TESIS QUE PARA OBTENER EL TÍTULO DE INGENIERO QUIMICObiblioteca.itson.mx/dac_new/tesis/63_griselda_esquivel.pdfA veces el tratamiento de un residuo ocasiona únicamente que se transporte

INSTITUTO TECNOLOGICO DE SONORA

JERAQUIZACION DE RESIDUOS EN UNA PLANTA PRODUCTORA DE MANTECA VEGETAL

EN CD. OBREGON

IDENTIFICACIÓN, CUANTIFICACIÓN Y

TESIS QUE PARA OBTENER EL TÍTULO DE

INGENIERO QUIMICO

PRESENTA

GRISELDA ESQUIVEL RUIZ

CD. OBREGÓN, SONORA MARZO DEL 2001

Índice

Lista de tablas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV

Lista de figuras . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V

Resumen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . VI

Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . VII

Objetivo:

General . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IX

Específicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IX

Hipótesis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . X

I. Aspectos generales sobre residuos industriales.

1.1 Definición de residuos industriales. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2

1.2 Clasificación de residuos industriales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2

1.2.1 Inertes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

1.2.2 Asimilables a urbanos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

1.2.3 Residuos peligrosos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

1.3 Gestión de residuos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

1.4 Costos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

1.5 Normatividad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

II. Técnicas de análisis

2.1 Balance de materiales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

2.2 Metodología para la jerarquización de residuos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

III. Proceso de modificación de grasa vegetal para uso comercial.

3.1 Descripción general . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .15

3.1.1 Refinación cáustica. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

3.1.2 Blanqueo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . 16

3.1.3 Hidrogenación y post-blanqueo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

3.1.4 Deodorización. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

3.2 Diagrama de flujo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

3.3 Características de los materiales de proceso . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

3.3.1 Aceite vegetal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

3.3.2 Hidróxido de sodio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

3.3.3 Tierras filtrantes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

3.3.4 Hidrógeno . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

3.3.5 Vapor de agua . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

3.3.6 Catalizadores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

3.3.7 Agua para enfriamiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

3.3.8 Ácido fosfórico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

3.3.9 Ácido cítrico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

3.3.10 Antioxidantes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

IV. Cuantificación de los materiales de proceso

4.1 Balance de materiales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . 30

4.2 Determinación de costos en residuos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41

V. Valuación de los residuos

5.1 Valuación normativa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50

5.2 Valuación económica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52

VI. Jerarquización de residuos

6.1 Tabla de jerarquización . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55

VI. Análisis de resultados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56

VII. Conclusiones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59

VIII. Recomendaciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62

Bibliografía . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64

Lista de tablas

Tabla Descripción Hoja

Tabla 1 Estándares para la hidrogenación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

Tabla 2 Composición promedio de los aceites crudo y refinado . . . . . . . . 22

Tabla 3 Composición de las tierras filtrantes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

Tabla 4 Costos de los materiales, materia prima y mano de obra . . . . . . . 41

Tabla 5 Descripción económica de residuos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52

Tabla 6 Matriz de jerarquización para el criterio económico . . . . . . . . . . . .53

Tabla 7 Jerarquización de los residuos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .55

Lista de figuras

Figura Descripción hoja

Figura 1 Diagrama general del proceso de modificación de grasa . . . . . . . . 21

Figura 2 Diagrama de flujo de materiales de refinación . . . . . . . . . . . . . . . . 33

Figura 3 Diagrama de flujo de materiales de blanqueo . . . . . . . . . . . . . . . . .35

Figura 4 Diagrama de flujo de hidrogenación y post-blanqueo . . . . . . . . . . . 38

Figura 5 Diagrama de flujo de materiales de deodorización . . . . . . . . . . . . . 40

Figura 6 Diagrama de flujo general de residuos y su costo total . . . . . . . . . .49

RESUMEN

El control y la minimización de residuos han tomado gran importancia en los

últimos años, por lo que esta investigación se centra en la identificación,

cuantificación y jerarquización de los residuos que se producen en una planta

productora de manteca vegetal, en base al costo económico y riesgos ambientales,

por lo que se hizo necesario llevar a cabo balances de masa en cada una de las

operaciones unitarias del proceso. Se describe también, la manufactura de estos

aceites y las propiedades fisicoquímicas de las sustancias que intervienen en el

proceso.

Como resultado se obtuvieron seis residuos, cuatro de ellos requieren

disposición en un relleno sanitario y los otros dos son tratados en la planta de aguas

residuales del grupo Gamesa, ya que solo contienen agua y ácido cítrico. De los

cuatro que requieren disposición, dos contienen aceite, tierras filtrantes e impurezas

y otros dos residuos contienen níquel, tierras filtrantes, aceite e impurezas.

Además se encontró que el costo mayor de un residuo esta representado por

los costos de producción y en menos porcentaje por los costos de disposición.

INTRODUCCION

Actualmente, debido a la gran importancia y difusión que se ha dado a todos

los problemas y acontecimientos ambientales, la mayoría de las empresas tratan de

tener controlados todos sus residuos, ya sea en algún tipo de confinamiento o

aplicando tratamiento después de su obtención. Pese a esto, las industrias no están

libres de residuos, lo único que algunas han estado haciendo es trasladar la

contaminación de un medio a otro.

Indudablemente estas empresas son económicamente responsables de todas

las cuestiones referentes a los residuos que producen, pero es importante saber y

analizar que producir limpio es más rentable que limpiar. Treviño, (1999) afirma que

debe ser posible asignar el máximo valor a los productos con el mínimo costo

medioambiental. Si la industria ya cuenta con un modelo de producción definido, es

posible realizar cambios en él, por medio de un análisis de sus residuos, para buscar

la forma de no producirlos. No se trata de paralizar la actividad industrial sino de

crear un modelo de desarrollo productivo compatible con el medio ambiente y que

genere los máximos beneficios económicos para la empresa.

Si se analiza la producción de residuos desde el punto de vista económico,

estos contaminantes tienen un costo de producción y como consecuencia un costo

de disposición. Para lograr una minimización o eliminación de ellos es necesario

antes que cualquier otro procedimiento un estudio de identificación, cuantificación y

jerarquización de residuos, ya que será la base sobre la cual se tomen las decisiones

que aumentarán los rendimientos económicos de la empresa y por supuesto la

calidad de medio ambiente.

OBJETIVO GENERAL

Identificar, cuantificar y jerarquizar los residuos provenientes de una planta

productora de manteca vegetal para la reducción de estos en función de sus costos y

riesgos ambientales.

Objetivos específicos.

- Conocer los tipos y cantidades de residuos generados en la planta productora de

manteca vegetal.

- Identificar la normatividad de los residuos generados.

- Analizar los residuos basándose en sus costos y riesgos ambientales.

HIPOTESIS

Hipótesis 1: En una industria, del total de costos por generación de residuos

el mayor porcentaje lo representan sus costos de producción, mientras que el menor

porcentaje lo representan sus costos de manejo.

Hipótesis 2: El residuo de mayor jerarquía es el que representa los más altos

costos de producción y mayores riesgos ambientales.

I. ASPECTOS GENERALES SOBRE RESIDUOS

INDUSTRIALES

1.1 Definición de residuos industriales.

Son aquellos productos de desecho generados en actividades de producción y

consumo que no alcanzan, en el contexto en que son producidos ningún valor

|económico, lo que puede ser debido tanto a la falta de tecnología adecuada para su

aprovechamiento como a la inexistencia de un mercado para los productos

recuperados y/o en ellos contenidos. ( Organización de cooperación y desarrollo

económico)

Fuente: Fundación Mapfre, 1998

1.2 Clasificación de residuos industriales.

1.2.1 Residuos inertes.

Escorias, escombros, fangos digeridos o desecados, arcillas, arenas, etc., y,

en general todos aquellos que no necesitan de un tratamiento previo a su disposición

en un vertedero controlado, sin más medidas de seguridad que las propias de una

correcta explotación. Por regla general, este tipo de residuos no implica riesgos para

el medio ambiente, excepto los derivados de las cantidades en las que se generen.

Pueden ser utilizados como material de relleno en movimiento de tierras.

1.2.2 Residuos asimilables a urbanos.

Generados fuera del ámbito urbano en actividades auxiliares en la industria

como oficinas, limpieza, sanitario, comedores, embalajes, etcétera. Sus

características, semejantes a las de los Urbanos, les permiten ser tratados

conjuntamente

1.2.3 Residuos peligrosos.

Son todos los materiales sólidos, líquidos, pastosos, y gaseosos contenidos en

recipientes que, siendo el resultado de un proceso de producción, transformación,

utilización o consumo y que, por sus características físicas, químicas, concentración

o cantidad (según la NOM-052-ECOL-1993 ) podrían:

a) Causar o contribuir de modo significativo al aumento de la mortalidad, al aumento

de enfermedades de carácter irreversible o a incapacitaciones reversibles.

b) Suponer un riesgo presente o potencial de importancia para la salud humana o

para el entorno al ser tratados, almacenados, transportados o eliminados de modo

inadecuado.

