FORMAS PRACTICAS DE REDUCIR LA CONTAMINACION Trabajo presentado en el IX Congreso Iberoamericano de Mantenimiento, Lima – Octubre 1997

Victor Arroyo Chalco Ingeniero Químico – CIP 38007 Consultor energético y ambiental CINYDE S.A.C. – Tel. 3325624 [email protected]

El concepto de Producción Mas Limpia (PML) nace de la preocupación por resolver los problemas generados por la disposición de de residuos que impactan negativamente en el ambiente. Según el PNUMA (Programa de la Naciones Unidas para el Medio Ambiente), PML significa hacer más eficiente el uso de los recursos naturales y minimizar los residuos y emisiones en las fuentes, en lugar de tratarlos luego de producirlos. Esto se logra aplicando conocimientos, mejor tecnología y un cambio de actitudes, de tal manera que sea posible producir más con menores recursos y virtualmente sin residuos (ecoeficiencia). Las empresas productivas del país han ingresando ya a una nueva era donde las actividades tienen que armonizar con el medio ambiente en forma sostenida, siguiendo las tendencias modernas que aconsejan que los negocios ya no deben verse sólo desde la óptica de la rentabilidad económica; sino también que deben evaluarse en términos ambientales y sociales. En este marco es que muchas empresas vienen implementando sistemas de gestión ambiental que usan las herramientas de la PML para alcanzar estándares ambientales que hagan sostenibles sus actividades en un marco de economía globalizada, donde los ingenieros tienen que privilegiar y promover prácticas de prevención de la contaminación a través de cambios en los procesos de producción, operación, uso de energía y de materias primas en general. En tal sentido, en el presente artículo se vierten algunas ideas prácticas, mayormente de carácter preventivo, para minimizar los residuos en las plantas productivas; lo cual siempre resulta más conveniente y económico que tratarlos y disponerlos finalmente. Existen tres formas comunes de reducir la contaminación por desechos en una planta: producir menos residuos en el origen, reciclar los residuos en el mismo proceso o reutilizarlos para otros fines. Los residuos pueden ser materiales de diversa índole que: • • • • •

Se ventean al aire. Se descargan a un curso de agua. Se disponen en un relleno sanitario. Se incineran. Se tratan mediante diversas técnicas antes de su disposición final.

A continuación se exponen una serie de formas prácticas de reducir la contaminación ambiental por residuos mediante mejoras en procesos, equipos, diseños y materias primas. I. MEJORAS EN CALDERAS Y HORNOS. Las mejoras enumeradas a continuación permiten ahorrar combustible y por lo tanto descargar una menor cantidad de gases contaminantes al ambiente. 1. Ajustar el exceso de aire para lograr una relación óptima aire / combustible. Reducir y controlar el exceso del aire es una de las técnicas más efectivas para mejorar la eficiencia de calderas y hornos con inversiones que pueden se bajas a moderas dependiendo

2 del sistema de control que adopte para mantener la relación aire- combustible en el nivel óptimo. Los beneficios que pueden conseguirse al reducir el exceso de aire son los siguientes: • • • •

Menores pérdidas de calor con el gas de chimenea. Mayor transferencia de calor por efecto del mayor tiempo de residencia de los gases al tener menor velocidad de desplazamiento. Mayor temperatura de llama, con ello se incrementa la transmisión de calor radiante en la cámara de combustión. Reducción de las emisiones de gases contaminantes (NOx, SO2, CO ) en virtud de que se quema menos combustible para la misma producción.

