V. ANÁLISIS ECONÓMICO 5.1 RESINAS DE …catarina.udlap.mx/u_dl_a/tales/documentos/leip/valenzuela_m_td/... · V. ANÁLISIS ECONÓMICO 5.1 RESINAS DE INTERCAMBIO IÓNICO 5.1.1 Costos

ANÁLISIS ECONÓMICO

V. ANÁLISIS ECONÓMICO

5.1 RESINAS DE INTERCAMBIO IÓNICO

5.1.1 Costos de tratamiento

Los costos incluyen: el empleo del regenerante químico; mano de

obra, volumen de la salmuera regenerante y de agua residual producida, así

como tiempo de agotamiento. El incremento de estos requerimientos se ve

reflejado en un aumento de los costos de operación y mantenimiento.

5.1.2 Costos de Construcción

Los costos de construcción fueron aplicados para unidades de

intercambio iónico con volúmenes entre 0.085 y 14.7 m3. 9

Con los datos obtenidos en Small Water System Treatment Costs, se

elaboraron gráficos, a los que se les realizaron ajustes para encontrar una

ecuación en función del volumen de agua a tratar lo que permitió obtener un

costo aproximado.

A continuación se muestran los datos reportados en la literatura con

sus respectivas gráficas:

44


Volumen Volumen Costo Resina Resina construcción

m3 ft3 USD $0.083289 3 162000.166578 6 188000.832892 30 286001.665785 60 381005.274985 190 1029009.717077 350 14800014.575616 525 174900

volum Req 41.82000006 ft3costo ($) 1986 35378.58costo ($) 2005 36150.53

Tabla 3.1.1 Datos de costos de construcción para resinas de intercambio iónico

Es importante mencionar que estos datos corresponden al año 1986,

por lo que se efectuó una conversión a valor futuro (al año 2005).

COSTOS DE CONSTRUCCIÓN

y = -0.4452x2 + 542.19x + 13104R2 = 0.998

0

50000

100000

150000

200000

0 100 200 300 400 500 600

volumen de resina ft3

(U

SD$)

Fig. 3.1.1 Costos de construcción vs volumen para resinas de intercambio iónico

5.1.3 Costos y Reque imientos de Operación y Mantenimiento r La energía de construcción para calentamiento, ventilación e

iluminación es de 156 kWhr/m2/yr para edificios de 3.05m de altura y 209.8

45


kWhr/m2/yr para edificios de 4.3 m. Los requerimientos están basados en

una iluminación promedio de 3 horas por día.

Los materiales de mantenimiento requeridos incluyen arreglo periódico

de la resina y reemplazo misceláneo de componentes para el intercambiador,

las válvulas y el tanque de salmuera. La pérdida de resina fue estimada con

un 3% anual para regeneración cada 4 días, 6% para cada tercer día y 10%

para regeneración diaria.

Volumen Energía (kWhr/y)ft33 11006 130030 210054 2200188 5200330 7100520 9400

41.82000006 2120.513041

Tabla 3.1.2 Datos de requerimiento energético para resinas de intercambio iónico

REQUERIMIENTO ENERGÉTICO

y = -0.0144x2 + 23.218x + 1163.7R2 = 0.9972

0

2000

4000

6000

8000

10000

0 100 200 300 400 500 600

VOLUMEN DE RESINA (ft3)

kWh/

yr

Fig. 3.1.2 Requerimiento energético vs volumen para resinas de intercambio iónico

46


Material para el Mantenimiento ($/año)Reg. C/4 días cada 2 días reg. Diaria

100 100 200200 200 200300 400 500500 700 8001300 1700 22002300 3000 39003100 4200 5600

1986 406.93 640.67 516.182005 592.82 933.33 751.97

Tabla 3.1.3 Datos de costos de material de mantenimiento para resinas de intercambio iónico

MATERIAL DE MANTENIMIENTO

y = -0.0031x2 + 7.4418x + 98.815R2 = 0.9976

y = -0.0033x2 + 9.581x + 118.74R2 = 0.9983 y = -0.0029x2 + 12.068x + 138.85

R2 = 0.9992

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

0 100 200 300 400 500 600

VOLUMEN DE RESINA ft3

$/YR

CADA 4 DÍASCADA 2 DÍAS DIARIA

Fig. 3.1.3 Costos de material de mantenimiento vs volumen para resinas de intercambio iónico

