GUIAS DE PRODUCCION MAS LIMPIA l.GALVANOPLASTIA

Produccion mas limpia on el sector do galvanoplastia

9) Centro Mexicano para la Producci6n mds Limpia (D INSTITUTO POLITLCNico NAcIONAL, 1997 Direcci6n de Publicaciones y Materiales Educativos Tresguerras 27, 06040, M6xico, D.F. Galvanoplastia. Producci6r; mis Limpia en el Sector de Galvanoplastia Primera edici6n: 1997 Coordinador del proyecto:

QFB Guillermo

Morales Paniagua Coordinadora editorial: Ing. Patricia Cruz Ortega

ISBN: 970-18-0848-7 (obra general) ISBN: 970-18-0849-5 Impreso y hecho en M6xico/ Printed and made in Mexico

INDICE Presentaci6n ...............................................................................................9 El Centro Mexicano para la. Producci6n mis Limpia ..................................... 11 CAPiTULO I ~Qu6 es la producci6n mds limpia? ...........................................................13 Introducci6n ..............................................................................................13 1. Estructura de la industria de, galvanoplastia en M6xico 13 H. Experiencia de producci6n mds limpia en la, industria de galvanoplastia en M,6xico ...........................................................14 HI. Resultados del proyecto de demostr-aci6n en la, industria de galvanoplastia en M,6xico ...........................................................15 CAPfTULO 2 Opciones de producci6n mds Iimpia en el sector de galvanoplastia ............................................................................................17 1. Proceso de galvanoplastia .....................................................................17 H. Oportunidades de producci6n mis limpia ............................................... 23 CAPfTULO 3 Pasos para implementar la. producci6n mds limpia ..................................... 47 I. Criterios para establecer el enfoque de la evaluaci6n 49 H. Fuentes de inforrnaci6n para elaborar el balance de materiales ..................................................................................................50 ANEXOS Anexo A. Costos de inversi6n y operaci6n para el tratamiento de aguas residuales ..................................................................59 Anexo B. Formatos para la implementaci6n de producci6n mds limpia ......................................................................................61 7

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PRODUCC16N MAS LnKPL4, Y AHORRO DE ENERGfA PARA, EL SECTOR DE GALVANOPLASTIA

Formato 1. Cuestionario general de la compaffia ........................... 61 Formato 2. Esquema para elaborar el diagnama de, flujo ........................................................................................ 62 For-mato 3. Esquema par-a recopilar la informaci6n de los materiales ........................................................................... 63 Formato 4. Ejemplo de, balance de, materiales para el proceso de, niquelado ............................................................... 64 Formato 5. Esquema para elaborar un balance de, materiales ............................................................................... 65 Formato 6. Lista de verificaci6n para el estudio de, factibflidad ................................................................................... 66 Formato 7. Lista de verificaci6n para las evaluaciones t6cnica, econ6mica y ambiental, .................................................... 67 For-mato 8. Selecci6n de, opciones viables .................................. 70 Formato 9. Plan para la producci6n mds limpia ............................. 71 Formato 10. Monitoreo para el proceso de cromado . . 72 1. Llenado del for-mato 10 .................................................................... 73 IL M6todo para determinar el metal depositado en las piezas .................................................................................................... 73 III. M6todo para determinar el consurno mensual de placas metdficas en el proceso ......................................................................... 74 Anexo C. Directoiio de, organismos e instituciones participantes en el primer proyecto de demostraci6n de Producci6n m6s Limpia en la Industria de Galvanoplastia de M6xico ................................................................................... 77 Bibliografta i.

