5.1.1 Costos de tratamiento 5.1.2 Costos de Construcción Con los
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ANÁLISIS ECONÓMICO V. 5.1 ANÁLISIS ECONÓMICO RESINAS DE INTERCAMBIO IÓNICO 5.1.1 Costos de tratamiento Los costos incluyen: el empleo del regenerante químico; mano de obra, volumen de la salmuera regenerante y de agua residual producida, así como tiempo de agotamiento. El incremento de estos requerimientos se ve reflejado en un aumento de los costos de operación y mantenimiento. 5.1.2 Costos de Construcción Los costos de construcción fueron aplicados para unidades de intercambio iónico con volúmenes entre 0.085 y 14.7 m3. 9 Con los datos obtenidos en Small Water System Treatment Costs, se elaboraron gráficos, a los que se les realizaron ajustes para encontrar una ecuación en función del volumen de agua a tratar lo que permitió obtener un costo aproximado. A continuación se muestran los datos reportados en la literatura con sus respectivas gráficas: 44 ANÁLISIS ECONÓMICO Volumen Resina 3 m 0.083289 0.166578 0.832892 1.665785 5.274985 9.717077 14.575616 Volumen Resina 3 ft 3 6 30 60 190 350 525 volum Req costo ($) 1986 costo ($) 2005 41.82000006 35378.58 36150.53 Costo construcción USD $ 16200 18800 28600 38100 102900 148000 174900 ft3 Tabla 3.1.1 Datos de costos de construcción para resinas de intercambio iónico Es importante mencionar que estos datos corresponden al año 1986, por lo que se efectuó una conversión a valor futuro (al año 2005). COSTOS DE CONSTRUCCIÓN 200000 (USD$) 150000 y = -0.4452x2 + 542.19x + 13104 R2 = 0.998 100000 50000 0 0 100 200 300 400 500 600 volumen de resina ft3 Fig. 3.1.1 Costos de construcción vs volumen para resinas de intercambio iónico 5.1.3 Costos y Requerimientos de Operación y Mantenimiento La energía de construcción para calentamiento, ventilación e iluminación es de 156 kWhr/m2/yr para edificios de 3.05m de altura y 209.8 45 ANÁLISIS ECONÓMICO kWhr/m2/yr para edificios de 4.3 m. Los requerimientos están basados en una iluminación promedio de 3 horas por día. Los materiales de mantenimiento requeridos incluyen arreglo periódico de la resina y reemplazo misceláneo de componentes para el intercambiador, las válvulas y el tanque de salmuera. La pérdida de resina fue estimada con un 3% anual para regeneración cada 4 días, 6% para cada tercer día y 10% para regeneración diaria. Volumen ft3 3 6 30 54 188 330 520 41.82000006 Energía (kWhr/y) 1100 1300 2100 2200 5200 7100 9400 2120.513041 Tabla 3.1.2 Datos de requerimiento energético para resinas de intercambio iónico REQUERIMIENTO ENERGÉTICO 10000 kWh/yr 8000 6000 y = -0.0144x 2 + 23.218x + 1163.7 R2 = 0.9972 4000 2000 0 0 100 200 300 400 500 600 3 VOLUMEN DE RESINA (ft ) Fig. 3.1.2 Requerimiento energético vs volumen para resinas de intercambio iónico 46 ANÁLISIS ECONÓMICO Material para el Mantenimiento ($/año) Reg. C/4 días cada 2 días reg. Diaria 100 100 200 200 200 200 300 400 500 500 700 800 1300 1700 2200 2300 3000 3900 3100 4200 5600 1986 406.93 640.67 516.18 2005 592.82 933.33 751.97 Tabla 3.1.3 Datos de costos de material de mantenimiento para resinas de intercambio iónico MATERIAL DE MANTENIMIENTO 6000 5000 y = -0.0033x 2 + 9.581x + 118.74 R2 = 0.9983 $/YR 4000 3000 2000 y = -0.0029x 2 + 12.068x + 138.85 R2 = 0.9992 y = -0.0031x 2 + 7.4418x + 98.815 R2 = 0.9976 1000 0 0 100 200 300 400 VOLUMEN DE RESINA ft 3 500 600 CA DA 4 DÍA S CA DA 2 DÍA S DIA RIA Fig. 3.1.3 Costos de material de mantenimiento vs volumen para resinas de intercambio iónico Se requiere la mano de obra para la adición de sal a la salmuera del tanque; así