Fuente: Fundación Mapfre. 1998

Si los residuos no presentan ninguna de las propiedades anteriores, se puede

verificar si tienen alguna de las características que hacen a un residuo peligroso.

Estas características son las características CRETIB, que se describen a

continuación:

C: Corrosivo

R: Reactivo

E: Explosivo

T: Tóxico

I: Inflamable

B: Biológico infeccioso.

Fuente: LaGrega y Evans. 1996

1.3 Gestión de residuos

Uno de los mayores problemas que tiene la sociedad actual es precisamente

la gestión de residuos.

Hace relativamente poco tiempo, a finales de los años setentas el destino que

se le daba a los residuos era un tratamiento o simplemente se vertían en los distintos

medios sin más, con graves riesgos para la salud humana y para el medio ambiente.

A veces el tratamiento de un residuo ocasiona únicamente que se transporte la

contaminación de un lado a otro. Por ejemplo: el tratamiento de aguas trae consigo

la producción de lodos que se han de eliminar de alguna forma. La incineración de

residuos sólidos produce gases, partículas y vapores que contaminarán el aire si no

se realiza un tratamiento adecuado.

Actualmente, el enfoque a la gestión de residuos ha variado radicalmente en el

ámbito mundial, es decir, se examinan diversos programas de actuación sobre el

medio ambiente que van más encaminados a lo que se ha llamado Minimización de

residuos, con el fin de evitar que estos lleguen a producirse para no tener que

tratarlos o eliminarlos.

El último programa medioambiental elaborado por la Comunidad Económica

Europea, sigue profundizando en la minimización de residuos, estableciendo una

jerarquía de opciones al momento de gestionarlos:

1. No-generación de residuos.

2. Fomento de reutilización y reciclaje.

3. Optimización del tratamiento o eliminación.

La primera opción indica una actuación directa sobre las etapas del proceso

en donde se generan los residuos. La segunda implica una valoración de los

residuos de forma que puedan ser utilizados o recuperar los materiales útiles que

contienen, y por último, la tercera opción sugiere encontrar la mejor alternativa de

tratamiento de cada residuo que asegure la calidad del medio ambiente así como el

menor costo para la empresa.

Otra estrategia para el manejo de residuos es la que establece, desde 1990, el

Congreso de los Estados Unidos de Norteamérica dentro del acta de la

contaminación:

1) La contaminación deberá ser prevenida o reducida en su fuente cuando esto sea

factible.

2) La contaminación que no pueda ser prevenida deberá ser reciclada bajo un

procedimiento y medio seguro cuando esto sea factible.

3) La contaminación que no pueda ser prevenida o reducida deberá ser tratada bajo

un procedimiento y medio seguro cuando esto sea factible.

4) La contaminación que no pueda ser prevenida, reciclada o tratada deberá ser

dispuesta en el medio ambiente bajo un procedimiento y medio adecuado siendo

este el último recurso disponible.

Esta estrategia marca dos puntos muy importantes en el manejo de residuos:

a) Prevención de la contaminación.

b) Control de la contaminación.

La prevención de la contaminación implica la reducción de los residuos en las

fuentes que los generan, ésta presenta tres alternativas de ejecución:

1) Diseño (procesos ecoeficientes)

2) Rediseño (Reingeniería)

3) Optimización (mejora continua)

El control de la contaminación incluye cuatro distintas formas de llevarlo a cabo:

• Reutilización. Es el uso del material por más de una ocasión sin requerir proceso

de transformación.

• Reciclamiento. Implica transformación del residuo en materia prima útil para la

elaboración del producto original u otro.

• Tratamiento. El objetivo del tratamiento es el de reducir la toxicidad de un

residuo o reducir su volumen o cambiar su fase.

• Disposición. El objetivo de una disposición responsable es el de reducir la

exposición a la sociedad y medio ambiente ante los residuos. La disposición

responsable trae como consecuencia una reducción en el riesgo de un efecto

adverso ante la sociedad o al medio ambiente por dichos residuos.

La prevención de la contaminación trae beneficios para el medio ambiente y

para la economía de la empresa. Mientras que el control de la contaminación trae

consigo mejoras al medio ambiente, pero significa un desembolso económico para la

empresa. El hecho de que las alternativas de prevención generen casi siempre

mayores beneficios económicos y ambientales, no implica que siempre se deba usar

la prevención, sino que es necesario analizar las distintas alternativas y ajustar la que

mejor convenga al sistema de producción que se esta llevando acabo en la industria

y que por supuesto cumpla con las políticas legislativas establecidas.

Fuente: Treviño, 1999

En 1998, Fernando Arteche afirmó, que posible establecer un plan de

minimización que debe contener por lo menos las siguientes acciones:

• Identificación cuantificación y jerarquización de residuos.

• Definición de las alternativas de minimización.

• Viabilidad técnica y económica de cada uno de ellos.

• Selección de la mejor alternativa para cada uno de ellos.

• Evaluación técnico-económica de los residuos.

1.4 Costos

Los costos se dividen en costos hacia fuera de la planta y costos hacia dentro,

o también se les conoce como costos de manejo de residuo y costos de

producción de residuos.

Los costos de manejo implican todo aquel proceso que se le da a los residuos

posterior a su generación con el fin de: Estar dentro de norma, reducir volúmenes,

reducir la exposición, etcétera.

Algunos ejemplos de estos son:

• Tratamiento de aguas.

• Incineración.

• Confinamiento.

Los costos de producción implican todos los gastos incurridos en la

elaboración de los residuos. Ejemplo:

• Materia prima

• Mano de obra

• Energía eléctrica

La obtención de estos costos se hace en base a la producción que se tenga

de los mismos ( Kg. de residuo producido / día ) .

Fuente : Treviño, 1999.

1.5 Normatividad

El creciente desarrollo industrial y económico que ha tenido nuestro mundo ha

contribuido para que nuestra forma de vivir sea más fácil y cómoda, el uso de nuevas

tecnologías que se aplican en muchos aspectos facilita el desarrollo de la misma,

este crecimiento tecnológico, industrial y económico debe ir acompañado de un

desarrollo en la conciencia ecológica de cada individuo, la falta de esta ocasiona que

hoy enfrentemos grandes problemas relacionados con la contaminación del planeta.

El depósito de los residuos en la tierra, agua y aire parece estar ganando

ante cualquier desarrollo tecnológico logrado hasta el momento.

Todos nosotros tenemos un objetivo común, tratar de lograr un desarrollo

sostenible que mejore nuestra calidad de vida, pero que no comprometa o arruine la

calidad de vida de las futuras generaciones. El desarrollo industrial tiene un efecto

directo en el tipo y grado de desarrollo armónico con el medio ambiente que se

presente. El desarrollo industrial tiene efectos en todo su entorno, en primer lugar en

el sector económico, ya que este es su principal objetivo, en el sector social porque

las industrias son generadoras de los empleos que necesita la sociedad para crecer,

pero también afecta el medio ambiente al utilizar los recursos naturales y generar

residuos.

Todas las industrias generan cierto grado de residuos, en consecuencia

producen un efecto adverso a la sociedad y por lo tanto deben ser reguladas. Los

residuos generados presentan cierto grado de toxicidad y exposición, siendo estas

características las que definen el riesgo de un efecto adverso ante la sociedad y el

medio ambiente. El riesgo calculado es evaluado por las autoridades en el ramo

ambiental las cuales determinaran si este se considera alto o adecuado. Cuando el

riesgo se considera alto, las autoridades en el ramo ambiental requieren administrar

este riesgo por medio de la generación de una legislación que genera normas que

regulan el sector industrial.

Las normas generadas se dividen en tres categorías:

• Muy estrictas

• Muy suaves

• Adecuadas

Cada una de ellas afectará el desarrollo sostenible en distintas formas.

Cuando las normas son demasiado estrictas las inversiones necesarias por parte de

la industria hacen que esta sea inoperable, provocando que la industria cierre o se

traslade a una localidad con una normatividad menos estricta, en estos dos casos el

desarrollo industrial se ve reducido, y a la vez el desarrollo económico. Cuando la

norma es demasiado suave el desarrollo industrial se ve favorecido y por lo tanto el

crecimiento económico, esto repercute en la población, sin embargo la dimensión

ecológica se ve afectada y esta, finalmente repercute con efectos adversos ante la

sociedad. Cuando la norma es adecuada el sector industrial acepta la necesidad de

invertir y solucionas sus problemas ambientales favoreciendo todas las partes que

interviene en el desarrollo sostenible.

Fuente : Treviño, 1999.