Se requiere la mano de obra para la adición de sal a la salmuera del

tanque; así mismo, se requiere del operador para efectuar revisiones a las

unidades de intercambio de manera constante para asegurar que éstas

operen de manera satisfactoria.9

47


Volumen Mano de Obra (hr/yr)ft3 Reg. C/4 días cada 2 días reg. Diaria3 50 100 196 50 100 20

30 60 110 22054 70 120 250188 50 100 200330 50 110 210520 50 110 22015 55.457375 105.49386 209.33963

00

Tabla 3.1.4a. Datos del tiempo requerido de mano de obra para resinas de intercambio iónico

Volumen Costo de Mano de Obra ($USD)ft3 Reg. C/4 días cada 2 días reg. Diaria3 550 1100 20906 550 1100 220030 660 1210 242054 770 1320 2750188 550 1100 2200330 550 1210 2310520 550 1210 2420

1986 41.82 684.62 1156.22 2291.162005 41.82 997.36 1725.27 3500.94

Tabla 3.1.4b Datos de costos de mano de obra para resinas de intercambio iónico

Volumen Costo Totalft3 Reg. C/4 días cada 2 días reg. Diaria3 727 1277 23676 841 1391 249130 1107 1757 306754 1424 2174 3704188 2214 3164 4764330 3347 4707 6707520 4308 6068 8678

1986 41.82 861.62 1256.22 2491.162005 41.82 1255.213447 1830.075826 3629.15375

Tabla 3.1.5 Datos de costos totales para resinas de intercambio iónico

48


Costo total

y = -0.0037x2 + 13.699x + 2547.7R2 = 0.9906

y = -0.0043x2 + 11.307x + 1364.5

y = -0.0042x2 + 8.9349x + 802.38

0100020003000400050006000700080009000

10000

0 100 200 300 400 500 600

volumen de resina ft3

$ diariamente2 días4 días

USD

Fig. 3.1.4 Costos totales vs volumen para resinas de intercambio iónico

Las cantidades de sal requeridas van en función del flujo de agua a

tratar en la planta y de la cantidad de dureza removida.

NaCl NaClton/yr $ ton/yr

<20 138.3970614[20,200] 116.5448938

>200 101.9767821 Tabla 3.1.6a. Datos de costos de químicos para regeneración resinas de intercambio iónico

49


Remoción de Dureza, mg/L (CaCO3)Flujo promedio 200 400

de la planta (gpd) Sal (ton/año) Costo ($/año) Sal (ton/año) Costo ($/año)4000 2.5 237.5 4.9 47010000 6.2 589 12.4 120040000 24.7 1976 49 3900100000 52 4160 124 9900400000 247 17290 494 346001000000 618 43260 1236 865008475.52 3.35 318.61 10.17 966.43

Tabla 3.1.6b Datos de requerimiento y costos de químicos para la regeneración resinas de intercambio iónico

Flujo promedio 500 600de la planta (gpd) Sal (tons/año) Costo ($/año) Sal (tons/año) Costo ($/año)

4000 6.15 585 7.4 70010000 15.45 1500 18.5 180040000 61.5 4900 74 5900100000 154.5 12350 185 14800400000 618 43250 742 519001000000 1545.5 108200 1855 1299008475.52 12.63 1199.90 15.94 1513.89

Tabla 3.1.6c Datos de requerimiento y costos de químicos para la regeneración resinas de intercambio iónico

REQUERIMIENTO DE REACTIVOS (REMOCIÓN DE 200 ppm)

y = 7E-12x2 + 0.0006x - 1.732R2 = 0.9997

0

100

200

300

400

500

600

700

0 200000 400000 600000 800000 1000000 1200000

FLUJO AGUA (GPD)

SAL

REQ

UER

IDA

(TO

N/Y

R)

Fig. 3.1.5a. Requerimiento de sal vs flujo de agua para remover 200 ppm de dureza

50



y = 1E-12x2 + 0.0012x + 0.0023R2 = 1

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

0 200000 400000 600000 800000 1000000 1200000

FLUJO AGUA (GPD)

SAL

REQ

UER

IDA (

TON

/YR)

