SAML-02 Junio 2005 ESTUDIO DE CASO PML-18 EMPRESA: SAMI SRL DIVISIÓN 15: ELABORACIÓN DE PRODUCTOS ALIMENTICIOS Y BEBIDAS CLASE 1533: ELABORACIÓN DE ALIMENTOS PREPARADOS PARA ANIMALES (Según la Revisión 3 de la Clasificación Industrial Internacional Uniforme – CIIU) IMPLEMENTACIÓN DE LAS RECOMENDACIONES DE PRODUCCIÓN MÁS LIMPIA RESULTADOS AMBIENTALES (*) RESULTADOS ECONÓMICOS (*) • Inversión: 12,300 US$ • Reducción de costos: 23,000 US$/año • Retorno sobre la inversión: 187% • • • • • Ahorro de agua en generación de vapor y fabricación de jabón: 150 m3/año (31%) Ahorro de gas natural en generación de vapor, fabricación de jabón y obtención de harina de sangre: 1,670 mpc/año (35%) Ahorro en potencia eléctrica: 9 kW (19%) Reducción de hidróxido de sodio en el efluente: 11,230 kg/año (72%) Reducción de la emisión de malos olores ( ) * En el formato numérico la coma se utiliza como separador de miles y el punto como separador de decimales QUÉ ES “PRODUCCIÓN MÁS LIMPIA” “La Producción Más Limpia es la aplicación continua de una estrategia ambiental, preventiva e integrada, a los procesos productivos, a los productos y a los servicios para incrementar la eficiencia global y reducir riesgos para los seres humanos y el ambiente. La Producción Más Limpia puede ser aplicada a los procesos empleados en cualquier industria, a los productos mismos y a los diferentes servicios prestados en una sociedad”. CICLO DE “PRODUCCIÓN MÁS LIMPIA” 1) Identificar oportunidades y formular recomendaciones 1) Identificar oportunidades y formular recomendaciones El primer paso consiste en realizar una revisión técnica para identificar oportunidades y formular recomendaciones que permitan mejorar la productividad y eficiencia en cada operación unitaria. Estas tareas deben ser realizadas por profesionales idóneos, quienes deben trabajar con el personal de la empresa en general, desde obreros hasta ejecutivos. 3) Medir el éxito: más utilidades y menos desechos 2) Implementar las recomendaciones 3) Medir el éxito 2) Implementar las recomendaciones Una vez que las recomendaciones han sido formuladas, éstas son ordenadas según las prioridades e intereses de la empresa. Luego, se forma un equipo de proyecto para implementar las recomendaciones seleccionadas según el cronograma establecido y el presupuesto asignado. Los resultados son medidos a través de indicadores como la reducción en la cantidad de desechos o de contaminación generada; la reducción en el consumo específico de materias primas, energía y agua; la reducción de costos de producción; y el incremento de las utilidades. Una vez medido el éxito, se debe volver al paso 1 para iniciar un nuevo ciclo. 2 CENTRO DE PROMOCIÓN DE TECNOLOGÍAS SOSTENIBLES INTRODUCCIÓN Este estudio de caso presenta los resultados obtenidos en la empresa SAMI S.R.L., ubicada en la ciudad de El Alto, al implementar las medidas de Producción Más Limpia (PML) propuestas por el CPTS y otras generadas por iniciativa propia de la empresa. Las recomendaciones aún no ejecutadas se encuentran en etapa de evaluación de su factibilidad técnica y económica. PRODUCCIÓN Durante el año 2004, año considerado para evaluar el estado de avance de las recomendaciones efectuadas el año 2003, SAMI procesó alrededor de 1,700 toneladas de residuos de frigoríficos y mataderos para obtener: harina de hueso, mediante tratamiento de hueso crudo con vapor de agua en autoclaves, y harina de hueso calcinado con fuego directo. A partir de la grasa extraída de los huesos, con vapor, produjo jabón en panes y jabón en polvo. Además, produjo harina de sangre, mediante deshidratación, con gas natural y con energía solar, de sangre vacuna proveniente de mataderos. El diagrama de flujo descrito en la Figura 1 resume los procesos de producción. RECOMENDACIONES IMPLEMENTADAS 1. INCREMENTAR EL RENDIMIENTO TRITURACIÓN DE HUESO CRUDO DE JABÓN MEDIANTE Situación