Mejoramiento de Uso Alternativo de Lodos en Planta de Tratamienco CMPC_2014

0

Proyecto constituido por un equipo

de trabajo del IX semestre de la

carrera Ingeniera Civil Mecnica de

la Universidad Austral de Chile, el

cual tiene como propsito dar

soluciones medioambientales para

contribuir a un desarrollo sustentable

y a su vez poder entregar un anlisis

de inversin aplicando indicadores

econmicos que mejor se

acomoden al tema.

Mejoramiento de uso

alternativo de lodos de

planta de tratamiento

Compaa Manufacturera

de Papeles y Cartones

Integrantes:

Patricio Alejandro Antilef Baeza

Manuel Jess Araya Barrera

Boris Enrique Arismendi lvarez

Flaminio Ivn Becerra Daz

Profesores:

Sr. Cristbal Crdenas Agero

Sr. Luis Crdenas Gmez

Fecha:

1 de Julio del 2014

Facultad de Ciencias de la Ingeniera

Instituto de Diseo y Mtodos Industriales

1

1. NDICE

1.1. ndice general

1. NDICE ............................................................................................................................................. 1

1.1. NDICE GENERAL ................................................................................................................................ 1

1.2. NDICE DE FIGURAS ............................................................................................................................. 4

1.3. NDICE DE TABLAS ............................................................................................................................... 5

2. INTRODUCCIN ............................................................................................................................. 8

3. PROBLEMA Y OBJETIVOS ............................................................................................................. 10

3.1. PROBLEMA ...................................................................................................................................... 10

3.2. DEFINICIN DEL PROBLEMA .............................................................................................................. 10

3.3. OBJETIVOS ....................................................................................................................................... 11

3.3.1. Objetivo General .......................................................................................................... 11

3.3.2. Objetivos Especficos .................................................................................................... 11

3.4. FRONTERAS DEL PROYECTO ............................................................................................................... 12

3.5. ALCANCES DEL PROYECTO ............................................................................................................... 12

4. PLANIFICACIN ........................................................................................................................... 12

5. DEFINICIN DEL PRODUCTO ....................................................................................................... 15

5.1. IDENTIFICACIN DE LOS CLIENTES ...................................................................................................... 15

5.2. REQUERIMIENTOS.............................................................................................................................. 16

5.3. IDENTIFICAR Y EVALUAR LA COMPETENCIA ......................................................................................... 16

5.4. ESPECIFICACIONES DE INGENIERA ..................................................................................................... 16

5.5. RELACIONAR REQUERIMIENTOS INGENIERILES CON LAS ESPECIFICACIONES. .......................................... 18

5.6. ESTABLECER LA IMPORTANCIA Y LOS OBJETIVOS DE ESPECIFICACIONES DE INGENIERA. ......................... 19

5.7. IDENTIFICAR LAS RELACIONES ENTRE LAS ESPECIFICACIONES DE INGENIERA .......................................... 19

5.8. MATRIZ QFD ................................................................................................................................... 19

6. DISEO CONCEPTUAL ................................................................................................................. 21

6.1. ANLISIS FUNCIONAL ........................................................................................................................ 21

6.2. GENERACIN DE CONCEPTOS .......................................................................................................... 21

6.2.1. Elaboracin de paneles prefabricados para la construccin ............................... 22

6.2.2. Fabricacin de cemento ............................................................................................. 22

6.2.3. Mejoramiento de suelos degradados ........................................................................ 23

6.2.4. Combustible para la caldera ...................................................................................... 24

6.3. SITUACIN ACTUAL .......................................................................................................................... 25

6.4. ELECCIN DE CONCEPTO ................................................................................................................. 25

7. DESARROLLO DE LA SOLUCIN .................................................................................................. 27

7.1. DESCRIPCIN DE LA SOLUCIN ........................................................................................................ 27

7.2. CARACTERSTICAS PRINCIPALES DEL LODO......................................................................................... 28

7.3. RESULTADOS EXPERIMENTALES ........................................................................................................... 29

7.3.1. Clculo del contenido de humedad del lodo ......................................................... 29

2

7.4. CLCULO PODER CALORFICO DEL CHIP ........................................................................................... 32

7.5. CALCULO PODER CALORFICO DEL LODO ......................................................................................... 33

7.6. DESHIDRATACIN DE LODO .............................................................................................................. 34

7.6.1. Principales tipos de deshidratacin ........................................................................... 34 7.6.1.1. Deshidratacin por lechos de secado ................................................................................... 35 7.6.1.2. Deshidratacin por filtrado de presin ................................................................................... 35 7.6.1.3. Deshidratacin por filtrado al vaco........................................................................................ 36 7.6.1.4. Deshidratacin por centrifugado ............................................................................................ 36

7.6.2. Seleccin de Prensa Tornillo ........................................................................................ 37 7.6.2.1. Flujo actual, flujo proyectado y flujo de entrada de lodo .................................................. 37 7.6.2.2. Empresa proveedora ................................................................................................................. 38 7.6.2.3. Caractersticas generales deshidratado X-TRA-DRY de AKUPRESS BX ........................... 39 7.6.2.4. Caractersticas tcnicas del tornillo ....................................................................................... 39 7.6.2.5. Prototipo final del tornillo AKUPRESS BX 400 LS - H ................................................................. 41 7.6.2.6. Capacidad del sistema elctrico. ........................................................................................... 42

7.7. TRANSPORTE Y ACOPIO DEL LODO..................................................................................................... 43

7.8. CARACTERSTICAS TCNICAS DE LA PRENSA DE TORNILLO ACTUAL ....................................................... 44

7.9. CARACTERSTICAS TCNICAS DE LAS CALDERAS.................................................................................. 45

7.10. MEZCLA DE COMBUSTIBLES ............................................................................................................. 46

7.10.1. Calor suministrado a la red ........................................................................................ 46

7.10.2. Rendimiento til ........................................................................................................... 47

7.10.3. Poder calorfico de la mezcla ................................................................................... 48

7.10.4. Consumo de combustible de la mezcla ................................................................. 49

7.11. PROCEDIMIENTO USADO EN LA MEZCLA DE COMBUSTIBLE ................................................................. 50

8. EVALUACIN ECONMICA DE LA SOLUCIN. ........................................................................ 52

8.1. VARIABLES A CONSIDERAR PARA LA EVALUACIN .............................................................................. 52

8.1.2. Tasa de impuesto a la utilidad .................................................................................... 52

8.1.3. La inflacin ..................................................................................................................... 53

8.1.4. Tasa costo capital ......................................................................................................... 53 8.1.4.1. Clculo de la rentabilidad esperada por el mercado E(Rm) ............................................. 54 8.1.4.2. Clculo de la tasa libre de riesgo (Rf) ..................................................................................... 55 8.1.4.3. Clculo del beta (i) .................................................................................................................. 55 8.1.4.4. Obtencin del / ................................................................................................................... 56 8.1.4.5. Obtencin de D, P. ..................................................................................................................... 56

8.1.5. Horizonte de evaluacin .............................................................................................. 57

8.1.6. Depreciacin de equipos ............................................................................................ 57 8.1.6.1 Mtodo de la lnea recta (LR) ................................................................................................... 58 8.1.6.2 Depreciacin de la prensa tornillo actual. ............................................................................. 59 8.1.6.3 Depreciacin de la prensa tornillo proyectada. ................................................................... 59

8.2. ESTUDIO DE MERCADO ..................................................................................................................... 60

8.2.1. Antecedentes de Cartulinas CMPC S.A .................................................................... 60 8.2.1.1. Plantas. .......................................................................................................................................... 60

8.2.1.1.1. Planta Valdivia ..................................................................................................................... 61 8.2.1.1.2. Planta Maule ....................................................................................................................... 61

8.2.1.2. Productos...................................................................................................................................... 62 8.2.1.3. Produccin. .................................................................................................................................. 64 8.2.1.4. Informacin financiera de Cartulinas CMPC S.A .................................................................. 64

3

8.2.2. Mercado proveedor ..................................................................................................... 64 8.2.2.1. Identificacin de principales insumos en el proceso productivo de CMPC S.A. ........... 64 8.2.2.2. Identificacin de proveedores y su ubicacin geogrfica. ............................................... 64

8.2.3. Mercado del proyecto (Consumidores) .................................................................... 65

8.2.4. Ingresos por beneficios del proyecto ......................................................................... 65

8.2.5. Ingreso por venta de activos (Prensa de tonillo) ...................................................... 65

8.3. COSTOS TOTALES ............................................................................................................................. 66

8.3.1. Situacin sin proyecto .................................................................................................. 66 8.3.1.1. Costos mantenimiento sin proyecto ....................................................................................... 66 8.3.1.2. Costos asociados a repuestos sin proyecto........................................................................... 68 8.3.1.3. Costos asociados al retiro de lodos (sin proyecto)............................................................... 69 8.3.1.4. Costo del transporte de lodo al interior de la empresa ...................................................... 70 8.3.1.5. Costo asociado a la mezcla de combustible (Lodo-Chip) sin proyecto ......................... 70 8.3.1.6. Costo Chip sin proyecto ............................................................................................................ 70 8.3.1.7. Costos energa sin proyecto ..................................................................................................... 71