Fig. 3.1.5b Requerimiento de sal vs flujo de agua para remover 400 ppm de dureza


y = 6E-13x2 + 0.0015x - 0.0828R2 = 1

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

0 200000 400000 600000 800000 1000000 1200000

FLUJO AGUA (GPD)

SAL

REQ

UER

IDA

(TO

N/Y

R)

Fig. 3.1.5c Requerimiento de sal vs flujo de agua para remover 500 ppm de dureza

51



y = 1E-13x2 + 0.0019x - 0.1678R2 = 1

0200400600800

100012001400160018002000

0 200000 400000 600000 800000 1000000 1200000

FLUJO AGUA (GPD)

SAL

REQ

UER

IDA

(TO

N/Y

R)

Fig. 3.1.5d Requerimiento de sal vs flujo de agua para remover 600 ppm de dureza

5.1.4 Generación de Residuos

Con respecto al efluente resultante de la regeneración, que consiste

en CaCl2, no se presentan costos de tratamiento, ya que esta solución se

emplea como estabilizador de neumáticos, por lo que su reultilización

representa una ganancia.

52


5.2 CAL-CARBONATO

5.2.1 Costos de construcción

Los datos de costos de construcción disponibles son para dos tipos de

configuraciones de plantas de tratamiento analizadas: en una etapa con

adición de cal y de carbonato de sodio; y en dos etapas con adición de cal en

la primera de ellas y carbonato de sodio en la segunda. El tratamiento

consiste en adición de especies químicas, mezclado rápido, mezclado lento, y

flotación de sólidos en la clarificación.


CAPACIDAD DE COSTO ($)LA PLANTA gpd UNA ETAPA DOS ETAPAS

15000 85400 144200150000 132600 221500430000 178400 298700750000 232900 3843001000000 310500 523700

1986 750000 242288 4085592005 750000 352967.865 595193.32

Tabla 3.2.1 Datos de costos de construcción mediante adición de cal

53



y = 8E-08x2 + 0.2752x + 157159R2 = 0.9823

y = 3E-08x2 + 0.1772x + 92513R2 = 0.9853

0

100000

200000

300000

400000

500000

600000

0 200000 400000 600000 800000 1000000

1200000

CAPACIDAD DE LA PLANTA gpd

$

UNA ETAPADOS ETAPAS

USD

Fig.3.2.1 Costos de construcción vs capacidad de la planta mediante tratamiento con cal

5.2.2 Costos de Operación y de Mantenimiento Se necesita de energía eléctrica para la alimentación de la cal y del

carbonato de sodio, así como para los procesos de mezclado rápido,

floculadores, bombeo de lodos y la refrigeración del dióxido de carbono (sólo

para las plantas grandes). La cal hidratada se alimenta directamente en las

mezcladoras y los lodos de la cal provenientes del tratamiento pasan a la

mezcladora rápida por gravedad. También se necesita energía para la

iluminación, ventilación y calentamiento, entre otros. Así mismo, se requiere

aproximadamente un promedio de 209.8 kWh/m2/año.9

Los materiales para mantenimiento son instrumentos de laboratorio,

elementos para la alimentación de compuestos químicos, bombas de lodos y

unidades de tratamiento, entre otros componentes.

54


También se deben considerar costos de mano de obra para ajustes de

procesos químicos, así como los costos de adición de compuestos químicos a

los alimentadores en pequeñas plantas y los costos de reparación y

mantenimiento de los equipos.

COSTOS DE OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO ENERGÍA kWh/yr

CONSTRUCCIÓN PROCESO TOTALUNA ETAPA DOS ETAPAS UNA ETAPA DOS ETAPAS UNA ETAPADOS ETAPAS

200 3900 7600 12600 9600 165004100 8200 10200 17000 14300 252005400 10700 15600 26000 21000 367009800 19500 34600 52600 44400 7210011700 23400 38800 59600 50500 83000

2537.41 6563.01 9817.20 16298.9071 13136.21 22880.46 Tabla 3.2.2 Datos de requerimiento de energía (kW/yhr) mediante adición de cal