PRESENTACIO'N La Gufa de Producci6n mds Limpia para la Industria de Galvanoplastia es la primera de una serie documental denominada Gufas de Producci6n mds Limpia que desarrollard el. Centro Mexicano par-a la Producci6n mds Limpia. El prop6sito de esta serie de documentos es; apoyar a la industria con una herramienta prdctica que facilite la implementaci6n aut6noma de prognamas de producci6n mds limpia par-a reducir la gener-aci6n de desperdicios, optimizando el uso de materias primas y aumentando los beneficios econ6micos de la planta. El ndmero de empresas dedicadas a la galvanoplastia, o recubrimientos metAlicos; en. M6xico, segdn los registros oficiales, es del orden de 800 establecimientos, y se estima que existen por lo menos 400 establecimientos mds del nango de microempresas, que operan sin registro, pero, que consumen el mismo tipo de materias primas, tienen las mismas caracterfsticas de proceso y por lo tanto gener-an el mismo tipo de desperdicios. Como consecuencia, la autoridad ambiental de M6xico ha clasificado este giro industrial como prioritario dentro de los prognamas de regulaci6n ambiental. En este contexto, el Centro Mexicano para la Producci6n mds Limpia, con la participaci6n y cooperaci6n de industriales de la galvanoplastia de M6xico, desarroll6 un trabajo prdctico para incorporar los principios de Producci6n mds Limpia y evaluar sus resultados. El potencial encontrado en las empresas participantes fue de 4001o de reducci6n en el uso de materias primas y de 60% de reducci6n en. la gener-aci6n de residuos. Los principios de producci6n mds limpia se aplican de igual manera a negocios pequefios que a la gr-an industria en pr-Acticamente cualquier giro de producci6n, por lo que esta gufa estd orientada al sector de galvanoplastia independientemente de su tamafio. 9

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PRODUCC16N MAS LIMPU Y AHORRO DE ENERGfA PARA EL SECYOR DE GALVANOPLASTIA

La gufa comprende tres; partes; medulares: en el capftulo I se presenta el. concepto de producci6n mds limpia del proyecto que realiz6 el Centro en el sector de galvanoplastia. El capitulo 2 describe las opciones de producci6n mds limpia que resultaron comunes en la experiencia de M6xico, y el capitulo 3 expone los pasos metodol6gicos par-a la implementaci6n de los principios en. la industria, los cuales fueron utilizados en el proyecto de demostr-aci6n. El Centro Mexicano para. la Producci6n mds Limpia espera que esta gufa sea de utilidad para. diversos especialistas y expresa su agradecimiento a las empresas que participaron en el primer proyecto de demostraci6n, en un esfuerzo por presentar los beneficios de la aplicaci6n de los principios de producci6n mAs limpia en la industria de galvanoplastia de M6xico.

EL CENTRO MEXICANO PARA LA PRODUM6N NIA'S UMPIA EI Centro Mexicano par-a la Producci6n mds Limpia forma parte del Programa Global de los Centros Nacionales de Producci6n mds Limpia de la. Organizaci6n de Naciones Unidas para el Desarrollo Industrial (ONUDI). A la fecha, el programa se desarrolla en 10 pafses de cuatro continentes: China, India, Hungria, Rep6blica Checa, Repfiblica Eslovaca, Zimbabwe, Tanzania, Timez, Brasil y M6xico. En M6xico el. Centro oper-a en el Instituto Polit6cnico Nacional mediante un convenio de colaboraci6n firmado con la ONUM en diciembre de 1995 en cooperaci6n con la CANACINTRA. El objetivo del Centro es "crear la capacidad nacional para asegurar la aplicaci6n sostenida del concepto de producci6n mds limpia en el sector industrial", par-a lo cual Ileva a cabo cuatro actividades bAsicas: 1) evaluaciones en planta o proyectos de demostraci6n, 2) capacitaci6n, 3) diseminaci6n de informaci6n y 4) asistencia en polftica. ambiental. inmediatamente despu6s de su creaci6n, la ONUDI y el Instituto Polit6cnico Nacional establecieron una cooperaci6n con el Proyecto par-a la Prevenci6n de Contaminaci6n (EP3), un proyecto financiado por la Agencia de Desarrollo Internacional de los; Estados Unidos (USAID), para operar en conjunto el Centro Mexicano para la Producci6n mds Limpia. El EP3 es un programa establecido por el gobierno de los Estados Unidos para. crear programas sostenibles en paises en desarrollo, transferir conocimientos especializados e informaci6n sobre la prevenci6n de contaminaci6n industrial y urbana, y apoyar esftierzos para mejor-ar la calidad del medio ambiente. Actualmente oper-a en Indonesia, Egipto, Ecuador, Bolivia, Par-aguay y M6xico. 11