8.3.2. Situacin proyectada .................................................................................................. 72 8.3.2.1. Costos mantenimiento con proyecto ..................................................................................... 72 8.3.2.2. Costos asociados a repuestos (Con proyecto) .................................................................... 72 8.3.2.3. Costos en transporte de lodos (Con proyecto) .................................................................... 73 8.3.2.4. Costo asociado a la mezcla de combustible (Lodo-Chip) ................................................ 73 8.3.2.5. Costo Chip Situacin (Con Proyecto) ..................................................................................... 73 8.3.2.6. Costos energa con proyecto................................................................................................... 75 8.3.2.7. Costos tornillo AKUPRESS BX 400 LS H .................................................................................... 75

8.4. EVALUACIN ................................................................................................................................... 76

8.4.1. Valor de desecho ......................................................................................................... 76

8.4.2. Tipologa del proyecto ................................................................................................. 76

8.4.3. Criterios de evaluacin ................................................................................................ 76

8.4.4. Flujo de caja .................................................................................................................. 76

8.4.5. Anlisis de sensibilidad ................................................................................................. 77

8.4.6. Simulacin ...................................................................................................................... 78 8.4.6.1. Definicin de suposiciones y previsiones. ............................................................................... 78 8.4.6.2. Resultado suposiciones. ............................................................................................................. 79 8.4.6.3. Resultado de la sensibilidad de las suposiciones. ................................................................. 81

9. EVALUACIN AMBIENTAL DE LA SOLUCIN. ............................................................................ 83

9.1. DESCRIPCIN DE LA ALTERNATIVA DESDE EL PUNTO DE VISTA AMBIENTAL. ............................................. 83

9.2. BENEFICIOS DEL PROYECTO. .............................................................................................................. 83

9.3. DESVENTAJAS DE LA DISPOSICIN DE LODOS EN VERTEROS. ................................................................ 84

9.4. EMISIONES DE PARTCULAS AL AIRE. ................................................................................................... 85

9.5. PRINCIPALES EMISIONES, DESCARGAS Y RESIDUOS DEL PROYECTO. ...................................................... 86

9.6. TIPOLOGA DEL PROYECTO. ............................................................................................................... 87

9.7. CONSULTA DE PERTINENCIA DE INGRESO AL SEIA ............................................................................... 87

10. CONSIDERACIONES TICAS DEL PROYECTO ........................................................................... 88

10.1. NORMAS GENERALES ..................................................................................................................... 88

10.2. EJERCICIO PROFESIONAL ................................................................................................................ 89

10.3. RELACIONES ENTRE PROFESIONALES ................................................................................................. 90

10.4. RELACIONES CON LOS MANDANTES ................................................................................................ 90

4

10.5. RELACIONES CON LA COMUNIDAD ................................................................................................. 91

10.6. RELACIONES CON EL COLEGIO ....................................................................................................... 91

11. SOPORTE DEL PRODUCTO .......................................................................................................... 92

11.1. SEGURIDAD EN EL PROYECTO .......................................................................................................... 92

11.1.1. Seguridad General .................................................................................................... 92

11.1.2. Seguridad Operacin Prensa Tornillo ....................................................................... 94

11.2. ESPECIFICACIONES TCNICAS Y PLANOS .......................................................................................... 95

11.3. OBSERVACIONES ........................................................................................................................... 95

12. CONCLUSIONES ......................................................................................................................... 96

12.1. CONCLUSIONES DE INGENIERA ....................................................................................................... 96

12.2. CONCLUSIONES ECONMICAS ....................................................................................................... 98

13.3. CONCLUSIONES AMBIENTALES ........................................................................................................ 99

13. BIBLIOGRAFA ............................................................................................................................ 99

14. ANEXOS .................................................................................................................................... 102

14.1. MINUTAS SEMANALES A LA FECHA ................................................................................................. 102

14.1.1. Semana del 24 de Marzo ........................................................................................ 102

14.1.2. Semana del 31 de Marzo ......................................................................................... 102

14.1.3. Semana del 7 de Abril .............................................................................................. 103

14.1.4. Semana del 14 de Abril ............................................................................................ 104



14.1.7. Semana del 5 de Mayo ........................................................................................... 107

14.1.8. Semana del 12 de Mayo ......................................................................................... 108

14.1.9. Semana del 19 de Mayo ......................................................................................... 109

14.1.10. Semana del 26 de Mayo ....................................................................................... 110

14.1.11. Semana del 2 de Junio .......................................................................................... 111

14.1.12. Semana del 9 de Junio .......................................................................................... 112

14.1.13. Semana del 16 de Junio ........................................................................................ 113



14.2. RBOL DE OBJETIVOS ................................................................................................................... 116

14.3. DATOS TCNICOS TORNILLO PRENSA AKUPRESS BX 400 LS H .................................................... 117

14.4. CONSULTA DE PERTINENCIA .......................................................................................................... 121

1.2. ndice de figuras

Figura 1. Diagrama Causa Efecto. Fuente propia. .................................................... 11

Figura 2: Carta Gantt Recursos. .................................................................................... 13

Figura 3. Carta Gantt Plan de seguimiento. (Continuacin). .................................. 14

Figura 4. Matriz QFD. .......................................................................................................... 20

Figura 5: Top-Level de la funcin. .................................................................................... 21

Figura 6. Panel prefabricado. .......................................................................................... 22

5

Figura 7. Bloques de hormign......................................................................................... 23

Figura 8. Lodo como abono de suelos. .......................................................................... 24

Figura 9. Lodo como combustible. .................................................................................. 24

Figura 10: Diagrama del proceso. ................................................................................... 28

Figura 11. Muestra de lodo planta de tratamiento CMPC. ......................................... 29

Figura 12. Muestra de lodo en vaso precipitado. ......................................................... 30

Figura 13. Masa de lodo previo ha secado. .................................................................. 30

Figura 14. Disposicin de la muestra en horno de secado. ........................................ 30

Figura 15: Lecho de secado de arena. .......................................................................... 35

Figura 16: Funcionamiento prensa Tornillo. .................................................................... 36

Figura 17: Filtrado al vaco. ............................................................................................... 36

Figura 18: Centrifuga de operacin horizontal. ............................................................ 37

Figura 19. Dimensiones generales tornillo prensa AKUPRESS BX 400 LS H. ............... 40

Figura 20. Prototipo final del tornillo AKUPRESS BX 400 LS H. ...................................... 41

Figura 21. Caractersticas y componentes principales del tornillo AKUPRESS BX 400

LS - H. .................................................................................................................................... 42

Figura 22. Trayecto de lodos generados en planta de tratamiento hasta

disposicin en calderas como biomasa. ....................................................................... 43

Figura 23. Secuencia de transporte y acopio del lodo. .............................................. 44

Figura 24. Vista area Planta Valdivia. Fuente: (Cartulinas CMPC, 2014) ................. 61

Figura 25.Vista rea Planta Maule. Fuente: (Cartulinas CMPC, 2014). ...................... 61

Figura 26. CMPC Graphics GC1. Fuente: (Cartulinas CMPC., 2009). ......................... 62

Figura 27. CMPC Maule GC2. Fuente: (Cartulinas CMPC, 2009). ............................... 63

Figura 28. CMPC RC. Fuente: (Cartulinas CMPC, 2009). .............................................. 63

Figura 29. Especificaciones del motor (tornillo prensa actual). .................................. 71

Figura 30. Suposicin VAN sin proyecto. ......................................................................... 79

Figura 31. Suposicin VAN con proyecto. ...................................................................... 80

Figura 32. Suposicin Diferencia ...................................................................................... 80

Figura 33. Sensibilidad de VAN sin proyecto. ................................................................. 81

Figura 34. Sensibilidad VAN con proyecto. .................................................................... 81

Figura 35. Sensibilidad Diferencia. ................................................................................... 82

Figura 36. rbol de objetivos. ......................................................................................... 116

Figura 37. Datos tcnicos tornillo AKUPRESS BX 400 LS H (Parte 1). ........................ 117




Figura 41: Esquema de emplazamiento CMPC, Valdivia. ......................................... 126

1.3. ndice de tablas

6

Tabla 1. Cliente(es). ........................................................................................................... 15

Tabla 2. Requerimientos .................................................................................................... 16

Tabla 3. Especificaciones de ingeniera y su sentido.................................................... 18

Tabla 4. Relacin Requerimiento Especificacin ................................................... 18

Tabla 5: Matriz de Pugh. .................................................................................................... 26

Tabla 6. Peso inicial y final de la muestra. ...................................................................... 31

Tabla 7. Humedad de lodos medida en CMPC............................................................ 32