mismo, se requiere del operador para efectuar revisiones a las unidades de intercambio de manera constante para asegurar que éstas operen de manera satisfactoria.9 47 ANÁLISIS ECONÓMICO Volumen ft3 3 6 30 54 188 330 520 15 Mano de Obra (hr/yr) Reg. C/4 días cada 2 días reg. Diaria 50 100 190 50 100 200 60 110 220 70 120 250 50 100 200 50 110 210 50 110 220 55.457375 105.49386 209.33963 Tabla 3.1.4a. Datos del tiempo requerido de mano de obra para resinas de intercambio iónico Volumen ft3 3 6 30 54 188 330 520 1986 41.82 2005 41.82 Costo de Mano de Obra ($USD) cada 2 días reg. Diaria Reg. C/4 días 550 1100 2090 550 1100 2200 660 1210 2420 770 1320 2750 550 1100 2200 550 1210 2310 550 1210 2420 684.62 1156.22 2291.16 997.36 1725.27 3500.94 Tabla 3.1.4b Datos de costos de mano de obra para resinas de intercambio iónico Volumen ft3 3 6 30 54 188 330 520 1986 41.82 2005 41.82 Costo Total cada 2 días reg. Diaria Reg. C/4 días 727 1277 2367 841 1391 2491 1107 1757 3067 1424 2174 3704 2214 3164 4764 3347 4707 6707 4308 6068 8678 861.62 1256.22 2491.16 1255.213447 1830.075826 3629.15375 Tabla 3.1.5 Datos de costos totales para resinas de intercambio iónico 48 ANÁLISIS ECONÓMICO Costo total 10000 9000 y = -0.0037x 2 + 13.699x + 2547.7 R2 = 0.9906 $ USD 8000 y = -0.0043x 2 + 11.307x + 1364.5 7000 6000 5000 diariamente 2 días 4 días 4000 3000 y = -0.0042x 2 + 8.9349x + 802.38 2000 1000 0 0 100 200 300 400 volumen de resina ft 500 600 3 Fig. 3.1.4 Costos totales vs volumen para resinas de intercambio iónico Las cantidades de sal requeridas van en función del flujo de agua a tratar en la planta y de la cantidad de dureza removida. NaCl ton/yr <20 [20,200] >200 NaCl $ ton/yr 138.3970614 116.5448938 101.9767821 Tabla 3.1.6a. Datos de costos de químicos para regeneración resinas de intercambio iónico 49 ANÁLISIS ECONÓMICO Remoción de Dureza, mg/L (CaCO3) Flujo promedio 200 400 de la planta (gpd) Sal (ton/año) Costo ($/año) Sal (ton/año) Costo ($/año) 4000 2.5 237.5 4.9 470 10000 6.2 589 12.4 1200 40000 24.7 1976 49 3900 100000 52 4160 124 9900 400000 247 17290 494 34600 1000000 618 43260 1236 86500 8475.52 3.35 318.61 10.17 966.43 Tabla 3.1.6b Datos de requerimiento y costos de químicos para la regeneración resinas de intercambio iónico Flujo promedio de la planta (gpd) Sal 4000 10000 40000 100000 400000 1000000 8475.52 500 600 (tons/año) Costo ($/año) Sal (tons/año) Costo ($/año) 6.15 585 7.4 700 15.45 1500 18.5 1800 61.5 4900 74 5900 154.5 12350 185 14800 618 43250 742 51900 1545.5 108200 1855 129900 12.63 1199.90 15.94 1513.89 Tabla 3.1.6c Datos de requerimiento y costos de químicos para la regeneración resinas de intercambio iónico SAL REQUERIDA (TON/YR) REQUERIMIENTO DE REACTIVOS (REMOCIÓN DE 200 ppm) 700 600 500 400 y = 7E-12x 2 + 0.0006x - 1.732 R2 = 0.9997 300 200 100 0 0 200000 400000 600000 800000 1000000 1200000 FLUJO AGUA (GPD) Fig. 3.1.5a. Requerimiento de sal vs flujo de agua para remover 200 ppm de dureza 50 ANÁLISIS ECONÓMICO SAL REQUERIDA (TON/YR) REQUERIMIENTO DE REACTIVOS (REMOCIÓN DE 400 ppm) 1400 1200 1000 800 2 y = 1E-12x + 0.0012x + 0.0023 2 R =1 600 400 200 0 0 200000 400000 600000 800000 1000000 1200000 FLUJO AGUA (GPD) Fig. 3.1.5b Requerimiento de sal vs flujo de agua para remover 400 ppm de dureza REQUERIMIENTO DE REACTIVOS (REMOCIÓN DE 500 ppm) SAL REQUERIDA (TON/YR) 1800 1600 1400 1200 1000 2 y = 6E-13x + 0.0015x - 0.0828 R2 = 1 800 600 400 200 0 0 200000 400000 600000 800000 1000000 1200000 FLUJO AGUA (GPD) Fig. 3.1.5c Requerimiento de sal vs flujo de agua para remover 500 ppm de dureza 51 ANÁLISIS ECONÓMICO SAL