II. TÉCNICAS DE ANÁLISIS

2.1 Balance de materiales.

Para tomar en cuenta el flujo de entrada y salida de materia en un sistema, la

Ley Generalizada de la conservación de masa se expresa como un balance de

materia. Un balance de materia no es otra cosa que un conteo del flujo y cambio de

masa en el inventario de materias de un sistema.

La siguiente ecuación describe con palabras el principio de balance de materia

aplicables a problemas con reacción química o sin ella:

Acumulación

de masa en = entrada de masa + generación de masa – consumo de masa

el sistema

Cuando no hay generación o consumo de materia dentro del sistema la

ecuación se reduce a:

Acumulación = entrada de masa - salida de masa

Y después se reduce a la siguiente ecuación cuando tampoco hay

acumulación dentro del sistema:

Entrada de masa = Salida de masa

2.2 Metodología para la jerarquización de residuos.

La metodología para la jerarquización de residuos para una empresa o

proceso proporciona una radiografía de los flujos de materiales identificando aquellas

zonas en donde puede haber generación de residuos.

ETAPA 1: Preevaluación

a) Dividir el proceso en operaciones unitarias.

b) Elaborar un diagrama de flujo del proceso enlazando las operaciones unitarias.

c) Corroborar que el uso de materiales o la generación de residuos no cambie con

respecto al tiempo para proceso continuos o con respecto a un lote para procesos

intermitentes.

ETAPA 2: Balance de materiales.

a) Entradas al proceso: Determinar y caracterizar las entradas de todos los

materiales involucrados.

b) Salidas del proceso. Cuantifique productos, subproductos, etcétera.

c) Derive un balance de materiales. Ejemplo: Balance de sólidos, balance de agua,

balance global, etcétera.

d) Evalúe y afine los balances de materiales: Entradas = Salidas.

ETAPA 3: Síntesis.

Esta etapa comprende los siguientes puntos:

a) Definición de criterios, ponderación y escala. Ejemplo.

aunque la recomendación de la bibliografía es la siguiente:

Criterios

Ponderación

Escala

Económico Normativo

60%

40%

10 Significativamente más importante

5 Más importante

1 Igualmente

importante

1/5 Menos importante

1/10 significativamente menos importante

La escala resulta subjetiva por lo que en el presente trabajo se utiliza una

escala definida por la relación que existe entre los residuos. Ejemplo:

Si tuviéramos un residuo R1 con un costo total de $100.00 y tuviéramos un

residuo R2 con un costo total de $200.00, la escala empleada para medir la

significancia del residuo R1 con respecto al residuo R2 se manejará mediante el

cociente de R2/R1, de tal manera que para este ejemplo será de 200/100 = 2, lo

anterior quiere decir, que el residuo R2 es el doble de importante, desde el punto de

vista económico, con respecto al residuo R1.

Este será pues, el criterio que se aplicará para todos los residuos que se

analizan en el presente trabajo.

b) Matriz de jerarquización para el criterio económico. En esta matriz se realizan los

cálculos que permitirán jerarquizar u ordenar los residuos basándose en el criterio

económico, ya que de ella se obtienen los porcentajes que tiene cada residuo

comparado con los demás.

c) Evaluación normativa de los residuos. Se analiza la concentración de cada

residuo y si se encuentra dentro de la norma correspondiente establecida, en

caso de que los residuos se viertan directamente al medio ambiente

d) Matriz de jerarquización para el criterio normativo. De ella se obtienen los

porcentajes que tiene cada residuo en comparación con la norma establecida en

caso de que estos sean desechados al medio ambiente directamente.

e) Valuación de los residuos. Se analizan los resultados de las matrices económica

y normativa y se jerarquizan los residuos, es decir se acomodan en orden de

importancia de acuerdo a estos dos criterios.

f) Jerarquización de residuos. Se presenta la tabla final de jerarquización, con la

descripción de cada uno de los residuos involucrados.

III. PROCESO DE MODIFICACIÓN DE GRASA VEGETAL PARA USO

COMERCIAL

3.1 Descripción general del proceso.

El proceso que a continuación se describe es el que se realiza en la planta

productora de manteca vegetal, donde se llevo a cabo la investigación.

3.1.1 Refinación cáustica.

Este tratamiento se efectúa básicamente para eliminar ácidos grasos libres

que contengan los aceites, también reduce los fosfolípidos que pudieran haber

quedado después del desgomado. Si se deja mucho tiempo después de moler las

semillas, se incrementa considerablemente la cantidad de ácidos grasos libres.

El método clásico se basa en la reacción de saponificación que se lleva a cabo

por la adición de hidróxido de sodio al 12-15 % en la cantidad precisa para que solo

reaccione con los ácidos grasos libres, cuya concentración se determina

previamente. Este procedimiento se puede efectuar en forma continua o discontinua.

El aceite se mezcla con la sosa y se calienta, a través de una cambiador de calor,

hasta 60-70 ºC para acelerar la reacción; se produce una pasta jabonosa que se

separa por centrifugación y se emplea en la fabricación de jabones, en la obtención

de ácidos grasos y en ocasiones en la elaboración de alimento para ganado,

después de un tratamiento con ácido sulfúrico.

En estas condiciones, el aceite todavía contiene cierta concentración de

jabones, éstos se separan con un lavado subsiguiente que consiste en mezclar el

aceite con agua caliente y someterlo a una nueva centrifugación.

Cuando la cantidad de ácidos grasos libres es muy grande, se forman muchas

pastas jabonosas que resultan difíciles de separar, por esto, en ocasiones en lugar

de neutralizarse se emplean sistemas de destilación por arrastre con vapor al vacío y

a temperaturas hasta de 250 ºC. De esta manera se eliminan los ácidos grasos

libres, así como otras sustancias de peso molecular bajo que imparten olores

indeseables.

En general, los aceites bien neutralizados contienen menos del 0.1% de

ácidos grasos libres (medidos en términos del ácido oleico), es muy importante

mantener esta concentración en niveles bajos, sobre todo si el aceite se destina a la

hidrogenación, proceso en el cual es suficiente una pequeña cantidad de ácidos

grasos libres para envenenar el catalizador.

3.1.2 Blanqueo

Esta operación es conocida también como decoloración. Se le da a los aceites

después de haberlos neutralizado para eliminar las sustancias que le imparten un

determinado color, aunque en los pasos anteriores también se extraen muchas de

ellas. El método se basa en el proceso de adsorción que utiliza agentes

adsorbentes, principalmente arcillas neutras, arcillas ácidas activadas.

El poder decolorante de estos materiales depende de muchos factores, pero

sobre todo de la forma microcristalina que presentan y e las impurezas que

contengan estas arcillas.

El proceso consiste en calentar la mezcla del agente adsorbente y el aceite a

80-90 ºC durante un corto tiempo (15 a 20 minutos) para eliminar la humedad y

activar en material; posteriormente se hace circular por un filtro prensa, para obtener

por un lado el aceite y por el otro el adsorbente que puede regenerarse para volverse

a usar. En forma ideal, esta etapa se lleva a cabo en condiciones de vacío para

evitar la acción dañina del oxígeno.

Los principales pigmentos que se deben separar son las xantofilas, los

carotenoides y las clorofilas; estas últimas requieren arcillas ácidas o carbón

activado. La eficiencia de este paso se reduce cuando hay presencia de lípidos

oxidados; los aceites ya decolorados pueden desarrollar algunos colores indeseables

en el almacenamiento debido a reacciones de oxidación y de polimerización de los

ácidos grasos insaturados.

3.1.3 Hidrogenación y post-blanqueo

Mediante este proceso, se trasforman los aceites líquidos en semisólidos, más

fácilmente manejables y con una vida de anaquel más larga. Durante la

hidrogenación los ácidos grasos insaturados están sujetos a la saturación de una

proporción determinada de dobles ligaduras.

Este proceso se puede efectuar en procesos continuos, pero generalmente se

emplean los de lote (batch). El reactor se carga con el aceite y se le añade de 0.3 a

0.10 por ciento de catalizador, se calienta a una temperatura que va desde 144 hasta

225ºC y se inyecta hidrógeno gaseoso a una presión de 1 a 5 atmósferas de presión

(15 a 60 lb/in² ); se agita continuamente para homogeneizar el catalizador en el

líquido y ayudar a disolver la mayor cantidad de gas. En resumen la reacción sucede

en un sistema trifásico: el catalizador sólido, el aceite líquido y el hidrógeno gaseoso

con una solubilidad limitada.

Una vez iniciada la reacción se genera una gran cantidad de calor, por lo que

el reactor necesita un buen sistema de enfriamiento para controlar adecuadamente la

temperatura. El calor generado es suficiente para incrementar aproximadamente 1.6

ºC por cada unidad que se reduce el índice de yodo. El avance de la hidrogenación

se controla fácilmente y se puede interrumpir en cualquier momento; para medirlo se

extrae una muestra de manera periódica y se determina el punto de fusión para

mantenerlos líquidos, después se procede a un post-blanqueo en donde se recupera

el catalizador y se obtiene el aceite hidrogenado.