Tabla 8. Valores tpicos de poder calorfico de maderas. ........................................... 33

Tabla 9. Resultados poder calorfico y cenizas. Fuente: (Colomer Mendoza,

Gallardo Izquierdo, Robles Martinez, Bovea, & Herrera Prats, 2011). ......................... 34

Tabla 10. Rendimiento y sequedad final del lodo. ....................................................... 40

Tabla 11. Caractersticas mecnicas de tornillo prensa proyectado. ....................... 41

Tabla 12: Caractersticas de los motores (Prensa de tornillo) ...................................... 42

Tabla 13. Especificaciones generales del tornillo actual SP - 45SL. ............................ 44

Tabla 14: Datos tcnicos de las calderas. ...................................................................... 45

Tabla 15: Granulometra. .................................................................................................. 45

Tabla 16: Datos de inters................................................................................................. 51

Tabla 17. Rentabilidad mensual IGPA. Fuente: (Investing, 2014) ................................ 54

Tabla 18. Inters mensual BCU 10 aos. Fuente: (Banco Central de Chile, 2014).... 55

Tabla 19. Informacin financiera CMPC. Fuente: (CMPC, 2014). ............................... 57

Tabla 20. Depreciacin y valor libro del activo tornillo prensa nueva. ..................... 59

Tabla 21. Caractersticas mquina papelera Planta Valdivia. Fuente: (Cartulinas

CMPC, 2014) ....................................................................................................................... 61

Tabla 22. Caractersticas mquina papelera Planta Maule. Fuente: (Cartulinas

CMPC, 2014). ...................................................................................................................... 62

Tabla 23. Estado financieros Cartulinas CMPC. Fuente: (CMPC, 2014). .................... 64

Tabla 24. Frecuencia de inspecciones de tornillo prensa actual. .............................. 66

Tabla 25. Horas destinadas para mantenimiento. ........................................................ 68

Tabla 26. Costos por mantencin tornillo prensa actual. ............................................ 68

Tabla 27: Costos asociados al retiro de lodos. .............................................................. 69

Tabla 28. Relacin toneladas de chip con metros cbicos estreo de combustible.

.............................................................................................................................................. 70

Tabla 29. Costos expresados en dlares y pesos chilenos por hora. ......................... 71

Tabla 30. Costo anual de chip situacin actual. .......................................................... 71

Tabla 31. Costos energa sin proyecto. ........................................................................... 72

Tabla 32. Relacin tonelada de chip con metro cubculo estreo de combustible.

.............................................................................................................................................. 74

Tabla 33. Costos expresados en dlares y pesos chilenos por hora. ......................... 74

Tabla 34: Costo de chip anual (2 Calderas). ................................................................. 74

Tabla 35. Costo anual situacin con proyecto. ............................................................ 74

Tabla 36. Costos energa con proyecto. ........................................................................ 75

Tabla 37. Costos prensa tornillo AKUPRESS BX 400 LS H. ............................................. 75

7

Tabla 38. Resumen de flujos de caja. ............................................................................. 77

Tabla 39. Escenarios anlisis de sensibilidad. ................................................................. 77

Tabla 40. Resultados anlisis de sensibilidad. ................................................................ 78

Tabla 41. Suposiciones y distribuciones........................................................................... 78

Tabla 42. Suposiciones con distribucin triangular ....................................................... 79

Tabla 43. Suposiciones con distribucin logartmica. ................................................... 79

Tabla 45: Valores lmites de emisiones en las calderas. ............................................... 86

Tabla 46: Emisiones, descargas y residuos del proyecto. ............................................ 87

Tabla 47: Modificaciones. ............................................................................................... 123

Tabla 48: Principales emisiones, descargas y residuos. .............................................. 124

Tabla 49: Coordenadas geogrficas UTM. .................................................................. 125

Tabla 50: Valores lmites de emisiones de la caldera. ................................................ 127

8

2. INTRODUCCIN

El desarrollo industrial lleva asociado la generacin de grandes volmenes

de subproductos y residuos industriales que, en muchos casos, terminan en los

vertederos, perdiendo su potencial como materias primas en otros sectores

industriales.

Hoy en da la industria papelera genera residuos que se caracterizan por

poseer caractersticas fisicoqumicas especiales y una cantidad relativamente alta

de materia orgnica, que los dota de grandes posibilidades para el reciclaje y la

valorizacin. Actualmente el vertedero sigue siendo uno de los destinos principales

para la disposicin de estos residuos en muchos, pero este destino no maximiza las

posibilidades de estos recursos, sino que aumenta su impacto sobre el medio

ambiente, por lo que debe ser un objetivo tanto de las autoridades como de la

industria, fomentar y potenciar el reciclaje y valorizacin de estos residuos.

La planta Cartulinas CMPC, ubicada en Valdivia, no est exenta de lo

expuesto anteriormente, es por ello que se busca en el desarrollo de este informe,

dar un aprovechamiento til a los lodos generados de la planta de tratamiento de

RILes. Este subproducto puede tener usos tanto externos como internos.

Es aqu donde se define un concepto clave Valorizacin, refirindose a

todo procedimiento que permita el aprovechamiento de los recursos contenidos

en los residuos generados, sin que se ponga en peligro la salud humana y sin que

se utilicen mtodos que pueda causar perjuicios para el medio ambiente.

Tomando como base un manejo de residuos slidos queda incluido en el

concepto de valorizacin el reciclaje de residuos, el aprovechamiento energtico

de los mismos y cualquier otro tratamiento que bajo las condiciones establecidas,

consiga aprovechar los recursos contenidos en los residuos, de tal manera que stos

cumplan una funcin til, lo que va de acuerdo a los mtodos y criterios ingenieriles

realizados en el informe.

El desarrollo del proyecto tuvo como objetivo apuntar a un desarrollo

sustentable en donde se utilizaron todas las herramientas y medios disponibles para

entregar una solucin medioambientalmente responsable, ajustndose a las

normativas vigentes, tambin se entrega una solucin econmicamente viable

haciendo nfasis a la comparacin de los dos escenarios propuestos con proyecto

y sin proyecto, en donde se ve ampliamente favorecido la realizacin del

proyecto y finalmente procurar el bienestar de toda la comunidad, teniendo en

cuenta las consecuencias sociales de ejecutar el proyecto.

De acuerdo a lo anterior, el presente documento expone el proyecto

Mejoramiento de uso alternativo de lodo de planta de tratamiento CMPC

9

Valdivia, el cual ser desarrollado bajo las exigencias del mdulo Evaluacin de

proyectos de inversin, DMIP201, del IX Semestre de la carrera Ingeniera Civil

Mecnica de la Universidad Austral de Chile.

10

3. PROBLEMA Y OBJETIVOS

3.1. Problema

La empresa CMPC S.A. de Valdivia se dedica desde 1959 a la fabricacin y

comercializacin de cartulinas. Una de las caractersticas estratgicas de la planta

es poder ofrecer a sus clientes diferentes productos especializados de acuerdo a

las necesidades particulares de estos.

Durante la produccin de cartones en la planta, se generan una tasa de 27

ton/da de lodos con un 60% humedad en base total, estos residuos son tratados

mediante un manejo adecuado, por ello es indispensable para la empresa contar

con una solucin la cual permita el aprovechamiento del lodo.

La solucin ha de ser abordada tomando en cuenta las normas

medioambientales vigentes, evaluando y seleccionando la solucin que mejor se

adapte, tomando como criterio principal una evaluacin econmica segn sea el

caso.

3.2. Definicin del problema

Para la identificacin del problema, se opt por desarrollar un diagrama

Causa Efecto, este permite apreciar con claridad las relaciones entre el

problema y las posibles causas que pueden estar contribuyendo a que este ocurra,

en la Figura 1, se aprecia el diagrama descrito.

Carecimiento del aprovechamiento til de los

lodos generados en el proceso

Variabilidad tasa de generacin de lodo

Demasiada Humedad

Proporcin de lodo respecto al agua total tratada

Desconocimiento del poder calorfico del lodo

Constante visita de

autoridades

medioambientales y

sanitarias

Dependecia de utilizacin

de agua del rio

Uso de

vertedero

Filtracin

Alto nivel de contaminacin

Deficiente priorizacin

en utilidad de lodos

Sistema automtico de control del agua

Poca investigacin

sobre un sistema de

secado

Caldera con aceptabilidad de

humedad mxima de 40%

11

Figura 1. Diagrama Causa Efecto. Fuente propia.

Finalmente se puede concluir del problema el cual queda resumido en lo

siguiente: Se carece de un aprovechamiento til de lodos generados en el

tratamiento de RILes.

3.3. Objetivos

Para la identificacin de los objetivos, se opt por desarrollar el mtodo de

anlisis de objetivos, el cual utiliza principios metodolgicos de lgica causal. La

lgica causal para el anlisis de los objetivos se convierte en una lgica medios-

fines, la cual se basa en encontrar la situacin deseada, representada por el

objetivo general, posteriormente se identifican los medios para conseguir la

situacin deseada, y finalmente se proponen los efectos de la situacin deseada

que en otras palabras seran los beneficios de la situacin deseada.