anterior: Rendimiento = 24.7 g jabón/kg hueso crudo. Los huesos eran introducidos a las autoclaves conservando sus tamaños originales lo que impedía una adecuada extracción de la grasa interior y un mayor empaquetamiento de los huesos dentro de las autoclaves. Situación actual: Rendimiento = 73.7 g jabón/kg hueso crudo. SAMI adquirió una chancadora para triturar los huesos (Figura 2). La fragmentación aumenta en 200% la cantidad de grasa extraída y, por lo tanto, triplica el rendimiento de jabón. El mejor empaquetamiento de los huesos en el interior de las autoclaves ha aumentado la cantidad de hueso crudo que puede procesarse por autoclave de 900 a 1,200 kg. SAMI emplea 2 personas en administración y 17 trabajadores en planta. Se trabaja 8 h/día, 5.5 días /semana, 286 días/año. SAMI comercializa las harinas de sangre y de hueso que produce con las marcas de Fortican y Fortamin, y el jabón con las de Super Sol, Suavesol y Pulidor. Figura 2 Chancadora de huesos. Se muestran los huesos por triturar (adelante) y triturados (atrás). (a) Jabón Suavesol/Polvo Pulidor contienen 10% de humedad Jabón Super Sol contiene 50% de humedad Nota: Los cálculos de los indicadores de PML se realizan en base a jabón anhidro, es decir con 0% de humedad (b) Figura 1 Diagrama de flujo para la elaboración de harina de sangre, de hueso y jabón. Auspiciado por la Agencia de los Estados Unidos para el Desarrollo Internacional (USAID) y la Embajada Real de Dinamarca CENTRO DE PROMOCIÓN DE TECNOLOGÍAS SOSTENIBLES 2. OPTIMIZAR EL USO DE LAS AUTOCLAVES Y EL SECADO DE LOS HUESOS Situación anterior: Flujo másico de secado = 3.30 kg de hueso/min. Consumo de agua = 0.809 L agua/kg de harina de hueso. Consumo de gas = 3.53 pc gas/kg de harina de hueso. Rendimiento = 549 g de harina de hueso/kg de hueso crudo. El interior del secador rotatorio se calentaba con un quemador poco eficiente y no había circulación de aire, lo que ocasionaba una gradiente de temperatura pronunciada (Figura 3.a). El hueso salía húmedo después de una pasada por el horno, por lo que se requería pasarlo 3 a 4 veces más, incrementando, considerablemente, el empleo de mano de obra, pues tanto el cargado como el descargado de huesos se hacen manualmente (Figura 3.a). El tiempo excesivo que tomaba la operación de secado sólo permitía emplear simultáneamente 2 de las 4 autoclaves con que cuenta SAMI. a 3 Situación actual: Flujo másico de secado = 9.82 kg de hueso/min. Consumo de agua = 0.563 L agua/kg harina de hueso. Consumo de gas = 2.62 pc gas/kg de harina de hueso. Rendimiento = 577 g de harina de hueso/kg de hueso crudo. Se ha removido el quemador del interior del secador. El aire es calentado externamente mediante un quemador más eficiente y es introducido en el secador mediante un soplador, lo que permite que el perfil de temperatura sea homogéneo (Figura 3.b). El hueso es secado en una sola pasada, con la consecuente reducción en el tiempo de secado y la mejor distribución de la mano de obra, lo que a su vez permite emplear simultáneamente las 4 autoclaves. Esta medida, junto a la del triturado de los huesos, permite un aumento significativo en las cantidades de hueso y de grasa que se procesan por sesión de trabajo (4-5 horas). Al mismo tiempo, se tiene un uso más eficiente de la caldera para generar vapor pues se procesa 2.7 veces más hueso por funcionamiento de la caldera; es decir, desde el encendido hasta el apagado de la misma, originando una disminución en el consumo de agua y de energía. Así mismo, el menor manipuleo de los huesos en la operación de secado contribuye a un aumento en el rendimiento de harina de hueso a partir del hueso crudo. 