El nivel mínimo de exceso de aire a emplear depende del combustible usado y del tipo de quemador disponible, el cual debe garantizar un suministro adecuado aire - combustible y permitir su regulación. Para el caso de residuales el nivel óptimo es de un 20 a 25% dependiendo de la eficiencia del quemador. En las calderas pirotubulares, que son las más comunes, el ajuste del exceso de aire se efectúa modificando la posición de varillas y levas de los sistemas mecánicos de control, con ayuda de un analizador de gases, hasta conseguir una concentración de Oxigeno en el gas de chimenea del orden de 3,5 a 4%. 2. Reemplazar quemadores ineficientes. El reemplazo de quemadores ineficientes, debido a su antigüedad o desgaste, por quemadores de alta eficiencia permiten reducir el nivel de inquemados y de exceso de aire a niveles muy bajos que se pueden conseguir con quemadores de tecnología de punta (por ejemplo SAACKE). Debido a la reconversión al gas natural que se producirá a partir del próximo año, resulta entonces interesante analizar la posibilidad de reemplazar ya quemadores ineficientes por otros de mayor eficiencia preparados ya para quemar gas natural (duales); de esta manera adelantando la inversión en un nuevo quemador, se obtiene ahora mismo un ahorro quemando el mismo combustible y un mayor ahorro aún cuando se queme gas natural mas adelante. 3. Hacer mantenimiento del circuito de combustible. El mantenimiento y limpieza de tanques, filtros, quemadores y los dispositivos de control, ayuda a lograr una combustión eficiente y con menor emisión de partículas y CO que son contaminantes. Esto es notorio en los quemadores que tienen boquillas obstruídas o gastadas, que a pesar de los altos excesos de aire, no pueden lograr una combustión adecuada, produciendo pérdidas a los usuarios. 4. Mantener limpias las superficies de intercambio de calor. En el caso de las calderas la limpieza de los tubos, tanto en el lado del agua como de los gases, evita el derroche de combustible en virtud que ya sea el caliche u hollín actúan como barreras a la transmisión de calor, por lo cual tiene que consumirse mas energía para compensar las pérdidas. 5. Aislar tuberías de combustible. Es muy común encontrar a la salida de los precalentadores de petróleo residual tuberias sin aislar, por lo cual, en especial en zonas de baja temperatura, el combustible no llega a la temperatura adecuada de atomización al quemador. Esto mayormente no se sabe porque los termómetros generalmente se instalan a la salida de los calentadores y los usuarios creen que en el quemador se tiene la misma temperatura. Para evitar ello es recomendable aislar las lineas de combustible especialmente a la salida de dichos calentadores.

3 II. BOMBAS. 1. Recuperar purgas y fugas de los sellos. Los sellos son puntos donde fácilmente pueden haber fugas de líquidos y gases contaminantes o no; pero que constituyen residuos que en muchos casos, especialmente los líquidos, pueden recuperarse sin dificultad. Las medidas típicas a tomar son el mantenimiento, uso de materiales de mejor calidad y el retorno del efluente al proceso. 2. Utilizar bombas sin sellos. Las bombas sin sellos eliminan prácticamente el problema de las fugas, que implican pérdidas de productos y problemas ambientales ( p.ej. bombeo de soluciones de cianuro en plantas de concentrado de minerales ). Entre las bombas que no usan sellos se encuentran, por ejemplo, las bombas de diafragma y las magnéticas, cuyo uso debería considerarse. III. INTERCAMBIADORES DE CALOR. Los intercambiadores de calor pueden se una fuente de residuos, especialmente si manejan productos sensibles de la temperatura. La mayor parte de las técnicas para minimizar residuos están asociadas con la reducción de las temperaturas de pared. 1. Usar vapor a la presión mas baja posible. En algunas plantas hay tendencia a usar vapor a la presión de generación, lo que no siempre es lo más conveniente. Usando vapor a la presión mas baja posible, compatible con la temperatura deseada, no sólo se consigue evitar los recalentamientos; sino también incrementar la transmisión de calor latente con lo cual el calentamiento es también más rápido. Esto se consigue usando simplemente válvulas reductoras de presión. 2. Usar termocompresores. Otra forma de reducir la presión de vapor (y por lo tanto la temperatura) es mediante el uso de temocompresores; con lo cual es posible también recuperar a la vez vapores exhaustos de baja presión, significando ello un ahorro de combustible en caldera y menores emisiones de gases. Un termocompresor, que es un dispositivo económico, trabaja con el principio del eyector (ver Fig. 1) combinando vapores de alta y baja presión para producir un vapor de presión intermedia con la temperatura deseada. Fig. 1. Termocompresor