En el ANEXO 8.2 Figura 36, se aprecia el rbol de objetivos generado.

3.3.1. Objetivo General

Proponer un sistema y/o estrategia que sea capaz de utilizar de forma

eficiente el lodo generado en la planta de tratamiento de RILes, CMPC.

3.3.2. Objetivos Especficos

Identificar a los clientes involucrados y sus necesidades para llevar a cabo

una solucin adecuada.

Aplicar un estudio medioambiental a la alternativa seleccionada a partir de

lo sealado en la ley 20147.

Evaluar econmicamente las alternativas de la solucin seleccionada,

utilizando criterios econmicos y variables ms sensibles que mejor se

adapten a la solucin.

Generar y evaluar conceptualmente mltiples alternativas de solucin.

Evaluar la alternativa actual medioambiental y econmicamente.

Entregar documentacin que contenga la informacin correspondiente.

12

3.4. Fronteras del proyecto

El proyecto se caracteriza en entregar un sistema y/o estrategia a partir del

lodo generado en la planta de tratamiento de RILes, de acuerdo a las limitaciones

del tipo medioambiental y econmica.

El proyecto abarca desde que se obtiene el lodo (con 90% de humedad en

base hmeda), previo a su proceso de deshidratacin hasta que este se utilice de

manera til ya sea interna o externamente de la empresa.

El equipo de trabajo no contempla la ejecucin del proyecto, sin embargo

debe entregar una solucin que ser evaluada por los clientes.

3.5. Alcances del proyecto

El proyecto va dirigido para la empresa CMPC S.A. de cartulinas en Valdivia,

para satisfacer las necesidades de los clientes respecto al aprovechamiento til del

lodo generado.

4. PLANIFICACIN

El desarrollo del proyecto es realizado mediante una planificacin previa,

con la cual es posible definir las distintas actividades a realizar, distribuyendo los

recursos de personal y tiempo que requiere el proyecto.

La herramienta que utiliza el equipo de trabajo para cumplir con esta etapa

es la Carta Gantt, la cual es presentada en la Figura 2.

13

Figura 2: Carta Gantt Recursos.

14

Figura 3. Carta Gantt Plan de seguimiento. (Continuacin).

15

5. DEFINICIN DEL PRODUCTO

El mtodo de la matriz QFD es un mtodo de estructuracin de los desarrollos

necesarios para crear o modificar un producto y/o servicio, con el propsito de

orientar todos los recursos hacia la satisfaccin de las necesidades de los clientes.

Por ello entender el problema y crear las bases para la solucin de este es

fundamental para un diseo de calidad, y consiste en transcribir los requerimientos

de los mandantes y llevarlos a una descripcin tcnica de lo que se debe disear,

es decir Escuchar la voz de los clientes.

El autor (Ullman, 2010, pg. 143), dice lo siguiente: Entender el problema de

diseo es una base esencial para un producto de calidad

Sus funciones son las siguientes:

1. Escuchar la voz de los clientes.

2. Desarrollar las especificaciones y objetivos para el producto.

3. Encontrar como las especificaciones miden los deseos de los clientes.

4. Medir que tan bien las competencias satisfacen el objetivo del proyecto.

5. Desarrollar tareas numricas hacia las cuales trabajar.

5.1. Identificacin de los clientes

Los consumidores a travs de los tiempos exigen cada vez mayor calidad en

los productos y servicios adems de precios razonables, aadiendo que la calidad

es la suma de los valores agregados que se incorporan al servicio y/o producto a

lo largo del proceso. En consecuencia es de suma importancia identificar a las

personas que acten directa o indirectamente con el producto y que pueden

exigir requerimientos de este.

En la Tabla 1, se puede apreciar la persona identificada como el nico

cliente del proyecto:

Nombre del mandante Ttulo Cargo

Sr. Juan Carlos Gutirrez Ingeniero civil Mecnico Ingeniero de Procesos Tabla 1. Cliente(es).

Como se aprecia, el Sr. Juan Carlos Gutirrez, es el nico mandante

identificado.

16

Actualmente el lodo es enviado a un vertedero a cargo de una empresa

externa llamada INVERSIONES TRESOL Ltda. por ello los trabajadores de esta

empresa no representan alguna funcin significativa en la solucin.

Otra persona involucrada en la solucin es el Gerente de planta, sin

embargo debido a sus funciones, le designo la misin al Sr. Juan Carlos Gutirrez.

5.2. Requerimientos

Con el propsito de saber que se va a disear, es fundamental conocer los

requerimientos o necesidades de los mandantes. Este punto a veces resulta ser el

ms difcil de lograr, sin embargo el autor (Ullman, 2010), presenta diversas maneras

de extraer los requerimientos como por ejemplo: Entrevistas, encuestas, etc.

Se confecciono un listado de preguntas, las cuales fueron realizadas al

Cliente, con ello el equipo de trabajo logr identificar 6 requerimientos presentados

en la Tabla 2, a continuacin:

Requerimientos del Cliente

Adaptable al aumento de la produccin

Retornar la inversin realizada

Asegurar el cumplimiento de las normas medioambientales

Mejorar la concentracin de Lodo

Minimizar el espacio fsico a utilizar

Garantizar la seguridad de los operarios Tabla 2. Requerimientos

Una vez identificados los requerimientos se debe determinar el grado de

importancia de estos. Por ello se gener un factor de ponderacin que va de 0 a

100, en donde cada cliente debe repartir 100 puntos entre los requerimientos

presentados segn sea la importancia que considere el mismo.

5.3. Identificar y evaluar la competencia

Es importante identificar lo que actualmente est cumpliendo con la funcin

de retirar los lodos, por ello se debe realizar el estudio de la competencia para as

poder evaluar y desarrollar de mejor manera la solucin que se entregar.

Actualmente los Lodos son enviados a un vertedero autorizado por una

empresa externa llamada INVERSIONES TRESOL Ltda..

5.4. Especificaciones de Ingeniera

17

Las especificaciones de ingeniera consisten en transcribir al lenguaje del

ingeniero las necesidades de los clientes, es decir un lenguaje medible. Estas

trascripciones deben ser de parmetros ingenieriles que describan los

requerimientos y necesidades de los mandantes, con el propsito de fijar metas

que sern desarrolladas en pasos posteriores.

Es importante que cada especificacin debe ser medible, por lo tanto debe

poseer una unidad de medida y debe ser fijado un mtodo de cuantificacin.

Si la unidad de un parmetro de ingeniera no es encontrado, el parmetro

no es medible y debe ser renombrado (Ullman, 2010, pg. 159).

Adems a cada especificacin se le asigna un sentido, el cual indica si el

parmetro es entre ms es mejor representado por (), y entre menos es mejor

representado por (). Si el parmetro debe mantenerse (ser Constante o exacto),

se debe identificar el valor.

El equipo de trabajo logro crear 13 especificaciones de ingeniera, en la

Tabla 3, se aprecian.

Especificaciones Ingenieriles Unidad de medida Sentido

Cantidad de lodo utilizable Toneladas/da

Tiempo de recuperacin de la

inversin Aos

Cantidad de infracciones

medioambientales de acuerdo

a metas internas

Nmero

Humedad contenida en el Lodo %

Largo de terreno a utilizar

Metros

Ancho de terreno a utilizar

Metros

Alto de espacio a utilizar

Metros

Puntos del articulo N10 de la

ley 20473 relacionados con la

solucin

Nmero

18

Cantidad aceptable de Lodo a

tratar segn la RCA Toneladas/da CTE

Operadores del proceso

Nmero

Tiempo desde ltimo accidente Das

Efectos del articulo N11 de la

ley 20473 relacionados con la

solucin

Nmero

Tasa de retorno esperada

%

Tabla 3. Especificaciones de ingeniera y su sentido.

5.5. Relacionar requerimientos ingenieriles con las especificaciones.

Para esta etapa se debe evaluar la relacin que existe entre los

requerimientos y las especificaciones de ingeniera adems de permitir

retroalimentar la etapa anterior. (Generacin de especificaciones de ingeniera).

A las especificaciones de ingeniera se les entrega un puntaje que describe

el tipo de relacin presentada con algn requerimiento, en la Tabla 4 se muestran

estos puntajes.

Dbil relacin

Mediana relacin

Fuerte relacin9

3

1 Tabla 4. Relacin Requerimiento Especificacin

Cabe mencionar que cada especificacin debe presentar al menos una

relacin fuerte con algn requerimiento ya que de no ser as significa que la

especificacin no representa a los requerimientos de los clientes.

19

5.6. Establecer la importancia y los objetivos de especificaciones de

ingeniera.

