BEBIDASCap4

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Gua Tcnica de Produccin Ms Limpia para el Subsector Bebidas no Alcohlicas

4 DESCRIPCIN DEL PROCESO DE ELABORACIN DE BEBIDAS NOALCOHLICAS

4.1 OPERACIONES DEL PROCESO DE ELABORACIN DE BEBIDAS NO ALCOHLICAS

El proceso de elaboracin de bebidas no alcohlicas consiste bsicamente en las operaciones que semuestran en la Figura 4.1 y que se describen a continuacin.

Figura 4.1 Proceso tpico de elaboracin de bebidas no alcohlicasElaboracin: CPTS(*) El carbonatado se aplica en el caso de la elaboracin de bebidas gaseosas.

PREPARACIN DEJARABE SIMPLE

PREPARACIN DEJARABE TERMINADO

PROPORCIONADO YCARBONATADO*

ENVASADO

AGUA TRATADA

JARABE SIMPLE

JARABE TERMINADO

BEBIDA ELABORADA

BEBIDA ENVASADA

Azcar

Tierras diatomeasu otro agente filtrante

Concentrado

Aditivos

Agua tratada

Gas carbnico

Envases lavados

Tierras diatomeas usadas (u otros)

Impurezas

Prdidas de azcar

Residuos de jarabe

Residuos de bebida

Residuos de bebida

Residuos del envasado

(Vidrio, plstico, etc.)


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4.1.1 Preparacin del jarabe simple

Consiste en la mezcla y cocimiento de agua tratada (referirse a la seccin 4.2.2 para detalles acerca deltratamiento del agua) y azcar durante 30 minutos. Una vez preparado el jarabe simple, se lo filtra utilizandotierra diatomea. Despus del filtrado, el jarabe simple se enfra con un intercambiador de calor hasta unatemperatura de 20C.

4.1.2 Preparacin del jarabe terminado

Al jarabe simple filtrado, se agrega el concentrado, acidulantes, preservantes y colorantes de acuerdo ala formulacin requerida. Luego de haber agregado nuevamente agua tratada (segn los requerimientos),se procede a la agitacin de la mezcla para obtener finalmente el jarabe terminado.

4.1.3 Proporcionado y carbonatado14

La operacin de proporcionado y carbonatado de la bebida normalmente se efecta en un equipo denominadoCARBOCOOLER. En ste, se dosifica agua tratada y jarabe terminado segn la formulacin correspondientea la bebida a elaborar, para luego pasar a un sistema de enfriamiento y posterior inyeccin de gas carbnico.La bebida as preparada, pasa a la llenadora para ser envasada.

4.1.4 Envasado

Las bebidas se envasan en botellas retornables (de vidrio o plstico retornable) y en envases no retornables(botellas PET, latas de aluminio).

Para el llenado en botellas retornables, stas deben ser previamente lavadas exhaustivamente a fin deasegurar una adecuada desinfeccin. Normalmente, el lavado de botellas se efecta en mquinas lavadorasautomticas con dos o tres fases de inmersin en soluciones de soda custica y dos o tres fases deenjuague. El proceso de lavado en las mquinas mencionadas comienza con la inspeccin de las botellaspara evitar la entrada de impurezas que puedan daar la lavadora. Posteriormente, las botellas pasan auna primera etapa de pre-enjuague, que debera efectuarse con agua de retorno del ltimo enjuague.Luego, las botellas son remojadas e impregnadas en soluciones de soda custica con concentracionesvariables de 1.5% a 4% y temperaturas de entre 40C y 80C. Finalmente, se procede al enjuaguenormalmente efectuado en 3 fases. Segn la experiencia del CPTS, el consumo de agua en una lavadorade botellas, en una empresa de elaboracin de bebidas no alcohlicas, vara entre 2 y 3 L de agua/L debebida embotellada en envases retornables.

En el caso de las botellas no retornables, slo se realiza un enjuague en un equipo denominado RINSER.El sistema de enjuague consiste en una serie de chisguetes que introducen agua en diferentes direccionesal interior de la botella. Segn la experiencia del CPTS, el consumo de agua en un RINSER, en una empresade elaboracin de bebidas no alcohlicas, vara entre 170 y 250 mL de agua/L de bebida embotellada enenvases no retornables.