Es muy importante la intensidad de la hidrogenación ya que si esta es

excesiva se provoca la formación de grasas duras y quebradizas compuestas

exclusivamente por triacilglicéridos saturados.

Fuente :Fabrica de manteca Gamesa,1998

Tabla 1. Estándares para la hidrogenación

Producto I.I. P.F. Presión de H Catalizador Kg

MG

Base A

Base B

Base K

Base Q

Roc-soya

Estearina-alg

ASPH

AGSH

Roc-plus

71 +- 1

79 +-1

65 +-1

68 +- 2

77 +- 1

79 +- 1

2.5 +- 2.5

102.5 +- 2.5

87.5 +-2.5

87.5+-2.5

37 +- 1

33 +- 1

40 +- 1.5

39 +- 1

34 +- 1

32 +- 1

61.5 +- 1.5

26 +- 1

31 +- 2

35 +- 1

30

30

12

15

15

15

40

12

12

10

4

4

4

4

4

4

12

4

4

4

Fuente : Gamesa, 1998

I.I. = Índice de iodo

P.F.= Punto de fusión

* Presión de hidrógeno en lb/in²

3.1.4 Deodorización

Este proceso consiste en inyectar vapor de agua al aceite o grasa que se

encuentra a una presión absoluta baja y a una temperatura lo suficientemente alta

para vaporizar los ácidos grasos libres, hidrocarburos saturados, aldehídos y

cetonas, compuestos que si no son eliminados proporcionan al aceite olores y

sabores desagradables.

La deodorización es el último proceso unitario y última oportunidad de eliminar

los contaminantes no deseados en el aceite o grasa. Es muy importante que el aceite

y/o grasa que entran al proceso de deodorización se le haya eliminado la mayoría de

los compuestos volátiles durante el tratamiento con sosa cáustica y el blanqueo. El

objetivo de la deodorización es obtener un aceite y/o grasa de la máxima calidad, con

un contenido de ácidos grasos libres no mayor al 0.03% y por supuesto sin sabor ni

olor desagradable.

Para lograr un aceite y/o grasa de la mejor calidad se recomienda que el

equipo de deodorización sea de acero inoxidable. El aspecto crítico final es agregar

por lo menos 50 ppm de ácido cítrico en la sección de enfriamiento del deodorizador

como agente secuestrante de cualquier traza residual de metales (sobre todo de

hierro y cobre) los cuales son catalizadores muy activos en la reacción de oxidación

de aceites y grasas.

3.2 Diagrama de flujo del proceso.

Aceite crudo de soya

Refinación Cáustica Aceite Refinado

Aceite Blanqueado

Blanqueo

Hidrogenación

Grasa hidrogenada

Post-blanqueo Figura I. Diagrama de flujo general del proceso

Deodorización

Thermos con grasa Envasados

3.3 Características de los materiales de proceso.

3.3.1 Aceite vegetal.

Tabla 2. Composición promedio de los aceites crudo y refinado de soya Aceite crudo Aceite refinado

Triacilglicéridos (ppm) Fosfátidos (ppm) Materia insaponificable Esteroles (%) Tocoferoles (%) Escualeno (%) Ácidos grasos libres Metales Hierro (ppm) Cobre (ppm)

95-97

15-2.5

1.6 0.33

0.15-0.21 0.014

0.3-0.7

1.3 0.03-0.05

>99

0.003-0.015

0.3 0.13

0.11-0.18 <0.05

0

0.1-0.3 0.02-0.06

Fuente: Badui, S. 1981

3.3.2 Hidróxido de sodio

Se utiliza en la fabricación de jabones y agentes de limpieza doméstica. Se

combinan con las proteínas orgánicas formando proteinatos, y con las grasas,

formando jabones. Causan lesiones cáusticas profundas en la piel y mucosas.

Celabrese, (1972) afirma que los síntomas que se producen al ser ingerida

son dolores intensos y sensación de quemadura en las mucosas de la boca, faringe y

estómago, que se hacen blanquecinas y untuosas al tacto, luego oscurecen,

endematizan y ulceran. Hay imposibilidad para la deglución. En los ojos es posible la

destrucción de la cornea o ceguera.

3.3.3 Tierras filtrantes.

Las tierras filtrantes están compuestas de tierra piedra de origen volcánico,

específicamente perlita mineral, resiste temperaturas hasta de 900 °C. La humedad

libre presente en la piedra mineral es de 12 por ciento.

Las tierras filtrantes que se utilizan en el proceso no poseen propiedades

toxicológicas que puedan dañar a las personas, sin embargo es necesario tomas

ciertas precauciones al momento de utilizarlas, ya que son polvos muy finos que

pueden introducirse a las vías respiratorias y causar alergias por lo que se

recomienda la utilización de cubrebocas.

Características

a) Baja compresibilidad.

b) Alta porosidad.

c) Baja densidad.

d) Inerte.

e) Correcta distribución de tamaño de partícula.

f) Facilidad de descarga y limpieza.

Tabla 3. Composición de las tierras utilizadas.

Producto Filtrol % peso

Filtralite % en peso

Hy Flow % en peso

SiO2

Al3O3

K2O

Na2O

Fe2O3

CaO

MgO

TiO

53.48

9.45

0.52

0.61

2.33

2.97

1.15

1.13

75-90

7-15

0-6

0-2

0-1.3

0-1.5

0-0.5

ND

89.05

4.1

ND

3.5

1.5

0.6

0.3

ND ND : No detectado Fuente: Fabrica de mantecas Gamesa, 1998

3.3.4 Hidrógeno El hidrógeno es producido en la planta Howe Baker ubicada en el área de

servicios del grupo Gamesa en Cd. Obregón, y es transportado por medio de una red

de tuberías hasta un tanque de almacenamiento de donde es tomado para llevar a

cabo la hidrogenación.

El hidrógeno molecular que se utiliza para el proceso de hidrogenación no es

tóxico para la salud humana, como tampoco lo es para el medio ambiente. Solo se

presenta esta característica cuando se contamina con azufre o fósforo, las

cantidades máximas permitidas son:

Hidrógeno sulfurado: 20 mg/lt.

Hidrógeno fosforado: 0.5 mg/lt.

Propiedades Fisicoquímicas Formula : H2

Peso : 2.016 gr/mol

Color : Incoloro

Estado físico: Gas

Forma cristalina: Cúbica

Punto de fusión: 259.1 °C.

Punto de ebullición: -252.7 °C.

Fuente: Perry, John H. 1998.

3.3.5 Vapor de agua

El vapor que se utiliza en la fábrica de grasa es producido en el centro de

servicios de grupo Gamesa Obregón y es transportado mediante tuberías aisladas

hasta el área en que se requiera.

Las características del vapor utilizado son:

Temperatura : 130 °C

Volumen específico: 0.157m3/Kg

Entalpía del vapor. 670.2 Kcal/Kg

Entropía del vapor: 1.5590 Kcal/Kg

Energía interna del vapor 12.65 Kcal/Kg

Fuente : Perry, John H. 1988.

3.3.6 Catalizadores (base níquel)

Todos los catalizadores que se utilizan son catalizadores hechos de níquel. Se

presentan en forma de hojuelas de color azul, y son utilizados para dar una área de

contacto mayor durante la reacción de hidrogenación.

Algunas características inherentes a este compuesto por contener níquel son:

1. Se disuelve en los ácidos fuertes y ácidos débiles.

2. Las disoluciones de níquel en un exceso de amoniaco forman las llamadas sales

de níquel, de bello color azul.

3. El níquel forma sales complejas con los cianuros.

4. La selectividad de los catalizadores se favorece cuando:

• La concentración de hidrógeno de mantiene baja en la superficie del

catalizador.

• Se utilizan temperaturas de 160 a 200 °C.

• Se emplea una mayor cantidad de catalizador.

• Se agita lentamente.

• La presión es baja, del orden de 0,5 a 1 atmósferas.

• Se emplean catalizadores muy específicos.

Fuente: Desrosier, N. 1983.

3.3.7 Agua para enfriamiento.

El agua utilizada es proporcionada por el área de servicios.

Después de llevar a cabo su función en la planta de grasas vuelve al área de

servicios para ser enfriada en una torre de enfriamiento y volverla a emplear

posteriormente.

3.3.8 Ácido fosfórico.

Contiene 3 grupos de hidroxilo. Tiene un carácter muy ácido. Es conocido

como ácido ortofosfórico, se fabrica por calentamiento de la roca fosfórica con ácido

sulfúrico; se obtiene un producto más puro mediante la reacción del pentóxido de

fósforo con agua seguida de ebullición.