En la etapa se debe establecer qu tan importantes son las especificaciones

para los clientes segn las relaciones que se establecieron en el paso anterior,

mediante un clculo que pondera y normaliza la evaluacin de los requerimientos

entre los clientes con las relaciones de la etapa anterior. Este clculo est

especificado en el libro (Ullman, 2010, pg. 165).

Adems en esta etapa se evala cmo la competencia se comporta frente

a los requerimientos y se le cuantifica, lo que entrega una base para establecer los

umbrales y objetivos numricos para cada especificacin de ingeniera.

5.7. Identificar las relaciones entre las especificaciones de ingeniera

En este paso se debe analizar las relaciones existentes entre las

especificaciones de ingeniera generadas, el motivo de esto radica en que el

cumplimiento de una especificacin puede afectar positiva o negativamente el

cumplimiento de otra, por lo que estas relaciones deben ser identificadas antes de

comenzar con el diseo conceptual.

5.8. Matriz QFD

Finalmente en la Figura 4, donde se aprecia la matriz ensamblada. Cada

paso descrito anteriormente se resume en esta matriz, la cual es una poderosa

herramienta que facilita el diseo de nuevos productos y servicios, adems sirve

como herramienta integradora de las diversas funciones.

Al traducir los requerimientos de los clientes en especificaciones tcnicas, se

puede concluir que la importancia del cliente va por el mbito de la cantidad de

lodo que se le pueda obtener un beneficio para la empresa, y estar siempre dentro

de lo aceptable, segn resoluciones ambientales vigentes. Estas importancias

estn alrededor del 12% para el cliente.

Por otro lado la matriz QFD arrojo que el cliente no deja pasar por alto el rea

de la seguridad de los trabajadores, donde se ve reflejado en que una estructura

muy alta aumentara el riesgo de algn tipo de accidente para las personas

involucradas con la solucin. Esta importancia esta alrededor del 12%.

20

Pun

tos d

el art

iculo

N1

0 d

e la

ley 2

047

3 r

ela

cio

nad

os c

on

la s

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Alto d

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Anch

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Larg

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Cantid

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e L

od

o u

tiliz

ab

le

Garantizar la seguridad de los operarios

Minimizar el espacio fsico a utilizar

Mejorar la concentracin de Lodo

Asegurar el cumplimiento de las normas medioambientales

Retornar la inversion realizada

Adaptable al aumento de produccin

Who How

What

Umbral

Objetivo

Competencia

Juan Carlos Gutierrez

Dbil relacin

Mediana relacin

Fuerte relacin9

3

1

9

1

Juan

Ca

rlos G

utie

rrez

10

15

25

15

10

25

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N1

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047

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cep

table

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tra

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segn la

RC

A

Ton/

daAos N % m m m N N Sem. N %

Ton/

da

Now

1: Muy Malo

2: Malo

3: Regular

4:Bueno

5: Muy Bueno

Competencia

1 2 3 4 5

9

3

19

3

9

9

9

3 9 9 9

9

1

3 3

1 1

9

9 9

9

3

3

3

1

9

9

3

0 0

00

0

025

50 30

40

0 0 60 1 1

cte

2

2

52.5 15 7 75

105

12

12

2

0/ / /

67

67

67 07520 0 0/

11.7 4.4 5.4 12.7 5.48.14.7 7.38.84.7 12 7.37.6

Figura 4. Matriz QFD.

21

6. DISEO CONCEPTUAL

La etapa de diseo conceptual del proyecto tiene como objetivo encontrar

mltiples alternativas que den solucin al problema. Para ello como primera

medida es importante realizar un anlisis funcional del proyecto, y a partir de ello

generar varias ideas y posteriormente seleccionar aquella a desarrollar.

6.1. Anlisis funcional

Previo a la generacin de ideas se debe conocer cul es la funcin del

proyecto, debido a que es imposible generar una alternativa sin saber que funcin

cumplir esta.

El equipo identifica que la funcin del proyecto es utilizar de forma eficiente

los lodos generados en la planta de tratamiento de RILes. Esta funcin es posible

representarla a travs de un diagrama Top Level (ver Figura 5).

Figura 5: Top-Level de la funcin.

6.2. Generacin de conceptos

Una vez comprendida la funcin del producto se generan diversos

conceptos con el fin de evaluarlos y optar por uno para su desarrollo.

Para la generacin de conceptos el equipo decide utilizar el mtodo

conocido como Lluvia de ideas, el cual consiste en proporcionar diversas

alternativas que pueden dar solucin al problema, las cuales posteriormente sern

evaluadas segn la informacin que se recopile.

Los conceptos entregados por el procedimiento de lluvia de ideas son:

22

6.2.1. Elaboracin de paneles prefabricados para la construccin

Una de las alternativas de uso del lodo es la utilizacin de este como materia

prima para la confeccin de paneles prefabricados como elementos no

estructurales para la construccin, ya sea en la elaboracin de cielos rasos,

divisiones y acabados de paredes.

Aqu se utiliza el lodo deshidratado con un mximo de 45% de humedad, el

cual es mezclado homogneamente con yeso en razn de un 80% de lodo y un

20% de yeso en base de peso, luego esta mezcla se deposita en moldes de acrlicos

y se cubren con papel humedecido (impregnado con resinas acrlicas con alcohol

polivinlico), proceso que luego de un tiempo de secado preliminar (48 h) se

desmonta el panel del molde y se deja secar por 30 das, obtenindose el producto

deseado.

En la Figura 6, se muestra un panel prefabricado referencial construido en

base a lodo.

Figura 6. Panel prefabricado.

6.2.2. Fabricacin de cemento

La industria cementera ha encontrado otra aplicacin para el uso de lodos

generados en las industrias papeleras, ya que estos lodos pueden utilizarse como

adiciones activas para la fabricacin de cementos portland.

23

Los lodos por sus caractersticas son una fuente alternativa de caolinita, la

cual mediante un proceso trmico (650-700 C) al que se somete, en lo que se

conoce como activacin de lodos, se obtiene metacaolinita, producto altamente

puzolnico.

Aquel cemento al que se le adhiera un producto puzolnico adquieren

caractersticas mecnicas de calidad, mejorando sus propiedades tcnicas y su

comportamiento frente a acciones agresivas externas.

El producto puzolnico reacciona frente al agua, generando en el cemento

un proceso de fraguado rpido.

En la Figura 7, se aprecian bloques de hormign constituidos en parte por

lodo.

Figura 7. Bloques de hormign.

6.2.3. Mejoramiento de suelos degradados

Otra alternativa de uso que pueden brindar los lodos es su utilizacin en

suelos que se encuentran degradados. Su utilizacin puede ser incorporada al

terreno agrcola en forma de lodo crudo o hasta la aplicacin de un lodo

procesado como medio de crecimiento o compost (abono) en la horticultura.

La aplicacin de lodos puede ayudar a recuperar la productividad de suelos

perdidos, considerados estriles (ejemplo suelos sometidos a erosin). Adems su

uso en suelos facilita el transporte de nutrientes, aumenta la capacidad de

retencin de agua y sirve como reemplazante parcial de fertilizantes qumicos de

mayor costo.

En la Figura 8 se ve el uso de lodo en suelos degradados.

24

Figura 8. Lodo como abono de suelos.

6.2.4. Combustible para la caldera

Finalmente otra alternativa para el uso del lodo es reutilizarlo como

combustible para las calderas que posee la empresa CMPC Valdivia.

Para efectuar esta alternativa se debe aplicar un proceso reduccin de

humedad contenida en el lodo, con el propsito de obtener lodos con un 40% de

humedad como mximo, ya que este es el porcentaje de humedad mximo que

deben tener los combustibles de biomasa utilizados en la caldera.

Con esta alternativa La empresa estara minimizando los costos en

combustible generados en la planta.

En la Figura 9 se muestra el uso del lodo como combustible para calderas.

Figura 9. Lodo como combustible.

25

6.3. Situacin actual

Como se ha mencionado con anterioridad la empresa CMPC Valdivia tiene

una planta de tratamiento de residuos lquidos industriales (RILes) la cual se encarga

de limpiar las aguas que vienen del proceso de produccin de la empresa, con el

objetivo de devolverlas al rio sin contaminantes.

La planta de tratamiento de RILes cada da genera gran cantidad de lodos

los cuales en la actualidad no se les da ninguna utilidad y por tanto son llevado a

un vertedero industrial autorizado donde son desechados.

6.4. Eleccin de concepto

Una vez conocida las distintas alternativas de uso del lodo generado por la

empresa CMPC Valdivia, se realiza la eleccin del concepto a desarrollar. Para ello

el equipo decide utilizar como metodologa una matriz de Pugh, la cual permite

comparar la solucin actual (DATUM) con los distintos conceptos generados en el

punto anterior.

La comparacin de conceptos es realizada en base a ciertos criterios, los

cuales son formados a partir de los requerimientos de los clientes y sus

especificaciones tcnicas presentadas en la matriz QFD. Esta comparacin

entrega una ponderacin que representa la capacidad de cada concepto para

cumplir con los criterios de evaluacin.