ENERGÍA

y = -3E-09x2 + 0.0142x + 714.13

y = 2E-09x2 + 0.0176x + 4203.4

y = 9E-09x2 + 0.0253x + 6318.4

y = 1E-08x2 + 0.0342x + 8444.4y = 1E-08x2 + 0.0404x + 10841

y = 1E-08x2 + 0.058x + 15045

0100002000030000400005000060000700008000090000

0 200000 400000 600000 800000 1000000 1200000


kWh/

yr

B-1B-2P-1P-2T-1T-2

Fig. 3.2.2 Requerimiento de Energía vs capacidad de la planta mediante tratamiento con cal

55


CAPACIDAD DE MATERIAL MANTEN. ($)LA PLANTA gpd UNA ETAPA DOS ETAPAS

15000 1900 3200150000 2900 4800430000 3900 6400750000 4900 81001000000 6100 12300132086 2607.410356 4176.734557

Tabla 3.2.3 Datos de costos de operación y mantenimiento mediante adición de cal

CAPACIDAD DE MANO DE OBRA (HR/YR) MANO DE OBRA ($)LA PLANTA gpd UNA ETAPA DOS ETAPAS UNA ETAPA DOS ETAPAS

15000 1095 1460 12045 16060150000 1095 1480 12045 16280430000 1460 1830 16060 20130750000 1460 1830 16060 201301000000 1830 2190 20130 24090132086 1147.76 1520.60 12625.41 16726.59

Tabla 3.2.4 Datos de tiempo requerido y costos de mano de obra mediante adición de cal

CAPACIDAD DE COSTOS ENERGÍA ($) COSTOS TOTALES ($)LA PLANTA gpd UNA ETAPA DOS ETAPAS UNA ETAPA DOS ETAPAS

15000 672 1155 14617 20415150000 1001 1764 15946 22844430000 1470 2569 21430 29099750000 3108 5047 24068 332771000000 3535 5810 29765 42200132086 920.33 1610.35 16145.01 22516.12

Tabla 3.2.5 Datos de costos de energía y totales mediante adición de cal

56


COSTOS DE OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO

y = 7E-10x2 + 0.0024x + 591.11

y = 9E-10x2 + 0.0041x + 1053.1

y = 2E-09x2 + 0.013x + 14393R2 = 0.9808

y = 7E-09x2 + 0.0139x + 20558R2 = 0.9835

0

5000

10000

15000

20000

25000

30000

35000

40000

45000

0 200000 400000 600000 800000 1000000 1200000


$$T-1

$T-2

E-1

E-2

Fig. 3.2.3 Costos de operación y mantenimiento vs capacidad de la planta mediante tratamiento con cal

5.2.3 Costos de los requerimientos químicos Las especies químicas utilizadas en una planta de remoción de dureza

son cal, carbonato de sodio y dióxido de carbono. Las dosis utilizadas de cal

y carbonato de sodio están en función del tipo de dureza presente y de la

dureza deseada en el agua al final del proceso.9

Es difícil describir un requerimiento de compuestos químicos que sea

aplicable a todos los casos debido a la gran variabilidad de las aguas

tratadas.

5.2.4 Generación de residuos Los lodos generados en este tratamiento deberán ser secados para

reducir su peso y volumen; con el objetivo de integrarlos al proceso de

fabricación; destacando que el espacio que requieren para su secado y el

transporte de éstos hacia su lugar de origen implican costos considerables.

57


5.3 ÓSMOSIS INVERSA

Los avances en la tecnología de membranas llevan a un desarrollo de

membranas que operan a bajas presiones, alrededor de 14.6 kg/cm2, en

contraste con las membranas que operan a alta presión, de

aproximadamente 28.12 kg/cm2 o más. Las membranas de baja presión

resultan ser sustanciales para el ahorro de energía eléctrica en el proceso.

Algunas desventajas de estas membranas comparándolas con las que operan

a alta presión incluyen un menor porcentaje de remoción de contaminantes,

puesto que no operan correctamente con altos porcentajes de sólidos

suspendidos, es decir, tienen un bajo porcentaje de recuperación del líquido,

sin embargo es una tecnología que sigue en desarrollo.

En la siguiente discusión, al hablar de baja presión se refiere a una

presión de operación de 14.06 kg/cm2 y un sistema a alta presión habla de

aquellos operados a 28.12 kg/cm2.