CAPITULO 1 ;,QW ES LA PRODUCCI 'ON M AS LIMPIA 09 I

INTRODUCC16N

La producci6n mds limpia es una estnategia preventiva e integr-al aplicada a procesos, productos y servicios para incrementar la. eficiencia y reducir los riesgos par-a los seres; humanos y el medio ambiente. Por lo que se refiere a los procesos, la producci6n m6s limpia incluye el uso eficiente de materias pnmas y energia, adernis de la reducci6n de contaminantes; en la fuente. Pana productos y servicios, los puntos estr-at6gicos se centran en la reducci6n de los efectos negativos al ambiente a lo largo de todo el ciclo de vida del producto, desde el disefio y uso hasta su disposici6n final. La experiencia con producci6n mds limpia muestra que se pueden implementar mejor-as en el proceso industrial, con costos relativamente bajos y en algunos casos nulos. La definici6n anterior hace hincapi6 en el proceso, lo cual indica el punto centr-al del programa de producci6n mds limpia. Sin embargo, tambi6n se subraya la importancia del ciclo de vida para alcanzar una soluci6n sustentable a los problemas ambientales del mundo causados por los sectores productivos de la sociedad. El programa de producci6n mds limpia se enfoca. al potencial de ahorros directos en el mismo proceso de producci6n y a los; ahorros indirectos por eliminaci6n de costos, asociados con el tr-atamiento y la disposici6n final de residuos, como m6todo par-a hacer un uso eficiente de las materias primas y energfa, y reducir la descarga de contaminantes desde la fuente, al menor costo y de la manera mAs eficiente, con periodos cortos de amortizaci6n de las inversiones. A diferencia del concepto "producci6n mds limpia", la aplicaci6n de sistemas de control de la contami13

naci6n, es decir, el buscar la soluci6n al final del proceso cuando la contaminaci6n ya se produjo, constituye siempre una carga para la empresa, al bajar su competitividad, ya que los costos de tr-atamiento y disposici6n de desperdicios; son cargados al costo del producto. 1. ESTRUCTURA DE LA INDUSTRIIA DE GALVANOPLASTIA EN MtMC0

La industria de galvanoplastia en M6xico es un sector impoilante en la economfa del pals, consider-ando el nfimero de empresas y de empleos; gener-ados. La industria se centra principalmente en tresdreas: la zona metropolitana de la ciudad de M6xico, Jalisco y Nuevo Le6n. En la esfera nacional, hasta el mes de junio de 1996, existfan 794 establecimientos; registrados, de los; cuales 610 funcionaban como microempresas, 138 como empresas pequefias, 29 como empresas medianas y 17 estaban clasificadas como empresas gnandes, dado el ndmero de empleados y el volumen anual de ventas. Del total de establecimientos, 40% corresponde a la zona metropolitana de la ciudad de M6xico, 28% a Jalisco, 19% a Nuevo Le6n y 12% al resto del pals. En lo que concierne al personal ocupado, la industria de galvanoplastia genera 13 176 empleos, de los cuales el subsector de la micro-pequefia -mediana empresa contribuye con 10 312, cifra que representa el 78% del total, y las empresas grandes lo hacen con 2864 empleos, que corresponden al 22% restante. La distribuci6n regional del personal ocupado es 54% en la zona metropolitana de la ciudad de M6xico, 20% en Jalisco, 18% en Nuevo Le6n y 8% en el resto del pals.