4.2 INSUMOS UTILIZADOS EN LA PREPARACIN DE BEBIDAS NO ALCOHLICAS

4.2.1 Materias primas

En general, las materias primas empleadas en la elaboracin de bebidas no alcohlicas, adems del aguatratada (ver seccin 4.2.2), son las que se listan a continuacin. La cantidad a utilizar de cada una de ellasdepende de la formulacin de la bebida a preparar.

Azcar; Gas Carbnico (si se elabora bebidas gaseosas);

14 El carbonatado se aplica en el caso de la elaboracin de bebidas gaseosas.

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Concentrados o saborizantes; y Aditivos alimentarios: acidulantes, preservantes, edulcorantes y colorantes (cido ctrico, cido fosfrico,

cido mlico, benzoato de sodio, citrato de sodio y colorantes varios)15.

4.2.2 Agua

El agua es la principal materia prima para la fabricacin de bebidas no alcohlicas. Adems de su usocomo materia prima, el agua es utilizada como agente de limpieza y de enfriamiento. Segn el uso final,la calidad o nivel de tratamiento del agua vara. Normalmente se utilizan cuatro tipos o calidades de agua:cruda, clorada, blanda y tratada (ver seccin 4.2.2.1).

La distribucin porcentual del uso de agua, por centro de consumo, en una empresa de bebidas noalcohlicas o embotelladora16, est en funcin de muchas variables, entre ellas se puede mencionar: laeficiencia en el uso de agua en las operaciones; la frecuencia con la que las operaciones de lavado, limpiezao sanitizado se desarrollan; los mtodos de lavado, limpieza y sanitizado que se utilizan; los tipos deenvases que se utilizan (retornables o no retornables); y los tipos de operaciones que se realizan. En vistade las variaciones que se puede tener entre las empresas, el Cuadro 4.1 muestra, por centro de consumode agua tpico, un rango de porcentaje de uso de agua.

De acuerdo a la experiencia del CPTS, entre el 40% y el 50% del total del agua utilizada en una empresade elaboracin de bebidas no alcohlicas forma parte del producto.

La lavadora de botellas puede llegar a ser un importante centro de consumo, dependiendo de la cantidadde envases retornables que se utilice y de la eficiencia de la lavadora. El porcentaje de uso de agua ensta puede representar entre 20% y 45% del consumo total.

Del 4% al 10% se utiliza en el sanitizado, lavados y limpieza. La variacin est determinada por los mtodosde lavado y limpieza utilizados y la frecuencia con que stos se llevan a cabo. Hay empresas que sanitizanuna vez por semana mientras que otras lo hacen todos los das.

Entre un 4% y un 7% se destina al enjuague de botellas PET. Existen empresas que recirculan, para suuso en la misma operacin, parte del agua utilizada, mientras que otras, desechan la totalidad del aguautilizada o la reutilizan en otras operaciones.

15 Los aditivos alimentarios a incorporar deben estar incluidos en la Norma Boliviana y su dosificacin no debesobrepasar los lmites mximos permitidos.

16 En esta Gua, los trminos empresa embotelladora o empresa de bebidas no alcohlicas son equivalentes y seusan indistintamente.

Producto 40% - 50%Lavadora de botellas retornables 20% - 45%Sanitizado, lavados y limpieza 4% - 10%Lavado de botellas no retornables 4% - 7%Vapor y otros (enfriamiento, lubricante, hielo) 2% - 12%Baos, duchas y cocina 1% - 5%

Cuadro 4.1 Distribucin del uso del agua en las empresas de elaboracin debebidas no alcohlicas

% de uso respecto al totalde agua consumida

Fuente: Diagnsticos de PML ejecutados por el CPTSElaboracin: CPTS

Centro de consumo de agua tpio



La produccin de vapor y otros, por su parte, como la fabricacin de hielo y la utilizacin del agua comoagente refrigerante, abarcan entre un 2% y un 12% del consumo de agua total. El porcentaje de usodepende de la eficiencia con la cual se recuperan condensados para ser retornados a la caldera y de laeficiencia con la que se ejecutan dichas operaciones.

