir la energía provocada por fenómenos metereologicos como tormentas eléctricas, a receptáculos fuera del área, disminuyendo el riesgo por fuego o explosión.






Señalamiento

Una forma de seguridad son los avisos y señales dentro de una planta, estos avisos o señales permiten a los operadores y personal en general la indicación de : prohibición, obligación, precaución y información. Para el caso de señales prohibitivas se incluirán las de Prohibido Fumar, Prohibido generar llama abierta, teniendo como forma geométrica circular, fondo de color blanco, bandas circular y diagonal roja y símbolo de color negro. A continuación se muestra un ejemplo de lo anterior.

Figura B1.





Proyecto Terminal Trimestre I-02 Las señales de obligación deberán tener forma circular, fondo de color azul y símbolo en color blanco, en el esquema siguiente se muestra algunos de esta señalizaciones.

Figura B2.





Proyecto Terminal Trimestre I-02 Las señales que indican precaución y advierten sobre algún riesgo presente, deberán tener forma geométrica triangular, fondo de color amarillo de contorno y símbolos en color negro.

Figura B3.





Proyecto Terminal Trimestre I-02 Para la información de equipo contra incendio deberá tener forma cuadrada o rectangular, fondo de color rojo y símbolo y flecha direccional en color blanco. La flecha direccional podría omitirse en el caso en que el señalamiento se encuentre en la proximidad del elemento señalizado.

Figura B4.





Proyecto Terminal Trimestre I-02 Para el caso de emergencia y primeros auxilios estos señalamientos deben tener forma geométrica rectangular o cuadrada, fondo en color verde y símbolo y flecha direccional en color blanco. La flecha direccional podrá omitirse en el caso de que el señalamiento se encuentre en la proximidad del elemento señalizado.

Figura B5.

Otros aspectos de señalización es la adopción de la codificación de la NFPA para la

identificación de y comunicación de riesgos por sustancias químicas. La parte central de este sistema es las identificación de los riesgos inherentes de una sustancias a : Salud, Inflamabilidad, Reactividad y riesgo especial.






La manera de utilizar este símbolo es mediante su inclusión en rombos con cuatro diamantes. El color rojo indica la inflamabilidad de la sustancia, de color azul se representa los riesgos a la salud, de color amarillo su reactividad y finalmente de color blanco los relacionados a riesgos especiales.

La anterior señalización se ubican en los recipientes almacenadotes, contenedores y tambores de uso interno dentro de la planta. A continuación se muestra la esquema del diseño de este tipo de símbolos.

4. Productos explosivos a temperatura ambiente

3. Producto que puede detonar,Combatir el fuego adistancia después de estarprotegido, delimitar la zonapeligrosa con amplitud

2. Productoinestable. Respetar las normasde seguridad y distancias deseguridad 1. Producto inestable

a temperatura elevada 0. Producto estable

4. Peligrosisimo. Es obligatoriola utilización de aparatosrespiratorios y equipo deprotección. Medidas deseguridad extremas

3. Muy peligroso. Es obligatoria la utilización de aparatos respiratorios y equipo de protección

2. Peligroso. Es obligatoria la utilización de aparatos respiratorios

1. Peligro restringido en condiciones de utilización normal

0. Sin peligro en condiciones de utilización normal

4. Producto inflamable a todas las temperaturas 3. Producto inflamable a temperatura ambiente 2. Producto inflamable. Peligro moderado de fuego. Entre

50 y 100 °C 1. Producto dificilmente inflamable. Escaso peligro de

fuego. Hasta 100 °C 0. Producto no inflamable en condiciones de utilización

normal. Sin peligro de fuego

1 2 0

w Oxidante OX/XY Ácido ACID Alcalino ALC Corrosivo COR Prohibido el uso de agua W Peligro de radiación

Figura B6.





Proyecto Terminal Trimestre I-02 Característica de las sustancias. La sustancias que conforma la materia prima en le proceso de recuperación son las siguientes: Ácido Sulfúrico 98 % Queroseno Cyanex 302

Conforme a las Hojas de Datos de seguridad (HDS) se presentan las siguientes características:

De la NFPA

0 3 2

W

Ácido Sulfúrico

La anterior codificación nos indica que los efectos a la salud se tiene un grado 3 para el ácido sulfúrico, siendo considerada muy peligrosa teniéndose el uso obligatorio de aparatos respiratorios y equipo de protección

Por cuestión de inflamabilidad se tiene un grado 0, que indica que le producto no es inflamable en condiciones de utilización normal. Sin peligro de fuego

En lo que respecta a su reactividad se tiene un grado 2, por lo que se conoce como un producto inestable, por lo que se deberán respetar las normas de seguridad y distancias de seguridad.






En lo que refiere al rombo de riesgos especiales se indica prohibido el uso de agua.

3 1 0

Queroseno

Efectos a la salud peligro restringido en condiciones de utilización normal.

En lo respecta a la inflamabilidad producto a temperatura ambiente

Su reactividad nos indica que es un producto estable

0 2 0

Buffer pH 10

Riegos a la salud, se clasifica como peligroso. Es obligatoria la utilización de aparatos de respiratorios

Para el caso de inflamabilidad, nos indica que el producto no es inflamable en condiciones de utilización normal. Sin peligros de fuego






Para el caso de la reactividad se considera un producto estable Prevención y combate de incendio De acuerdo con lo dispuestos en la NOM-002-STPS-2000, se indica la condiciones de seguridad, prevención y combate de incendios y combate en los centros de trabajo, se especifica la determinación del grado de riesgo mediante criterios básicos, la tabla B1 muestra estas características: Tabla B1 Determinación del grado de riesgo de incendio

Grado de Riesgo Concepto

Bajo Medio Alto Altura de la edificación en, Metros

hasta 25 No aplica Mayor a 25

Numero total de personas que ocupan el local, incluyendo trabajadores y visitantes