Los criterios de evaluacin que se utilizaran en la matriz de Pugh son los

siguientes:

1) Mejora de la concentracin de lodo.

2) Dependencia de empresas externas.

3) Uso de recursos energticos de la empresa.

4) Minimizacin de la contaminacin ambiental.

Para el desarrollo de la matriz de Pugh se le debe dar una ponderacin a los

criterios mencionados anteriormente. Esta ponderacin consiste en asignar una

puntuacin a cada criterio segn el orden de importancia que tenga cada uno,

para la cual la suma de los puntos debe ser de 100. (Ver Tabla 5).

Una vez conocido los criterios y sus ponderaciones se procede con la

comparacin de los conceptos y el DATUM (solucin actual). Para ello se asigna el

valor (-1) si la alternativa no cumple el criterio en comparacin del DATUM , se

26

asigna el valor (0) si la alternativa cumple de la misma forma el criterio al igual que

el DATUM y finalmente se asigna el valor (1) si la alternativa es mejor y cumple por

encima el criterio en comparacin al DATUM.

Finalmente se realiza una operacin matemtica con la cual se obtiene cul

de las alternativas tiene ms puntos a favor y por tanto ser escogida para ser

desarrollada. El diseo de la matriz de Pugh se presenta en la Tabla 5 a

continuacin.

Uso Alternativo de Lodos

Cri

teri

os

DA

TUM

C

on

ce

pto

1

Co

nc

ep

to 2

Co

nc

ep

to 3

Co

nc

ep

to 4

Mejora de la concentracin de lodo 20 +1 +1 0 +1

Dependencia de empresas externas 25 0 0 0 +1

Uso de recursos energticos de la empresa 25 0 0 0 +1

Minimizacin de la contaminacin

ambiental 30 +1 +1 +1 0

Total 100 50 50 30 70

Tabla 5: Matriz de Pugh.

Como se puede apreciar de la matriz de Pugh se obtiene que el concepto

ganador es el nmero 4: Uso de Lodo como combustible para las calderas que

posee la empresa.

A lo largo de este trabajo se desarrollara este concepto y evaluar la parte

econmica y ambiental que tiene llevar a cabo esta solucin.

27

7. DESARROLLO DE LA SOLUCIN

Esta etapa se enfoca en el desarrollo de la solucin del problema, la cual

consiste en establecer las condiciones necesarias para llevar a cabo la solucin, ya

sea en el mbito tcnico, econmico y ambiental.

7.1. Descripcin de la Solucin

Para llevar a cabo alternativa de utilizar los lodos como parte del

combustible utilizado en las calderas de biomasa de la empresa, se debe tener en

cuenta que la humedad de este debe no ser superior de un 40% en base hmeda.

Actualmente la planta de tratamiento de RILes contiene entre sus equipos

una prensa de tornillo la cual recibe los lodos con una humedad de 80% en base

hmeda y luego de la compresin los entrega con un 60% de humedad.

Para cumplir con las exigencias que tienen las calderas acerca las

propiedades del combustible admitido (40% humedad), se debe buscar alguna

alternativa para optimizar el proceso de deshidratacin de los lodos. Para ello el

equipo propone cambiar el tornillo prensa existente por otro de mayores

capacidades, el cual permita bajar la humedad del lodo desde un 80% a un 40%

por lo menos.

En este proceso de deshidratacin, el agua obtenida retorna al sistema de

tratamiento. Mientras que lodo es transportado por un tornillo, para ser depositado

en una tolva, la cual posteriormente ser trasladada a la nave (o galpn) de

acopio del chip.

Finalmente el lodo ser mezclado con el chip, el cual se encuentra de igual

manera con un 40% de humedad como mximo. Luego ser llevado a la caldera

en el proceso normal de alimentacin de combustible.

En la Figura 10 a continuacin, se muestra un diagrama del proceso de la

solucin a llevar a cabo.

28

Figura 10: Diagrama del proceso.

7.2. Caractersticas Principales del lodo

Las caractersticas de mayor relevancia para el desarrollo de este proyecto

con respecto al lodo son bsicamente el porcentaje de humedad y el poder

calorfico de este.

Cabe destacar que los residuos destinados a valorizacin energtica deben

tener una caracterizacin especfica respecto al contenido de materia orgnica,

agua y cenizas (de tal manera que el combustible ideal sera el formado por un

alto contenido de materia orgnica y un bajo contenido en agua y cenizas).

Segn la informacin entregada por el laboratorio de la empresa CMPC

Valdivia y el documento (Colomer Mendoza, Gallardo Izquierdo, Robles Martinez,

Bovea, & Herrera Prats, 2011), se estiman los siguientes datos:

Porcentaje de humedad del lodo antes de entrar a la prensa de tornillo: 80%

en base hmeda.

Porcentaje de humedad (solicitado) del lodo al salir de la prensa de tornillo:

40% en base hmeda.

29

Contenido del Lodo: Material orgnico, en su mayora fibras de madera

(Pino radiata). Material inorgnico alrededor del 30%.

Poder calorfico inferior del lodo en seco: 3506,3 [Kcal/kg].

Poder calorfico inferior del lodo a 40% de humedad: 1870,6 [Kcal/kg].

7.3. Resultados experimentales

En esta seccin se realiz un experimento, el cual consisti en cuantificar el

porcentaje de humedad de la muestra de lodo que se extrajo de la planta de

tratamiento de CMPC, ya que este valor es importante para verificar si la humedad

que la empresa informo es real.

7.3.1. Clculo del contenido de humedad del lodo

Se extrajo una muestra de lodo de la planta de tratamiento de efluentes y

se determin su real contenido de humedad. Esta experiencia se realiz en el

Instituto de Materiales y Procesos Termomecnicos (IMPT). En la Figura 11, se

aprecia la muestra de lodo.

Figura 11. Muestra de lodo planta de tratamiento CMPC.

Para esto se mas una determinada cantidad de lodo en un vaso

precipitado y posteriormente se coloc en un horno de secado durante 24 horas,

posterior a esto se volvi a masar el lodo ya secado, los resultados se presentan en

la Tabla 6. Adems se presenta el registro fotogrfico de la actividad.

30

Figura 12. Muestra de lodo en vaso precipitado.

Figura 13. Masa de lodo previo ha secado.

Figura 14. Disposicin de la muestra en horno de secado.

En la experiencia, la masa del vaso precipitado corresponde a 99.270 gr, por

lo que se debi restar esta masa para calcular de forma directa la humedad una

vez que se evapor el agua.

31

Masa inicial Masa final (Seca).

12.141 gr. 5.682 gr. Tabla 6. Peso inicial y final de la muestra.

Para determinar la humedad en base total, se utiliz la siguiente forma:

=

Ecuacin 1.

Reemplazando los valores de la Tabla 6, se obtuvo que el porcentaje de

humedad en la muestra equivale a:

= 53.2 %

Finalmente se obtiene que la muestra de lodo tiene un 53.2 % de humedad.

Sin embargo difiere del valor entregado por la empresa (60%), arrojando un error

del 11,33%, debido a ello se estim utilizar el valor de 60% de humedad ya que se

presenta como la situacin ms desfavorable al momento de deshidratar lodos ya

que si se realiza una seleccin para un material que posee una humedad mayor se

corre el riesgo de que el proyecto no represente la realidad y sus consecuencias

seran las peores tanto como para la empresa como para los proyectistas.

En la Tabla 7, se presenta la humedad de los lodos medida en las

dependencias de la planta CMPC.

FECHA HORA LABORANTE PRODUCTO LUGAR %

SECO

%

HMEDAD

01/04/2014 11:50 D.meza LODO EFLUENTE 37,49 62,51


04/04/2014 2:45 C.FIGUEROA LODO EFLUENTE 38,66 61,34




07/04/2014 19:35 EF LODO EFLUENTE 35,84 64,16


09/04/2014 3:00 C.Velasquez LODO EFLUENTE 38,70 61,30


10/04/2014 04;30 Cvelasquez LODO EFLUENTE 36,80 63,20

11/04/2014 5:30 Cvelasquez LODO EFLUENTE 35,84 64,16






32

15/04/2014 14:50 EF LODO EFLUENTE 33,85 66,15

Promedio 36,83 63,17 Tabla 7. Humedad de lodos medida en CMPC.

7.4. Clculo poder calorfico del chip

El poder calorfico de un combustible es la cantidad de energa que puede

liberar ese combustible por unidad de peso o volumen.

Es importante destacar que la humedad de la madera cambia el poder

calorfico del combustible reducindolo, ya que gran parte de la energa liberada

en el proceso de combustin se consumi en evaporar el agua y como

consecuencia no es energa disponible para uso trmico.

Se distinguen 3 tipos de poder calorfico:

Poder calorfico inferior: Es la cantidad total de calor desprendido en la

combustin completa de una unidad de volumen de combustible sin contar

la parte correspondiente al calor latente del vapor de agua generado en la

combustin.