3. OPTIMIZAR EL PROCESO DE OBTENCIÓN DE HARINA DE SANGRE Situación anterior: Consumo de gas = 31.7 pc/kg de harina de sangre. Existen derrames de morcilla y harina de sangre durante el transporte, que no se recuperan y contaminan el efluente. La cocción de la sangre para obtener morcilla se llevaba a cabo en una paila de base rectangular (Figura 4.a). La morcilla, en las aristas de la base, no se removía fácilmente y se carbonizaba generando malos olores. Luego, la morcilla era trasladada hasta el patio de tierra, el cual estaba cubierto con polietileno, para su oreo (i). En días de lluvia existían porciones de harina que se mojaban y se descomponían generando malos olores. Una vez oreada la morcilla, era trasladada a un horno rotatorio para secarla (ii), operación que también generaba malos olores, y posterior traslado a la sala de molienda (iii) (Figura 5.a). El empleo de mano de obra era intensivo en las operaciones de traslado, además de que cantidades de morcilla y de harina de sangre que caían al piso eran irrecuperables del piso de cemento desgastado. Las lluvias arrastraban estos residuos al efluente generando contaminación hídrica. Situación actual: Consumo de gas = 19.4 pc/kg de harina de sangre. Existen derrames de morcilla y harina de sangre durante el transporte, que se recuperan, dejando de contaminar el efluente. Figura 3 Horno rotatorio para el secado de huesos: a) Gestión 2002: quemador dentro del horno (gradiente de temperatura pronunciada); b) Gestión 2004: Aire caliente con quemador externo (gradiente de temperatura homogénea). El fondo de la paila para obtener morcilla ha sido modificado (Figura 4.b). Ahora es cilíndrico y permite la remoción adecuada de toda la morcilla minimizando la generación de malos olores por carbonización. El uso del horno rotatorio para secar la sangre, prácticamente, ha sido eliminado, ya que se ha instalado un secador solar con piso de cemento (Figura 6). Esto ha generado una disminución en el consumo de gas, que ahora se emplea solamente para la cocción de sangre. Además, han disminuido las quejas del vecindario por la emisión de malos olores. A su vez, gran parte del patio y Auspiciado por la Agencia de los Estados Unidos para el Desarrollo Internacional (USAID) y la Embajada Real de Dinamarca 4 CENTRO DE PROMOCIÓN DE TECNOLOGÍAS SOSTENIBLES toda el área donde se encuentran instaladas las máquinas de procesamiento (pailas, autoclaves, tanques de separación, caldera, etc.) fue cementada, mejorando las condiciones de operación y sanidad. c Gracias a estas acciones, el tiempo de la operación ha sido reducido considerablemente. Actualmente, la morcilla cocida se traslada al secador solar (i) y, una vez seca, a la sala de molienda (ii) (Figura 5.b). A su vez, las pérdidas que ocurrían durante el transporte, ahora son recuperadas evitándose la contaminación hídrica, ya que el piso es de cemento y no de cemento desgastado. a a b b Figura 6 Secador solar de morcilla de sangre: a) y b) Vistas exteriores; c) Vista interior. Figura 4 Forma de la paila de cocción de sangre: a) Gestión 2002; b) Gestión 2004. ´ 4. DISMINUIR EL CONSUMO DE HIDRÓXIDO DE SODIO, AGUA Y ENERGÍA EN LA OPERACIÓN DE SAPONIFICACIÓN Situación anterior: Consumo de hidróxido de sodio = 417 g hidróxido de sodio/kg jabón anhidro producido. Consumo de agua = 2.79 L agua/kg de jabón anhidro producido. Consumo de gas = 0.579 pc gas/kg jabón anhidro producido. a En la paila de saponificación, a la que se transfieren la grasa del tanque colector de grasa y los condensados provenientes de las autoclaves, se agregaba agua para evitar la formación de espumas durante el calentamiento de la paila. El agua añadida causaba que se formen dos fases: la fase acuosa y la fase grasa (Figura 7.a). Posteriormente, cuando se añadía el hidróxido de sodio disuelto en agua, éste ingresaba en la fase acuosa. Como resultado, la reacción de saponificación sólo ocurría en la interfase entre las dos fases, lo que ocasionaba un consumo excesivo de hidróxido de sodio, alrededor de 2.6 veces el requerimiento estequiométrico. No se agitaba la mezcla reaccionante