Menor de 15 Entre 15 Y 250

Mayor de 3000

Superficie construida En metros cuadrados

Menor de 300

Entre 300 Y 3000

Mayor de 3000

Inventario de gases Inflamables, en litros (en fases liquida)

Menor de 500

Entre 500 Y 3000

Mayor de 3000

Inventario de líquidos Inflamables, en litros

Menor de 250

Entre 250 Y 1000

Mayor de 1000

Inventario de líquidos Combustibles, en litros

Menor de 500

Entre 500 Y 2000

Mayor de 2000

Inventario de sólidos combustibles En Kilogramo

Menor de 1000

Entre 1000 Y 5000

Mayor de 5000

Inventario de material Piroforicos y explosivos

No tiene No aplica Cualquier Cantidad






Por altura de edificación se tiene que el área en cuestión cae en el grado bajo para edificaciones hasta 25 m

De acuerdo al numero de personal que se aloja en el recinto se tiene que tiene un grado de riesgo medio entre 15 y 250

De acuerdo con la superficie total construida se encuentra entre 300 y 3000 en un rango medio

Por inventario de líquidos combustibles el cual será mayor de 2000 L tiene que el grado de riesgo es alto.

Conforme a la clasificación se determino que grado de riesgo más alto es el que se considera , por consiguiente el grado de riesgo es ALTO. Clasificación de Fuego

Por las características de materiales manejados dentro de la operación se supone que son de tipo combustible sólida y liquida. Bajo esta consideraciones las clase de fuego son principalmente A y B, sin embargo por tener sistemas eléctricos la clasificación de fuego también es de tipo C.

Lo anterior lleva a la selección equipo de extinción de fuego clase A, B y C de polvo químico seco. Por el nivel de riesgo alto se deberá aislar mediante barrera física o de delimitación las torre de extracción y despojo, y en cada nivel de trabajo de 200 m2 o fracción de área de riego, se instalarán extintores para clase de fuego A, B, y C. En la Tabla B2 se indican los tipos de extintores a considerar





Proyecto Terminal Trimestre I-02 Tabla B2 Ubicación y características de extintores

Área Tipo de Extintor

Capacidad Cantidad Alcance

minimo, en m

Limite del tiempo de

descarga, en seg

Extracción Portátil A,B,C 9 Kg 2 3 5 a 25

Despojo Portátil A,B,C 9 Kg 2 3 5 a 25

Almacenamiento Portátil A,B,C 9 Kg 3 3 5 a 25

Contenedor de Ácido crómico

Portátil A,B,C 9 Kg 2 3 5 a 25

Cisternas de almacenamiento

Portátil A,B,C 9 Kg 1 3 5 a 25

Contaminantes en Ambiente Laboral.

La posible contaminación en ambiente es siempre una cuestión que se deberá analizar. La NOM-010-STPS-2000 relativa a las condiciones de seguridad e higiene en los centros de trabajo donde se manejen, transporten, procesen o almacenen sustancias químicas capaces de generar contaminación en el medio ambiente laboral, indica las consideraciones pertinente de contaminantes en ambiente laboral, la forma de muestrearlo y de identificar las concentraciones presentes.

Una manera muy cualitativa en la determinar el grado de riesgo por estas sustancias, es adoptar una metodología basada en la obtención del grado de efecto en la salud mediante criterios de toxicidad con información de DL50 y CL50. Además se estimar el grado de exposición potencial.

Se tiene definido los elementos potenciales de grupos de exposición con mayor exposición homogénea. Estos se encuentra ubicados en torres de extracción, de despojo y almacenamiento.





Proyecto Terminal Trimestre I-02 De acuerdo con los Limites Máximos Permisibles de Exposición pondera en tiempo (LMPE-PPT) y Limites Máximos Permisibles de Exposición a Corto tiempo (LMPE-CT o Pico), se tiene lo siguiente: Tablas B3 y B4

LMPE-PPT LMPE-CT Sustancia No. Cas

ppm mg/m3 ppm mg/m3

Ácido Fosforico 7664-38-2 - 1 - 3

TLV Sustancia No. Cas

ppm mg/m3

Queroseno 200 350

Se supone que dentro del espacio laboral no se deberán tener concentraciones mayores a 1 mg/m3, en una exposición ponderada a 8 horas de ácido sulfúrico. Para tener las condiciones adecuadas se deberán de evitar al máximo las emanaciones fugitivas, fugas o derrames en las líneas de abastecimiento, bombas de suministro y taques de almacenamiento. Si se tiene una derrame o fuga, se deberán tomar las medidas para el manejo de la situación mediante equipo con respiración autónoma y protección facial completa, además equipo de protección resistente a ácidos.

Para el caso del queroseno, el limite de umbral máximo (TLV), indica que la concentración ponderada en tiempo, no deberá de rebasar a los 350 mg/m3. Lo anterior y debido a que el queroseno se encuentra en mayor proporción en la torre de extracción, se tiene contemplada la inclusión de un sistema de captación en caso de fuga o derrame. No se espera que se rebase la concertación máxima permisible. En caso de no cumplir con lo anterior se plantea la utilización de equipo de protección personal como son respiradores de carbón activado para vapores orgánicos, guantes, chaquetón y botas resistentes a líquidos orgánicos y la prohibición de fuego o chispa en caso de derrame o fuga. Aunado a lo anterior, se deberá supervisar los sistemas eléctricos en las zonas circundantes de los contenedores de queroseno.