El ácido ortofosfórico es un sólido cristalino delicuescente, aunque

habitualmente se encuentra como una solución acuosa concentrada muy viscosa;

esta alta viscosidad se debe a la presencia de enlaces de hidrógeno los cuales unen

a las moléculas individuales en grandes agregados.

El ácido es tribásico y relativamente débil. La mayoría de los fosfatos son

insolubles en agua, pero por lo común se disuelven en presencia de una ácido fuerte

tal como el ácido clorhídrico. Este ácido es una molécula aproximadamente

tetraédrica.

3.3.9 Ácido cítrico.

Es el principal ácido contenido en las frutas ácidas, especialmente las

llamadas cítricas. Se obtiene precisamente de estas frutas y por fermentación de la

glucosa o las melasas utilizando hongos o mohos apropiados. Cristaliza en una

molécula de agua en la que es fácilmente soluble. A 130 °C pierde el agua de

cristalización y funde a 153 °C. Sus sales alcalinas son solubles; sus demás sales

son muy pocos solubles. Se utiliza ácido cítrico en la fabricación de limonadas y

sales efervescentes.

Su formula química contiene: 6 carbonos, 8 hidrógenos y 7 oxígenos.

Fuente: Badui, S. 1981.

3.3.10 Antioxidantes.

Los antioxidantes utilizados son:

Anta Plus A-20.

Ingredientes :

1. TBHQ (terbutil hidroquinona) 12 %

2. Citrato de monoglicérido 13 %

3. Emulsificante 12 %

4. Vehículo 63 %

Dosis : 600-1600 Gr./Ton de producto terminado

Usos : En la proporción adecuada se aplica en aceites esenciales, frituras (botanas),

dulces, cereales, margarinas, manteca de cerdo y sebo.

Anta Plus A-75

Ingredientes :

1. TBHQ (Terbutil hidroquinona) 8.5 %

2. DBCA (butihidróxitolueno) 1 %

3. Acido cítrico 3 %

4. Emulsificante 16.9 %

5. Vehículo 70.6 %

Dosis : 100-2100 gr./ton de producto terminado.

Usos : Se utiliza en la fabricación de botanas, dulces, margarinas, manteca de cerdo

y sebo.

TBHQ

Ingredientes :

1. Terbutil hidroquinona 100 %

Dosis : 150 – 200 gr./ton de producto terminado.

Usos : fabricación de botanas, aceites, margarinas y mantecas.

Fuente: Fabrica de manteca Gamesa, 1998.

29

IV. CUANTIFICACIÓN DE LOS MATERIALES DE PROCESO

Para cuantificar algunos flujos que se tienen en el proceso fue necesario

calcularlos mediante exámenes de laboratorio y otros fueron determinados de

manera experimental. Estos flujos son los siguientes:

• El flujo de agua que contiene ácido cítrico (0.0037 % en peso) a la

salida de la lavadora de aceite. Esta determinación se hizo midiendo el

tiempo que tarda en llenarse una cubeta de 20 litros, se realizaron

varias muestras y se encontró el flujo buscado, que es de 64,697.1 Kg

agua / día

• El porcentaje de humedad en el aceite a la salida de la máquina

lavadora, fue de 0.47 %, esto equivale a 690.9 Kg./día de agua. La

determinación se realizó mediante un examen de laboratorio.

• El porcentaje de humedad que contiene el aceite antes de entrar a la

máquina lavadora, es de 0.31 %, esto equivale a 455.7 Kg./día de agua.

Este dato se obtuvo a través de un examen de laboratorio.

• La descarga de los filtros de blanqueo, que corresponden a 1500

Kg./día de tierras filtrantes e impurezas contenidas en el aceite. Esta

30

determinación se llevó a cabo, contando los tambos de 200 litros que se

llenan diariamente.

• La descarga de los filtros prensas F-2 y F-3 de la etapa de

hidrogenación corresponden a 220 Kg./día y 200 Kg./día

respectivamente.

• La descarga contenida en el tanque de escurrimiento es de 120 Kg./día

de ácidos grasos destilados, trazas de metales (fierro y cobre) y

sustancias malolientes.

• La acumulación del tanque de ácidos grasos destilados, equivale a 500

Kg./día.

4.1 Balance de materiales

Se analizará en primer lugar la operación de refinación cáustica la cual se

describe en el capítulo III.

Se calcula el flujo de entrada al proceso:

149,250 Kg Aceite + 750 Kg Goma + 546 Kg NaOH +150 Kg H3PO4 = 150,696 Kg El flujo de entrada es de 50,696 Kg/día

Se procede a realizar un balance general.

Considerando que existe una pérdida máxima del 2% de aceite al final del

proceso de refinación, la cantidad de aceite que se obtiene al final es de 147,000

Kg aceite/día. Todas las cantidades de los balances tendrán como unidad la

31

siguiente: Kg/día. El balance completo de esta operación se presenta en la figura

número 2.

Entradas al sistema = Salidas del sistema

150,696 entrada (aceite, goma, NaOH) + H2Oentrada + 2.4 ácido cítrico = X + Y

+ 147,000 Aceite + H2O salida

Donde Y es la corriente de salida de la lavadora y X la salida proveniente de la

centrífuga.

Balance en la centrifuga: En la centrífuga entran los siguientes materiales:

aceite, goma, NaOH y H3PO4. Se tienen dos corrientes de salida una que

contiene aceite y la otra llamada corriente X que contiene goma, aceite, NaOH y

H3PO4.

Entradas = Salidas

150,696 = X + 147,000

X = 150,696 - 147,000

X = 3696 Kg/ día.

Balance para H2O en la lavadora: En la lavadora entran dos corrientes una de

aceite proveniente de la centrífuga y un segundo flujo que contiene una cantidad

desconocida de agua y 2.4Kg/día de ácido cítrico. Tiene además, una salida que

equivale a 64,694.7 Kg/día de agua y ácido cítrico.

0.31% de humedad que contiene el aceite = 455.7 Kg

0.47 % de humedad que tiene el aceite a la salida de la lavadora = 690.9 Kg

455.7 + H2O entrada = 64,694.7 + 690.9

32

H2Oentrada = 64,694.7 + 690.9 – 455.7

H2Oentrada = 65032.8

33

150 Ácido Fosfórico 2.4 A c. Cítrico 65,032.8 Agua

546 NaOH

REFINACION MEZCLADO CENTRIFUGA LAVADORA

750 Goma 2250 Aceite 546 NaOH 150 Ac. Fosforico.

SECADORES

2.4 Ácido Cítrico 64,694.7 Agua

338.1 Agua

147,000 Aceite Refinado

149,250 Aceite 750 Goma

Materia prima y producto Residuos

Las unidades son: Kg / día

|

Figura 2. Flujo de materiales del proceso de refinación cáustica.

34

Blanqueo

Balance general: Esta operación se describe en el capítulo III. El diagrama de

flujo general de esta operación se presenta en la figura número 3.

90.8 Celite + 75 Filtrol + 150,000 Aceite refinado = 1500 Descarga filtro + W

W = 90.8 Celite + 75 Filtrol + 150,000 Aceite refinado - 1500 descarga filtro

W = 148,665.8 Kg/día

W = Aceite blanqueado

35

75 Filtrol

90.8 Celite

Tanque de mezcla 150,000 Aceite

Tanque

blanqueante

148,665.8 aceite blanqueado Filtro prensa

1500 tierras + impurezas

Materias primas y productos Residuos

Las unidades son: kg / día

Figura 3. Diagrama de flujo del proceso de blanqueo.

36

Hidrogenación y post-blanqueo

Esta operación es descrita en el capítulo III, el diagrama se presenta en la

figura número 4.

Balance en la prensa F-2

Entradas :

21 catalizador + 180 Hidrógeno + 120,000 aceite + 136.2 Celite = 120,337.2

Salidas : 220 Kg residuos + aceite hidrogenado

220 Kg de residuos que equivalen a 66 Kg de aceite, 136.2 Celite y 17.8 de

níquel.

Balance general de la prensa F-2

120,337.2 entrada – 220 salida residuos = salida de aceite hidrogenado.

Aceite hidrogenado = 120,117.2 Kg

Balance en la prensa F-3

Entradas :

120,117.2 Aceite hidrogenado + 151.8 Filtrol = 120,269

Salidas :

200 Kg de residuos + Producto final de hidrogenación (P.F.H.)

Los residuos están compuestos por 151.8 de Filtrol, 3.2 de níquel y 45 de aceite.