Membranas de baja presión 200 psia 14.06 kg/cm2 hasta 2000 ppmMembranas de alta presión 400 psia 28.12 kg/cm2 hasta 10000 ppm

Tabla 3.3.1 Tipos de membranas utilizadas en la ósmosis inversa

58


Temperatura de alimentación 18.3-29.4°C pH 5.5 a 6

Flujo de alimentación Recuperación de Agua (%)2,500 - 10,000 gpd 4010,000 - 50,000 gpd 5050,00 - 100,000 gpd 65

100,000 - 1 mgd 75 Tabla 3.3.2 Recuperación de agua de acuerdo al flujo empleado en la ósmosis inversa

Concentración Recuperación de Agua (%)5 000 ppm 756 000 ppm 707 000 ppm 658 000 ppm 609 000 ppm 5510000ppm 50

Tabla 3.3.3 Recuperación de agua de acuerdo a la concentración de sales

Capacidad de la planta gpd Costo de construcción $2500 4160010000 5720050000 112900100000 187500500000 6286001000000 1157600150000 337955.426 Tabla 3.3.4 Costos de construcción en ósmosis inversa


Los datos de los costos de construcción fueron calculados para una

sola etapa de sistemas de tratamiento que son capaces de tratar

concentraciones de sólidos disueltos totales de aproximadamente 2,000 mg/L

en membranas de baja presión; y de 10,000 mg/L en membranas que

operan a alta presión. Los costos de construcción son comparables para

ambos sistemas.

59


Puede considerarse que el costo de capital del tratamiento de ósmosis

inversa se mantiene sin cambios hasta una concentración de sólidos totales

disueltos de 10,000 mg/L, aún cuando el porcentaje de recuperación

disminuye. Esto incrementa la capacidad de las bombas de alimentación al

sistema; sin embargo, también incrementa el costo total de la ósmosis

inversa en menos de un cinco por ciento. Sin embargo, no se cuenta con

costos para sistemas que tratan concentraciones mayores a los 5,000 mg/L.

El efecto más grande que se tiene en los costos de la ósmosis inversa

corresponde a la energía y los costos de pretratamiento, ya que éstos

aumentan en razón al flujo de agua a tratar. 9

Una ventaja de utilizar sistemas múltiples estándares cuando se tiene

un flujo de más de 946.3 m3/d es que se puede confiar en que se tienen

varios sistemas en caso de que una unidad necesite ser removida para ser

reparada. Este análisis de costos utilizó unidades montadas así como

unidades múltiples para todos los rangos de flujo.9

Algunos de los componentes que se toman en cuenta para calcular los

costos de construcción son la habitación, los costos de las estructuras de

acero y otros metales, tanques, tuberías, válvulas, bombas de alta presión

para la alimentación, elementos de la membrana de ósmosis inversa,

válvulas de presión, medidores de flujo, filtros, equipo para alimentar ácido y

polifosfato al sistema, equipo de limpieza y el degasificador. Los datos de los

60


costos están basados en el uso de ya sea una membrana de fibras finas o de

espiral. El material para las membranas puede ser de acetato de celulosa o

poliamidas.

p

c

i

c

3


y = -1E-07x2 + 1.2363x + 48788R2 = 0.9996

0

200000

400000

600000

800000

1000000

1200000

1400000

0 200000 400000 600000 800000 1000000 1200000

gpd

$U

SD

Fig. 3.3.1 Costos de construcción vs capacidad de la planta mediante ósmosis inversa

5.3.2 Requerimientos de energía

Se necesita energía eléctrica para operar las bombas de agua, para el

re y post tratamiento químico, y para operar el degasificador. La eficiencia

ombinada de la bomba para alimentación y la eficiencia del motor se

ncrementan cuando el flujo aumenta. Las eficiencias utilizadas en estos

álculos fueron: 40% hasta 37.85 m3/d de capacidad de planta, 50% para

78.5 m3/d y 60% sobre los 378.5m3/d, con base en datos reportados.9

61


Los requerimientos energéticos para la alimentación de químicos al

proceso y al degasificador fueron de 10% para los sistemas de alta presión y

capacidades menores a 189.3 m3/d, y de 5% para una capacidad de planta

sobre 189.3 m3/d. 9

La energía del proceso varía con el porcentaje de recuperación. Como

se discutió en los costos de construcción, el porcentaje de recuperación es

proporcional al tamaño de construcción. Sin embargo, si los sólidos totales

disueltos se incrementan arriba de los 5,000 mg/L, se obtendrá un menor

porcentaje de agua de recuperación, para así mantener una concentración

de salmuera razonable y prevenir el deterioro del equipo.