Proyecto Terminal Trimestre I-02 RIESGO E IMPACTO AMBIENTAL Dentro del proyecto se manejan dos sustancias que por sus características físicas, químicas y toxicologicas, albergan el riesgo potencial del proceso: el Querosén y el Acido Sulfúrico. El Querosén representa el riesgo potencial de que se genere fuego y/o explosión en la instalación. Los riesgos por la utilización de Acido Sulfúrico están encaminados a la fuga y derrame de éste y por ende a la dispersión del mismo, siendo su impacto principal hacia los seres vivos por ser una sustancia altamente tóxica. Conforme a la Ley General del Equilibrio Ecológico y la Protección al Ambiente, se considerará como actividad altamente riesgosa, el manejo de sustancias peligrosas en un volumen igual o superior a la cantidad de reporte. Para efectos de ese ordenamiento se considerarán las definiciones contenidas en la Ley General del Equilibrio Ecológico y la Protección al Ambiente y las siguientes: Cantidad de reporte: Cantidad mínima de sustancia peligrosa en producción, procesamiento, transporte, almacenamiento, uso o disposición final, o la suma de éstas, existentes en una instalación o medio de transporte dados, que al ser liberada, por causas naturales o derivadas de la actividad humana, ocasionaría una afectación significativa al ambiente, a la población o a sus bienes. Manejo: Alguna o el conjunto de las actividades siguientes: producción, procesamiento, transporte, almacenamiento, uso o disposición final de sustancias peligrosas. Sustancia peligrosa: Aquella que por sus altos índices de inflamabilidad, explosividad, toxicidad, reactividad, radiactividad, corrosividad o acción biológica puede ocasionar una afectación significativa al ambiente, a la población o a sus bienes.





Proyecto Terminal Trimestre I-02 Sustancia tóxica: Aquella que puede producir en organismos vivos, lesiones, enfermedades, implicaciones genéticas o muerte. Con base en lo previsto en el artículo primero, se expide el primer y segundo listado de actividades altamente riesgosas, en función de la cantidad de reporte. En el caso del Querosén la cantidad de reporte es a partir de 10,000 barriles, siendo la cantidad a utilizar en el proceso de 6729 litros (42.32 barriles). Por tal motivo la actividad a desarrollar por el uso de Querosén no se considera riesgosa. A demás hay que considerar que el Querosén dentro del sistema esta presente de manera combinada con el Cyanex 302. Lo anterior hace que sus propiedades se modifiquen y en lo particular los riesgos inherentes de fuego y explosión por sus características de inflamabilidad. El Acido Sulfúrico no se encuentra reportado en el primer y segundo listado de actividades altamente riesgosas. Sin embargo, por sus propiedades toxicologicas y dañinas al ser humano (la concentración ponderada en el tiempo para esta sustancia en el medio ambiente laboral es de 1 mg/m3), se modelarán las posibles consecuencias por el uso de esta sustancia en el proceso de recuperación de cromo. Identificación de riesgos, es mediante los diagramas de proceso, con el objeto detectar todas las posibles fallas operacionales en los diferentes nodos que integran el proyecto, así como su relación con las instalaciones actuales. Para la identificación más detallada de los riesgos del proceso utilizando los diagramas de proceso, se escogieron dos análisis que son complementarios y permiten una secuencia más analítica de los posibles riesgos detectados. Los análisis mencionados son: - Análisis HAZOP (Hazard and Operability) - Análisis Árboles de Fallos (Fault Trees)





Proyecto Terminal Trimestre I-02 En seguida se describirá en que consiste cada uno de los análisis y su secuencia además de justificar su empleo.

ANALISIS HAZOP Y ÁRBOLES DE FALLOS DESCRIPCION: Un estudio HAZOP identifica los riesgos asociados con la operación del sistema, investigando las desviaciones posibles del proceso en la operación normal. Es muy importante aclarar que un estudio HAZOP no tiene como objetivo encontrar soluciones a los problemas detectados. El principal objetivo de un HAZOP es la identificación. El análisis HAZOP es una tabulación de los equipos de la planta/sistema, sus modos de fallo, y efectos que acompaña a cada modo de fallo. El modo de fallo es una descripción de cómo falla el equipo. Los componentes del análisis son los siguientes: a) Definición de parámetros del nodo. Intención. Se definirá como se espera que opere en ausencia de desviaciones. b) Desviaciones. Se aplicará sistemáticamente las palabras guía que sean factibles. c) Causas. Se definirán las causas generadores de la desviación. d) Consecuencias. Posibles consecuencias como resultado de la desviación en estudio. e) Palabras - Guía. Las palabras guía usadas son las que aparecen en la siguiente tabla, si bien se emplearon algunas otras en las operaciones en estudio.





Proyecto Terminal Trimestre I-02 Tabla 3B

Palabra Guía

Significado Comentarios

NO Negación de la intención prevista

Ninguna de las previsiones del diseño se logran

MAS Aumento cuantitativo de lo previsto

Referido a las propiedades cuantitativas como flujo, previsión o actividades como transmisión de calor, o velocidad de reacción etc.

ADEMAS DE Aumento cualitativo

Se logran todas las previsiones de diseño, pero además, ocurren desviaciones adicionales

PARTE DE Disminución cualitativa Sólo se logran parte de las previsiones de diseño

INVERSO lo opuesto a lo previsto en el diseño

Aplicación básicamente a actividades como flujo inverso, reacción química invertida

OTRO QUE Todo lo que pueda ocurrir fuera de las condiciones de operación

Ocurre algo totalmente distinto

Como se ha indicado, el paso previo para la cuantificación de los riesgos es su identificación (HAZOP). La técnica del análisis de riesgos mediante los árboles de fallos, es un procedimiento sistemático de correlación de las causas que llevan a un suceso indeseado dentro de un sistema. Permite calcular la probabilidad de que dicho suceso se produzca, utilizando un proceso inductivo basado en las leyes del álgebra de Booleana.