REQUERIDA (TON/YR) REQUERIMIENTO DE REACTIVOS (REMOCIÓN DE 600 ppm) 2000 1800 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 0 y = 1E-13x 2 + 0.0019x - 0.1678 R2 = 1 0 200000 400000 600000 800000 1000000 1200000 FLUJO AGUA (GPD) Fig. 3.1.5d Requerimiento de sal vs flujo de agua para remover 600 ppm de dureza 5.1.4 Generación de Residuos Con respecto al efluente resultante de la regeneración, que consiste en CaCl2, no se presentan costos de tratamiento, ya que esta solución se emplea como estabilizador de neumáticos, por lo que su reultilización representa una ganancia. 52 ANÁLISIS ECONÓMICO 5.2 CAL-CARBONATO 5.2.1 Costos de construcción Los datos de costos de construcción disponibles son para dos tipos de configuraciones de plantas de tratamiento analizadas: en una etapa con adición de cal y de carbonato de sodio; y en dos etapas con adición de cal en la primera de ellas y carbonato de sodio en la segunda. El tratamiento consiste en adición de especies químicas, mezclado rápido, mezclado lento, y flotación de sólidos en la clarificación. COSTOS DE CONSTRUCCIÓN CAPACIDAD DE LA PLANTA gpd 15000 150000 430000 750000 1000000 1986 750000 2005 750000 COSTO ($) UNA ETAPA DOS ETAPAS 85400 144200 132600 221500 178400 298700 232900 384300 310500 523700 242288 408559 352967.865 595193.32 Tabla 3.2.1 Datos de costos de construcción mediante adición de cal 53 ANÁLISIS ECONÓMICO COSTOS DE CONSTRUCCIÓN 600000 y = 8E-08x2 + 0.2752x + 157159 2 R = 0.9823 $ USD 500000 400000 300000 200000 y = 3E-08x2 + 0.1772x + 92513 R2 = 0.9853 100000 0 0 200000 400000 600000 800000 100000 120000 0 0 CAPACIDAD DE LA PLANTA gpd UNA ETAPA DOS ETAPAS Fig.3.2.1 Costos de construcción vs capacidad de la planta mediante tratamiento con cal 5.2.2 Costos de Operación y de Mantenimiento Se necesita de energía eléctrica para la alimentación de la cal y del carbonato de sodio, así como para los procesos de mezclado rápido, floculadores, bombeo de lodos y la refrigeración del dióxido de carbono (sólo para las plantas grandes). La cal hidratada se alimenta directamente en las mezcladoras y los lodos de la cal provenientes del tratamiento pasan a la mezcladora rápida por gravedad. También se necesita energía para la iluminación, ventilación y calentamiento, entre otros. Así mismo, se requiere aproximadamente un promedio de 209.8 kWh/m2/año.9 Los materiales para mantenimiento son instrumentos de laboratorio, elementos para la alimentación de compuestos químicos, bombas de lodos y unidades de tratamiento, entre otros componentes. 54 ANÁLISIS ECONÓMICO También se deben considerar costos de mano de obra para ajustes de procesos químicos, así como los costos de adición de compuestos químicos a los alimentadores en pequeñas plantas y los costos de reparación y mantenimiento de los equipos. COSTOS DE OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO ENERGÍA kWh/yr CONSTRUCCIÓN PROCESO TOTAL UNA ETAPA DOS ETAPAS UNA ETAPA DOS ETAPAS UNA ETAPA DOS ETAPAS 200 3900 7600 12600 9600 16500 4100 8200 10200 17000 14300 25200 5400 10700 15600 26000 21000 36700 9800 19500 34600 52600 44400 72100 11700 23400 38800 59600 50500 83000 2537.41 6563.01 9817.20 16298.9071 13136.21 22880.46 Tabla 3.2.2 Datos de requerimiento de energía (kW/yhr) mediante adición de cal ENERGÍA kWh/yr 90000 80000 70000 y = 1E-08x 2 + 0.058x + 15045 y = 1E-08x 2 + 0.0404x + 10841 60000 50000 40000 30000 2 y = 1E-08x + 0.0342x + 8444.4 y = 9E-09x 2 + 0.0253x + 6318.4 y = 2E-09x 2 + 0.0176x + 4203.4 20000 10000 0 y = -3E-09x2 + 0.0142x + 714.13 0 B-1 B-2 P-1 P-2 T-1 T-2 200000 400000 600000 800000 1000000 1200000 