14 PRODUCC16N MAS LIMPU Y AMORRO DE ENERGIA EN EL SECTOR DE GALVANOPLASTIA

Por lo que se refiere a los aspectos ambientales, esta industria enfrenta problemas serios debido a que los residuos y emisiones; generados por 6sta han sido considerados en su mayorfa como peligrosos. En un estudio elaborado por el Instituto Nacional de Ecologia en 1996, denominado "Ciudades y giros prioritarios de acuerdo con su potencial contaminante", se clasifica el rubro de productos metdlicos -que abarca el de acabados metdlicos-, que ocupa el octavo lugar por su contribuci6n a la contaminaci6n por aguas residuales en el pais, y en el quinto lugar en cuanto a la contaminaci6n por residuos peligrosos. Las emisiones mds importantes son las aguas residuales procedentes de las descargas de los enjuagues de las piezas, de los bafios de proceso agotados y de los escurrimientos provenientes; del mantenimiento de l6s baflos. Por lo que se refiere a las aguas residuales, esta industria genera principalmente metales pesados, grasas y aceites, cianuro, dcidos y 61calis. Un problema adicional lo constituyen los lodos que se obtienen en los procesos de tratamiento de estas aguas residuales, los cuales deben ser confinados dada su naturaleza t6xica. La industria de galvanoplastia en M6xico ha realizado diversos esfuerzos encaminados a controlar sus propias emisiones de contaminantes en el medio ambiente, para cumplir asf con la normatividad ecol6gica vigente. Sin embargo, la mayorfa de las empresas de este sector industrialhan presentado serias dificultades,. debido principalmente, a los altos costos de instalaci6n y oper-aci6n de los sistemas de tratamiento, adem;As de los elevados costos de disposici6n final de los residuos. Esto representa un problema para las empresas porque es dificil cargar los costos ambientales al precio de sus productos finales. Una opci6n viable para estas empresas lo constituye la implementaci6n de un sistema de producci6n mds limpia y ahorro de energla de manera continua, que de modo global ataque el problema desde su origen, disminuyendo el consumo de materias primas, minimizando los residuos, disminuyendo los costos de tratamiento y disposici6n final, y aumentando la calidad del producto. 11. EXPERIENCIA, DE PRODUCCION MfkS LIMPU EN LA, INDUSTRIA DE GALVANOPLASTIA EN MtXIC0 Dada la natur-aleza de los procesos en la industria de galvanoplastia y la experiencia del sector en el manejo de sus descargas y residuos, la primera experiencia de demostraci6n del Centro Mexicano para la Producci6n m6.s Limpia se orient6 hacia la industria de galvanoplastia. Este sector industrial se seleccion6 de acuerdo con el andlisis de prioridades sectoriales, realizada por las autoridades ambientales de M6xico. Como se mencion6 anteriormente, la complejidad de este giro industrial se deriva del uso de sustancias t6xicas en el proceso, que se asocian con impactos negativos al ambiente, ademds de que los sistemas de control de la contaminaci6n son complejos y generalmente costosos. En el proyecto de demostraci6n participaron seis empresas del drea metropolitana de la ciudad de M6xico. Estas empresas son maquiladoras --en el rango de micro a mediana empresa- que manejan los procesos electrolfticos de cromado, galvanizado y anodizado. El objetivo del proyecto de Producci6n mds Limpia en el Sector de Galvanoplastia fue encaminar los esfuerzos de las empresas participantes para que se pudiera evaluar, implementar y monitorear cambios en el proceso industrial y reducir la contaminaci6n con un beneficio econ6mico para 6stas. La metodologfa aplicada en el proceso y las opciones de producci6n mds limpia encontradas se presentan en esta gula, con el prop6sito de extender los beneficios de la producci6n mds limpia a otras empresas del sector. El proyecto mcluye varias etapas relacionadas que requieren la participaci6n del personal de la propia empresa, de expertos en el proceso y de producci6n mds limpia; estas etapas se Ilevaron a cabo de acuerdo con las actividades establecidas en el capitulo 3.