Proyecto Terminal Trimestre I-02 Un árbol de fallas es una representación gráfica de las relaciones lógicas existentes entre un suceso indeseado (TOP EVENT): explosión, incendio, fuga, derrame, etc., y los sucesos primarios: fallos de componentes, humanos, externos, etc., que conducen al mismo. Asignando valores de probabilidad o frecuencia a los sucesos primarios se llega a calcular la probabilidad de ocurrencia de los TOP-EVENT. Las probabilidades de falla de los sucesos primarios se han obtenido en algunas industrias por acumulación de datos de fallas de componentes de equipos, analizadas intervenciones humanas en las operaciones del sistema. DESARROLLO: En la secuencia del análisis se optó en primera estancia por la identificación de los posibles riesgos, es pertinente señalar que la detección de riesgos no son estrictamente potenciales, son simplemente, todos los riesgos que se pueden presentar en el proceso desarrollando una jerarquización de estos. Posteriormente se describi las consecuencias de cada uno de los percances señalados, y su remediación o atenuación a tal daño de los eventos considerados como de mayor índice de riesgo. El primer análisis aplicado fue el ya mencionado análisis HAZOP y como un preanalisis o análisis primario se seleccionaron las unidades y/o procesos que tenían más número de eventos a suscitarse o que tuviera un evento mayor, a continuación se presenta una tabla con los sistemas y unidades seleccionadas:

Equipos y/oInstalaciones del Proyecto ⇒ 1 Tanque de Almacenamiento de 1, 000 L. Para Acido Sulfúrico





Proyecto Terminal Trimestre I-02 ⇒ 1 Tanque de Almacenamiento de Acido Sulfúrico más el cromo despojado ⇒ Lineas de transferencia de material (tanque de ácido sulfúrico a la torre de despojo y de

esta al tanque de recepción del refinado del despojo).

Equipos y/o Instalaciones Jerarquizadas como de Mayor índice

de Riesgo y/o Potencial Tabla 5B

Sistema Equipo/Instalación

Etapa de Despojo Torre de Despojo

Almacenamiento Tanques de almacenamiento ácido sulfúrico

Transferencia de Materiales Líneas de conducción

Los demás equipos y/o instalaciones fueron descartadas para el análisis por considerarse de menor riesgo y no ser representativas del riesgo intrínseco del proceso, o por considerarse instalaciones de seguridad aceptable para la operación a realizarse. En una segunda fase del estudio se procedió a la cuantificación de los riesgos detectados por medio del análisis de Árboles de Fallas. Elegido un TOP-EVENT del sistema de análisis, se procedió bajando escalón a escalón a través de las causas inmediatas y las intermedias hasta llegar a las contribuyentes básicas (BASIC events) del suceso indeseado. Para la representación gráfica de los árboles de fallos la sismología que se utilizó es la siguiente:






��

�� lógica.

Fallo primario.

Fallo secundario que no se requiere más desarrollado por ser de baja probabilidad o por falta de más información,

todos los secundarios.

uno de los secundarios.

Transferencia a/o de otras localizaciones.

in

out

Figura 7B.

Si alguna de las causas inmediatas contribuye directamente en el TOP-EVENT, se conectan con él mediante una puerta lógica del tipo <O>. Si son necesarias todas las causas inmediatas para que ocurra el TOP-EVENT, entonces éstas se conectan con él mediante una puerta lógica del tipo <Y>. Cada una de las causas inmediatas se trato de la misma forma que se indicó para el TOP-EVENT, y sus inmediatas y relacionadas causas son determinadas y representadas en el árbol con su apropiada puerta lógica. Este desarrollo continúa hasta que se han tratado todas las causas básicas.





Proyecto Terminal Trimestre I-02 Una vez que se han descrito la secuencia lógica de eventos que generaran el TOP-EVENT, se procede a calcular las probabilidades de los sistemas que están normalmente constituidos en términos de fiabilidad por componentes y subsistemas que se encuentran dispuestos en serie (conectados mediante puertas <Y> en el diagrama) o en paralelo (mediante puertas en <O>), siendo una combinación de ambas la disposición normal. Disponiendo de los valores de probabilidad y frecuencia de los sucesos primarios mediante los bancos de datos, se situaron en el diagrama y se van sumando o multiplicando según que la disposición sea en paralelo o en serie, ascendiendo hasta alcanzar el valor del TOP-EVENT. El valor que se observa es la probabilidad que se genere tal evento en un año. A continuación se presenta la secuencia del diagrama de la torre de despojo como ejemplo descriptivo todos los demás diagramas. Probabilidad de que se presente una fuga en el sistema:

( ) ( ) 11111 100.4102102102102.. −−−−− ×=×→×+×→×=MF Probabilidad de que exista un derrame de ácido sulfúrico en el área:

( )[ ] ( )

1002.11011011.0102101.. 86797 −−−−− ×=×××+××+×=MD

Probabilidad del TOP-EVENT:

( ) ( ) 181 100.41002.11003.4. −−− ×=×+×=ET veces al año






IMPACTO AMBIENTAL

Se dice que existe un impacto ambiental cuando una acción o actividad produce una alteración en el ambiente o en alguno de sus componentes, pudiendo ser ésta de carácter positivo o negativo, grande o pequeña, etc. En la definición de impacto ambiental se abarcan dos áreas principales: el medio natural y el medio social. Este último contempla los factores sociopolíticos, socioeconómicos y culturales. Para la identificación de los impactos ambientales, se conformó primeramente una matriz de identificación cualitativa en la cual se depuraron y condensaron las actividades y receptores ambientales que se detectaron. En esta matriz se procedió a evaluar cada uno de los elementos, de acuerdo con su frecuencia, considerando si estos eran adversos o benéficos, y su importancia (significativo, moderadamente significativos o no significativo). Con las interacciones obtenidas se procedió a tamizar las frecuencias de esos impactos tanto por la fases del proyecto como por su comportamiento con los componentes ambientales, estableciendo con esto los porcentajes de acumulación de los impactos identificados Las características existentes de un ciclo de proyecto contemplan las etapas siguientes:

Selección de sitio Preparación de sitio Construcción Operación y mantenimiento Abandono de sitio

Por las características del proyecto la selección de sitio no fue una fase de análisis exhaustivo, ya que el proyecto se ubicará en un anexo a la planta, la cual previamente ha sido perturbada.





