UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE FACULTAD DE INGENIERÍA DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA EN OBRAS CIVILES
ANALISIS TECNICO ECONOMICO DEL EMPLAZAMIENTO OPTIMO PARA UNA PYME DE PRODUCTOS LACTEOS EVALUANDO LAS TECNOLOGIAS DE HUMEDAL Y LOMBRIFILTRO COMO POSIBLE TRATAMIENTO DE RILES
NELSON ALEXIS DONOSO VALVERDE SEBASTIAN ANDRES POBLETE GONZALEZ
Profesor Guía: Sr. Pablo Medina Dávila Memoria para obtener el Título de Ingeniero Civil en Obras Civiles.
Santiago − Chile 2013
© NELSON ALEXIS DONOSO VALVERDE – SEBASTIAN ANDRES POBLETE GONZALEZ Se autoriza la reproducción parcial o total de esta obra, con fines académicos, por cualquier forma, medio o procedimiento, siempre y cuando se incluya la cita bibliográfica del documento.
UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE FACULTAD DE INGENIERÍA DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA EN OBRAS CIVILES
ANALISIS TECNICO ECONOMICO DEL EMPLAZAMIENTO OPTIMO PARA UNA PYME DE PRODUCTOS LACTEOS EVALUANDO LAS TECNOLOGIAS DE HUMEDAL Y LOMBRIFILTRO COMO POSIBLE TRATAMIENTO DE RILES
NELSON ALEXIS DONOSO VALVERDE SEBASTIAN ANDRES POBLETE GONZALEZ
Profesor Guía: Sr. Pablo Medina Dávila. Comisión Examinadora: Sr. Christian Seal Mery. Sr. Eduardo Sepúlveda GarcíaHuidobro.
Memoria para obtener el Título de Ingeniero Civil en Obras Civiles
Santiago − Chile 2013
DEDICATORIA Dedico este trabajo a mi familia quienes fueron la base para lograr quien soy yo en estos momentos, tanto en la entrega de la educación, como en los valores y sus enseñanzas. A mi novia Linda por su apoyo en todo momento en el que cursé la carrera y que la amo con todo mi corazón. A mi mejor amigo y compañero Nelson que, bueno, ambos sabemos lo que significó el esfuerzo. A mis amigos y compañeros y a todos los que creyeron en mí, simplemente Gracias. “
Good Game, Good Luck and Have Fun!
”
SEBASTIAN.
i
DEDICATORIA
Dedico este trabajo a mis padres, que me apoyaron en todo momento y en todas las decisiones que he tomado, además por todas las enseñanzas que me han transmitido. A mi polola Katy, a quien amo con todo mi ser, que me animó y apoyo durante todo este período y que gracias a ella he podido encontrar la felicidad. A mis amigos y conocidos, en especial a mi gran amigo Seba por su gran amabilidad y por todo el esfuerzo que dedicamos a este trabajo.
NELSON
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AGRADECIMIENTOS A nuestros profesores, los señores Pablo Medina, Christian Seal y Eduardo Sepúlveda por compartir sus experiencias y su ayuda para poder completar este trabajo de memoria. A nuestras respectivas familias y novias que nos dieron su apoyo y respaldo durante la travesía de este trabajo y el transcurso de nuestra carrera.
iii
TABLA DE CONTENIDOS Dedicatoria…………..……………………………………………………………………. i Agradecimientos………………………………………………………………………….. iii Tabla de Contenidos…………………………………………………………………….. iv Índice de Tablas..………………………………………………………………………… viii Índice Figuras…….………………………………………………………………………. x Resumen …………………………………………………………………………………. xi
CAPÍTULO 1 INTRODUCCIÓN Y JUSTIFICACIÓN DEL PROYECTO…..……….
1
1.1. 1.2. 1.3. 1.3.1. 1.3.2. 1.4. 1.4.1. 1.4.2. 1.5.
Introducción……………………………………………………………….. Descripción de Propuestas a Considerar……………………………… Objetivos…………………………………………………………………… Principales……………………………………………………………….... Secundarios……………………………………………………………….. Alcances y Limitaciones del Proyecto………………………………….. Alcances…………………………………………………………………… Limitaciones……………………………………………………………….. Alcances por Capítulo…………………………………………………….
1 2 4 4 4 4 5 5 6
CAPÍTULO 2 LINEA PRODUCTIVA DE L A PLANTA Y RILES ASOCIADOS……
8
2.1. 2.2. 2.2.1. 2.2.1.1. 2.2.2. 2.3. 2.4. 2.4.1. 2.4.2.
Introducción……………………………………………………………….. Línea de Producción de la Planta………………………………………. Elaboración de Quesos: Mantecosos y Frescos……………………… Queso Fresco…………………………………………………………….. Elaboración de Manjar…………………………………………………… Limpieza de Equipos……………………………………………………... Generación de Riles y Residuos del Proceso Productivo…………… Residuos Provenientes de la Elaboración del Queso………………... Residuos Provenientes de la Elaboración del Queso Fresco……….
8 9 9 10 11 13 14 15 16
2.4.3. 2.5. 2.5.1. 2.5.2. 2.5.3. 2.5.4. 2.5.5.
Residuos Provenientes de la Elaboración del Manjar ………………... Emisiones Provenientes de la Planta Productora de Lácteos………. Emisiones Atmosféricas…………………………………………………. Residuos Líquidos……………………………………………………….. Residuos Sólidos…………………………………………………………. Ruido………………………………………………………………………. Olor…………………………………………………………………………
17 18 18 18 19 20 20
iv
CAPÍTULO 3 DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO PTR ……………………………….
21
3.1. 3.1.1. 3.1.1.1
Descripción General del Proyecto……………………………………... 21 Situación Actual…………………………………………………………... 21 Parámetros del Ril……………………………………………………….. 21
3.1.2. 3.2. 3.2.1. 3.2.1.1. 3.2.1.2. 3.2.1.3. 3.3. 3.3.1. 3.3.1.1. 3.3.1.2. 3.3.1.3. 3.3.1.4. 3.4. 3.4.1. 3.4.1.1.