Se ha desarrollado un análisis de los datos de gasto energético del

proceso para una concentración de sólidos totales disueltos de 2,000 mg/L

para sistemas de baja presión y de 5,000, 8,000, y 10,000 mg/L para

sistemas de alta presión. 9 Se incluye la energía para la edificación,

iluminación, calentamiento y ventilación basado en estimados por área

requerida para las instalaciones del equipo de ósmosis, a excepción del

degasificador, que se encuentra fuera de la instalación. Fue utilizado un

requerimiento energético de 209.8 kWh/m2/año para la iluminación,

calentamiento y ventilación. Este requerimiento se basa en el factor de

iluminación de tres horas por día.

62


Los requerimientos más grandes en cuanto a materiales de

mantenimiento son las membranas, la vida de éstas es de aproximadamente

tres años. Otros requerimientos de mantenimiento son los filtros, limpieza

de membrana con agentes químicos, y materiales para la reparación

periodica de bombas, motores y equipo de control eléctrico. En este análisis

no se incluyen los costos de pretratamiento químico, como el de ácido y el

del polifosfato y de post tratamiento químico. Los costos de material para

mantenimiento se incrementan un poco al disminuir el porcentaje de

recuperación, debido a un incremento en el bombeo a la unidad de ósmosis

inversa.

Los requerimientos de mano de obra se consideran necesarios para la

limpieza y el reemplazo de las membranas, re-acidificación de los filtros,

mantenimiento de las bombas de alta presión y otras bombas, preparación

de los agentes químicos para el tratamiento y determinación de las dosis

necesarias, mantenimiento de la alimentación de los agentes químicos y el

monitoreo de las membranas de ósmosis inversa.

La limpieza de la membrana se realiza en forma mensual y los

requerimientos de trabajo mínimos fueron estimados de aproximadamente 1

hr/diaria para la planta más pequeña.

63


Capacidad de la Construcción y procesoplanta (gpd) Energía (kWh/yr)

2500 2080010000 5150050000 195200100000 349300500000 16446001000000 3095300150000 521836 Tabla 3.3.5 Requerimiento de energía para ósmosis inversa

Capacidad de la COSTOS ($)planta (gpd) MantenimienMano de Obra Costo total Energía

2500 500 3740 5700 145610000 1700 3960 9300 360550000 8000 5280 27000 13664100000 14600 6710 45800 24451500000 67100 9570 191800 1151221000000 117900 12430 347000 216671

79251.60 11901.28 6278.46 37342.07 19985.57 Tabla 3.3.6 Costos de operación y mantenimiento en ósmosis inversa

COSTOS DE OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO

y = -3E-08x2 + 0.1497x + 225.74R2 = 1

y = -7E-09x2 + 0.0148x + 4265.1R2 = 0.9686

y = -6E-08x2 + 0.4047x + 5645.8R2 = 1

0

50000

100000

150000

200000

250000

300000

350000

400000

0 200000 400000 600000 800000 1000000 1200000

Capacidad de la planta (gpd)

$ mantenimento

mano de obra

Costo total

Fig. 3.3.2 Costos de operación y mantenimiento vs capacidad de la planta mediante ósmosis inversa

64


Los agentes químicos que se requieren en la ósmosis inversa son el

hexametafosfato de sodio para el control de la incrustación, el ácido sulfúrico

para el ajuste del pH antes del tratamiento, el hidróxido de sodio para

incrementar el pH después de la aplicación del tratamiento. Los costos de

cada uno de estos están en función de la dosis, el costo unitario del

compuesto químico y el porcentaje de recuperación.

65


5.4 FILTROS

La calidad del agua tiene un impacto inversamente proporcional al costo del

tratamiento de filtración, ya que establece las dosis requeridas de coagulante

y complemento del coagulante, que se aplican a los procesos.