Proyecto Terminal Trimestre I-02 Al final del se encuentran la matriz de identificación de impactos Ambientales y la estimación de frecuencias ambientales por el proyecto. Los condensados de las interacciones de las fase de proyecto con los factores ambientales se exponen en las siguientes graficas.

Figura B9. Interacciones con Factores Ambientales

0

2

4

6

8

10

12

Micro c

lima

Calida

d de a

ireSue

lo

Subsu

elo

Aguas

supe

rficial

es

Fauna

urba

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Social

es

Factores Ambientales

Frec

uenc

ia d

e Im

pact

os

Impactos Adversos Impacto Beneficos

La figura B9, muestra que los factores ambientales micro clima , vegetación urbana, fauna urbana no se verán afectados por el proyecto; los aspectos sociales, calidad del aire y suelo se verán perturbados de manera adversa por las actividades de preparación y construcción de manera mas importante. Cabe hacer mención que los efectos adversos en su mayoría son susceptibles de mitigación, lo que repercutirá de manera favorable en los factores ambiéntales.






Figura B10. Interacciones del Ciclo de Proyecto

0

5

10

15

20

25

Preparación del sitio Construcción Operación ymantenimiento

Etapas del Proyecto

Frec

uenc

ia d

e Im

pact

os

Impactos Adversos Impactos Beneficos

Esta correspondencia entre factores ambientales y etapas de proyecto, permite verificar el grado posible de deterioro. En la figura B10, se muestra que los efectos adverso esta en mayor proporción en las fases de preparación de sitio y construcción. Esto se debe en parte a que las actividades involucradas, afectarán de manera directa a aspectos como el suelo, aire y entorno circundante. Sin embargo, como se mencionó con anterioridad, si se toman las medidas pertinentes de mitigación, los factores adversos se verían reducidos enormemente, con lo que disminuirían las posibles afectaciones.

De los impactos benéficos las implantaciones expuestas para la instalación, las medidas pertinentes de seguridad prevista y la supervisión y mantenimiento, conllevarán a que el proyecto en la fase de operación y mantenimiento, los impactos adversos disminuyan, y los impacto benéfico tenga una estimulación alta.

Existe la posibilidad de ocurrencia de algún evento extraordinario en la etapa operativa como: la fuga o derrame e material, el fuego, incendio y/o explosión, quedan de manifiesto en la impactos adverso, los cuales son susceptible de mitigarse y que representa en menor grado en comparación con los benéficos.

Se puede concluir que la implantación de la planta de recuperación de cromo, trae consigo impacto de mayor beneficio, con los que factores suelo, subsuelo, aguas superficiales, aguas subterráneas y aspectos sociales, se verían favorecidos.

Matriz de Identificación de los Impactos Ambientales provocados por el proyecto "Recuperacion de Cromo de las aguas residuales de Acabados Metálico"

ETAPAS DEL PROYECTO PREPARACION DEL SITIO CONSTRUCCION FRECUENCIA DE IMPACTOS

Exca

vaci

ón

Rel

leno

s y

nive

laci

ones

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spor

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ón d

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Ope

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igni

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ivo

Bené

fico

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Bené

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mod

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amen

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Bené

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ción

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igni

ficat

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ón

Efec

tos

desc

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idos

Microclima TemperaturaHumedadNivel de Particulas Suspendidas Totales F F F 3

Calidad de aire VisibilidadFlujo de corrientesNivel de vapores a b F a 2 1 1Características físicas y químicas a a a F a a 5 1

F Suelo Grado de erosiónA Usos actual a a a F a a 5 1C Uso potencialT Características litológicas a a a a a 5O Subsuelo Estabilidad y resistencia de las capas geológicasR Banco de materialE Caracteristicas geomorfologicas a a a a a 5S Sismicidad

Calidad de aguaAguas superficiales Usos a a 2

A Flujo de corrientesM Drenaje a a 2B Usos a a a a a 5I Aguas subterráneas Nivel freaticoE Dirección de las corrientes subterráneasN Recargo de aquiferoT Características de la vegetación urbanaA Vegetación urbana Especies nativas

L Especies introducidasE Fauna urbana Características de la fauna urbanaS Especies nativas

Estilo de vida F F F 3 Sociales Población aledaña F a a 2 1

Empleo b b b 3Salud b b F a a 2 2 1ServiciosTranportes y vialidades

0 0 0 35 6 0 0 11 0 0

Adversos significativos 0

Adverso moderadamente significativo 0

Adverso no significativo 0

Benéfico significativo 5 5 6 9 10 35

Benéfico moderadamente significativo 1 1 1 1 1 1 6

Benéfico no significativo 0

Adversos significativos con mitigación 0

Adverso mod. Significativo con mitigación 1 1 1 1 6 1 11

Adverso no significativo con mitigación 0Efectos desconocidos 0

A Impactos adversos significativos D Impactos adversos significativos con mitigaciónB Impactos adversos moderadamente significativos F Impactos adversos moderadamente significativosC Impactos adversos no significativos con mitigación

G Impactos adversos no significativos con mitigacióna Impactos benéficos significativosb Impactos benéficos moderadamente significativosc Impactos benéficos no significativos

Frecuencia de impactos Ambientales del Proyecto "Recuperación de Cromo de las Aguas Residuales de Acabados Metalicos"

Impactos adversos Impactos benéficos Efectos Total de Total Significativo Mod. Significativo No. Significativo Signif. Mod. Signif No Sig. Desconocidos Adversos beneficios

Frec

uenc

ia (s

in m

itiga

ción

)