CAPACIDAD DE LA PLANTA gpd Fig. 3.2.2 Requerimiento de Energía vs capacidad de la planta mediante tratamiento con cal 55 ANÁLISIS ECONÓMICO CAPACIDAD DE LA PLANTA gpd 15000 150000 430000 750000 1000000 132086 MATERIAL MANTEN. ($) UNA ETAPA DOS ETAPAS 1900 3200 2900 4800 3900 6400 4900 8100 6100 12300 2607.410356 4176.734557 Tabla 3.2.3 Datos de costos de operación y mantenimiento mediante adición de cal CAPACIDAD DE LA PLANTA gpd 15000 150000 430000 750000 1000000 132086 MANO DE OBRA (HR/YR) MANO DE OBRA ($) UNA ETAPA DOS ETAPAS UNA ETAPA DOS ETAPAS 1095 1460 12045 16060 1095 1480 12045 16280 1460 1830 16060 20130 1460 1830 16060 20130 1830 2190 20130 24090 1147.76 1520.60 12625.41 16726.59 Tabla 3.2.4 Datos de tiempo requerido y costos de mano de obra mediante adición de cal CAPACIDAD DE LA PLANTA gpd 15000 150000 430000 750000 1000000 132086 COSTOS ENERGÍA ($) UNA ETAPA DOS ETAPAS 672 1155 1001 1764 1470 2569 3108 5047 3535 5810 920.33 1610.35 COSTOS TOTALES ($) UNA ETAPA DOS ETAPAS 14617 20415 15946 22844 21430 29099 24068 33277 29765 42200 16145.01 22516.12 Tabla 3.2.5 Datos de costos de energía y totales mediante adición de cal 56 ANÁLISIS ECONÓMICO COSTOS DE OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO 45000 y = 7E-09x 2 + 0.0139x + 20558 R2 = 0.9835 40000 $T-1 35000 y = 2E-09x 2 + 0.013x + 14393 R2 = 0.9808 30000 $T-2 E-1 20000 E-2 $ 25000 15000 10000 y = 9E-10x2 + 0.0041x + 1053.1 5000 y = 7E-10x2 + 0.0024x + 591.11 0 0 200000 400000 600000 800000 1000000 1200000 CAPACIDAD DE LA PLANTA gpd Fig. 3.2.3 Costos de operación y mantenimiento vs capacidad de la planta mediante tratamiento con cal 5.2.3 Costos de los requerimientos químicos Las especies químicas utilizadas en una planta de remoción de dureza son cal, carbonato de sodio y dióxido de carbono. Las dosis utilizadas de cal y carbonato de sodio están en función del tipo de dureza presente y de la dureza deseada en el agua al final del proceso.9 Es difícil describir un requerimiento de compuestos químicos que sea aplicable a todos los casos debido a la gran variabilidad de las aguas tratadas. 5.2.4 Generación de residuos Los lodos generados en este tratamiento deberán ser secados para reducir su peso y volumen; con el objetivo de integrarlos al proceso de fabricación; destacando que el espacio que requieren para su secado y el transporte de éstos hacia su lugar de origen implican costos considerables. 57 ANÁLISIS ECONÓMICO 5.3 ÓSMOSIS INVERSA Los avances en la tecnología de membranas llevan a un desarrollo de membranas que operan a bajas presiones, alrededor de 14.6 kg/cm2, en contraste con las membranas que aproximadamente 28.12 kg/cm2 o más. operan a alta presión, de Las membranas de baja presión resultan ser sustanciales para el ahorro de energía eléctrica en el proceso. Algunas desventajas de estas membranas comparándolas con las que operan a alta presión incluyen un menor porcentaje de remoción de contaminantes, puesto que no operan correctamente con altos porcentajes de sólidos suspendidos, es decir, tienen un bajo porcentaje de recuperación del líquido, sin embargo es una tecnología que sigue en desarrollo. En la siguiente discusión, al hablar de baja presión se refiere a una presión de operación de 14.06 kg/cm2 y un sistema a alta presión habla de aquellos operados a 28.12 kg/cm2. Membranas de baja presión Membranas de alta presión 200 psia 400 psia 14.06 kg/cm 2 28.12 kg/cm 2 hasta 2000 ppm hasta 10000 ppm Tabla 3.3.1 Tipos de membranas utilizadas en la ósmosis inversa 58 ANÁLISIS ECONÓMICO Temperatura de alimentación Flujo de alimentación 2,500 - 