Situación Proyecto………………………………………………….. Etapas delcon Tratamiento………………………………………………….. Descripción de las Etapas de Tratamiento……………………………. Etapa de Pre Tratamiento………………………………………………. Tratamiento Secundario………………………………………………… Desinfección Final………………………………………………………. Planta de Tratamiento de Riles (PTR)………………………………… Unidades de Tratamiento……………………………………………….. Cámara Desgrasadora…………………………………………………… Filtro Parabólico………………………………………………………….. Homogeneizador…………………………………………………………. Desinfección……………………………………………………………… Sistema de Tratamiento Biológico……………………………………… Lombrifiltro………………………………………………………………… Antecedentes Preliminares………………………………………………
22 23 24 24 25 25 25 27 27 28 29 30 31 32 32
3.4.1.2. 3.4.1.3. 3.4.1.4. 3.4.1.4.1. 3.4.1.5. 3.4.2. 3.4.2.1. 3.4.2.2. 3.4.2.3. 3.4.2.3.1. 3.4.2.3.1.1. 3.4.2.3.1.2. 3.4.2.3.1.3. 3.4.2.3.1.4. 3.4.2.4. 3.4.2.4.1. 3.4.2.4.2. 3.4.2.4.3. 3.4.2.4.4. 3.4.2.5. 3.5. 3.5.1. 3.5.2.
Características del Lombrifiltro…………………………………………. Eficiencia del Tratamiento……………………………………………….. Lombrices para tratamiento……………………………………………... Condiciones Ideales y Desfavorables para su Hábitat……………….. Descripción de las Capas del Lombrifiltro…………………………….. Sistema por Humedal……………………………………………………. Introducción………………………………………………………………. Clasificación de los Humedales Artificiales……………………………. Humedales Subsuperficiales de Flujo Horizontal……………………... Partes de los Humedales de Flujo Subsuperficial……………………. Agua Residual…………………………………………………………….. Sustrato (Medio Granular)……………………………………………….. Vegetación………………………………………………………………… Microorganismos…………………………………………………………. Mecanismos de Remoción de Contaminantes………………………... Funciones de las Macrófitas en los Mecanismos de Remoción……. Remoción de Materia Orgánica. DBO y DQO………………………… Sistemas Subsuperficiales Horizontales: Vía Anaeróbica…………… Influencia de la Carga Orgánica………………………………………… Ventajas y Desventajas de los Humedales Artificiales………………. Emisiones Provenientes de la Planta de Tratamiento……………….. Emisiones Atmosféricas…………………………………………………. Residuos Líquidos………………………………………………………..
33 35 36 37 39 41 41 42 43 44 44 46 47 48 49 50 51 52 52 54 57 57 57
v
3.5.3. 3.5.4. 3.5.5.
Residuos Sólidos…………………………………………………………. Ruido………………………………………………………………………. Olor…………………………………………………………………………
57 58 58
CAPÍTULO 4 DISEÑO DE LAS UNIDADES DE LA PLANTA DE TRATAMIENTO 59 4.1. 4.2. 4.2.1. 4.2.2. 4.2.2.1. 4.2.2.2. 4.2.2.3. 4.2.2.3.1. 4.2.2.3.2. 4.2.2.3.3. 4.3. 4.3.1.
Introducción……………………………………………………………….. Teoría de Diseño…………………………………………………………. Diseño de Lombrifiltro……………………………………………………. Diseño Humedal………………………………………………………….. Diseño Hidráulico…………………………………………………………. Modelo de Remoción para la DBO5……………………………………. Verificaciones……………………………………………………………... Verificación por Carga Hidráulica………………………………………. Verificación por Pendiente………………………………………………. Verificación por Carga de DBO5………………………………………... Balances de masa………………………………………………………... Filtro Parabólico…………………………………………………………...
59 59 59 61 61 63 65 65 66 66 67 67
4.3.2. 4.3.3. 4.3.4. 4.3.5. 4.4. 4.4.1. 4.4.2. 4.4.3. 4.4.4. 4.4.4.1. 4.4.4.2. 4.3.4. 4.4.4.2.2. 4.4.4.3. 4.4.4.4. 4.4.4.4.1. 4.4.4.4.2. 4.4.5. 4.4.5.1. 4.4.6.
Cámara EstanqueDesgrasadora…………………………………………………… Homogeneizador……………………………………………… Sistema de Lombrifiltro…………………………………………………... Unidad de Cloración…………………………………………………... Memoria de Cálculo…………………………………………………... Homogeneizador………………………………………………………... Cámara de Evacuación………………………………………………... Lombrifiltro…………..…………………………………………………... Humedal de Flujo Horizontal……..……………………………………... Diseño de Humedal….…………………………………………………... Verificaciones…………….……………………………………………... Verificación por Pendiente……………………………………………... Verificación por Carga Hidráuilica y por DBO............................…... Análisis de Resultados…………………………………………………... Ajuste……………………………………………………………………... Resultado de Ajuste……………………………………………………... Verificaciones por Ajuste……………………………………………... Diseño de las Unidades Restantes……………………..……………... Filtro Parabólico……..…………………………………………………... Conclusión de Diseño.…………………………………………………...
67 68 68 69 70 70 73 74 76 76 77 77 78 78 79 79 80 81 82 82
vi
CAPÍTULO 5 EVALUACION ECONOMICA
83
5.1. 5.2. 5.2.1.
Introducción……………………………………………………………….. Principales Costos asociados a la Planta de Producción…..…..…. Costos de Construcción de la Empresa……………………….……..
83 84 84
5.2.1.1. 5.2.2. 5.2.3. 5.2.3.1. 5.3. 5.4. 5.4.1. 5.5. 5.6. 5.6.1. 5.6.2. 5.6.3. 5.6.4. 5.6.5. 5.6.6.
Plano deGenerales la Empresa.…………………………………………………….. Costos de la Planta…………………………………………. Costos por Urbanización………….……………………………………. Costos de Conexión Red Agua Potable y Red Eléctrica..………... Principales Costos Asociados a la Planta de Tratamiento…………. Terrenos…………………..………………………………………………. Criterios de Búsqueda………………………..………………………... Comparación de Costos por Presupuestos.………………………... Rentabilidad….…………………………………………………………... Producción de la Planta………………………………………………… Costos de Producción de la Elaboración de Productos……………… Costos de Venta..…..…………………………………………………... Costos de Administración……………………………………………… Activos Nominales.…..…………………………………………………. Activos Fijos…………………………….…………………………………
84 85 87 88 89 90 91 91 92 93 95 97 97 98 99
5.6.6.1. 5.6.7. 5.6.8. 5.6.8.1. 5.6.9.
Depreciación los Activos…..…..………………………………….. Flujo de Caja de e Indicadores VAN y TIR.……………………………... Análisis de Sensibilidad...………………………………………………. Comparación de Resultados…………………………………………… Financiamiento de las Inversiones………………………………………
100 101 103 104 108
CAPÍTULO 6 CONCLUSIONES 6.1. Introducción……………………………………………………………….. 6.2. Elección del Sistema de Tratamiento Secundario………………….. 6.3. Evaluación Económica…………………………………………………. 6.4. Elección del Lugar de Traslado……………………………………….. 6.5. Comentarios……..………………………………………………………. 6.5. Recomendaciones……………………………………………………….