Poder calorfico superior: Es la cantidad total de calor desprendido en la

combustin completa de una unidad de volumen de combustible cuando

el vapor de agua originado en la combustin est condensado.

Poder calorfico en seco: Es la cantidad total de calor desprendido en la

combustin completa de una unidad de volumen de combustible cuando

no posee ningn porcentaje de humedad.

En consecuencia el poder calorfico que se utiliza para realizar los clculos

trmicos es el inferior.

El combustible que utiliza actualmente CMPC es chip de madera de Pino

radiata. Consultando el manual de combustibles (Asociacin Espaola de

Valorizacin Energtica de la Biomasa, 2008) de madera, se entregan valores

tpicos del poder calorfico como se presenta en la Tabla 8.

Combustible

Poder

calorfico en

seco (MJ/kg)

Valores tpicos para materiales de madera virgen Maderas de conferas

19,2

(18,8 19,8)

Valores tpicos para materiales de madera virgen Maderas de frondosas

19

(18,5 19,2)

Valores tpicos para materiales de corteza virgen 20

(19-21)

33

Valores tpicos para materiales de madera virgen Residuos de trozas

19 - 20

Valores tpicos para materiales de madera virgen Monte bajo rotacin corta (sauce lamo)

18,6 19,2

Tabla 8. Valores tpicos de poder calorfico de maderas.

Al tratarse de una madera confera se utilizara un poder calorfico de 19,2

MJ/kg. Posteriormente el manual (Asociacin Espaola de Valorizacin Energtica

de la Biomasa, 2008, pg. 25), presenta una formula emprica para calcular el

poder calorfico inferior con la humedad que se requiera. A continuacin se

presenta la ecuacin:

=0 (100 ) 2,44

100

Ecuacin 2.

Dnde: PCIH: Poder calorfico con humedad (MJ/kg).

PCI0: Poder calorfico en seco en (MJ/kg). (19,2 MJ/kg).

M: Porcentaje de humedad en (%). (40%).

El chip que se utiliza para las calderas tiene un 40% de humedad en base

hmeda, remplazando en la Ecuacin 2, se obtiene lo siguiente:

= 10,544

2518

7.5. Calculo Poder calorfico del lodo

La prioridad para determinar este poder calorfico fue siempre de forma

experimental, por medio del Instituto de Materiales y Procesos Termomecnicos

(IMPT). Sin embargo por circunstancias ajenas al equipo de trabajo, esta medicin

experimental no se pudo llevar a cabo. Este valor era fundamental para el

desarrollo de este proyecto, por esto luego de investigar en diversas fuentes, se

decidi estimar este valor con el manual (Asociacin Espaola de Valorizacin

Energtica de la Biomasa, 2008, pg. 25), el cual expresa una formula emprica

mostrada en la Ecuacin 2 para determinar el poder calorfico a la humedad

requerida. Paralelamente se utiliz el documento (Colomer Mendoza, Gallardo

Izquierdo, Robles Martinez, Bovea, & Herrera Prats, 2011), en donde se realizan

mediciones del poder calorfico en seco y a una humedad especfica a lodos

provenientes de estaciones depuradoras de aguas residuales de la industria

papelera (lodo 2), entre otras. Adems se comprob que la formula expuesta

34

anteriormente arrojo un valor aproximado al remplazar el PCIs (seco) y la humedad,

en donde se verific que el PCIh (hmedo) no presento diferencias significativas.

En la Tabla 9, el Lodo 2 corresponde a residuos generados en la industria

papelera y se aprecia los valores del poder calorfico inferior en seco y hmedo,

adems con sus respectivos porcentajes de cenizas, muy cercanos a lo que existe

en CMPC.

Tabla 9. Resultados poder calorfico y cenizas. Fuente: (Colomer Mendoza, Gallardo Izquierdo,

Robles Martinez, Bovea, & Herrera Prats, 2011).

A continuacin se calcula el poder calorfico inferior a un 40% de humedad

(humedad a la cual ser quemado) de acuerdo a los datos establecidos

anteriormente

Datos: Poder calorfico inferior en seco (PCI0): 14,68 MJ/kg

Humedad final (M): 40%

Remplazando en la Ecuacin 2, se obtiene:

40% = 7,832

= 1870,6

7.6. Deshidratacin de lodo

Como se ha mencionado anteriormente, dentro del proceso de tratamiento

de RILes, la generacin de lodos es un punto importante que debe atenderse. Parte

de este punto est enfocado al manejo y disposicin final de estos residuos, es por

ello que se recurre al proceso de deshidratacin de los lodos, el cual permite

disminuir el volumen y el porcentaje de humedad en los lodos.

7.6.1. Principales tipos de deshidratacin

35

A pesar de que ya se han dados indicios acerca del mtodo que se utilizar

para realizar la deshidratacin de lodos, es importante mencionar las principales

alternativas existentes para la deshidratacin:

7.6.1.1. Deshidratacin por lechos de secado

En este proceso se usan lechos rectangulares de poca profundidad, que a

su vez posean fondos porosos. En la parte superior se coloca una red de drenaje

subterrneo para posteriormente separar las reas convencionales con paredes

bajas; el lodo pasa a los lechos hasta que alcanza una profundidad de entre 125 a

250 [mm].

La pasta que se obtiene se seca, provocando que se agriete y permita una

evaporacin mayor para liberar el agua de lluvia de la superficie.

La deshidratacin se logra gracias al drenaje de las capas inferiores y a la

evaporacin de la superficie bajo la accin del sol y el viento. Ver Figura 15.

Figura 15: Lecho de secado de arena.

7.6.1.2. Deshidratacin por filtrado de presin

Es un proceso discontinuo, el cual consiste en bombear el lodo

acondicionado con presin creciente en cmaras revestidas con telas de fieltro.

Las cmaras se encargan de retener los slidos permitiendo que el lquido escape

por los canales de las placas metlicas de apoyo.

Algunos equipos que trabajan con este sistema son los filtros de cintas, y las

prensa tornillos como se muestra en la Figura 16.

36

Figura 16: Funcionamiento prensa Tornillo.

7.6.1.3. Deshidratacin por filtrado al vaco

En este proceso existe un tambor giratorio segmentado cubierto con tela de

fieltro, donde este se sumerge por partes en el lodo tratado. Dentro de este tambor

se aplica un vaco el cual permite absorber el agua contenida en el lodo y a su vez

crear una capa de lodo en la superficie exterior del tambor. Posteriormente, un

raspador extrae la pasta de lodo. Ver Figura 17.

Figura 17: Filtrado al vaco.

7.6.1.4. Deshidratacin por centrifugado

El proceso de centrifugacin consiste en depositar el lodo tratado dentro de

un cilindro giratorio, el cual debido a su velocidad rotacional permite que el agua

contenida en los lodos sea expulsada a causa de la fuerza centrfuga generada.

37

Los slidos son arrojados a la orilla exterior donde son removidos por un

raspador-transportador. Ver Figura 18.

Figura 18: Centrifuga de operacin horizontal.

7.6.2. Seleccin de Prensa Tornillo

En la seccin anterior se defini los principales tipos de deshidratacin de

lodos, se opt por seleccionar un secado del tipo por filtrado de presin, debido

a que estos sistemas no requieren demasiado espacio fsico para su

funcionamiento, se adecua a la situacin climtica de la zona, es ajustable a las

instalaciones existentes actuales y son equipos eficientes.

7.6.2.1. Flujo actual, flujo proyectado y flujo de entrada de lodo

Es importante determinar el flujo de lodo que ingresar a tornillo, ya que es

un requisito para seleccionar ste. A continuacin se definen los flujos antes

mencionados:

Flujo actual

Con datos extrados de CMPC, actualmente se generan 9.507.560 [kg/ao],

lo que lo que equivale a 26,4 [Toneladas/da] medidas en el ao 2013, sin embargo

se considerarn 27 [Toneladas/da], para considerar una holgura en caso de

aumentar la produccin, y sus cantidades de humedad y parte seca equivale a

60% y 40% respectivamente, sus flujos msicos son los siguientes:

= 16,2

38

= 10,8

= 27

Flujo proyectado

Como se ha mencionado anteriormente el tornillo que se seleccionar debe

prensar el lodo hasta dejarlo en con un 40% de humedad y 60% seco para ser

quemado en la caldera. De antemano se sabe que la masa de la parte seca

siempre ser la misma, ya que la parte que se pierde es solo de agua en el proceso

de prensado por lo tanto sus flujos msicos son los siguientes:

= 7,2

= 10,8

= 18

Flujo de entrada

Una vez que los lodos salen de la mesa gravitacional (filtro de bandas) estos

lodos son derivados por una cinta transportadora a la prensa de tornillo, con 80%

de agua y 20% parte seca, por lo tanto sus flujos msicos son los siguientes:

= 43,2

= 10,8

= 54

7.6.2.2. Empresa proveedora

Se entr en contacto con la empresa Bellmer KUFFERATH Machinery GmbH,

se considera lder en el sector de prensas de tornillo para el deshidratado de

residuos estructurados, pastas fibrosas y lodos. Parte de los productos que ofrece

esta empresa estn protegidos por la patente de la serie AKUPRESS.