Generalmente, al incrementarse la turbidez, el color y la concentración

bacteriana en el agua, se necesitará una dosis más alta de coagulante, así

mismo se incrementan los costos debido a un aumento en la temperatura del

proceso. Los flujos de filtración que exceden los 7.32-9.76 m3/m2/h, con un

flujo dual o en medio mezclado requieren la adición de agentes auxiliantes al

coagulante, especialmente cuando la temperatura del agua se encuentra en

un rango de 7.2-10 °C.9 En aplicaciones en las cuales el único pre-

tratamiento es el mezclado flash o el contacto de recipiente (filtración

directa), las cargas de sólidos suspendidos a los filtros reducen el ciclo de

filtrado, por lo que se requiere de retro-lavados mucho más frecuentes y se

reduce la producción neta de agua filtrada. Para agua con una calidad muy

pobre, es deseable operar con un bajo flujo de filtración, lo que puede

proporcionar un incremento en el costo del tratamiento.


Los costos de construcción fueron evaluados bajo estos criterios, para

aquellas instalaciones que emplean dos tanques abiertos cilíndricos con

66


válvulas automáticas y controladores. Estos costos incluyen el retro-lavado,

bombas de lavado de superficie y los controladores, así como la tubería de

los filtros, el filtro mezclador, polímeros, equipo de alimentación y otros

accesorios dentro de los limites de batería.

Las velas de filtración miden ocho pies de alto y descargan a través de

válvulas de nivel que controlan el efluente, la descarga se dirige a un

almacén de agua. El retro-lavado de los filtros es automático, de acuerdo a

las pérdidas de los mismos.

Los costos de construcción excluyen las instalaciones del pre-tratamiento, del

almacenamiento de agua y del bombeo del agua tratada.

Costos de Construcción Flujo (gpm) Flujo (gpm)Área (ft2) Costo $ 2 gpm/ft2 5 gpm/ft2

6.3 46500 12.6 3225 79400 50 12557 104700 114 285100 151600 200 500158 217400 316 790226 266600 452 113040 130693.62 80 200

Tabla 3.4.1 Costos de construcción para filtros

67


COSTO DE CONSTRUCCIÓN

y = -1.0918x2 + 1250.9x + 41422R2 = 0.9963

0

50000

100000

150000

200000

250000

300000

0 50 100 150 200 250

AREA DEL FILTRO (ft2)

$

USD

Fig. 3.4.1 Costos de construcción vs área del filtro

5.4.2 Requerimientos de energía

Los costos energéticos calculados para el proceso de retro-lavado se

realizan para una y dos veces por día, para flujos de filtración de 4.88 y 12.1

m3/m2/h.9

La energía para construir se basa en 209.8 kwh/m2/y para

calentamiento, ventilación e iluminación. Este uso considera el uso de

iluminación durante tres horas diarias.

Área Filtro Consumo de Energía kWh/yr 0.07(ft2) 2 gpm/ft2 1rl 2 gpm/ft2 2rl 5 gpm/ft2 1rl 5 gpm/ft2 2rl6.3 3800 3800 3800 380025 7300 7500 7300 750057 9900 10400 9900 10400100 15000 15800 15500 15800158 23200 24500 23200 24500226 28800 30500 28800 30500

22.9315972 6366.843778 6555.65434 6366.843778 6555.65434 Tabla 3.4.2 Consumo de energía anual para filtros

68


CONSUMO DE ENERGÍA

y = 114.56x + 3739.8R2 = 0.9922

y = 122.3x + 3751.2R2 = 0.9926

0

5000

10000

15000

20000

25000

30000

35000

0 50 100 150 200 250

Área de filtro (ft2)

kWh/

yr

1 retrolavado/día

2 retrolavados/día

Fig. 3.4.2 Consumo de energía vs área del filtro

Área Filtro Costo de Energía $/año(ft2) 2 gpm/ft2 1rl 2 gpm/ft2 2rl 5 gpm/ft2 1rl 5 gpm/ft2 2rl6.3 266 266 266 26625 511 525 511 52557 693 728 693 728100 1050 1106 1085 1106158 1624 1715 1624 1715226 2016 2135 2016 2135

22.9315972 445.68 458.90 445.68 458.90 Tabla 3.4.3 Costos energía para filtros

Los materiales para el mantenimiento y el reemplazo de componentes

que se desgastan o se rompen durante la operación normal, también están

considerados. Algunos materiales típicos para el mantenimiento son sellos

de bombas, lubricantes, repuestos para algunas partes de las bombas,

69


reparación de instrumentación y algunos otros productos necesarios para

facilitar el mantenimiento.