110 110 111 112 114 114 115
BIBLIOGRAFÍA…………..…………………………………………………….…..……. 116 ANEXO A
Flujos Netos de Caja de las Propuestas……………………………. 122
ANEXO B
Costos de Construcción y Mano de Obra…………………………… 130
ANEXO C
Planos de Diseño de Planta de Tratamiento y Planta Productora 138 vii
INDICE DE TABLAS Tabla 2.1. Tabla 3.1. Tabla 3.2. Tabla 3.3. Tabla 3.4. Tabla 3.5. Tabla Tabla Tabla Tabla Tabla Tabla
4.1. 4.2. 4.3. 4.4. 4.5. 4.6.
Tabla Tabla Tabla Tabla Tabla Tabla Tabla Tabla Tabla Tabla
4.7. 4.8. 4.9. 4.10. 4.11. 4.12. 4.13. 4.14. 4.15. 4.16. 4.17.
Descripción de Riles Generados..……………………………………… Parámetros de Ril Generado por la Planta Productora Generalmente……………………………………………………….....… Límites Máximos Permitidos de los Parámetros para Descargas Superficiales………………………………………………………………. Contaminante Importantes de Interés en el Tratamiento de Aguas Residuales……………………………………………………………..….. Características de las Especies Vegetales más Utilizadas en Humedales Artificiales….…………………………………………….….. Principales Mecanismos de Eliminación y Transformación de los Contaminantes en los Humedales Artificiales…………………….…... Características del Material de Soporte en Humedales SFS….…….. Eficiencia de Remoción del Filtro Parabólico…….….………………… Eficiencia de Remoción de Cámara Desgrasadora…………………... Eficiencia de Remoción de Estanque Homogeneizador ..……………. Eficiencia de Remoción del Sistema Lombrifiltro…………………...… Eficiencia de Remoción de Unidad de Cloración………….…………..
19 22 26 45 48 50 63 67 67 68 68 69
Resultado de Diseño de Tanque Homogeneizador…..………………. Tasas de Riego Utilizadas en Chile………..…………………………... Tasas de Riego para los Distintos Caudales………………………….. Resultados de Cálculo del Diseño del Humedal…………….. ………. Verificación de Pendiente del Sistema Humedal.……...……………... Verificación de Condición por Carga Orgánica……………...………... Ajuste realizado al Área de Diseño…………………………...………... Resultados de Ajuste de Superficie…………………………..………... Verificación por Pendiente Ajustada………………………….………... Verificación Ajustada para Carga Hidráulica y Carga por DBO……... Resultado de Volúmenes para Cámara Desgrasadora, Cloradora y Decloradora……………………………………………………..………... Costos Asociados a Materiales e Instalaciones………....................... Rendimientos Por Tipos de Especialidad……………………………... Costos Asociados a Mano de Obra de Planta Productora...………...
72 74 76 77 78 78 79 80 80 81
Costo Aproximado de Instalaciones………………………….………... Costos Asociados a Materiales y Equipos de la Planta de Tratamiento……………………………………………………………….. Tabla 5.6. Costos Asociados a Mano de Obra de PTR………………...………... Tabla 5.7. Comparación de Costos de Terrenos…………...…………….……….. Tabla 5.8. Comparación de Costos……………………………….......................... Tabla 5.9. Efecto de Estacionalidad en la Producción de la Leche……………... Tabla 5.10. Variación en la Producción por Estacionalidad...……………………... Tabla 5.11. Ingresos Anuales según Producción Anual de Lácteos…….………...
88
Tabla 5.1. Tabla 5.2. Tabla 5.3. Tabla 5.4. Tabla 5.5.
viii
81 86 86 87 89 90 91 92 94 94 95
Tabla Tabla Tabla Tabla Tabla Tabla Tabla Tabla Tabla Tabla Tabla Tabla Tabla Tabla Tabla Tabla
5.12. 5.13. 5.14. 5.15. 5.16. 5.17. 5.18. 5.19. 5.20. 5.21. 5.22. 5.23. 5.24. 5.25. 5.26. 6.1.
Costos por Materia Prima para la Elaboración de Productos…...…... Costos de Elaboración de Productos….…………………….…….…... Costos de Ventas de la Producción…………………………..………... Costos de Administración Propuesta Fuera de la Ciudad……….…... Costos de Administración Propuesta Dentro de la Ciudad……...…... Activos Fijos de la Empresa para Propuesta Fuera de la Ciudad…... Activos Fijos de la Empresa para Propuesta Dentro de la Ciudad..... Depreciación de Activos…………………………………………………. Flujo de Caja Considerando Situación Actual……………….………... Flujo de Caja Considerando Emplazamiento en Ciudad….. ………... Flujo de Caja Considerando Emplazamiento en Sector Rural….…... Sensibilidad de Los Parámetros en Ciudad………………….………... Sensibilidad de Los Parámetros en Sector Rural…………...………... Variación Porcentual del VAN respecto al Valor Base……..………... Variaciones en el VAN debido a Financiamiento……………………... Aumento de Rentabilidad por Ambas Propuestas..………...………...
ix
96 96 97 98 98 99 100 100 101 102 102 104 105 107 109 112
INDICE DE FIGURAS Figura 2-1. Figura 2-2. Figura 2-3. Figura 3-1. Figura 3-2. Figura 3-3. Figura 3-4. Figura 3-5. Figura 3-6. Figura 3-7. Figura 3-8. Figura 4-1. Figura 4-2. Figura 5-1. Figura 5-2. Figura 5-3. Figura 5-4. Figura 5-5.