Los datos que sirvieron de base para generar las opciones de producci6n mds limpia fueron proporcionados por las propias empresas; tambi6n se realiz6 una serie de mediciones en los casos en que no se contaba con informaci6n del Proceso. Por ello,

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as IraGRAHCA 2. Itmerskmes requeridas. (En pesos) 1000-2000 (8% ..11~

2000-3000 0 - 1000 (41%)

Inversi6n requerida 15

ZQU]t ES LA PRODUCC16N MAS LIMPLO

las opciones generadas, en gran medida, son especfficas para cada empresa. Posteriormente, cada empresa determin6 el calendario de implementaci6n de cada opci6n, basandose en las estimaciones de los costos y los beneficios de cada una de ellas. Una vez implementadas las opciones recomendadas, se realiz6 un monitoreo de los resultados, con la finalidad de comprobar su buen funcionamiento, efectuar cambios adicionales necesarios y realimentar el sistema de producci6n m;As limpia. Se consider-a que los resultados representan beneficios econ6micos y ecol6gicos importantes par-a las empresas de galvanoplastia. Como regla general, se ha notado que a mayor producci6n de una empresa, mayores sendn los beneficios econ6micos de 6sta. 111. RESULTADOS DEL PROTECTO DE DEMOSTRAC16N EN LA IINDUSTRIA

DE GALVANOPLASTU EN MtXICO De manera. general, se encontraron 71 oportunidades de producci6n mds limpia y ahorro de energfa. Con la finalidad de proporcionar un panorama del proyecto, se han elaborado gr-dficas que induyen resultados estimados globales de las seis empresas, en las cuales se observan los beneficios que se pueden obtener a corto, mediano y largo plazos al. implementar un programa de producci6n mds limpia en el sector de galvanoplastia. Gasto operativo anual

pesos y gastos de operaci6n. anual de 172 151 pesos, que generan un ahorro anual. de 10 14 111 (v6-ase GRAFICA 1). Cabe destacar que cada empresp, en la medida de sus posibilidades, determina las opciones que desea implementar en primera instancia (generalmente las de nulo o bajo costo), para generar ahorros econ6micos que puedan servir par-a la implementaci6n de las opciones que implican un. costo mayor. Tambi6n, los niveles de inversi6n, gasto operativo y ahorros estAn en funci6n. del nivel de producci6n de la empresa en particular. El rango de las inversiones requeridas es 41%, de cero a mil pesos; 3 1 % de mil a 5 mil pesos; 6% de 5 a 10 mil pesos; 6% mayor de 10 mil pesos, con un 16% no determinado (v6ase GRAFICA 2). Como puede observarse, la mayorfa de las inversiones pueden considerarse de bajo costo, por lo que no representan una carga muy fuerte par-a las empresas. Cada. empresa decide la maner-a de implementar las opciones, evaluando varias opciones, de acuerdo con sus posibilidades. El beneficio econ6mico de la implementaci6n de todas las opciones de producci6n mis limpia en las seis empresas, de acuerdo con el tiempo de recuperaci6n. de las inversiones es: 54%, de cero a seis meses; 11%, de seis meses a un afto; 8%, de uno a dos afios; 2% mayor de dos afios, con un 25% no disponible (v6ase GPAFICA 3). GRAFICA 1. Inversi6n, gastos y ahorro de seis empresas. (En pesos) Ahorros anuales 320334

172 151

1014 Ill

La implementaci6n total de las oportunidades de producci6n mds limpia identificadas en las seis em presas requieren una inversi6n global de 320334 (9%) 3000-5000 (14%) 000-10000 0000 (6%) No determinado (6%) (16%)

Lo anterior significa que, debido a la poca inversi6n que requiere la implementacift de la mayorfa de las opciones, 6sta se recupera en su mayor parte en menos de un afto, lo cual resulta muy atractivo para las empresas.

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PRODXJCC16N MAS LIMPM T AHORRO DE ENERGtA EN IEL SECTOR DE GALVANOPLASTU GRANCA 3. Tiempo

de recstperacidn de la inversi6n (Tiempo y poreentaje)

>24 meses 12 - 24 meses (2%) 0 - 6 meses

(54%)

El 27% de las opciones repercuten en la disminuci6n del uso de materias primas, 28% en ahorros de agua y descarga de aguas residuales, 33% en ahorros de energfa, 9% en reducci6n en la generaci6n de residuos y 30/~ en reducci6n de emisiones a la atm6sfera. Esto significa que lo8 sistemas de control de la contaminaci6n, necesarios para cumplir con las normas ecol6gicas correspondientes (por ejemplo, sistemas de tratamiento), deben ser mAs sencillos y econ6micos que los que se requerirfan sin la implementaci6n de producci6n limpia. Ademds, los ahorros que se obtienen pueden emplearse para la instalaci6n y operaci6n de estos sistemas de control ambiental (v6ase GRAFicA 4). GRAFICA 4.