Finalmente, dependiendo del nmero de empleados que utilizan los baos, duchas y cocina, el consumode agua en estos servicios puede representar del 1% al 5% del consumo total de agua.

4.2.2.1 Tipos de agua utilizados y los tratamientos respectivos

Cualquiera sea la fuente de provisin del agua, natural o potable, es necesario que sta pase por diferentesetapas de tratamiento de acuerdo al uso final que tendr. Normalmente, una empresa de elaboracin debebidas no alcohlicas maneja cuatro calidades o tipos de agua: agua cruda, agua clorada, agua blanday agua tratada.

Agua cruda

De manera general, es el agua natural, recibida de fuentes subterrneas o superficiales, que no ha sidosometida a proceso alguno de tratamiento. No obstante, en esta gua, el agua cruda se define como elagua que la empresa recibe, ya sea de fuente subterrnea, superficial o de la red pblica. Por tanto, elagua cruda puede ser de pozo, de ro o de red.

Agua clorada

Se denomina agua clorada al agua cruda que ha recibido la adicin de hipoclorito de calcio hasta unaconcentracin de entre 1 ppm a 3 ppm. Normalmente, esta adicin se realiza en el tanque principal opulmn de alimentacin de agua a la planta.

El agua clorada se utiliza para la limpieza de pisos y de la planta en general; para la dilucin del lubricantede botellas; en los baos y cocina; y, algunas plantas, en el enjuague de las botellas PET (RINSER).

Agua blanda

El ablandamiento consiste en eliminar los cationes responsables de la dureza del agua, normalmente calcioy magnesio. Para ello, el agua clorada es sometida a un intercambio inico con resinas catinicas lascuales deben ser regeneradas cada vez que alcanzan su agotamiento.

El agua blanda es utilizada en el lavado de envases de plstico y vidrio; en las calderas para la produccinde vapor de agua; y en los intercambiadores de calor cuando el agua es utilizada como agente refrigerante.El uso de agua blanda evita la incrustacin de material calcreo en los equipos.

Agua tratada

Para obtener agua tratada, el agua clorada es sometida a una serie de etapas de tratamiento. Primero,se procede con una floculacin y precipitacin de compuestos orgnicos. Para ello, se utiliza normalmentesulfatos, de aluminio o ferroso, y cal. El precipitado se elimina mediante purgas continuas del reactor. Enalgunos casos, la floculacin y precipitacin no son necesarias por la buena calidad de agua con la quese cuenta, sin embargo, existen empresas que deben realizar esta operacin de todas maneras porcuestiones de franquicia.

Posteriormente el agua pasa por un sistema de filtros. Normalmente se utilizan:

filtros de arena, que cumplen la funcin de retener todas las partculas que quedan en el agua; filtros de carbn activado, que retienen todas las sustancias de naturaleza gaseosa como el cloro

residual, la eliminacin del mal olor y sabor; y filtros pulidores, que retienen partculas de cualquier tipo que no hayan sido eliminadas.



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En algunos casos, luego del filtrado, algunas empresas aplican una desinfeccin final con rayos UV (ultravioleta). La Figura 4.2 muestra un esquema de un proceso tpico de tratamiento de agua17.

Figura 4.2 Sistema tpico de tratamiento de aguaElaboracin: CPTS

4.2.2.2 Costo del agua

Al margen del costo de abastecimiento de agua cobrado por la empresa de suministro, e independientementede la fuente de provisin (red pblica o pozo), el manejo del agua al interior de la empresa tiene un costoadicional. ste comprende la energa gastada en bombeo y otros equipos de tratamiento, el mantenimientoy depreciacin de la instalacin necesaria para abastecer las diferentes reas de la planta (pozos, bombas,tuberas, medidores, vlvulas, tanques, equipos de tratamiento), los reactivos y los repuestos utilizados.Adems, tiene que tomarse en cuenta los costos relacionados con el tratamiento de las aguas residuales(cunto ms agua se utilice, mayor ser el costo de tratamiento y de disposicin de las aguas residuales).

Por consiguiente, la magnitud del costo interno unitario del agua depende directamente del nivel detratamiento aplicado y de las caractersticas del sistema de manejo de agua en la planta.