Detalle de Residuos Generados en la Elaboración del Queso……… Detalle de Residuos Generados en la Elaboración del Queso Fresco…………..………………………………………………………… Detalle de residuos Generados en la Elaboración del Manjar………. Bosquejo Explicativo de Funcionamiento de la Trampa de Grasa….. Filtro Rotatorio…………………………………………………………….. Bosquejo de Homogeneizador Simple…………………………………. Unidad de Cloración para Desinfección……………………………….. Lombriz Eisenia Foetida para Uso en Tratamiento…………………… Descripción de las Capas del Lombrifiltro……………………………... Esquema de Clasificación de los Sistemas de Depuración con Macrófitas…………………………………………………………………. Humedal Subsuperficial de Flujo Horizontal (Vista Corte Sección)… Hidrograma de vertido de Riles de la Empresa a la Planta de Tratamiento……………………………………………………………….. Volumen de Llenado del Estanque en base al Caudal………………. Planta Productora de Lácteos…………………………………………... Comparación de Sensibilidad de Tasa de Descuento……………….. Comparación de Sensibilidad del Costo Unitario…………………….. Sensibilidad en las Ventas en Ciudad…………..……………………... Sensibilidad en las Ventas en Sector Rural……………………………
x
15 16 17 27 28 30 31 36 39 42 43 70 71 85 105 106 106 107
RESUMEN Producto del terremoto de Febrero de 2010, el valor de los terrenos inmobiliarios han aumentado considerablemente, siendo un principal problema para pequeñas y medianas empresas quienes desean expandirse para elevar su producción. En el presente informe se analiza una empresa del tipo pyme, que se desempeña en el rubro lácteo, y tiene como objetivo aumentar a más del doble su producción e incorporando un nuevo producto en su línea de producción. Sin embargo, la superficie donde se ubica actualmente no cubre los requisitos proyectados para su expansión y a esto se le suma que el terreno actual es arrendado y por ende, no es posible modificarlo. Debido al elevado costo de los terrenos urbanizados, se evalúa la posibilidad del traslado de sus instalaciones a zonas alejadas de la ciudad, sin la existencia de urbanización. En caso de no ser viable esta opción, se analiza también una posible adquisición de un terreno dentro de la ciudad y urbanizado. Determinar la decisión correcta, implica realizar un análisis técnico económico de ambas propuestas en donde, desde el punto de vista técnico, se debe diseñar y evaluar la existencia de una planta de tratamiento para el sector rural que sea eficiente, ecológica y que sea accesible para el presupuesto de la empresa, analizando como unidades de tratamiento secundario (unidad primordial en el tratamiento de riles) un sistema de lombrifiltro y un Humedal de Flujo Horizontal. Desde el punto de vista de la evaluación económica, se determinan los flujos de caja de la empresa para las situaciones con y sin proyecto. Gracias al indicador de rentabilidad VAN, se evalúa la vialidad de las propuestas establecidas, identificando además, las variables predominantes que afectan la rentabilidad del proyecto mediante un análisis de sensibilidad. Por que motivos de alternativa rendimientos utilizar, se llega a es la conclusión la mejor parayel superficie sistema deatratamiento secundario el lombrifiltro, quedando descartado el humedal por problemas de colmatación del lecho debido al exceso de carga orgánica del ril a tratar. De acuerdo a los análisis de rentabilidad, trasladar la empresa a otro sector de la ciudad resulta ser la opción más conveniente, siempre y cuando el terreno a adquirir, posea un costo inferior a los 4166 UF. Para un precio superior, la alternativa de trasladarse al campo resulta más conveniente. xi
CAPITULO 1 Introducción y Justificación del Proyecto
1.1.
Introducción El actual crecimiento económico del país, el sismo de Febrero de 2010 y
el fácil acceso al crédito, han generado un alza en el sector inmobiliario, empujando el valor de los suelos y la propiedad a niveles no vistos, generando consecuencias insospechadas en otras áreas de la economía, lo que ha afectado directamente a pequeñas empresas que quieren establecerse por primera vez, arriendan o necesitan expandirse. En este contexto, se presenta la problemática de pymes, que por una parte, deben enfrentar la necesidad de expandirse para elevar su producción. Sin embargo, debido al elevado costo de los terrenos urbanizados, tienen que evaluar la posibilidad del traslado de sus instalaciones a zonas alejadas de las ciudades sin la existencia de urbanización o en su defecto, adquirir un terreno dentro de la ciudad con un elevado costo. Por otro lado se encuentra la temática de la eliminación de sus residuos. Si bien la nocividad de éstos variará de acuerdo al rubro en que se desempeñe la empresa, la complejidad de cómo tratarlos dependerá de la composición y el área en que se desarrolla la empresa. Para la confección de este informe, se analizará el caso de una pyme orientada al rubro lácteo y que actualmente produce quesos y manjar. Además, 1
la empresa se encuentra situada en la ciudad de Chillán en la octava región y sus residuos actuales son nocivos para la planta de tratamiento local, lo que permite que el vertido de estos sean descargados directamente al alcantarillado.
1.2.
Descripción de Propuestas a Considerar Dentro de la evaluación, un aspecto fundamental recae en el análisis de
costos, pues como se trata de pequeñas empresas, no cuentan con un gran capital para realizar las inversiones, por lo que se deben evaluar las alternativas más convenientes desde el punto de vista técnico y económico, ya sea para el mejoramiento de su línea productiva como para el tratamiento de sus residuos. Cabe destacar que, si la empresa pretende trasladarse a otro sitio dentro de la ciudad, se debe tener en cuenta cuál será el precio del terreno a ocupar, junto con los costos asociados a la urbanización propia. En caso contrario, si la pyme opta por trasladarse fueras de la ciudad, es necesario realizar un estudio en cuanto los costos que implicaría urbanizar la zona e implementar una planta de tratamiento nueva. Por ende, para optimizar los gastos, se plantea evaluar dos sistemas de tratamiento de efluentes industriales de bajo costo de mantención, operación y que sean ecológicos. Unos de los sistemas tratamiento que cumplen con las condiciones planteadas anteriormente son el Sistema de Lombrifiltro y el Sistema por Humedal, los que son capaces de mitigar en gran medida la contaminación del medio ambiente junto con reducir los costos de implementación y operación requeridos.
2
El sistema de Lombrifiltro, a modo general, es un tipo de tratamiento que utiliza una población de lombrices para degradar la carga orgánica del residuo líquido. Su función principal dentro de la planta es la de retener la materia orgánica presente en el ril y generar un agua efluente con bajo contenido de componentes orgánicos, baja turbiedad y contener los microorganismos y lombrices encargadas de consumir la materia retenida. Por otro lado, el Sistema por Humedal consiste a modo general, en un cultivo de macrófitas enraizadas sobre un lecho de grava impermeabilizado. En donde la acción de estas plantas hace posible una serie de complejas interacciones físicas, químicas y biológicas a través de las cuales el agua residual afluente es depurada progresiva y lentamente. El implementar estas nuevas técnicas y realizar una correcta evaluación financiera permitirá la minimización de los costos asociados, tanto en materiales como en mano de obra, impulsando el desarrollo de una gran cantidad de pymes, no sólo en el áreas de los lácteos, sino que en todas aquellas donde es necesario el tratamiento de Riles.
3
1.3.
Objetivos
1.3.1. Principal ●
Realizar un análisis técnico económico de la implementación de una Planta de Tratamiento de Riles para una pyme situada fuera de la ciudad.
●
Evaluar cuál de las opciones de traslado propuestas a la planta es la solución más viable o económica para la empresa.