Vapor de 200 psi

Vapor de 50 psi

Vapor de 30 psi

3. Calentar gradualmente en etapas. Esta técnica es recomendable para el calentamiento de fluidos muy sensibles al calor, por efecto del cual puede sufrir degradación y constituir un residuo. Una forma gradual de calentamiento podría ser, por ejemplo, calentando primero con calores residuales, luego con vapor de baja presión y finalmente con vapor de alta presión. Un esquema de ello se muestra en al Fig. 2.

4 Vapor de baja presión Calor residual

Vapor de alta presión

Fig. 2. Calentamiento en etapas

4. Usar tubos resistentes a la corrosión. Partiendo de la premisa que las superficies de tubos corroídos se ensucian más rápidamente que los tubos sin corroer, lo cual trae los problemas antes mencionados; es recomendable el uso de materiales con propiedades más resistentes a la corrosión en ciertas aplicaciones. IV. SISTEMAS DE TUBERIAS. En los sistemas de tuberías también es factible minimizar los residuos mediante diversas medidas que comprenden básicamente cambios de diseño y buenas prácticas de operación. 1. Recuperar corrientes de desecho individuales. En la mayoría de las plantas los efluentes residuales de las diferentes áreas de proceso se colectan en una sola troncal que finalmente se descarga a la red pública de desagüe, previo tratamiento primario en el mejor de los casos. En estas situaciones es recomendable estudiar individualmente cada efluente con miras a reciclarlo o reutilizarlo en otras aplicaciones, dependiendo de la naturaleza de la impurezas contenidas, antes de mezclarlas con otras corrientes que la hacen irrecuperable. En algunos casos las efluentes no requieren ningún tratamiento para reutilizarlo, como por ejemplo las aguas de enjuague de los ablandadores de resinas ciclo sódico. En otros casos es necesario un tratamiento primario solamente, como filtrado, decantado, etc., que en muchos casos se justifica por los ahorros a lograrse y por la menor carga de contaminantes descargados. 2. Evitar almacenar fluidos calientes Cuando se manejan productos líquidos sensibles al calor, estos tienen que enfriarse antes de ser almacenados y posteriormente calentados para su uso. En estas circunstancias es recomendable simplemente conectar la línea que lleva el producto no al tanque; sino a la succión de la bomba, tal como se muestra en la Fig. 3 Con ello se ahorra energía para el calentamiento del producto. Hay que asegurarse que la bomba pueda manejar fluidos calientes para evitar el problema de cavitación.