10,000 gpd 10,000 - 50,000 gpd 50,00 - 100,000 gpd 100,000 - 1 mgd 18.3-29.4°C pH 5.5 a 6 Recuperación de Agua (%) 40 50 65 75 Tabla 3.3.2 Recuperación de agua de acuerdo al flujo empleado en la ósmosis inversa Concentración 5 000 ppm 6 000 ppm 7 000 ppm 8 000 ppm 9 000 ppm 10000ppm Recuperación de Agua (%) 75 70 65 60 55 50 Tabla 3.3.3 Recuperación de agua de acuerdo a la concentración de sales Capacidad de la planta gpd 2500 10000 50000 100000 500000 1000000 150000 Costo de construcción $ 41600 57200 112900 187500 628600 1157600 337955.426 Tabla 3.3.4 Costos de construcción en ósmosis inversa 5.3.1 Costos de construcción Los datos de los costos de construcción fueron calculados para una sola etapa de sistemas de tratamiento que son capaces de tratar concentraciones de sólidos disueltos totales de aproximadamente 2,000 mg/L en membranas de baja presión; y de 10,000 mg/L en membranas que operan a alta presión. Los costos de construcción son comparables para ambos sistemas. 59 ANÁLISIS ECONÓMICO Puede considerarse que el costo de capital del tratamiento de ósmosis inversa se mantiene sin cambios hasta una concentración de sólidos totales disueltos de 10,000 mg/L, aún cuando el porcentaje de recuperación disminuye. Esto incrementa la capacidad de las bombas de alimentación al sistema; sin embargo, también incrementa el costo total de la ósmosis inversa en menos de un cinco por ciento. Sin embargo, no se cuenta con costos para sistemas que tratan concentraciones mayores a los 5,000 mg/L. El efecto más grande que se tiene en los costos de la ósmosis inversa corresponde a la energía y los costos de pretratamiento, ya que éstos aumentan en razón al flujo de agua a tratar. 9 Una ventaja de utilizar sistemas múltiples estándares cuando se tiene un flujo de más de 946.3 m3/d es que se puede confiar en que se tienen varios sistemas en caso de que una unidad necesite ser removida para ser reparada. Este análisis de costos utilizó unidades montadas así como unidades múltiples para todos los rangos de flujo.9 Algunos de los componentes que se toman en cuenta para calcular los costos de construcción son la habitación, los costos de las estructuras de acero y otros metales, tanques, tuberías, válvulas, bombas de alta presión para la alimentación, elementos de la membrana de ósmosis inversa, válvulas de presión, medidores de flujo, filtros, equipo para alimentar ácido y polifosfato al sistema, equipo de limpieza y el degasificador. Los datos de los 60 ANÁLISIS ECONÓMICO costos están basados en el uso de ya sea una membrana de fibras finas o de espiral. El material para las membranas puede ser de acetato de celulosa o poliamidas. COSTOS DE CONSTRUCCIÓN USD 1400000 y = -1E-07x 2 + 1.2363x + 48788 R2 = 0.9996 1200000 1000000 $ 800000 600000 400000 200000 0 0 200000 400000 600000 800000 1000000 1200000 gpd Fig. 3.3.1 Costos de construcción vs capacidad de la planta mediante ósmosis inversa 5.3.2 Requerimientos de energía Se necesita energía eléctrica para operar las bombas de agua, para el pre y post tratamiento químico, y para operar el degasificador. La eficiencia combinada de la bomba para alimentación y la eficiencia del motor se incrementan cuando el flujo aumenta. Las eficiencias utilizadas en estos cálculos fueron: 40% hasta 37.85 m3/d de capacidad de planta, 50% para 378.5 m3/d y 60% sobre los 378.5m3/d, con base en datos reportados.9 61 ANÁLISIS ECONÓMICO Los requerimientos energéticos para la alimentación de químicos al proceso y al degasificador fueron de 10% para los sistemas de alta presión y capacidades menores a 189.3 m3/d, y de 