Balance general de la prensa F-3:

120,117.2 aceite hidrogenado + 151.8 – 200 residuos = 120,069

P.F.H. = 120,069 Kg

37

Balance general

Entradas :

21 Kg + 180 Kg + 120,000 Kg + 136.2 Kg +151.8 Kg = 120,489 Kg

Salidas :

220 Kg + 200 Kg + 120,069 = 120,489 Kg

Entradas = Salidas 120,498 = 120,489

38

180 Hidrógeno 136.2 Celite

21 Catalizador Reactor de

hidrogenación

V-20

120,000 Aceite blanqueado

Prensa F-2 220 Residuos

Prensa F-3

200 Residuos V-14

Tanque de mezcla

Tanque de almacenamiento

151.8 filtrol

120,069 Grasa hidrogenada Materias primas y productos

Residuos

Las unidades son: Kg / día

Figura 4. Diagrama de flujo del proceso de hidrogenación y post-blanqueo.

39

Deodorización

Esta operación se describe en el capitulo III, el diagrama general se

presenta en la figura 5.

Balance general

Entradas :

120,000 aceite hidrogenado + 1.2 Ac. cítrico + 60 antioxidante

Salidas :

120 del tanque V-6 + 500 del tanque de scrub cooler + F

V-6 es el tanque de escurrimiento (ver figura número 5)

F = 119,441.2 Kg

F = Producto final

40

120,000 aceite hidrogenado

1.2 ácido

cítrico

Deodorización

Tanque de almacenamiento de producto final

119,441.2

Scrub Cooler

Tanque de escurrimiento 120 ( V-6)

Tanque de ácidos grasos destilados

Antioxidante 60

500 Ácidos grasos destilados

Materia prima y productos

Residuos

Las unidades son: Kg/día

Figura 5. Diagrama de flujo del proceso de deodorización.

41

4.2 Determinación de costos en residuos.

Los costos de todas las materias primas fueron proporcionados por los

proveedores de la fabrica de aceites GAMESA. Los costos de mano de obra y

energía eléctrica se obtuvieron directamente del personal administrativo de la

empresa.

Costos de las materias primas utilizadas:

COSTOS COSTOS

Ácido Fosfórico 9.9 $/día Hidróxido de sodio 1.97 $/Kg

Ácido cítrico 17.95 $/Kg Aceite crudo 4.50 $/Kg

Agua 0.0043 $/Kg Hidrógeno 54.14$/Kg

Filtrol 3.18 $/Kg Celite 5.62 $/Kg

Aceite hidrogenado 4.80 $/Kg Lonas chicas 55.35$/Kg

Lonas grandes 123.28 $/Kg Catalizador 9.50 $/Kg

Papel circular Chico 1.31 $/Kg Papel circular grande 4.09 $/Kg

Papel rectangular 1.47 $/Kg Antioxidante TBQH 258.4 $/Kg

Antioxidante Antac-

Plus A-75

58.9 $/Kg Antioxidante Antac-Plus

A-20

76.5 $/Kg

Energía eléctrica 9572.48

$/día

Mano de obra 12,852.07 $/día

Producto final

(aceite)

5.78 $/día

Tabla 4. Costos de los materiales, mano de obra y energía eléctrica.

42

Para la determinación de los costos correspondientes a mano de obra y

energía eléctrica en cada uno de los residuos, se realizó de la siguiente manera:

1) Se determinó el flujo total de masa que interviene en el proceso, este es de

496,551.72 Kg/día, esta cantidad equivale al 100% de los materiales que se

manejan en la planta.

2) Se determinó el porcentaje de masa que corresponde a cada uno de los

residuos obtenidos. Ejemplo : si el residuo R1 tiene una masa de 65,800 Kg./día

su porcentaje de masa en el proceso se calcula como sigue

496,551.72 100%

65,800.00 X %

X = 13.05 %

3) Utilizando este porcentaje de masa obtenido en cada uno de los residuos, se

calcula el costo ponderado de la mano de obra y la energía eléctrica que le

corresponde a cada uno. Ejemplo : para el residuo R1 cuyo porcentaje de masa

en el proceso es de 13.05 % sus costos son: mano de obra $ 12852 * 0.1305 =

1677.1951 $/día y energía eléctrica $ 9,572.48 * 0.1305 = 1,249.20 $/día. Esto

quiere decir, que el residuo R1 gasta 1677.1951 $/día en mano de obra y

1,249.20 $/día en energía eléctrica para su producción.

Residuos de refinación

Residuo 1= corriente que sale de la lavadora

64,800 Kg de los cuales:

2.4 Kg de ácido cítrico

43

64,694.7 Kg agua.

Este residuo representa el 13.05 % del total de la masa que interviene en todo

el proceso.

Costos de producción:

Mano de obra: 0.1305 * 12,852 = 1677.1951 $/día

Energía eléctrica: 0.1305 * 9,572.48 = 1249.20 $/día

Materiales : 2.4 * 17.65 = 42.36 $/día

Agua : 64,694.7 * 0.0043 = 278.18 $/día

Costo de producción totales = 3246.93 $/día

Costos de almacenamiento y disposición:

Este residuo se conduce a la planta tratadora de aguas residuales ubicada

en el área de servicio de Gamesa. Eckenfelder (1970) estima que el costo total;

operación y mantenimiento, para acondicionar las aguas residuales hasta los

valores exigidos por la Norma Ecológica era de $0.70 por metro cúbico en 1970.

Este valor actualizado al año 2000, considerando un índice inflacionario anual

promedio del 15% representa un costo de $46.00 por metro cúbico de agua

residual tratada. Por lo que el costo de tratamiento del residuo es:

46.00$/m³ * 64.8 m³/día = 2980.00 $/día

El costo total del residuo es: 6227.00 $/día

Residuo 2 = corriente que sale de los secadores Long Mix 338.1 Kg de agua.

Este residuo es 0.01694 del total de la masa que interviene en todo el proceso.

Costos de producción:

44

Mano de obra: 0.00068 * 12,852 = 8.74 $/día

Energía eléctrica: 0.00068 * 9,572.48 = 6.50 $/día

Materiales : Agua 338.1* 0.0043 = 1.48 $/día

Costos totales de producción = 16.72 $/día

Costos de disposición:

Este residuo es transportado a la planta tratadora de aguas ubicada en el área de

servicios de Gamesa. El costo por disposición de este residuo es:

46.00$/m³ * 0.3381 Kg/día = 15.55 $/m³

El costo total del residuo es: 74.62 $/día

Residuos de blanqueo

Residuos 3 = corriente que sale del filtro prensa

1500 Kg de los cuales:

75.0 Kg de Filtrol

90.8 Kg de Celite

884.2 Kg de impurezas

450.0 Kg de aceite

Este residuo representa el 0.302 % del total de la masa que interviene en el

proceso diariamente.

45

Costos de producción:

Mano de obra: 0.00321 * 12852.07 = 38.82 $/día

Energía eléctrica: 0.00321 * 9572.48 = 28.91 $/día

Materiales : 6753.23 $/día

Otros residuos: Lonas chicas

2 lonas /día * 55.36 $/lona = 110.7 $/día

Costo total de producción = 6931.66 $/día

Costo de disposición y almacenamiento:

Este residuo de almacena en un relleno sanitario que se encuentra en la ciudad

de Obregón, se cobra 15,000 $ por 15 años, por lo tanto el costo diario de

disposición del residuo es de 2.73 $/día.

El costo total de residuo es: 6,934.397 $/día.

Residuos de Hidrogenación y post-blanqueo

Residuo 4 = corriente que sale del filtro prensa F-2

220 Kg de los cuales: 66 Kg de aceite hidrogenado

136.2 Kg Tierras filtrantes

17.8 Kg Níquel

Este residuo representa el 0.032 % del total de la masa que interviene en el

proceso

Costo de producción:

Mano de obra: 0.00032 * 12,852.07 = 3.88 $/día

Energía eléctrica: 0.00032 * 9572.48 = 2.89 $/día

Lonas chicas: 110.07 $/día

46

Lonas grandes: 247.56 $/día

Materiales: níquel 17.8 Kg * 91 $/K g= 1619.8 $/día

aceite hidrogenado 66 Kg * 4.8 $/Kg = 316.8 $/día

tierras filtrantes 136.2 Kg * 5.6240 $/Kg = 765.98 $/día

costos totales de producción = 3066.98.98 $/día

Costo de disposición y almacenamiento:

Este residuo se almacena en un relleno sanitario ubicado en la Cd. Monterrey,

Nuevo León. El costo es el siguiente: 3 $/Kg de residuo confinado, así el costo

diario de residuos es 660 $/día.

El costo total de residuo es: 3,726.98 $/día

Residuo 5 = corriente que sale del filtro prensa F-3. Representa el 0.03383 % de

la masa que interviene en todo el proceso.

200 Kg de los cuales: 45 Kg de aceite

151.8 Kg de Tierras filtrantes

3.2 Kg de Níquel

Costos de producción:

Mano de obra: 0.0003383 * 12,852.07 = 4.34 $/día

Energía eléctrica: 0.003383 * 9572 = 3.2 $/día.