Han desarrollado tres lneas de productos diferenciadas:

AKUPRESS A, AKUPRESS B y AKUPRESS C:

39

La serie A se caracteriza por su mayor flexibilidad.

Para obtener resultados de la mxima sequedad la serie B es la opcin preferente.

Y, por ltimo, la serie C est diseada para procesos de deshidratado de pastas fibrosas. La serie A se caracteriza por su mayor flexibilidad.

Finalmente se opt por seleccionar la lnea AKUPRESS B, por su caracterstica

de mxima sequedad

7.6.2.3. Caractersticas generales deshidratado X-TRA-DRY de AKUPRESS BX

La ventaja ms destacable de este sistema es el colector de rejilla extrable:

Consigue un deshidratado ptimo bajo las condiciones de seguridad ms exigentes gracias al ajuste automtico de la zona de prensado en funcin

de las propiedades de los lodos correspondientes.

Sequedad mxima de hasta un 70 %.

Mximo control de seguridad gracias a la completa automatizacin de la fbrica.

Est disponible en cinco tamaos y los dimetros de los tornillos miden entre 250 [mm] y 1.400 [mm].

Diseo resistente de fcil mantenimiento.

7.6.2.4. Caractersticas tcnicas del tornillo

Dimensiones generales del tornillo

En la Figura 19, se presentan las dimensiones generales del tornillo prensa

AKUPRESS BX 400 LS H cotizado, cabe mencionar que posee dimensiones menores

al tornillo prensa actual, adems el contratista para este caso es la empresa Bellmer

KUFFERATH Machinery GmbH, ser la encargada del montaje del equipo, en las

especificaciones tcnicas se detalla con mayor profundidad las condiciones de

instalacin.

40

Figura 19. Dimensiones generales tornillo prensa AKUPRESS BX 400 LS H.

Rendimiento y sequedad

La sequedad final del material prensado logrado con AKUPRESS BX,

depende del rendimiento, de la ceniza y la fibra. En la Tabla 10, se presenta las

especificaciones del tornillo prensa.

Rendimiento y sequedad AKUPRESS BX 400 LS-H Screw Press

Rendimiento (Ton/h) Base seca 0,50 0,50

Contenido de ceniza (%) 15 40

Contenido de fibra (%) >10 >10

Sequedad material prensado (%) 54 3 60 3 Tabla 10. Rendimiento y sequedad final del lodo.

El porcentaje de ceniza mencionado anteriormente es de un 30%

aproximadamente, se acerca bastante a la sequedad del material de un 60%, y su

41

parte hmeda puede llegar entre 37% y 43%, por lo tanto queda satisfecho el

requerimiento de Mejorar la concentracin de lodo, el cual segn su

especificacin se deba disminuir como mnimo a un 40%.

Datos mecnicos

A continuacin se especifican las caractersticas mecnicas de la prensa de

tornillo:

Prensa de tornillo AKUPRESS BX 400 LS - H

Dimetro pantalla (mm) 400

Espesor de la chapa de pantalla (mm) 5

Dimetro de perforacin pantalla (mm) 2

Velocidad de giro (RPM) 2,8 8,9

Potencia nominal (kW) 22

Consumo de potencia (kW) 17

Voltaje alimentacin (V) 400

Frecuencia entrada (Hz) 50

Control de voltaje (V/Hz) 24 DC Tabla 11. Caractersticas mecnicas de tornillo prensa proyectado.

En el ANEXO 14.3. Figura 37, se complementa la informacin tcnica del

tornillo.

7.6.2.5. Prototipo final del tornillo AKUPRESS BX 400 LS - H

En la Figura 20, se aprecia el prototipo final del tornillo seleccionado, y en la

Figura 21, se ven algunas caractersticas y componentes importantes del tornillo.

Figura 20. Prototipo final del tornillo AKUPRESS BX 400 LS H.

42

Figura 21. Caractersticas y componentes principales del tornillo AKUPRESS BX 400 LS - H.

7.6.2.6. Capacidad del sistema elctrico.

Antes de instalar y colocar en funcionamiento el nuevo equipo prensa de

tornillo, se debe asegurar que el motor de este funcione correctamente bajo las

instalaciones elctricas existentes, de lo contrario se debe modificar las

instalaciones elctricas, de modo que estas sean capaces de soportar el

funcionamiento del motor.

Comparando el motor actual y el que tendr la nueva prensa tornillo (Ver

Tabla 12), se observa que de acuerdo a las caractersticas tcnicas del motor

nuevo, ste es ms eficientes a las que tiene el motor actual, por lo tanto el

consumo elctrico disminuira, adems se conoce que las instalaciones elctricas

vigentes soportan sin problemas el motor actual, por lo tanto se asegura que estas

instalaciones son capaces para soportar las condiciones del nuevo motor elctrico.

Motor Frecuencia

[Hz]

Voltaje

[V]

Potencia

[KW]

Consumo

[KW/h]

Actual 50 400 30 720

Nuevo 50 400 22 660 Tabla 12: Caractersticas de los motores (Prensa de tornillo)

43

7.7. Transporte y acopio del lodo

Una vez que el lodo ha pasado por la prensa tornillo, ste es almacenado

en una tolva, la cual ser trasladada hacia el patio de almacenamiento de

combustibles. Ac se encuentra el chip, el cual ser mezclado con el lodo

deshidratado mediante una retro excavadora a razn de un 75% Chip con 25%

lodo (determinados en pg. 50). Este lugar se encuentra techado y consta con

radier en el suelo, para proteger contra la humedad y no altere el ptimo

funcionamiento de la caldera.

Las distancias del trayecto a recorrer son las siguientes:

Lnea Roja: 50 [m] (Hasta camino principal).

Lnea Azul: 165 [m] (Camino principal ingreso planta).

Lnea Naranja: 66 [m] (Camino hacia Patio Acopio).

El trayecto a seguir es el que se observa en el extracto del plano de la planta

CMPC, Valdivia. (Ver Figura 22).

Figura 22. Trayecto de lodos generados en planta de tratamiento hasta disposicin en calderas

como biomasa.

44

Donde los puntos indicados en la Figura 22 (1,2,,11), se observan

esquemticamente en la Figura 23:

Figura 23. Secuencia de transporte y acopio del lodo.

7.8. Caractersticas tcnicas de la prensa de tornillo actual

La prensa de tornillo actual SP-45SL, posee un dimetro de 45 cm. La longitud

se especifica mediante una letra, por ejemplo, una prensa con 3 secciones de filtros

cilndricos es un modelo largo (L) y con 4 secciones es un modelo sper largo (SL).

En la Tabla 13, se especifican las caractersticas generales de la prensa de

tornillo actual.

Tornillo SP 45 SL

Tipo SP - 45SL

Alto (mm) 1030

Largo (mm) 4910

Ancho (mm) 950

Peso (kg) 3700

Capacidad (ton/da) 120

Potencia (kW) 55 - 90 Tabla 13. Especificaciones generales del tornillo actual SP - 45SL.

Su estructura base incluye cmaras de entrada y salida y la cubierta de

tamices, esta estructura soporta la prensa tornillo. La estructura est diseada para

ser atornillada ya sea a cimientos de acero o concreto.

Posee un sistema de tamices de la cmara de entrada, las secciones de

tamices cilndricos y una zona perforada en el eje del tornillo.

45

La prensa de tornillo incluye los rodamientos de la zona de entrada y salida

y el cono del sistema PCS con los sectores para el desmenuzamiento de pulpa.

El sistema PCS proporciona resistencia controlada al flujo de salida de la

prensa tornillo y consta de dos partes una mvil y otra fija.

7.9. Caractersticas tcnicas de las calderas

Actualmente CMPC funciona con 2 calderas escocesas pirotubulares a base

de biomasa con una generacin de vapor de 10 (

) cada una, adems se

cuenta con otra caldera de apoyo pirotubular escocesa a base de petrleo, que

se utiliza en los periodos de mayor demanda de vapor.

Las especificaciones tcnicas de las calderas donde ser quemado el lodo

se presentan en la Tabla 14.

Fabricante Industria Nacional de Calderas

H. Briones Ltda.

Modelo WF-TC

Capacidad con biomasa 10.000 [Kg/h]

Presin de trabajo 12 [Kg/cm2]

Presin de prueba hidrulica 18 [Kg/cm2]

Temperatura vapor Saturado

Temperatura de agua de alimentacin 80 [C]

Emisin de partcula a l

Mejoramiento de Uso Alternativo de Lodos en Planta de Tratamienco CMPC_2014

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