5% para una capacidad de planta sobre 189.3 m3/d. 9 La energía del proceso varía con el porcentaje de recuperación. Como se discutió en los costos de construcción, el porcentaje de recuperación es proporcional al tamaño de construcción. Sin embargo, si los sólidos totales disueltos se incrementan arriba de los 5,000 mg/L, se obtendrá un menor porcentaje de agua de recuperación, para así mantener una concentración de salmuera razonable y prevenir el deterioro del equipo. Se ha desarrollado un análisis de los datos de gasto energético del proceso para una concentración de sólidos totales disueltos de 2,000 mg/L para sistemas de baja presión y de 5,000, 8,000, y 10,000 mg/L para sistemas de alta presión. 9 Se incluye la energía para la edificación, iluminación, calentamiento y ventilación basado en estimados por área requerida para las instalaciones del equipo de ósmosis, a excepción del degasificador, que se encuentra fuera de la instalación. Fue utilizado un requerimiento energético de 209.8 kWh/m2/año para la iluminación, calentamiento y ventilación. Este requerimiento se basa en el factor de iluminación de tres horas por día. 62 ANÁLISIS ECONÓMICO Los requerimientos más grandes en cuanto a materiales de mantenimiento son las membranas, la vida de éstas es de aproximadamente tres años. Otros requerimientos de mantenimiento son los filtros, limpieza de membrana con agentes químicos, y materiales para la reparación periodica de bombas, motores y equipo de control eléctrico. En este análisis no se incluyen los costos de pretratamiento químico, como el de ácido y el del polifosfato y de post tratamiento químico. Los costos de material para mantenimiento se incrementan un poco al disminuir el porcentaje de recuperación, debido a un incremento en el bombeo a la unidad de ósmosis inversa. Los requerimientos de mano de obra se consideran necesarios para la limpieza y el reemplazo de las membranas, re-acidificación de los filtros, mantenimiento de las bombas de alta presión y otras bombas, preparación de los agentes químicos para el tratamiento y determinación de las dosis necesarias, mantenimiento de la alimentación de los agentes químicos y el monitoreo de las membranas de ósmosis inversa. La limpieza de la membrana se realiza en forma mensual y los requerimientos de trabajo mínimos fueron estimados de aproximadamente 1 hr/diaria para la planta más pequeña. 63 ANÁLISIS ECONÓMICO Capacidad de la planta (gpd) 2500 10000 50000 100000 500000 1000000 150000 Construcción y proceso Energía (kWh/yr) 20800 51500 195200 349300 1644600 3095300 521836 Tabla 3.3.5 Requerimiento de energía para ósmosis inversa Capacidad de la COSTOS ($) planta (gpd) MantenimienMano de Obra 2500 500 3740 10000 1700 3960 50000 8000 5280 100000 14600 6710 500000 67100 9570 1000000 117900 12430 79251.60 11901.28 6278.46 Costo total 5700 9300 27000 45800 191800 347000 Energía 1456 3605 13664 24451 115122 216671 37342.07 19985.57 Tabla 3.3.6 Costos de operación y mantenimiento en ósmosis inversa COSTOS DE OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO 400000 350000 y = -6E-08x 2 + 0.4047x + 5645.8 R2 = 1 300000 $ 250000 mantenimento 200000 y = -3E-08x 2 + 0.1497x + 225.74 R2 = 1 150000 100000 mano de obra Costo total 2 y = -7E-09x + 0.0148x + 4265.1 R2 = 0.9686 50000 0 0 200000 400000 600000 800000 1000000 1200000 Capacidad de la planta (gpd) Fig. 3.3.2 Costos de operación y mantenimiento vs capacidad de la planta mediante ósmosis inversa 64 ANÁLISIS ECONÓMICO Los agentes químicos que se requieren en la ósmosis inversa son el hexametafosfato de sodio para el control de la incrustación, el ácido sulfúrico para el ajuste del pH antes del tratamiento, el hidróxido de sodio para incrementar el pH después de la aplicación del tratamiento. Los costos de cada uno de estos están en función de la dosis, el costo unitario del compuesto químico y el porcentaje de recuperación. 