Lonas chicas: 110.7 $/día

Lonas grandes: 247.56 $/día

47

Materiales : Níquel 3.2 Kg * 91 $/Kg = 291.2 $/día

Aceite 45 Kg * 4.8 $/Kg = 216 $/día

Tierras filtrantes 151.8 Kg * 3.1825 $/Kg = 483.1025 $/día

Costo total de producción = 1348.56 $/día

Costos de disposición y almacenamiento:

El costo de este residuo es 3 $/ Kg por lo tanto el costo total por disposición

de este residuo es 600 $/día.

Costo total del residuo: 1,948.56 $/día

Residuos de deodorización

Residuo 6 = Corriente que viene del tanque de escurrimiento

120 Kg que contienen ácidos grasos destilados, trazas de metales (hierro y

cobre) y sustancias malolientes. Este residuo representa el 0.0241652 % del total

de la masa que interviene en el proceso. De los cuales 118.8 Kg es de ácidos

grasos destilados, trazas de metales y sustancia malolientes y 1.2 Kg son de

ácido cítrico.

Costo de producción:

Mano de obra: 0.0002416 * 12,852.07 = 3.16 $/día

Energía eléctrica: 0.0002416 * 9572.48 = 2.35 $/día

Papel circular chico: 1 pieza./día * 1.31 $/día = 1.31 $/día

Papel circular grande: 0.35 pieza./día * 4.09 $/pieza. = 1.4315 $/día

Papel rectangular: 1 pieza./día * 1.47 $/día = 1.47 $/día

48

Materiales : 118.8 Kg * 5.78 $/Kg = 686.66 $/día

1.2 Kg * 17.65 $/Kg = 21.18 $/día

Costo total de producción = 717.5655 $/día.

Costos de disposición y almacenamiento:

El costo de este residuo es de 2.73 $/día, ya que al igual que el residuo 3 se

cobra 15,000 $/ 15 años.

Costo total del residuo 6: 720.295 $/día

49

R2 74.63 $/día

Refinación Cáustica R1

6227.73 $/día

Blanqueo

R3 6934.39 $/día

R5 1948.56

Hidrogenación y Post-blanqueo

R4 3726.98 $/día

Deodorización

R6 720.29 $/día

Figura 6. Diagrama de flujo general de residuos y su costo total

50

V. VALUACIÓN DE LOS RESIDUOS

5.1 Valuación normativa.

Uno de los criterios para llevar acabo la jerarquización de los residuos es el

criterio normativo, es decir, si todos los residuos que se obtuvieron cumplen o no

con las normas establecidas para un manejo adecuado.

De acuerdo a los residuos obtenidos, es posible dividirlos en dos

categorías, residuos no peligrosos y residuos tóxicos o peligrosos.

La primera categoría comprende dos de los residuos obtenidos:

1) Residuo R1. Este proviene del equipo de lavado y contiene únicamente agua

y ácido cítrico.

2) Residuo R2. Este residuo contiene únicamente agua y proviene de equipo de

secado.

Ambos residuos no son vertidos directamente al drenaje municipal, si no

que son transportados a la planta tratadora de aguas residuales ubicada en el

área de servicios del grupo GAMESA, por lo tanto, estos dos residuos son

tratados antes de desecharlos al drenaje municipal.

La segunda categoría incluye cuatro residuos:

1) Residuo 3. Este residuo proviene del proceso de blanqueo, contiene tierras

filtrantes, impurezas y aceite.

51

2) Residuo 4. Residuo proveniente del proceso de hidrogenación y post-

blanqueo, cuyo contenido en el siguiente: níquel, aceite y tierras filtrantes.

3) Residuo 5. Este proviene, a igual que el residuo 4 del proceso de

hidrogenación y post-blanqueo. Contiene aceite, níquel y tierras filtrantes.

4) Residuo 6. Proviene del proceso de deodorización. Su contenido en el

siguiente: ácidos grasos destilados (aceite) y trazas de metales (cobre y

hierro)

Todos estos residuos por sus características, la normatividad

establecida (NOM-052-ECOL-1993, emitida por la Procuraduría Federal de

Protección al Ambiente) indica que requieren ser dispuestos de forma adecuada.

Los residuos R3 y R6 son almacenados en Ciudad de Obregón, Sonora, ninguno

de los dos contienen níquel. Los residuos R4 y R5 son transportados hasta la

ciudad de Monterrey, Nuevo León en donde son confinados.

De esta forma todos los residuos que requieren disposición en un relleno

sanitario son almacenados correctamente, y cumplen con la normatividad, es por

esta razón que no aplican las recomendaciones bibliográficas, es decir, no es

posible calcular la razón que existe entre la concentración que tiene cada residuo

obtenido y la que es establecida por la normatividad, ya que ningún residuo es

vertido directamente al drenaje municipal.

Así pues, el criterio de mayor influencia para la jerarquización final de

residuos es el criterio económico.

5.2 VALUACION ECONOMICA

52

La tabla 4 que a continuación se presenta describe cada uno de los

residuos obtenidos en el aspecto económico, es decir, se presentan los costos de

producción y manejo, así como el costo total por residuo producido.

Residuo Costo de producción

Costo de manejo

Costo total

R1 = residuo de la lavadora

3246.93

2980.8

6227.7

R2 = residuo de los secadores

59.08

15.55

74.63

R3 = residuos de blanqueo

6931.66

2.73

6934.39

R4 = residuos de la prensa F-2

3066.98

660

3726.98

R5 = residuos de la prensa F-3

1348.56

660

1948.56

R6 = residuos de deodorización

717.5655

2.73

720.295

Tabla 5. Descripción económica de residuos.

Todos los costos tienen la siguiente unidad: $/día.

Matriz para el criterio económico

53

R1 R2 R3 R4 R5 R6 SUMA %

R1

83.43

0.89

1.67

3.19

8.57

97.76

32

R2

0.011

0.0107

5

0.020

0.0383

0.102

0.18

0.060

R3

1.11

92.90

1.86

3.56

9.56

108.99

35.68

R4

0.59

49.93

0.53

1.912

5.13

58.108

19.02

R5

0.31

2.10

0.28

0.52

2.68

29.91

9.79

R6

0.11

9.72

0.10

0.19

0.36

10.49

3.43

SUMA

100

Tabla 6. Matriz de jerarquización para el criterio económico

Esta tabla es la comparación de cada uno de los residuos con todos los

demás tomando como base para este análisis los costos totales. Ejemplo : para

comparar el residuo R1 se hizo lo siguiente:

R1 comparado con R2: 74.63/6227 = 0.011

R1 comparado con R3: 6934.39/6227 = 1.11

R1 comparado con R4: 3726.98/6227 = 0.59

R1 comparado con R5: 1948.56/6227 = 0.3129

R1 comparado con R6: 720.77/6227 = 0.1165

54

Estos valores se ven en la columna R1, el procedimiento es similar para todos

los demás residuos.

|VI. JERARQUIZACIÓN DE RESIDUOS

La tabla 7 que a continuación se presenta, es el resultado del análisis

basándose en el criterio económico y normativo de todos los residuos obtenidos.

55

DESCRIPCION DEL RESIDUO LUGAR DE JERARQUIZACIÓN

Residuo 3 = residuo de blanqueo

Contiene: tierras filtrantes, aceite e

impurezas.

Primer lugar

Residuos 1 = residuo de la

lavadora. Contiene ácido cítrico y

agua.

Segundo lugar

Residuo 4 = residuo del filtro

prensa F-2. Contiene aceite

hidrogenado, tierras filtrantes y

níquel.

Tercer lugar

Residuo 5 = residuo de la prensa

F-3. Contiene aceite, tierras

filtrantes y níquel.

Cuarto lugar

Residuo 6= residuos provenientes

de deodorización. Contiene ácidos

grasos destilados, trazas de

metales y sustancias malolientes.

Quinto lugar

Residuo 2 = proveniente de los

secadores. Contiene agua.

Sexto lugar

Tabla 7. Jerarquización de residuos.

VII. Análisis de resultados

A continuación se presenta el análisis de los resultados obtenidos durante

esta investigación:

56

Se analizaron todos los residuos de los filtros para determinar la cantidad

de aceite contenida en los mismos, observándose una mayor pérdida de éste en

el proceso de blanqueo, es decir, se pierden 450 Kg./día de aceite.

En este estudio se observó que el residuo que presenta los más altos

costos, no necesariamente presenta los mayores riesgos para el medio ambiente,

sin embargo, en el caso del residuo R3 el costo de sus componentes ocasionó

que se situara en el primer lugar de la jerarquización, aunque este residuo

representa únicamente el 0.302 % de la masa que interviene en el proceso. En él

se desecha la mayor parte de las impurezas que contiene el aceite, estas

impurezas tienen un costo igual que el del aceite que se tira en este residuo, por

esto aumenta considerablemente su costo de producción.