Area de redswci6n (Porventaje)

AhorTo de energfa (33 Ahorro de agua v disminucift de la descarga e aguas residuales (28%) Reducci6n en el uso de materias primas (27%) a la atm6sfera (3%)

trga YO)

CAPITULO 2 OPCIONES DE PRODUCC10" N MAS LIMPIA EN EL SECTOR DE GALVANOPLASTIA I. PROCESO DE GALVANOPLASTU Las oper-aciones unitarias que conforman los procesos electrolfticos de galvanoplastia son, de manera general, las operaciones de pretratamiento (descromado, desniquelado, decapado, pulido, desengrase), la electrodeposici6n (galvanizado, cobrizado, niquelado, cromado), y el sellado. Como se describird en el capftulo 3, serd de gran utilidad el desarrollo de un diagrama de flujo de la planta. A maner-a de ejemplo, se presenta el diagrama de flujo general para el proceso cobre-nfquel-cromo, el cual se puede tomar como base para elaborar los diagramas de flujo para. otros procesos de galvanoplastia (v6ase DIAGRAMA 1). 1. DESCRIPC16N DEL PROCESO Los procesos de recubrimiento electrolftico, tambi6n denominados galvanoplastia, consisten en depositar por vfa electroqufmica delgadas capas meWicas sobre la superficie de las piezas a recubrir. Estas piezas por lo general son de hierro, acero o aluminio. El principio bdsico de los procesos de recubrimientos electrolfticos consiste en la conversi6n del metal deldnodo en iones metdlicos, que se distribuyen en la soluci6n (electrolito). Luego, estos iones metAlicos en soluci6n se reducen sobre las piezas a recubrir, las cuales actdan como citodos al aplicarles corriente el6ctrica proveniente de una fuente externa. Tambi6n existen procesos de recubrimiento por inmersi6n, en los que el metal se deposita sin fuente externa de corriente el6ctrica. i i 17 Las propiedades; del recubrimiento metdlico dependen de factores fisicos y qufmicos. Entre estos factores, destacan: • • •

La densidad de corriente aplicada La concentracift de los iones metdlicos El tipo y la concentraci6n de los aniones Y/0

aditivos; • El pH y la temperatura de la soluci6n • El tipo y la concentraci6n de aditivos especfficos par-a conseguir las propiedades del recubrimiento deseadas (brillo, dureza). Como en esta gufa se desarrollan opciones generales de producci6n mis limpia para las empresas de galvanoplastia en M6xico, s6lo se tr-atan opciones pertinentes a los procesos de recubrimiento que se encuentran con mayor frecuencia. Estos son: a) cobre-nfquel-cromo, b) galvanizado, y c) anodizado condcido sulf-arico. Sin embargo, es posible aplicar los principios generales de las evaluaciones de producci6n mds limpia a procesos mds especializados, los cuales no son tratados en este trabajo. Una Ifnea de recubrimientos electroliticos estA compuesta por numerosas operaciones que, en funci6n de las exigencias de calidad y del campo de aplicaci6n seleccionado, pueden clasificarse de la siguiente manena: a) decapado, b) pulido, y abrillantado, c) desengrase, d) activado, y e) recubrimiento electrolftico.

A. Decapado. El objetivo del decapado es eliminar las capas de 6xido, formadas en la superficie de las piezas metAlicas debido al contacto entre 6stas y la atm6sfera. El decapado se realiza sumergiendo ]as piezas en una soluci6n que puede ser Acida o alcalina, dependiendo del tipo de proceso.

DUGRAMA 1. Proceso de galvanoplastia (cobre-niquel-cromo) Materms primas auxthares y emrgia

Operacidn unitaria

Desperdicios, emisiones, energia y productos secundarios. Partfeulas etAhcas

k

Hojalateria

b

y esmeriles gastados.