●
Realizar un análisis económico de las propuestas de traslado recomendadas para la empresa.
1.3.2. Secundarios ●
Evaluar la factibilidad de implementar una de las dos unidades alternativas propuestas para el tratamiento secundario de la planta.
●
Estudiar los sistemas de Lombrifiltro y Humedal como alternativas para tratamiento secundario de la planta de tratamiento.
●
Realizar el diseño de una planta de tratamiento de Riles incorporando la unidad de tratamiento secundario escogido, cumpliendo con la legislación correspondiente.
1.4.
Alcance y limitaciones del proyecto En el presente informe se detallarán los alcances y limitaciones a nivel de
proyecto en su totalidad, los cuales corresponden a:
4
1.4.1. Alcances
Diseño de la planta de tratamiento completa basado en las etapas de tratamiento establecidas en el capítulo 3.
Se contempla para el estudio del humedal el uso de un humedal de flujo subsuperficial horizontal. Determinación de costos de construcción de la planta de tratamiento y de la planta de producción fuera de la ciudad.
Comparación de costos finales según ubicación de la empresa (dentro o fuera de la ciudad) y recomendaciones.
Diseño de planos de construcción.
En la evaluación económica, no se considera el análisis de una situación base mejorada.
Para el diseño de los Flujos Netos de Caja, se considera que no existe variación en las ventas, vendiendo el 100% de lo producido.
1.4.2. Limitaciones
El proyecto sólo está orientado a pymes de productos lácteos, debido a la cantidad de Ril generado y los parámetros propios de éstos.
El proyecto analiza sólo los dos sistemas de tratamiento secundario propuestos, no discutiendo otras alternativas.
5
1.5.
Alcances por capítulo Capítulo 1 Introducción y Justificación del Proyecto
En este capítulo se dan a conocer los aspectos generales, objetivos y alcances de la memoria.
Capítulo 2 Línea Productiva de la Planta y RILes Asociados En este capítulo se describen los procesos productivos que se ejecutan
en una pequeña planta productora de lácteos, colocando énfasis en los procesos de generación y tipos de residuos industriales líquidos evacuados.
Capítulo 3 Descripción del Proyecto PTR En este capítulo se definen las unidades pertenecientes a la planta de
tratamiento detallando su función dentro de ésta junto con su marco teórico respectivo, además se señala la situación actual en que se encuentra la empresa y la situación futura con proyecto.
Capítulo 4 Diseño de las Unidades de la Planta de Tratamiento
Para el desarrollo de esta sección, se propone el diseño de la planta de tratamiento detallando las dimensiones, volúmenes, componentes, características y todos los parámetros requeridos de cada una de las unidades establecidas en el capítulo 3.
6
Capítulo 5 Evaluación Económica del Proyecto En este capítulo se deben realizar los análisis detallados de los costos
que significa la puesta en marcha de la empresa en un sector rural con una planta de tratamiento de riles, y en un sector inmerso en la ciudad sin tratamiento alguno, con el fin de determinar su rentabilidad y viabilidad del proyecto a través del indicador VAN y los análisis de sensibilidad respectivos de las variables más influyentes para la empresa.
Capítulo 6 Conclusiones Este capítulo presenta las conclusiones finales y las recomendaciones
respecto de la evaluación técnico económica de la implementación de una planta de tratamiento de riles para una pymes de productos lácteos.
7
CAPITULO 2 Línea Productiva de la Planta y Riles Asociados
2.1.
Introducción
Para determinar el diseño de las unidades de tratamiento de los riles, se hace necesario conocer previamente el funcionamiento de una planta de productos lácteos, con el fin de comprender e ilustrar los distintos procesos por los que debe pasar el producto y obtener de ello la composición de los riles.
En este capítulo se describen los procesos más representativos de los algunos productos elaborados por la industria láctea y de las operaciones comunes de todos los procesos para una Pyme de productos lácteos, en donde estos productos corresponden a:
Quesos Mantecosos.
Queso Fresco o Quesillos.
Dulce de Leche o Manjar.
8
2.2.
Línea de Producción de la Planta
2.2.1. Elaboración de Quesos: Mantecosos y Frescos La elaboración de queso es una de las formas más antiguas de procesado de leche, realizándose de forma tradicional en cada familia, pueblo o ciudad. El proceso comienza con el precalentamiento de la leche estandarizada a 34°C, llevándola a un tanque quesero totalmente cerrado en donde será procesado, durante el llenado se incorporan cultivos lácteos, dependiendo del tipo de queso, cloruro de calcio nitrato de potasio o sodio y finalmente cuajo. Después de la coagulación, se corta en cubos de 3 a 15 mm, y luego de un tiempo de reposo se procede a una pre agitación, pre drenaje de suero, calentamiento y cocción a una temperatura que dependerá del tipo de queso a producir. Cuando el queso tiene su consistencia elástica y el pH correcto, es transportado al sistema de moldes para el prensado. En el prensado se le da la forma característica en los moldes correspondientes, se sala, y en algunos tipos de queso se siembra con cultivos fúngicos o bacterianos. En ciertos casos también se le añaden colorantes, especias u otros alimentos no lácteos para generar una variedad exótica de productos. Se consume en fresco o con distintos grados de maduración. En la maduración, el producto final es almacenado en cuartos frescos que cuenten con una temperatura de entre 10 a 15º Centígrados. El tiempo de maduración varía dependiendo el grado que se quiera adquirir, siendo éste de 21 días para el caso de un queso tierno, o de 6 meses para un queso curado. 9
Es en esta etapa en que se alcanzan las características sensoriales del producto, con respecto al sabor, color, aromas, textura, etc. Se conocen más de 2.000 tipos de quesos diferentes en todo el mundo, los cuales presentan características muy distintas y que requieren para su elaboración una serie de procedimientos más o menos diferenciados (Prevención de la contaminación de la Industria Láctea, 2001). Se pueden seguir varios criterios para su clasificación:
Según el srcen de la leche con la que han sido elaborados (leche de vaca, cabra, oveja).
Según las características del producto final (quesos con sal, quesos fundidos, etc.)
Según el proceso de maduración (quesos curados, frescos).
2.2.1.1.
Queso Fresco
La elaboración del queso fresco es idéntica a la del queso maduro o tradicional como se describió anteriormente, con la diferencia de que éste producto no pasa por un proceso de maduración ni de secado, sino que es directamente envasado posterior a la etapa de moldeado y prensado. (Prevención de la contaminación de la Industria Láctea, 2001).