65 ANÁLISIS ECONÓMICO 5.4 FILTROS La calidad del agua tiene un impacto inversamente proporcional al costo del tratamiento de filtración, ya que establece las dosis requeridas de coagulante y complemento del coagulante, que se aplican a los procesos. Generalmente, al incrementarse la turbidez, el color y la concentración bacteriana en el agua, se necesitará una dosis más alta de coagulante, así mismo se incrementan los costos debido a un aumento en la temperatura del proceso. Los flujos de filtración que exceden los 7.32-9.76 m3/m2/h, con un flujo dual o en medio mezclado requieren la adición de agentes auxiliantes al coagulante, especialmente cuando la temperatura del agua se encuentra en un rango de 7.2-10 °C.9 En aplicaciones en las cuales el único pre- tratamiento es el mezclado flash o el contacto de recipiente (filtración directa), las cargas de sólidos suspendidos a los filtros reducen el ciclo de filtrado, por lo que se requiere de retro-lavados mucho más frecuentes y se reduce la producción neta de agua filtrada. Para agua con una calidad muy pobre, es deseable operar con un bajo flujo de filtración, lo que puede proporcionar un incremento en el costo del tratamiento. 5.4.1 Costos de construcción Los costos de construcción fueron evaluados bajo estos criterios, para aquellas instalaciones que emplean dos tanques abiertos cilíndricos con 66 ANÁLISIS ECONÓMICO válvulas automáticas y controladores. Estos costos incluyen el retro-lavado, bombas de lavado de superficie y los controladores, así como la tubería de los filtros, el filtro mezclador, polímeros, equipo de alimentación y otros accesorios dentro de los limites de batería. Las velas de filtración miden ocho pies de alto y descargan a través de válvulas de nivel que controlan el efluente, la descarga se dirige a un almacén de agua. El retro-lavado de los filtros es automático, de acuerdo a las pérdidas de los mismos. Los costos de construcción excluyen las instalaciones del pre-tratamiento, del almacenamiento de agua y del bombeo del agua tratada. Costos de Construcción Área (ft2) Costo $ 6.3 46500 25 79400 57 104700 100 151600 158 217400 226 266600 40 130693.62 Flujo (gpm) 2 gpm/ft2 12.6 50 114 200 316 452 80 Flujo (gpm) 5 gpm/ft2 32 125 285 500 790 1130 200 Tabla 3.4.1 Costos de construcción para filtros 67 ANÁLISIS ECONÓMICO COSTO DE CONSTRUCCIÓN 300000 $ USD 250000 200000 150000 100000 y = -1.0918x 2 + 1250.9x + 41422 R2 = 0.9963 50000 0 0 50 100 150 200 250 2 AREA DEL FILTRO (ft ) Fig. 3.4.1 Costos de construcción vs área del filtro 5.4.2 Requerimientos de energía Los costos energéticos calculados para el proceso de retro-lavado se realizan para una y dos veces por día, para flujos de filtración de 4.88 y 12.1 m3/m2/h.9 La energía para construir se basa en 209.8 kwh/m2/y para calentamiento, ventilación e iluminación. Este uso considera el uso de iluminación durante tres horas diarias. Área Filtro (ft2) 6.3 25 57 100 158 226 22.9315972 Consumo de Energía kWh/yr 2 gpm/ft2 2rl 5 gpm/ft2 1rl 2 gpm/ft2 1rl 3800 3800 3800 7300 7500 7300 9900 10400 9900 15000 15800 15500 23200 24500 23200 28800 30500 28800 6366.843778 6555.65434 6366.843778 0.07 5 gpm/ft2 2rl 3800 7500 10400 15800 24500 30500 6555.65434 Tabla 3.4.2 Consumo de energía anual para filtros 68 ANÁLISIS