El residuo R4 contiene níquel, un producto tóxico para el ser humano,

este residuo cumple satisfactoriamente con los requerimientos necesarios para su

confinamiento, por lo que el criterio económico fue la base para que ocupara el

segundo lugar en la jerarquización. La cantidad de masa que contiene es baja,

pero los costos de los materiales son altos, principalmente el del catalizador,

obteniéndose un costo total de producción de 3066.98 $/día Este residuo tiene un

costo de disposición alto en comparación con otros de los residuos que se

obtuvieron, porque se confina en la ciudad de Monterrey, Nuevo León.

El residuo R1 ocupó el tercer lugar en la jerarquización, el costo de los

materiales implícitos es bajo, únicamente 42.36 $/día para el ácido cítrico y 278.1

$/día para el agua. Sin embargo, la cantidad generada le valió el tercer lugar, ya

que representa el 13.05 % de la masa total que interviene en el proceso, esto hizo

que aumentaran considerablemente los costos por energía eléctrica

57

(1249.20$/día) y por mano de obra (1677.51 $/día). Esto residuos así como el

residuo R2 son tratados en la planta de aguas residuales del grupo GAMESA.

Se cumplió con el objetivo de identificar, cuantificar y jerarquizar todos los

residuos provenientes de la planta:

Identificación

Residuo 1: ácido cítrico y agua

Residuo 2: agua

Residuo 3: tierras filtrantes (filtrol y celite), impurezas y aceite.

Residuo 4: aceite hidrogenado, tierras filtrantes y níquel.

Residuo 5: Aceite hidrogenado, tierras filtrantes y níquel.

Residuo 6: Acidos grasos destilados y trazas de metales (hierro y cobre).

Cuantificación

Cantidad generada Costo total por residuo

Residuo 1: 64,800 Kg./día 6227 $/día

Residuo 2: 338.1 Kg./día 74.63 $/día

Residuo 3: 1500 Kg./día 6939.87 $/día

Residuo 4: 220 Kg./día 3726.98 $/día

Residuo 5: 200 Kg./día 1948.50 $/día

Residuo 6: 120 Kg./día 725.77 $/día

Jerarquización

Primer lugar: residuo 3

Segundo lugar: residuo 4

Tercer lugar: residuo 1

58

Cuarto lugar: residuo 5

Quinto lugar: residuo 6

Sexto lugar: residuo 2

Se identificaron las operaciones del proceso industrial que genera la mayor

cantidad de residuos:

El equipo de lavado de aceite

a) Máquina centrífuga = 3,696 Kg./día

b) Máquina lavadora = 64,697.1 Kg./día

Los equipos de filtración

a) Filtro de blanqueo = 1500 kg./día

b) Filtro F-2 de post-blanqueo = 220 Kg./día

c) Filtro F-3 de post-blanqueo = 200 Kg./día

El equipo de Deodorización

a) Tanque de escurrimiento = 120 Kg./día

VIII. Conclusiones

59

1) Después de analizar los resultados se pudo comprobar la primera

hipótesis planteada en el presente trabajo, en los costos de un residuo la mayor

parte de los mismos esta constituida por los costos de producción y en menor

cantidad por los costos de disposición, en una proporción de alrededor de 91.8%

los primeros y 8.2 % los segundos, debido a los materiales involucrados, es decir,

resulta más caro producir un residuo que confinarlos o disponerlos de manera

adecuada.

2) Respecto a la segunda hipótesis en la que se plantea que el residuo de

mayor jerarquía es el que presenta los más altos costos de producción y mayores

riesgos ambientales, es importante mencionar que en efecto, el residuo R3 es el

que presenta un costo más alto, sin embargo, no es el que presenta los mayores

riesgos ambientales, ya que únicamente contiene tierras filtrantes, aceite e

impurezas. En cambio el residuo R4 que ocupó el segundo lugar en la

jerarquización, si tiene mayores riesgos ambientales que R3, ya que R4 además

de los componentes de R3 que contiene níquel, un elemento tóxico para la salud

humana y para el medio ambiente.

3) Si se trabaja para eliminar los residuos R3 y R4 que ocuparon el primero

y segundo lugar respectivamente, en el orden de jerarquización, se habrán

eliminado el 67% de los problemas que se presentan por la generación de

residuos. Sin embargo, por el contenido que presentan (tierras filtrantes,

impurezas, aceite y níquel) no se pueden eliminar completamente, pero si reducir

al máximo.

60

4) Los costos de mano de obra y energía eléctrica fueron mayores en

aquellos residuos con una mayor cantidad de masa involucrada en el proceso,

debido a que la ponderación de estos costos se realizó basándose en la cantidad

de masa generada de cada uno de los residuos.

5) El desembolso económico total de la empresa por la producción y

disposición de residuos es de 19,642.75 $/día

6) Todos los residuos cumplen con la normatividad especificada para su

tratamiento, y para su confinamiento en el caso de los residuos peligrosos. Por lo

tanto, el criterio económico fue el de mayor influencia para la jerarquización.

7) En los residuos R5, R6 y R2 la cantidad de masa involucrada fue

pequeña, por lo que el costo de los materiales y por disposición de residuos

tuvieron más influencia para su jerarquización, que los costos pos mano de obra y

energía eléctrica.

9) Mediante esta investigación se comprobó la importancia de conocer y

llevar un control de ¿qué es? y ¿cuánto es? lo que se está desechando en la

empresa, esto permite hacer un reajuste en la cantidad de materiales utilizados

y en las operaciones, para tener un proceso más eficiente, de mayor calidad y

económico. Una disminución en la cantidad de residuos, principalmente en los de

más alto costo traerá mayores ganancias a la empresa y desde luego se

contribuye al cuidado del medio ambiente.

61

IX. Recomendaciones

62

Ya que la reducción de los residuos producidos, traerá mayores beneficios

económicos para la empresa, y por supuesto una mejor calidad para el medio

ambiente, es importante buscar la forma de llevarla a cabo. Para tal efecto es

necesario mencionar las siguientes recomendaciones:

1) Para el residuo que ocupa el primer lugar en la jerarquización y que proviene

del filtro-prensa es necesario una limpieza adecuada y constante, requiere un

cambio oportuno de las lonas filtrantes (36 horas mínimo). Esto debe hacerse con

la finalidad de lograr los siguientes objetivos:

• Evitar la perdida de aceite útil, que se desecha como residuo.

• Evitar que se bloqueen las tortas de blanqueo, que provocan paros

durante el proceso y disminuir la calidad del aceite producido.

• Al evitar el atascamiento de las tortas de blanqueo se logra mayor

cantidad de impurezas filtradas.

Además, es importante realizar una valoración de la cantidad de tierras

utilizadas en el proceso de filtrado, éstas pueden reducirse hasta la mínima

cantidad requerida.

En lo referente al uso del catalizador de níquel se puede utilizar un

catalizador con un área de reacción mayor, para reducir la cantidad requerida. En

el aspecto del catalizador es importante durante el proceso de refinación, lograr

separar por completo el aceite del jabón que se forma, de lo contrario el jabón no

eliminado bloquea las tortas de blanqueo y a su vez este aceite no reúne la

calidad para la hidrogenación ya que por su mala calidad causa un

envenenamiento del catalizador por las impurezas aún contenidas en el aceite.

Es necesario valorar la cantidad de agua usada en el proceso de lavado de

aceites, porque ésta representa altos costos en la energía eléctrica y mano de

63

obra que la empresa paga. Esta cantidad debe reducirse a la mínima requerida,

ya que no se tiene un control de la cantidad de agua necesaria para un lavado

eficiente, incluso antes de esta investigación se desconocía la cantidad que

agregaban al lavado del aceite.

X. Bibliografía

|

64

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XXX, Núm. 345. Abril 1998.

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Mexicana, México D.F.

3.Celabrese, Alberto I. (1972). Toxicología. Editorial Kapeluz, México.

4.Coronado, Margarito. (1998). Manual de la prevención y minimización de la

contaminación industrial. Editorial Panorama México.

5. Desrosioer, Norman (1983). Elementos de tecnología de alimentos. Editorial

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8. Fundación Mapfre (1998). Manual de la contaminación ambiental.

9. LaGrega,Michael y Evans, Jeffrey C. (1996) Gestión de residuos tóxicos.

Editorial McGraw-Hill.

10. Ortega, Ramón (1994). Manual de gestión del medio ambiente.

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11.Perry, John H. (1988). Manual del Ingeniero Químico. Editorial

Hispanoamericana, México.

12. Treviño, Belzahet. (1999). Minimización de residuos industriales. Editorial

Instituto Tecnológico de Estudios Superiores de Monterrey, México.

65

66