10
2.2.2. Elaboración de Manjar La elaboración comienza con la recepción de la leche en envases limpios y desinfectados con agua potable, pasando por un control para estimar su calidad, su temperatura, aroma, etc., y luego refrigerándola hasta el momento de procesarla. Una vez realizado el control, la leche pasa ahora por un sistema de filtración o colado compuesto por mallas finas desinfectadas, con el fin de eliminar partículas extrañas provenientes del ordeño, para luego verterla en un recipiente de acero inoxidable o de aluminio. Una vez terminado el proceso de filtrado y de higienización, la leche luego pasa por un proceso térmico en el cual es calentada a 85ºC agregando previamente 0,5 gramos de bicarbonato de sodio y 250 gramos de azúcar por cada litro de leche. Finalmente se bate suavemente hasta lograr su total disolución. La mezcla se hierve por 2 horas en las cuales se agrega nuevamente azúcar, algunos saborizantes y aromatizantes hasta que el producto tome la consistencia deseada. Inmediatamente finalizada la elaboración, el dulce de leche obtenido se enfría a 60ºC para realizar el envasado. El enfriado se puede realizar en un recipiente destinado a tal efecto, el que consiste en un recipiente de acero inoxidable o material sanitario donde deberá haber agua bien fría y en cantidad. Dentro del recipiente se introduce la olla con el manjar manteniendo una agitación constante. 11
La velocidad del enfriamiento es muy importante ya que es una manera de prevenir y retardar la aparición de un defecto en el manjar: la formación de cristales, que le otorga una textura arenosa: el “manjar arenoso”.
El envasado se realiza generalmente con el dulce todavía a unos 5055ºC para permitir un fácil flujo y deslizamiento. Envasar a mayor temperatura tendría el inconveniente de que continuarían produciéndose vapores dentro del envase que, condensado en la tapa, podrían facilitar la aparición de hongos. Después de ser elaborado y envasado, se puede realizar un tratamiento térmico con el fin de evitar riesgos de contaminación. De esta manera se aumenta la vida útil del producto. Este tipo de tratamiento es usado para las producciones semiindustriales que cuentan con un apoyo tecnológico importante ya que el rango de temperaturas a utilizar se encuentran entre los 100-120 ºC. Para las producciones artesanales del manjar, se aumenta la vida útil de éste agregando un conservante tal como el sorbato de potasio, el cual puede ser agregado (rociándolo en la superficie) en la etapa de enfriamiento o una vez que se encuentra en el envase final. Para el almacenaje, si el producto no posee tratamiento térmico o conservantes, se hace necesario almacenarlo a temperatura de refrigeración. Por otro lado, si el manjar fue tratado térmicamente o posee conservantes, se puede mantener a temperatura ambiente en lugares frescos y secos (Elaboración de Dulce de Leche, 2008). 12
2.3.
Limpieza de Equipos La limpieza de los equipos que entran en contacto con los productos es
una parte esencial de cualquier planta de procesados de alimentos. Se debe tener en cuenta que los fabricantes de alimentos están siempre obligados a mantener unos altos niveles de higiene; esto involucra tanto a los equipos de proceso como, naturalmente, al personal implicado en la producción. En las operaciones de limpieza en la industria láctea, el objetivo es conseguir tanto la limpieza química como bacteriológica. Las superficies de los equipos son por tanto primero limpiadas con detergentes químicos y después desinfectadas. Las operaciones de limpieza se deben llevar a cabo de manera estricta de acuerdo con un procedimiento cuidadosamente estudiado, con el fin de conseguir el grado requerido de limpieza. Esto significa que la secuencia debe ser exactamente la misma cada vez. El ciclo de limpieza en una industria láctea comprende las siguientes etapas:
Recuperación de los restos de producto por medio de un arrastre, drenaje y expulsión con agua o aire comprimido.
Pre Enjuagado con agua para eliminar la suciedad suelta.
Limpieza con detergente.
Enjuagado con agua limpia.
Desinfección por calentamiento o con agentes químicos (opcionales); si se incluye este paso, el ciclo finaliza con un enjuagado final. 13
Las prensas son limpiadas con un sistema de espumas que contiene un detergente con fosfato. Todos los residuos de productos se han de recuperar de la línea de producción al final de cada ciclo de funcionamiento. Esto es importante por tres razones:
Para minimizar la pérdida de producto.
Para facilitar la limpieza.
Para reducir la carga contaminante de los vertidos, que a menudo se traduce en considerables ahorros en costes de tratamiento de las aguas residuales.
2.4.
Generación de Riles y Residuos del Proceso Productivo El problema medioambiental más importante de la industria láctea es la
generación de aguas residuales, tanto por su volumen como por la carga contaminante asociada (fundamentalmente orgánica). A continuación, se detallan los aspectos medioambientales involucrados en los procesos de elaboración de productos lácteos de la empresa productora.
14
2.4.1. Residuos Provenientes de la Elaboración del Queso
Figura 2-1. Detalle de residuos generados en la elaboración del Queso. FUENTE: Prevención de la contaminación de la Industria Láctea.
15
2.4.2. Residuos Provenientes de la Elaboración del Queso Fresco
Figura 2-2. Detalle de residuos generados en la elaboración del Queso Fresco. FUENTE: Prevención de la contaminación de la Industria Láctea.
16
2.4.3. Residuos Provenientes de la Elaboración del Manjar
Figura 2-3. Detalle de residuos generados en la elaboración del Manjar. FUENTE: Prevención de la contaminación de la Industria Láctea.
17
2.5.
Emisiones Provenientes de la Planta de Productos Lácteos Los riles son generados principalmente por las pérdidas de producto,
materias primas y por las aguas de lavado, que son utilizadas con el fin de desinfectar los equipos en cada etapa del proceso. Por último, las principales molestias ocasionadas son debido a olores, ruidos y a la presencia de moscas en las cercanías de los establecimientos.
2.5.1. Emisiones Atmosféricas Las emisiones atmosféricas en la industria láctea son producidas básicamente por las calderas y por el polvo generado en los procesos de formulación y secado de leche y suero.
2.5.2. Residuos Líquidos El efluente líquido de la industria láctea presenta como principales contaminantes aceites y grasas, sólidos suspendidos, DQO, DBO y nitrógeno amoniacal (Kjeldahl). El azúcar constituyente de las leche denominada lactosa es uno de los principales aportantes de DBO en los procesos productivos. El ril es un aportante de nutrientes (fósforo y nitrógeno), lo cual obliga a evaluar su impacto sobre los cuerpos superficiales. A continuación se describen los tipos de riles que se generan en las distintas líneas de producción de la planta (Tabla 2.1).