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je (s

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ción

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Frec

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je

Frec

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ia

Porc

enta

je

Preparación del sitio 0 0 0 0 0 0 4 36 0 0 0 0 0 0 1 17 0 0 0 0 4 36 1 2

Etapas del Construcción 0 0 0 0 0 0 6 55 0 0 0 0 16 46 3 0 0 0 0 0 6 55 19 46

Proyecto Operación y mantenimiento 0 0 0 0 0 0 1 9 0 0 0 0 19 54 2 33 0 0 0 0 1 9 21 51

Total 0 0 0 0 0 0 11 100 0 0 0 0 35 100 6 50 0 0 0 0 11 100 41 100

Micro clima 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

Componentes Calidad de aire 0 0 0 0 0 0 4 36 0 0 0 0 2 6 1 17 0 0 0 0 4 36 3 7

Ambientales Suelo 0 0 0 0 0 0 2 18 0 0 0 0 10 29 0 0 0 0 0 0 2 18 10 24

Subsuelo 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 10 29 0 0 0 0 0 0 0 0 10 24

Aguas superficiales 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 4 11 0 0 0 0 0 0 0 0 4 10

Aguas subterráneas 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 5 14 0 0 0 0 0 0 0 0 5 12

Vegetación urbana 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

Fauna urbana 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

Sociales 0 0 0 0 0 0 5 45 0 0 0 0 4 11 5 83 0 0 0 0 5 45 9 22

Total 0 0 0 0 0 0 11 100 0 0 0 0 35 100 6 100 0 0 0 0 11 100 41 100





Proyecto Terminal Trimestre I-02 APÉNDICE C Calculo de Bombas, tuberías, accesorios y Mezcladores ESTIMACIÓN DE CAPACIDAD DE BOMBAS EN CIRCUITO DE TRATAMIENTO

La estimación de los dispositivos de bombeo se planteo para las columnas de extracción y despojo mediante un balance de energía mecánica, considerando las perdidas por válvulas, accesorios, medidores, contracciones y expansiones.

Como una estimación sobre los efectos en las columnas con empaques se valoro la caída de presión en lechos finos granulares fijos para un fluido simple incompresible. A continuación se indica la forma de estimar la capacidad del equipo de bombeo, así como los criterios para cada análisis. Cabe indicar que el análisis se incluyeron corridas en las que los flujos de alimentación se incrementan para el balance en las columnas empacadas.

De la expresión se tiene la siguiente tabla con los valores de hp para cada una de las bombas a utilizar.

Tabla 1B.

Identificación de Equipo

Corrida a 220 L/hr

Corrida 1500 L/hr

Bomba Elegida

Bomba 1 0.01533 hp 0.10530 hp 0.25 hp

Bomba 2 0.00326 hp 0.02266 hp 0.25 hp

Bomba 3 0.01608 hp 0.11026 hp 0.25 hp

Bomba 4 0.00341 hp 0.02394 hp 0.25 hp





Proyecto Terminal Trimestre I-02 ESTIMACIÓN DE BOMBA PARA COLUMNA EMPACADA DE DESPOJO Ecuación de Balance de Energía

021 2 =++∆+∆+∆ ∑FWsPvzg

ρα (1B)

La caída de presión en lechos fijos granulares para el flujo de un fluido simple incompresible se basa en la correlación de Leva [1]

33

32 )1(2ερϕ

εn

sp

nm

gcDLGfP −

−−=∆ (2B)

Para la estimación se basa en el Numero de Reynolds Modificado

µGD

N p=′Re (3B)

Teniéndose para partícula no esféricas que:

)1(0 ε−= SS (4B) S

Dpsϕ

ε )1(6 −= (5B)

∆P = Caída de presión L = Profundidad del lecho, ft gc = Constante adimensional, 32.17 (lb ft)/(lbf s2) Dp = Diámetro promedio de la partícula, ft





Proyecto Terminal Trimestre I-02 ε = Volumen libre fraccionario, adimensional

n = Exponente una función del N Re modificado φs = Factor de forma del sólido, adimensional

G = Velocidad superficial de masa del fluido basado en la sección transversal de la cámara

vacía, lb/s ft2

ρ = Densidad del fluido, lb/ft3

fm = factor de fricción, adimensional

∆P = 0.1900 lbf/ft2 ∆P =9.1005 N/m2 ∆P/ρ = 0.0112

L = 6.56

gc = 32.17

Dp = 0.0921

ε = 0.62

n = 0

φs = 0.3

G = 0.09210

ρ = 50.56

fm = 30

Estimación de perdidas en accesorios y contracciones y expansión material de CPVC.

Mediante estimación de NRe y utilización de diagrama de Moody se estima fd

µρDVN =Re (6B)

NRe = 2562.9134 Régimen laminar





Proyecto Terminal Trimestre I-02 Tubería D = 0.0508 m ε/D = 3.00E-04 L = 6 m Gv = 1500 L/hr 0.00041 m3/s H = 3 m V = 0.2055 m/s µ = 3.3 cp 0.0033 kg/m s Gm = 0.3374 Kg/s fd = 16/Nre fd = 0.00624 Perdida por fricción en tubería Ff = 4 fd (∆L/D) (V2/2) Ff = 0.0623 J/Kg

Perdidas por fricción en accesorios Codos = 2 Kfc = 1.2 hfc = C Kfc (V2/2) hfc = 0.0507 J/Kg Válvulas = 2 Kfv = 6





Proyecto Terminal Trimestre I-02 hfv = C Kfv (V2/2) hfv = 0.2535 J/Kg Medidor de Flujo = 1

Kfm = 6.2 hfm = C Kfm (V2/2) hfv = 0.1310 Pedidas por salida de tanque Kc = 1.2 a = 0.5 hc = Kc (V2/2a) hc = 0.0507 J/Kg Perdidas por entrada en columna Ke = 1.2 a = 0.5 he = Kc (V2/2a) he = 0.0507 J/Kg





Proyecto Terminal Trimestre I-02 Perdidas por fricción ΣF = Ff + hfv + hfc + hfm + hc + he ΣF = 0.6103 Ws = ΣF + ∆P/ρ g(Z2) Ws = 30.0395 J/Kg Eficiencia = 0.6 Wse = 50.0658 J/Kg 16.895 W Ws = 0.0168 kw Ws = 0.0226 hp Como medida adoptada se elegirá una bomba de 0.25 hp.