Fluído caliente Tanque intermedio

Fig. 3. Inyección de fluido caliente en la bomba

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3. Eliminar fugas. Las fugas en tuberías no sólo implican pérdidas de material; sino también, dependiendo del tipo de material; contaminación ambiental, especialmente cuando el fluido no puede verse ni olerse. En el caso de las fugas de vapor también se producen pérdidas energéticas por el mayor consumo de combustible que finalmente se traduce en una mayor cantidad de gases emitidos y mayores costos de generación de vapor. Una manera de cuantificar las fugas es determinando la cantidad de materias primas que deben comprarse para reponer las pérdidas (p.ej. la cantidad de refrigerante que debe reponerse). La recomendación es obvia, eliminar las fugas efectuando manteniendo o prevenirlas usando mejores materiales en tuberías, empaques y accesorios, opcionalmente puede recurrirse al recubrimiento interno de tubería con materiales mas baratos. 4. Recuperar productos ventilados. Es frecuente encontrar en las plantas tanques y otros recipientes donde se ventea a la atmósfera vapores de materiales volátiles, y cuando no vapor de agua (vapor flash), que pueden ser fácilmente recuperados para reutilizarlos en el mismo proceso u otros usos. En el caso de vapores de líquidos volátiles, basta con un condensador de serpentines enfriados por agua instalado en línea, o un extractor que los aspire y luego los descargue en una pequeña torre de lavado. En el caso de vapor de agua; si es de muy baja presión, puede recuperárselo en una torre donde se pone en contracorriente con un spray de agua fría, con lo cual se condensa y obtiene finalmente agua caliente. V. MATERIAS PRIMAS. Las materias primas pueden tener diferente procedencia: del exterior o ser transferida de otra área de la misma planta. En cualquier caso cada materia prima debe ser estudiada con la finalidad de determinar cómo ella afecta la cantidad de residuos producidos, al margen de las especificaciones que deben cumplir. A continuación se dan algunas recomendaciones 1. Mejorar la calidad de los insumos. Aunque una materia prima contenga bajos niveles de impurezas; es suficiente para que ello origine residuos, ya sea por la misma impureza o por los efectos negativos que pueda causar en los productos, haciéndoles que estén fuera de especificaciones. En tal sentido es necesario trabajar mas estrechamente con los suministradores de las materias primas, ya sea externos o internos, con la finalidad de reducir tales impurezas. 2. Usar materiales fuera de especificaciones. Bajo ciertas circunstancias es posible usar materias primas fuera de especificaciones, que de otra manera constituirían residuos de la planta. Tales situaciones pueden ser por ejemplo cuando se procesa intencionadamente un producto de segunda calidad que lógicamente va tener un menor precio.

6 3. Cambiar contenedores. Si las materias primas son recibidas en contenedores que no pueden reutilizarse y por tal necesitan se dispuestos convenientemente como residuos (con un costo asociado), es recomendable cambiarlos a contenedores reusables o requerir un suministro a granel. Similarmente puede tratarse con los suministradores para que proporcionen contenedores que pueden utilizarse a su vez como recipientes dentro de la planta. VI. MISCELANEOS. Adicionalmente a las técnicas descritas anteriormente existen otras tantas mejoras que pueden ayudar a reducir los residuos en la planta. 1. Evitar paradas imprevistas. Ello se logra con un buen programa de mantenimiento preventivo y un adecuado stock de repuestos. Otra forma es implementando un sistema de alerta para equipos críticos (p.ej. monitoreo vibracional). 2. Reducir el número y cantidad de muestras. La toma de muestras frecuentes y de gran volumen, así como los respectivos análisis en laboratorio, generan grandes cantidades de residuos al año. En muchos casos es posible reducir dicha frecuencia y el volumen de las muestras; y hasta retornarlas al proceso, con la finalidad de minimizar los residuos. 3. Usar aislamiento reusable. Es común encontrar situaciones en que por necesidad de mantenimiento en tuberías, accesorios y recipientes aislados, es necesario removerlos, por lo cual quedan inutilizables constituyendo residuos. Ejemplo de ello son algunos tipos de aislamiento granulares como el silicato, asbesto, ciertas espumas y que en muchos casos ni se justifica su empleo (son para temperaturas mayores a 500 °C). En estos casos es recomendable usar aislamientos reusables y de fácil instalación como la lana de vidrio que incluso viene prefabricada en forma de cañas, etc. 4. Pintar superficies contra la corrosión. Aún en plantas que manejan fluidos altamente corrosivos, la corrosión externa constituye una causa importante de deterioro de tuberías y accesorios. Las tuberías y recipientes deben pintarse antes de aislarse y toda superficie debe mantenerse siempre pintada. 5. Buscar mercado para los residuos. Es posible convertir muchos residuos en productos vendibles con algo de procesamiento adicional y muchas veces sin ello. Esto no creará problemas de residuos para la empresa.