porque la fase grasa, en la parte superior y en contacto con el aire frío, se solidificaba formando una especie de tapón sobre la fase acuosa que, por efecto del calentamiento que se efectúa en la parte inferior de la paila, se encontraba bajo presión del vapor generado por la evaporación del agua (Figura 7.a). En consecuencia, cualquier intento de agitación de la mezcla reaccionante producía la erupción de mezcla cáustica y caliente, a través de las fisuras en la capa grasa, con serios riesgos para el operario. Con relación a la lejía resultante de la saponificación, parte era enviada al tanque colector para facilitar la separación de la grasa y el resto era desechada al alcantarillado. b Situación actual: Consumo de hidróxido de sodio = 210 g hidróxido de sodio/kg jabón anhidro producido. Consumo de agua = 1.92 L agua/kg de jabón anhidro producido. Consumo de gas = 0.467 pc gas/kg jabón anhidro producido. Figura 5 Esquema de transporte de morcilla y harina de sangre: a) Gestión 2002; b) Gestión 2004. La grasa proveniente del tanque colector de grasa y los condensados provenientes de las autoclaves son descargados sobre una parte de la lejía residual proveniente de la anterior operación de saponificación. El hidróxido de la lejía saponifica una parte de la grasa y el jabón resultante Auspiciado por la Agencia de los Estados Unidos para el Desarrollo Internacional (USAID) y la Embajada Real de Dinamarca 5 CENTRO DE PROMOCIÓN DE TECNOLOGÍAS SOSTENIBLES ayuda a la formación de una sola fase (Figura 7.b). Como resultado, toda la reacción de saponificación ocurre en una sola fase. La ebullición de la mezcla reaccionante constituye un mecanismo efectivo de mezcla, lo que conduce a una disminución significativa en el consumo de hidróxido de sodio. En lo que se refiere a la lejía residual, ésta es reciclada tanto en el tanque colector de separación, como en la paila de saponificación, eliminando descartes directos al alcantarillado. Por otro lado, debido a la trituración de los huesos, hay una mayor cantidad de grasa que se procesa por lote, lo que conduce a una disminución en los consumos específicos de agua y de energía. a b evita la formación de burbujas en los jabones (Figura 8.a). • La aplicación de lechada de cal en la superficie de las enfriaderas facilita el desprendimiento del bloque de jabón de la enfriadera. • Se ha aumentado la producción de jabón en polvo a partir de los residuos de jabón, en lugar de reprocesarlos (Figura 8.b). Esto resulta en un beneficio económico ya que el precio de venta de jabón en polvo es mayor, 1 US$/kg, que el del jabón en panes, ~0.3 US$/kg. a b 1 3 Figura 8 Jabón a partir de grasa de hueso: a) Jabón en pan “Super Sol”; b) Jabón en polvo “Suavesol”. 2 6. CONTROLAR LA MÁXIMA POTENCIA DEMANDADA Figura 7 Paila de saponificación: a) Gestión 2002: 1) Fase grasa; 2) Fase acuosa; 3) Saponificación solo en la interfase. b) Gestión 2004: Saponificación en una sola fase. 5. AUMENTAR LA PRODUCCIÓN DE JABÓN EN POLVO PARA EVITAR EL REPROCESAMIENTO DE RESIDUOS PROVENIENTES DE LA OBTENCIÓN DE PANES DE JABÓN Situación anterior: Producción = 78.7 g de jabón en polvo anhidro/kg de jabón anhidro producido. El llenado de los moldes cúbicos (“enfriaderas”), con el jabón fundido proveniente de la paila de saponificación, se efectuaba sin agitación, por lo que se formaban burbujas de aire en el jabón enfriado, lo que a su vez obligaba a reciclar el jabón con burbujas. El desprendimiento del jabón desde las “enfriaderas” era dificultoso porque el jabón estaba fuertemente adherido a sus paredes. Situación anterior: Demanda máxima registrada = 48 kW (demanda facturada, ver Figura 9). Costo por ducharse con ducha eléctrica = 0.030 US$/10 min. No se tenía un programa para la gestión de la demanda de potencia eléctrica en SAMI. Se tiene cuatro duchas eléctricas para los trabajadores, cada una con una