El Cuadro 4.2 presenta algunos rangos de costos unitarios de agua que se pueden tener en las empresasbolivianas de elaboracin de bebidas no alcohlicas, cuya fuente de abastecimiento de agua es subterrnea(agua de pozo). El detalle de los clculos de los diferentes tems de costo de agua incluidos en el Cuadro4.2 se presentan en el Anexo A. Valga aclarar que stos slo se muestran a manera de referencia. Segnlas caractersticas del sistema de suministro y distribucin de agua en la empresa y del detalle de los temsde costo tomados en cuenta para el clculo, los costos pueden presentar variaciones.

Cuadro 4.2 Ejemplos de costos unitarios de agua en empresas bolivianas de elaboracin de bebidas noalcohlicas, cuya fuente de abastecimiento de agua es subterrnea

AguaReactivos

Purga

Aguatratada

Reactorfloculacin-precipitacin

Filtrode

arena

Filtrocarbn

activado

Filtropulidor

17 En materia sanitaria, el tratamiento del agua, para su incorporacin en las bebidas, es de vital importancia. ElSENASAG exige como requisito, para otorgar el Registro Sanitario correspondiente, la presentacin de una memoriadescriptiva del tratamiento de agua aplicado.



Elaboracin: CPTS(*) Idealmente, el costo indicado debera tambin considerar el mantenimiento y depreciacin de pozos yde tanques de almacenamiento.(**) Idealmente, el costo indicado debera tambin considerar los tems indicados en (*), el mantenimientoy depreciacin de los equipos de ablandamiento y de distribucin del agua, y el cambio de resinas.(***) Idealmente, el costo indicado debera tambin considerar los tems indicados en (*), el mantenimientoy depreciacin de los equipos de tratamiento y de distribucin del agua, el consumo de carbn activado,y el cambio de filtros.NOTA: Se asume que no existe tratamiento de aguas residuales en planta y que el costo de vertido deaguas residuales al alcantarillado est incluido en el costo cargado por la empresa de suministro de agua.En caso que la empresa realice el tratamiento de aguas residuales, el costo respectivo debera estar incluidoen el costo unitario del agua.

4.2.3 Energa elctrica

En trminos generales, el uso de la energa elctrica en el rubro de las bebidas no alcohlicas est destinado,como en otros rubros, al accionamiento de motores elctricos principalmente, y en menor medida a laadministracin (equipos de oficina y de ambientacin), iluminacin y calentamiento de agua (duchaselctricas). En la Figura 4.3 se puede observar una distribucin porcentual representativa del consumo deenerga elctrica en una empresa de elaboracin de bebidas no alcohlicas.

El consumo de energa elctrica en motores representa aproximadamente el 77% del consumo total, y suuso est asociado, en orden de importancia, al sistema de fro (funcionamiento de compresores); envasado;bombeo y en la preparacin de agua tratada; aire comprimido; lavado de botellas; y otros usos menores.

La energa elctrica destinada al funcionamiento de la administracin (equipos de oficinas de las empresas)constituye aproximadamente el 14%, y est relacionada fundamentalmente al uso de computadoras y otrosequipos propios de la administracin. No debe perderse de vista que en ciudades con climas muy clidoso fros, el uso de equipos de ambientacin (calor o fro) puede elevar considerablemente el consumo deenerga elctrica en la administracin.



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Figura 4.3 Distribucin porcentual tpica del consumo de energa elctrica en una empresade elaboracin de bebidas no alcohlicas

Fuente: CPTS, en base a DPML realizados en empresas del subsector

Por su parte, el consumo de energa elctrica en la iluminacin de los distintos ambientes de las plantasproductoras de bebidas no alcohlicas representa alrededor del 8%, y, en algunos casos, puede llegar aser superior al consumo de la administracin. La cantidad de espacios a iluminar, incluyendo oficinas yespacios exteriores, significa un consumo muy importante, por esta razn, su uso debe ser evaluadopermanentemente.

Finalmente, es comn que las empresas empleen duchas elctricas para la higiene de sus empleados. Eluso de estos artefactos para calentar el agua, si bien no representa un consumo elevado, aproximadamenteel 1%, su incidencia en la demanda de potencia, debido al uso coincidente de varios de estos equipos,puede afectar de manera significativa a los costos de energa de las empresas.