18
Tabla 2.1. Descripción de riles generados. Proceso
Tipo de Ril Generado En este proceso se produce principalmente suero de leche, junto con un vertido de una
Elaboración de Queso Mantecoso
salmuera proveniente de la etapa de salad o y además de los líquidos de los detergentes ácido
alcali nos
nítrico,
junto
clorados, con
el
soda y
agua
de
enjuague. Al igual que para la producción de quesos Elaboración de Queso Fresco
tradicionales, en la elaboración de quesos frescos se vierten los mismos riles ya que sus procesos
de fabricación son muy
similares. Elaboración de Manjar
Aseo de superficies y suelo
Solo existen riles del proceso de lavado de envases y enjuagues. Se utilizan con
el
detergentes
posterior
desengrasantes
enjuague
de
las
superficies.
FUENTE: Elaboración propia.
2.5.3. Residuos Sólidos Los residuos sólidos generados en el proceso productivo son plásticos, papel y lodos de proceso provenientes de la estandarización de la leche de las descremadoras y de los equipos de limpieza CIP (previa nano o micro filtración). Otro residuo sólido es el producto vencido, el cual es retornado a la planta (Declaración de Impacto Ambiental Lácteos San Ignacio LTDA, 2010).
19
2.5.4. Ruido El ruido generado por las operaciones de limpieza de equipos no presenta inconveniente alguno. La principal fuente de ruido proviene del uso de la caldera, la cual, para mitigar la emisión de ésta, se ubica en un cuarto con aislación acústica (Declaración de Impacto Ambiental Lácteos San Ignacio LTDA, 2010).
2.5.5. Olor En este tipo de plantas no se presentan olores molestos durante la producción o en el efluente (Declaración de Impacto Ambiental Lácteos San Ignacio LTDA, 2010).
20
CAPITULO 3 Descripción del Proyecto PTR
3.1.
Descripción General del Proyecto
3.1.1. Situación Actual Como se mencionó en el capítulo anterior, esta pyme se encuentra produciendo sólo manjares y quesos, sin embargo, se considera una expansión en la línea de producción de la planta hacia otros tipos de productos y de aumentar la línea existente. Actualmente, la empresa de lácteos se encuentra produciendo 120 kg/día de Quesos y 150 kg/día de manjar, generando un caudal de residuos industrial aproximado de 3,5 a 4 m³/día, los riles se vierten directamente al alcantarillado debido a la nocividad de sus residuos de acuerdo a las legislaciones aplicadas a la empresa.
3.1.1.1.
Parámetros del Ril
Mediante un análisis estadístico de empresas del rubro lácteo en los estudios de impacto ambiental, se estimaron las concentraciones de los riles generados por la planta, los que se encuentran indicados en la tabla 3.1.
21
Tabla 3.1. Parámetros del Ril generado por la planta productora actualmente. Parámetros
Unidad
Caudal
m³/día
TiempodeOperación DBO5 SólidosSuspendidos AceitesyGrasas
horas/día mg/L mg/L mg/L
Nitrógeno
Cantidad 4 12 1550 940 340
mg/L
82,2
Ph
-
6,5
Temperatura
°C
12
Fosforo
mg/L
Coliformes fecales
NMP/100ml
25,9 1x10^7
CargaOrgánica(Q.DBO5
Kg/día
7,2
CargaSólido(Q.SST) CargaNitrógeno(Q.NTK
Kg/día Kg/día
3,76 0,329
Kg/día
0,104
CargaFosforo
FUENTE: Elaboración propia.
3.1.2. Situación con Proyecto Como consecuencia de elevar su línea de producción, se hace indispensable aumentar la superficie donde se emplaza la empresa, dado que no cumple los requisitos de espacio mínimos que necesita. Por lo tanto, evaluar las dos propuestas de traslado es de vital importancia para la empresa, puesto que decidirán la futura posición y los gastos de traslado de las mercancías a sus clientes.
22
Desde el punto de vista técnico y económico, la propuesta de traslado dentro de la ciudad no diferiría mucho de la situación actual en que se encuentra la empresa, a diferencia de la otra opción de traslado, en donde incluir en el costo una planta de tratamiento que logre mitigar los contaminantes de carga orgánica presentes en las emisiones, de forma eficiente y económica, le genera un gran impacto en el presupuesto de la empresa. Como consecuencia de lo anterior, se contempla trasladar la planta de producción a una nueva ubicación que cumpla con la superficie requerida por los diseños y, en cuanto al tratamiento de sus residuos, se pretende diseñar y construir un sistema de tratamiento basado en la tecnología del uso de lombrices en el tratamiento, refiriéndose a un lombrifiltro, o mediante un sistema compuesto por plantas especiales, denominado Sistema por Humedales, para tratar un nuevo caudal de riles de 10 m³/día. De acuerdo a lo anterior, el nuevo diseño de la planta considerará una de estas tecnologías para cumplir con las normas que rigen el nivel de contaminantes de los riles. De acuerdo a esto, se contemplan las siguientes etapas de tratamiento:
3.2.
Etapas del Tratamiento
Pre tratamiento.
Tratamiento Secundario (Biológico).
Desinfección.
23
3.2.1. Descripción de las Etapas de Tratamiento
3.2.1.1.
Etapa de Pre Tratamiento
En esta etapa se contemplan tres unidades de tratamiento, las cuales son: un filtro parabólico, una cámara desgrasadora y un homogeneizador. La función que deberá cumplir esta etapa será de separar los residuos sólidos provenientes de la planta productora del ril y a su vez separar las grasas y aceites, para que el residuo líquido pase a la siguiente etapa sin presencia de estos contaminantes que puedan dañar unidades posteriores. Los residuos sólidos finos comprenden el tamaño entre 0,5 y 3 mm, e involucran normalmente sólidos putrescibles, como: restos de queso, cuajada, etc. Para removerlos se utilizan normalmente tamices tipo filtros parabólicos Contar con un Homogeneizador permite mantener circulando un caudal estable a la siguiente unidad para impedir daños en su funcionamiento. Este estanque debe mantenerse en constante agitación, para mantener el material en suspensión que se puede lograr mediante la inyección de aire al sistema y que además favorece la descomposición aerobia, por lo tanto, evita la generación de olores. Para atenuar los efectos de descargas excesivamente ácidas o alcalinas, se recurre al ajuste de pH, operación que muchas veces está asociada con la ecualización del flujo. Sin embargo, los productos elaborados en la empresa no varían del rango de pH de 6,5 a 8,5, por lo que no es necesario implementar un ajustador de pH. 24
3.2.1.2.