potencia de 4.5 kW, cuyo uso simultáneo puede incrementar significativamente la demanda. Situación Actual: Demanda máxima registrada = 39 kW (facturada, ver Figura 9). Costo por ducharse con calefón calentado a gas = 0.023 US$/10 min. Se adoptaron varias medidas para disminuir la demanda máxima registrada. Entre ellas se tienen: • Se realiza la planificación del encendido de máquinas. Por ejemplo, cuando se tiene que utilizar el molino de martillo, previamente se apagan todos los equipos, posteriormente se enciende el molino, a los 5 minutos se enciende el tornillo sin fin y posteriormente se encienden los otros equipos. Por otro lado, el tamaño de los panes de jabón no permitía obtener un número entero de panes a partir del corte adecuado de los bloques de jabón que se desprendían de las enfriaderas. • La chancadora de huesos con 10 kW de potencia (equipo que no se tenía durante el diagnóstico de producción más limpia), se utiliza cuando el molino de martillo no está funcionando. Situación actual: Producción = 134 g de jabón en polvo anhidro/kg de jabón anhidro producido. • La empresa adquirió un generador de energía eléctrica para proveer energía a las máquinas de hacer pipocas con el propósito de disminuir la demanda de potencia de la planta. Aunque no se ha aumentado, como se recomendó, el tamaño de los panes de jabón para minimizar la generación de residuos, se ha reducido la cantidad de jabón que se reprocesa mediante las siguientes medidas: • Se adquirió un calefón a gas para sustituir las duchas eléctricas empleadas por el personal masculino. • El vaciado en los moldes se hace con agitación, lo que Auspiciado por la Agencia de los Estados Unidos para el Desarrollo Internacional (USAID) y la Embajada Real de Dinamarca 6 CENTRO DE PROMOCIÓN DE TECNOLOGÍAS SOSTENIBLES Situación actual: Pérdidas de gas natural = 0.010 pc perdidos/pc empleado en la generación de vapor. Potencia facturada [kW] 50 SAMI redujo las pérdidas de calor en la caldera y en la tubería de transmisión de vapor, mediante las siguientes acciones: 40 • Se redujo la longitud de tubería que trasporta el vapor de la caldera a las autoclaves, de 42 a 15 metros (Figura 10). • Se colocó aislante térmico en la tubería. El aislante es de yute y tiene un espesor de 2 cm (Figura 10.d). 30 • Se colocó aislante térmico de yeso de 4.5 cm de espesor en la superficie del caldero (Figura 10.e). BENEFICIOS DE LA PRÁCTICA DE PML (año 2002) Dic Nov Oct Sep Ago Jul Jun May Abr Mar Feb Ene 20 (año 2004] Figura 9 Curvas de demanda de potencia mensual facturada a SAMI 7. REDUCIR LAS PÉRDIDAS DE ENERGÍA EN LA SUPERFICIE DE LA CALDERA Y EN LA TUBERÍA DE TRANSMISIÓN DE VAPOR Situación anterior: Pérdidas de gas natural = 0.088 pc perdidos/pc empleado en la generación de vapor. La superficie de la caldera, alrededor de 10 m2, en la que se genera el vapor para las autoclaves, no estaba aislada. Además, la tubería que trasportaba el vapor de la caldera a las autoclaves, era más larga de lo necesario y tampoco estaba aislada (Figura 10.c). En lo ambiental, la empresa consiguió reducciones importantes en los consumos de agua (31%), de gas natural (35%) y de hidróxido de sodio (50%) empleados en la generación de vapor, fabricación de harina de sangre y de jabón. En lo económico, debido al incremento del rendimiento en la obtención de harina de hueso, al menor consumo de agua, gas natural, hidróxido de sodio, y a la menor demanda de potencia, SAMI redujo sus costos de operación en 23,000 US$/año, que representan el 187% de retorno de las inversiones realizadas (12,300 US$). Detalles específicos de la implementación de las medidas de PML, se resumen en las Tablas 1 y 2. b Situación anterior d Situación actual e c Figura 10 Aislamiento de tubería y caldero: a) Caldero; b) Autoclaves; c) Tubería sin aislamiento; d) Tubería con asilamiento; e) Caldero con aislamiento. Auspiciado