Cabe sealar que en la actualidad muchas empresas han incorporado, dentro de sus actividades productivas,el soplado de botellas PET, lo cual implica un consumo adicional de energa elctrica en los equipos desoplado. Este hecho puede cambiar significativamente la distribucin porcentual del uso de la energaelctrica en una empresa del subsector, porque las sopladoras de botellas incrementan considerablementela demanda de potencia y el consumo de energa.

No se cuenta en Bolivia con estudios especficos que den cuenta de la incidencia de los costos de la energaelctrica sobre el costo de produccin, sin embargo, se estima que el gasto en energa elctrica representamenos del 5% del costo de produccin en el rubro de las bebidas gaseosas.

En el Cuadro 4.3 se presenta los costos especficos promedio de la energa elctrica (dlares gastadosen energa elctrica por unidad de volumen producido) que se tiene, en promedio, en las empresas deelaboracin de bebidas no alcohlicas, segn volumen de produccin. Este indicador permite tener unaidea de la incidencia de la energa elctrica en el costo de produccin. Por lo general, los costos especficosde la energa elctrica en empresas medianas y grandes resultan mayores que en empresas pequeas,debido a que las primeras cuentan con ms equipos elctricos, como por ejemplo sistemas de fro.

Administracin14.0%

Iluminacin8.0%

Duchas elctricas1.0%

Sistema de fro36.0%

Lavado de botellas4.3%

Envasado14.0%

Aire comprimido8.2%

Bombeo ytratamiento de agua

10.0%

Otros 4.5%

Motores77.0%

Cuadro 4.3 Costo especfico de energa elctrica por m3 de bebida producida segn tamaode la empresa

Pequea 5,000 5,500 1.10Mediana 10,000 25,000 2.50Grande 50,000 125,000 2.50

Fuente: CPTS en base a diagnsticos de PML

Tamao de la Volumen de produccin Gasto en energa Costo especficoempresa anual [m3/ao] [US$/ao] [US$/m3]



4.2.4 Energa trmica

La energa trmica en las empresas del subsector se utiliza, por lo general, para la generacin de vaporen calderas de distintos tamaos. La generacin de vapor tiene como fuente primaria el gas natural (GN)en la mayora de las empresas en Bolivia, siendo muy pocas las empresas de elaboracin de bebidas noalcohlicas que utilizan diesel, fuel oil, GLP u otro combustible.

El vapor se utiliza para el calentamiento de agua en las lavadoras de botellas, el cocimiento del jarabesimple, la gasificacin del anhdrido carbnico (CO2) y la sanitizacin de tanques y otros equipos. Enalgunas empresas se utiliza parte del vapor para el calentamiento de agua destinada a duchas para lahigiene del personal.

La Figura 4.4 muestra un balance de energa en una caldera, as como los usos tpicos del vapor generadoen una industria de elaboracin de bebidas no alcohlicas. Se debe distinguir, en primer lugar, la energatil para generar vapor, de la energa que se pierde en el proceso de generacin de vapor en la caldera.

Las prdidas durante la generacin de vapor en la caldera, por lo general el 17% de la energa que ingresaa la caldera, corresponden a los gases de combustin (11%), a la radiacin y conveccin del equipo (4%)y a las purgas de la caldera (2%). Estas prdidas son, en equipos tradicionales, inevitables, pues se debena la energa termodinmicamente necesaria para el funcionamiento de la caldera. En algunos casos, esposible recuperar parte de la energa contenida en los gases de combustin instalando sistemas deprecalentamiento de agua (economizadores), que luego ingresar a la caldera. Estos sistemas permitenelevar el rendimiento global de la caldera.

Figura 4.4 Balance de la produccin y uso del vapor en empresas de bebidasFuente: CPTS, en base a los DPMLs realizados en empresas del rubro.