ECONÓMICO CONSUMO DE ENERGÍA 35000 y = 122.3x + 3751.2 R2 = 0.9926 30000 kWh/yr 25000 20000 y = 114.56x + 3739.8 R2 = 0.9922 15000 10000 5000 0 0 50 100 150 200 Área de filtro (ft2) 250 1 retrolavado/día 2 retrolavados/día Fig. 3.4.2 Consumo de energía vs área del filtro Área Filtro 2 (ft ) 6.3 25 57 100 158 226 22.9315972 Costo de Energía $/año 2 gpm/ft2 1rl 2 gpm/ft2 2rl 5 gpm/ft2 1rl 266 266 266 511 525 511 693 728 693 1050 1106 1085 1624 1715 1624 2016 2135 2016 445.68 458.90 445.68 5 gpm/ft2 2rl 266 525 728 1106 1715 2135 458.90 Tabla 3.4.3 Costos energía para filtros Los materiales para el mantenimiento y el reemplazo de componentes que se desgastan o se rompen durante la operación normal, también están considerados. Algunos materiales típicos para el mantenimiento son sellos de bombas, lubricantes, repuestos para algunas partes de las bombas, 69 ANÁLISIS ECONÓMICO reparación de instrumentación y algunos otros productos necesarios para facilitar el mantenimiento. Área Filtro (ft2) 6.3 25 57 100 158 226 22.93 Costos de Material de Mantenimiento ($/año) 2 gpm/ft2 1rl 2 gpm/ft2 2rl 5 gpm/ft2 1rl 5 gpm/ft2 2rl 500 600 500 600 1000 1300 1000 1300 1400 1800 1400 1800 1500 1900 1500 1900 1600 2000 1600 2000 1700 2100 1700 2100 1061.99 1236.14 1061.99 1236.14 Tabla 3.4.4 Costos de material de mantenimiento para filtros COSTO MATERIAL DE MANTENIMIENTO 2500 y = 423.13Ln(x) - 89.292 2 R = 0.9656 $ USD 2000 1500 1000 y = 339.02Ln(x) - 83.522 2 R = 0.9816 500 0 0 50 100 150 2 Área Filtro (ft ) 200 250 1retrolavado 2 retrolavados Fig. 3.4.3 Costos material de mantenimiento vs área del filtro Los requerimientos de trabajo cubren tanto mantenimiento como operación, en donde se canaliza la mayor parte del trabajo a las operaciones de rutina. El operador tiene las tareas de revisar la operación mecánica de los filtros diariamente, de asegurar que las dosis de especies químicas alimentadas 70 ANÁLISIS ECONÓMICO sean las correctas para que se obtenga la calidad deseada en el agua. También debe efectuar pruebas de rutina a las instalaciones de mantenimiento. Área Filtro 2 (ft ) 6.3 25 57 100 158 226 22.9315972 2 gpm/ft2 1rl 250 320 380 420 470 510 327.1640297 Mano de Obra (hr/año) 2 gpm/ft2 2rl 5 gpm/ft2 1rl 300 430 380 500 460 560 500 600 560 650 610 690 391.5449175 507.1671622 5 gpm/ft2 2rl 480 560 640 680 740 790 571.5449175 Tabla 3.4.5 Tiempo requerido de mano de obra para filtros Área Filtro (ft2) 6.3 25 57 100 158 226 22.93 Costos de Mano de Obra ($/año) 2 gpm/ft2 1rl 2 gpm/ft2 2rl 5 gpm/ft2 1rl 2750 3300 4730 3520 4180 5500 4180 5060 6160 4620 5500 6600 5170 6160 7150 5610 6710 7590 3598.80 4306.99 5578.84 11 5 gpm/ft2 2rl 5280 6160 7040 7480 8140 8690 6286.99 Tabla 3.4.6 Costos de mano de obra para filtros 71 ANÁLISIS ECONÓMICO MANO DE OBRA 900 800 y = 85.393Ln(x) + 304.05 R2 = 0.975 700 y = 71.721Ln(x) + 282.5 R2 = 0.9761 hr/yr 600 y = 85.393Ln(x) + 124.05 R2 = 0.975 500 400 y = 71.721Ln(x) + 102.5 R2 = 0.9761 300 200 100 0 0 50 100 150 200 ÁREA FILTRO (ft2) 2gpm/ft2-1rl 250 2gpm/ft2-2rl 5gpm/ft2-1rl 5gpm/ft2-2rl Fig. 3.4.4 Tiempo requerido de mano de obra vs área del filtro Área Filtro 2 (ft ) 6.3 25 57 100 158 226 22.93 Costo Total ($/año) 2 gpm/ft2 1rl 2 gpm/ft2 2rl 5 gpm/ft2 1rl 3516 4166 5496 5031 6005 7011 6273 7588 8253 7170 8506 9185 8394 9875 10374 9326 10945 11306 5106.47 6002.03 7086.50 5 gpm/ft2 2rl 6146 7985 9568 10486 11855 12925 7982.03 Tabla 3.4.7 Costos totales para filtros 72
![[Vídeo y Audios] FRP presenta los lineamientos de un](http://s2.studylib.es/store/data/003942091_1-88abd3edf3171a64467b90379eaa1e4e-300x300.png)