Como una medida de comparación se corroboraron los valores obtenidos anteriormente con la información técnica de potencia requerida expuesta [2] teniéndose lo siguiente:

Tabla 2B.

Identificación de Equipo

Altura [m]

Corrida a 220 L/hr

Corrida 1500 L/hr

Bomba 1 9 0.006856 hp 0.041hp

Bomba 2 2 0.002009 hp 0.0085 hp

Bomba 3 13 0.009235 hp 0.0085 hp

Bomba 4 2 0.002009 hp 0.131 hp





Proyecto Terminal Trimestre I-02 ESTIMACIÓN DE POTENCIA CONSUMIDA PARA EQUIPO DE AGITACIÓN

Dentro del proceso de recuperación de cromo se requiere de agitación en los contenedores de sustancias de: extracción, despojo y acondicionamiento de agua residual, por lo que es necesario la estimación del equipo de agitación y mezcla eficaz para tal fin.

Las mezcla de componentes se encuentran en intervalos de viscosidad entre 3.5 y 5.5 cp, por lo que no es sustancial que los sistemas cuenten con sistemas de deflexión.

Una manera de estimación de la potencia consumida en los recipientes de agitación se efectúan mediante correlaciones empíricas. La presencia o ausencia de turbulencia puede correlacionarse con el numero de Reynolds del Impulsor N’Re que se define como

µρNDN a

2

=Re' (7B)

Donde : Da = Diámetro del Impulsor, m N = Velocidad de rotación, rps ρ = densidad del fluido en Kg/m3 µ = viscosidad, en Kg/ms

El consumo de potencia se relaciona con los parámetros físicos del fluido, el diámetro del impulsor, la velocidad de rotación, correlacionándose mediante grafica [3]. La siguiente ecuación se utiliza para tal fin en el sistema internacional.

53a

P DNPN

ρ= (8B)






Dadas las característica de mezclado las cuales son de manera extraordinaria, se contempla proporciones geométricas “Normales”, las cuales son las siguientes:

121

41

32

51

31130

====

===

taa

d

tt

DJ

DL

DD

DC

DH 0.5 a .

a

t

a

DW

DD

(9B)

Proporciones Geométricas para un sistema de agitación normal

En la Figura 1B se muestra las dimensiones de la turbina y el tanque para un sistema de agitación

L

Dd Da

H

J

C

MOTOR

Dt

W

Figura 1B.





Proyecto Terminal Trimestre I-02 Enseguida se muestra los cálculos y estimaciones de escalamiento para los contenedores de las diferentes sustancias.

Calculo de Dimensiones de contenedores Dt2 = 1.1 m Da2 = 0.6 m W2 = 0.25 m J2 = 0.1 m C2 = 0.2 m N2 = 0.65 m

Calculo de potencia del motor

Para el caso de mezcla de ácido-agua P = 2.2189 kw 2.9756 HP

Para mezcla Cyanex 302-Querosena P = 1.3381 kw 1.7945 HP

Para Mezcla Acuosas P = 1.7393 kw 2.3325 Hp

Cálculo de Potencia Requerida en Sistema de Agitación Dt = 0.11 m Da = 0.06 m W1 = 0.025 m





Proyecto Terminal Trimestre I-02 J1 = 0.01 m C1 = 0.02 m N1 = 3 rps H1 = Dt V1 = ((3.1416 x Dt2)/4) x H1 = 0.0010 m3 V2 = 1000 x V1 = 1.0454 m3 R = (V2/V1)(1/3) = 10.000

Calculo de Dimensiones de contenedores Dt2 = R x Dt1 = 1.1 m Da2 = R x Da1 = 0.6 m W2 = R x W1 = 0.25 m J2 = R x J1 = 0.1 m C2 = R x C1 = 0.2 m N2 = N1 x (1/R)(2/3) = 0.65 m

Calculo de potencia del motor

µρ2

22

ReNDaN = (10B)

Para el caso de mezcla de ácido-agua

µ = 5.50E-03 Kg/m s ρ = 1215 Kg/m3 N2 = 0.65 rps NRe = 5.14E+04





Proyecto Terminal Trimestre I-02 De grafica Np = 4.2 P = 2218.9767 J/s P = 2.2189 kw 2.9756 HP Para mezcla Cyanex-Querosena

µ = 3.30E-03 Kg/m s ρ = 809.86 Kg/m3 N2 = 0.65 rps NRe = 5.71E+04

De grafica Np = 3.8 P = 1338.1991 J/s P = 1.3381 kw 1.7945 HP Para Mezcla Acuosas

µ = 1.10E-03 Kg/m s ρ = 1000 Kg/m3 N2 = 0.65 rps

NRe = 2.12E+05 De grafica Np = 4 P = 1739.3508 J/s P = 1.7393 kw 2.3325 Hp





Proyecto Terminal Trimestre I-02 APÉNDICE D Diagrama del Sistema de Recuperación de Cromo

1

8

3

7

6

11

10

54

2

9

1. Tanque de almacenamiento de ácido 2. Tanque de acondicionamiento de agua 3. Solución acondicionadora 4. Tanque de Cyanex 5. Separador centrífugo

6. Mezcla de despojo

7. Tanque de ácido crómico 8. Cisterna de estabilización de agua tratada 9. Cisterna de agua residual de proceso 10. Torre de extracción 11. Torre de despojo





Proyecto Terminal Trimestre I-02 APÉNDICE E Lay Out de la Planta

10

��

��

��

11

��

��

��

DESENGRASEDESENGRASE

ENJUAGUE

ENJUAGUEDECAPADO

ENJUAGUENIQUELADONIQUELADOENJUAGUE

VACIOENJUAGUEENJUAGUE

ASIENTOS DE E.CROMADO

ENJUAGUE

ENJUAGUE

RECUPERADORRECUPERADOR

ESCURRIMIENTO

3

DISTRIBUCION GENERAL DE LA EMPRESA INDUSTRIAS

DECO-RACK, S,A, DE C.V.