Por su parte, la energa til en forma de vapor (83%) tiene la siguiente distribucin porcentual segn losusos. Generalmente, aproximadamente el 39% est destinado al calentamiento de agua en las lavadorasde envases retornables (sobre todo botellas de vidrio); el 34% corresponde al cocimiento del jarabe simple,el 3% a la gasificacin del CO2 y el 2% a operaciones de sanitizado de tanques y otros equipos de la planta.El restante 5% corresponde a: 2% prdidas en el sistema de transmisin del vapor y 3% a fugas en vlvulas,trampas de vapor, etc.

Prdidas en gasesde combustin

11%

Prdidas porradiacin yconveccin

4%

Prdidas porpurgas de caldera

2%

Prdidas sistemade transmisin

2%

Lavadora debotellas

39%

Cocimiento dejarabe simple

34%

Gasificacin de CO23%

Sanitizado detanques

2%

Prdidas porfugas de vapor

3%

Energa tilpara

generar vapor83%

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El balance trmico que se presenta en la Figura 4.4, corresponde a empresas dedicadas a la elaboracinde bebidas no alcohlicas y muestra, de manera general, la distribucin porcentual del uso de la energatrmica. Por tanto, tiene carcter indicativo. Estos valores pueden variar dependiendo de las caractersticastecnolgicas de la caldera, de los combustibles que se usen, de la eficiencia en la combustin y otrosfactores.

En trminos de costos, al igual que en el caso de la energa elctrica, no se cuenta con informacin confiablesobre la incidencia del costo de la energa trmica sobre el costo de produccin. Sin embargo, a manerade referencia se puede mencionar que, segn la experiencia del CPTS, el costo especfico de gas naturalen las empresas embotelladoras est entre 0.15 y 0.5 US$/m3 de bebida (es decir, entre 0.15 y 0.5 US$gastados en gas natural por m3 de bebida producida).

4.3 RESIDUOS GENERADOS

Como toda actividad industrial, las empresas de elaboracin de bebidas no alcohlicas generan residuosslidos, lquidos y gaseosos. En el Cuadro 4.4 se indica la fuente de generacin de cada uno stos y laforma en la que generalmente se disponen.

Cuadro 4.4 Residuos generados por las empresas de elaboracin de bebidas no alcohlicas

Fuente: CPTSElaboracin: CPTS(*) Si la torta de filtrado se separa como residuo slido, caso contrario es arrastrada por las aguas de lavado.

De estos residuos, son los lquidos los que representan un mayor problema para las empresas ya que porlo general, sus descargas sobrepasan los lmites de concentracin de DBO y DQO establecidos por ley.Segn el RASIM18, la concentracin lmite para descargas directas a cuerpos de agua de DBO5 es 80 mg/Ly DQO, 250 mg/L. En el caso de la descarga al alcantarillado, la Empresa Pblica Social del Agua ySaneamiento (EPSAS) estipula un lmite mximo de concentracin de DBO5 de 500 mg/L, y de DQO, de1,250 mg/L19.

La carga de DBO se debe principalmente al azcar contenido en las mermas de producto terminado yjarabes. Como referencia, 1 kg de azcar aporta con 1.123 kg de DBO (calculado por estequiometra deoxidacin del carbono contenido en el azcar).


18 Reglamento Ambiental para el Sector Industrial Manufacturero.19 Empresa Pblica Social del Agua y Saneamiento (EPSAS).



Por ejemplo, si una empresa descarga una cantidad neta de azcar de 200 kg/da en su efluente,que tiene un volumen total de 250 m3/da, su descarga de DBO equivale a:

Descarga de DBO debida a mermas = 200 kg azcar/da x 1.123 kg DBO/kg de azcar= 225 kg DBO/da (que equivaldran a casi 60 t de

DBO/ao si la empresa trabaja 260 das/ao)

Concentracin de DBO en el efluente = (225 kg DBO/da) / (250 m3/da)= 900 mg DBO/L (muy por encima del lmite permitido)

En cuanto a las emisiones gaseosas, en tanto que las empresas usen gas natural y mantengan una eficientecombustin en sus calderas, los gases emitidos, con excepcin del CO2, no ocasionan mayores problemas.

En lo que se refiere a residuos slidos, en la mayora de los casos, las empresas reciclan todo lo que esvidrio, cartn, botellas PET y otros plsticos por lo que, segn la experiencia del CPTS, estos residuos norepresentan tampoco un problema mayor.

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