por la Agencia de los Estados Unidos para el Desarrollo Internacional (USAID) y la Embajada Real de Dinamarca 7 CENTRO DE PROMOCIÓN DE TECNOLOGÍAS SOSTENIBLES Tabla 1 Mejoras en el desempeño de SAMI S.R.L. según indicadores antes y después de la implementación de las recomendaciones de producción más limpia. Indicador de desempeño Rendimiento en la producción de jabón a partir de hueso crudo Reducción %Reducción (Aumento) (%Aumento) 73.7 (49) (198%) 2.79 1.92 0.87 31% 0.579 0.467 0.112 19% 417 210 207 50% 78.7 134 (55.3) (70%) 549 577 (28) (5.1%) 3.53 2.62 0.91 26% 0.088 0.010 0.078 89% 0.809 0.563 0.246 30% 31.7 19.4 12.3 39% 48 39 9 19% Antes Después 24.7 [g jabón/kg de hueso crudo] Consumo de agua en la saponificación [L agua/kg de jabón anhidro producido] Consumo de gas en la saponificación [pc gas/kg de jabón anhidro producido] Consumo de hidróxido de sodio en la saponificación [g hidróxido de sodio/kg de jabón anhidro producido] Producción de jabón en polvo reprocesamiento de residuos de jabón para evitar [g de jabón anhidro en polvo/kg de jabón anhidro producido] Rendimiento en la producción de harina de hueso vía autoclaves a partir de hueso crudo [g de harina de hueso/kg de hueso crudo] Consumo de gas en el secado de los huesos y en el uso de las autoclaves [pc gas/kg de harina de hueso] Reducción de pérdidas en la generación de vapor [pc perdidos/pc empleados] Consumo de agua en el uso de las autoclaves [L agua/kg de harina de hueso] Consumo de gas en la producción de harina de sangre [pc gas/kg de harina de sangre] Máxima demanda registrada [kW] Auspiciado por la Agencia de los Estados Unidos para el Desarrollo Internacional (USAID) y la Embajada Real de Dinamarca 8 CENTRO DE PROMOCIÓN DE TECNOLOGÍAS SOSTENIBLES Tabla 2 Inversiones, ahorros, retornos y beneficios ambientales. Inversión Recomendación [US$] Beneficios económico [US$/año] Retorno [%] Beneficio ambiental 3,460 1. Incrementar el rendimiento jabón mediante trituración hueso crudo de de 2. Optimizar el secado de los huesos y el uso de las autoclaves 1,230 (chancadora) 255 (nuevo quemador, soplador e intercambiador) (incremento en el rendimiento de la obtención de jabón) 4,334 (incremento en el rendimiento de harina de hueso) 282 1,980 Reducción de 104 m3 (30%) en el consumo de agua y 386 mpc (26%) en el consumo de gas natural por un mejor empaquetamiento de los huesos triturados en las autoclaves 124 (agua) 656 (gas) 2,900 (cementado de 3. Optimizar el proceso de obtención áreas de trabajo) de harina de sangre 7,670 (construcción de secador solar) 2,088 (gas) 19.7 Reducción de 1,230 mpc (39%) en el consumo de gas natural y ~ 100% en la descarga de DBO5 Inmediato Reducción de 47 m3 (31%) en el consumo de agua, 6 mpc (19%) en el consumo de gas natural, y 11,230 kg (72%) en las descargas de hidróxido de sodio al efluente Inmediato Reducción pequeña en el consumo de agua y de gas natural en el reprocesamiento 9,740 (NaOH) 4. Disminuir el consumo de hidróxido de sodio, agua y energía en la operación de saponificación Mínima 5. Aumentar la producción de jabón en polvo para evitar el reprocesamiento de residuos provenientes de la obtención de panes de jabón Mínima 1,953 250 (calefón a gas) 550 (potencia) 7. Reducir pérdidas de energía en la superficie de la caldera y en la tubería de distribución de vapor Mínima 78 (gas) Inmediato Total 12,305 23,060 187% 6. Controlar la demandada máxima potencia 56 (agua) 10 (gas) 11 (duchada) 224 Mínimo Reducción de 46 mpc (89%) en el consumo de gas natural Centro de Promoción de Tecnologías Sostenibles - CPTS Av. Mcal. Santa Cruz, Nº 1392, Edif. Cámara Nacional de Comercio, Piso 12 Telf: (591-2) 2319891, Fax: (591-2) 2319903 Casilla 2603 Correo electrónico: [email protected] La Paz - Bolivia Auspiciado por la Agencia de los Estados Unidos para el Desarrollo Internacional (USAID) y la Embajada Real de Dinamarca