FOSA DE

CAPTACION

DIQUE DE

CONTENCCIÓN

7

6

115410

21

8

9

9





Proyecto Terminal Trimestre I-02 APÉNDICE F Balance Económico Tabla F1

Concepto Costo Unitario Volumen inicial Volumen de

reposición anual Volumen anual

Cyanex 302 $ 651.00 / galón 71.56 galones 0.071 galones

Querosén $ 4.60 / litro 6729.1 litros 6.79 litros

Acido Sulfúrico $ 0.80 / Kilo 398,636 Kg


$ 5.00 / litro 7,382.16 litros

Nota: Considerando 320 días labores por año. Servicios

Energía Precio unitario kW h Consumo anual kW h Costo anual

Bombas $ 2.11 pesos 3578.88 $ 7,551.43

Agitadores $ 2.11 pesos 4771.84 $ 10,068.58





Estimacion de Costo de equipo

Columna de Extraccion Columna de Despojo Tanque de Tanque de Tanque de de Polietileno y de Polietileno y Mezcla almacenamiento almacenamiento refuerzo de fibra refuerzo de fibra Cap 1000 L Acido Cap 2000 L de vidrio 11 m

de vidrio 9 m

Cap 5000L

Cantidad 1 1 4 1 1 CE Indice en planta 1990 357.6 357.6 357.6 357.6 357.6 CE Indice en planta 1999 390.6 390.6 390.6 390.6 390.6 Costo de Equipo 1990 $100,000.00 $80,000.00 $5,000.00 $20,000.00 $9,000.00

Costo de Equipo 1999

$109,228.19

$87,382.55

$21,845.64

$21,845.64

$9,830.54

Gastos directos

CP Materiales para instalación $77,552.01 $62,041.61 $15,510.40 $15,510.40 $6,979.68Cm Mano de Obra $69,108.67 $55,286.94 $13,821.73 $13,821.73 $6,219.78

Total de costos directos

$255,888.88

$204,711.10

$51,177.78

$51,177.78

$23,030.00

Gastos indirectos

CFIT Flete, seguros e impuestos $14,942.42 $11,953.93 $2,988.48 $2,988.48 $1,344.82CO Generales de construcción $48,376.07 $38,700.86 $9,675.21 $9,675.21 $4,353.85CE Ingenieria de contratista $28,017.03 $22,413.62 $5,603.41 $5,603.41 $2,521.53

Total de costos indirectos

$91,335.52 $73,068.41

$18,267.10

$18,267.10

$8,220.20

Modulo de Capital Minimo CBM Total de directos + Total de Indirectos $347,224.39 $277,779.52 $69,444.88 $69,444.88 $31,250.20





CC Imprevistos $52,083.66 $41,666.93 $10,416.73 $10,416.73 $4,687.53CF Honorarios $10,416.73 $8,333.39 $2,083.35 $2,083.35 $937.51

Total de costos imprevistos y honorarios

$62,500.39 $50,000.31 $12,500.08

$12,500.08 $5,625.04

CTM Capital total del modulo simple

$409,724.79

$327,779.83 $81,944.96

$81,944.96 $36,875.23

CSD Instalaciones auxiliares $20,486.24 $16,388.99 $4,097.25 $4,097.25 $1,843.76CAB Edificios auxiliares $16,388.99 $13,111.19 $3,277.80 $3,277.80 $1,475.01COS Facilidades fuera del sitio

$86,042.20 $68,833.76 $17,208.44

$17,208.44 $7,743.80

Total $942,367.01

$753,893.60

$188,473.40

$188,473.40

$84,813.03

Estimación de Costos de Equipo

Bombas Bombas de Mecladores

centrifuga de Dosificación Cap 1/2 Hp impulsor de polipropileno de 1/8 Hp de alta densidad

1/4 hp

Cantidad 6 2 4 CE Indice en planta 1993 359.2 359.2 359.2 CE Indice en planta 1999 390.6 390.6 390.6 Costo de Equipo 1993 $2,500.00 $4,500.00 $8,300.00 Costo de Equipo 1999

$16,311.25 $9,786.75

$36,102.23





Gastos directos

CP Materiales para instalación $11,580.99 $6,948.59 $25,632.58Cm Mano de Obra $10,320.13 $6,192.08 $22,841.88

Total de directos

$38,212.36 $22,927.42

$84,576.69

Gastos indirectos

CFIT Flete, seguros e impuestos $2,231.38 $1,338.83 $4,938.78CO Generales de construcción $7,224.09 $4,334.45 $15,989.32 CE Ingenieria de contratista $4,183.83 $2,510.30 $9,260.22

Total de Costos indirectos

$13,639.30 $8,183.58

$30,188.32

Modulo de Capital Minimo CBM Total de directos + Total de Indirectos $51,851.66 $31,111.00 $114,765.01CC Imprevistos $7,777.75 $4,666.65 $17,214.75CF Honorarios $1,555.55 $933.33 $3,442.95

Total de costos imprevistos y honorarios

$9,333.30 $5,599.98

$20,657.70

CTM Capital total del modulo simple

$61,184.96 $36,710.98

$135,422.71

CSD Instalaciones auxiliares $3,059.25 $1,835.55 $6,771.14CAB Edificios auxiliares $2,447.40 $1,468.44 $5,416.91COS Facilidades fuera del sitio

$12,848.84 $7,709.30

$28,438.77

Total $140,725.41 $84,435.24

$311,472.23

Capital Total $2,694,653.33





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recuperaciÓn de cromo de las aguas residuales de la

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