Área Filtro Costos de Material de Mantenimiento ($/año)(ft2) 2 gpm/ft2 1rl 2 gpm/ft2 2rl 5 gpm/ft2 1rl 5 gpm/ft2 2rl6.3 500 600 500 60025 1000 1300 1000 130057 1400 1800 1400 1800100 1500 1900 1500 1900158 1600 2000 1600 2000226 1700 2100 1700 2100

22.93 1061.99 1236.14 1061.99 1236.14 Tabla 3.4.4 Costos de material de mantenimiento para filtros

COSTO MATERIAL DE MANTENIMIENTO

y = 339.02Ln(x) - 83.522R2 = 0.9816

y = 423.13Ln(x) - 89.292R2 = 0.9656

0

500

1000

1500

2000

2500

0 50 100 150 200 250

Área Filtro (ft2)

$ U

SD

1retrolavado

2 retrolavados

Fig. 3.4.3 Costos material de mantenimiento vs área del filtro

Los requerimientos de trabajo cubren tanto mantenimiento como operación,

en donde se canaliza la mayor parte del trabajo a las operaciones de rutina.

El operador tiene las tareas de revisar la operación mecánica de los filtros

diariamente, de asegurar que las dosis de especies químicas alimentadas

70


sean las correctas para que se obtenga la calidad deseada en el agua.

También debe efectuar pruebas de rutina a las instalaciones de

mantenimiento.

Área Filtro Mano de Obra (hr/año)(ft2) 2 gpm/ft2 1rl 2 gpm/ft2 2rl 5 gpm/ft2 1rl 5 gpm/ft2 2rl6.3 250 300 430 48025 320 380 500 56057 380 460 560 640100 420 500 600 680158 470 560 650 740226 510 610 690 790

22.9315972 327.1640297 391.5449175 507.1671622 571.5449175 Tabla 3.4.5 Tiempo requerido de mano de obra para filtros

Área Filtro Costos de Mano de Obra ($/año) 11(ft2) 2 gpm/ft2 1rl 2 gpm/ft2 2rl 5 gpm/ft2 1rl 5 gpm/ft2 2rl6.3 2750 3300 4730 528025 3520 4180 5500 616057 4180 5060 6160 7040100 4620 5500 6600 7480158 5170 6160 7150 8140226 5610 6710 7590 8690

22.93 3598.80 4306.99 5578.84 6286.99 Tabla 3.4.6 Costos de mano de obra para filtros

71


MANO DE OBRA

y = 71.721Ln(x) + 102.5R2 = 0.9761

y = 85.393Ln(x) + 124.05R2 = 0.975

y = 71.721Ln(x) + 282.5R2 = 0.9761

y = 85.393Ln(x) + 304.05R2 = 0.975

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

0 50 100 150 200 250

ÁREA FILTRO (ft2)

hr/y

r

2gpm/ft2-1rl2gpm/ft2-2rl5gpm/ft2-1rl5gpm/ft2-2rl

Fig. 3.4.4 Tiempo requerido de mano de obra vs área del filtro

Área Filtro Costo Total ($/año)(ft2) 2 gpm/ft2 1rl 2 gpm/ft2 2rl 5 gpm/ft2 1rl 5 gpm/ft2 2rl6.3 3516 4166 5496 614625 5031 6005 7011 798557 6273 7588 8253 9568100 7170 8506 9185 10486158 8394 9875 10374 11855226 9326 10945 11306 12925

22.93 5106.47 6002.03 7086.50 7982.03 Tabla 3.4.7 Costos totales para filtros

72

Documents

V. ANÁLISIS ECONÓMICO 5.1 RESINAS DE …catarina.udlap.mx/u_dl_a/tales/documentos/leip/valenzuela_m_td/... · V. ANÁLISIS ECONÓMICO 5.1 RESINAS DE INTERCAMBIO IÓNICO 5.1.1 Costos