Tratamiento Secundario
En esta etapa del sistema, el ril será tratado con agentes biológicos. Para lograr este cometido, esta unidad estará comprendida por uno de estos dos sistemas sometidos a evaluación: un Lombrifiltro o un Humedal Artificial, los cuales se encargarán de digerir y remover la materia orgánica del ril disminuyendo su poder contaminante acercándolo a los parámetros de desinfección deseados.
3.2.1.3.
Desinfección Final
Como última etapa del proceso, el agua proveniente de la unidad de tratamiento biológico será sometida a una desinfección final en donde el líquido pasa por un sistema de cloración, adicionándole pastillas desinfectantes al afluente para lograr una máxima remoción de patógenos en el agua.
3.3.
Planta de Tratamiento de Riles (PTR) La planta será operada por personal capacitado y estará diseñada de
acuerdo al proceso productivo. Como se mencionó en el punto 3.2.1, los riles serán sometidos a un pre tratamiento, un tratamiento secundario y tratamiento de desinfección de las aguas al interior de la planta, para posteriormente ser reutilizados como agua para riego o lavado de camiones de la misma empresa. Por tanto, se puede establecer que no generará efectos adversos significativos sobre la cantidad y calidad de los recursos naturales renovables, incluidos el suelo, agua y aire; en ninguna de sus etapas, según lo prescribe el Art.11, literal b) de la ley 19.300/94 y el Art. 6 del D.S. N° 95/01 del MINSEGPRES. 25
Considerando los distintos contaminantes presentes en el efluente, se deberá cumplir con los siguientes límites permitidos tal como lo señala la tabla 3.2.
Tabla 3.2. Límites máximos permitidos de los parámetros para descargas superficiales P arámet ro
DBO5
Un id ad
Expresión
mg/L
SólidosSuspendidos AceitesyGrasas Nitrógeno
Permitido
DBO5
mg/L mg/L
Límite Máximo
35
S.S. AyG.
80 20
mg/L
N
50
Ph
-
pH
6,0-8,5
Temperatura
°C
T°
35°
Coliformes Fecales Fosforo
NMP/100 ml mg/L
Coli/100 ml P
1000 10
FUENTE: Manual de aplicación versión revisada, Decreto Supremo N°90/2000 del Ministerio Secretaría General de la Presidencia.
26
3.3.1. Unidades de Tratamiento El presente proyecto contempla un nuevo sistema de tratamiento de riles con el fin de garantizar la reducción de los principales parámetros orgánicos contaminantes y un tratamiento integral de los riles generados. Las unidades que se emplearán en el diseño del tratamiento se describen a continuación.
3.3.1.1.
Cámara Desgrasadora
La cámara desgrasadora está compuesta por un recipiente que tiene por objetivo primordial la retención de los compuestos grasos. En esta etapa el ril ingresará a la cámara, la que permitirá reducir las grasas contenidas en él (figura 3-1), además de enfriarlo en forma natural, con lo cual se separan las grasas emulsionadas y flotan por diferencias de densidad, quedando éstas atrapadas en la parte superior de ella, permitiendo que las grasas fácilmente separables por enfriamiento no queden retenidas en las unidades posteriores, saturándolas y obstruyendo acueductos y equipos.
Figura 3-1. Bosquejo explicativo de funcionamiento de la trampa de grasa. FUENTE: Imagen disponible en:http://montielbuffetdebuffet.blogspot.com/2010/08/clasificacion-de-la-basura-y-trampas-de.html 27
3.3.1.2.
Filtro Parabólico
Los Filtros Parabólicos (figura 3-2), son equipos de separación sólido – líquido que presentan una gran funcionalidad debido a su sencillez, pudiendo ser utilizado para cualquier tipo de RIL. Su construcción en Acero Inoxidable y la falta de elementos mecánicos en su operación, garantizan su durabilidad. Posee un sistema de distribución del RIL, para garantizar la separación eficiente en toda la superficie filtrante. Es de fácil mantención y limpieza, pudiendo ser realizada sólo por un operario.
Figura 3-2. Filtro Parabólico. FUENTE: Imagen disponible en: http://www.ske.cl/home/jpg/agua_6.jpg
28
3.3.1.3.
Homogeneizador
Emplear un homogeneizador (figura 3-3) es una medida que se emplea para superar los problemas de explotación que las variaciones tanto del caudal como de su concentración de aguas residuales provocan en las instalaciones, y para mejorar la efectividad de los procesos de tratamiento situados aguas abajo. La homogeneización consiste, simplemente, en amortiguar por laminación las variaciones de caudal, con el objeto de conseguir un caudal constante o casi constante. Las principales ventajas que produce la homogeneización de los caudales son las siguientes:
Mejora del tratamiento biológico, ya que eliminan o reducen las cargas de choque, se diluyen las sustancias inhibidoras, y se consigue estabilizar el pH.
Mejora de la calidad del efluente y del rendimiento de los tanques de sedimentación secundaria al trabajar con cargas de sólidos constantes.
Reducción de las superficies necesarias para la filtración del efluente, mejora los rendimientos de los filtros y posibilidad de conseguir ciclos de lavado uniformes. (Metcalf & Eddy, 1998)
29
Figura 3-3. Bosquejo de Homogeneizador simple. FUENTE: Imagen disponible en: http://www.totagua.com/como-elegir-midepuradora/bodegas.html
3.3.1.4.
Desinfección
El cloro es uno de los desinfectantes más usados para el tratamiento de aguas residuales porque destruye los organismos al ser inactivados mediante la oxidación del material celular. El cloro puede ser suministrado en muchas formas que incluyen el gas de cloro y las soluciones de hipoclorito (hipoclorito de sodio o de calcio), la reacción química por la que se obtiene la purificación y saneamiento es la misma. (Patricia Isabel Salazar Miranda, 2005) La ventaja del sistema de desinfección por cloración (figura 3-4) es su bajo costo respecto de la desinfección con ozono y la radiación UV (excepto cuando la decloración es requerida, para evitar efectos tóxicos en el medio receptor, operación que en muchos casos anula la ventaja económica de la cloración respecto a la radiación UV). (Patricia Isabel Salazar Miranda, 2005)
30
Figura 3-4. Unidad de Cloración para desinfección. FUENTE: Imagen disponible en: http://www. infraplast.cl/wpcontent/uploads/2011/05/clorvisor.jpg
3.4.
Sistema de Tratamiento Biológico Los objetivos del tratamiento biológico del agua residual son: la
coagulación y la eliminación de los sólidos coloidales no sedimentables y la estabilización de la materia orgánica. En el caso del agua residual doméstica, el principal objetivo es la reducción de la materia orgánica presente y, en muchos casos, la eliminación de nutrientes como el nitrógeno y el fósforo. (Metcalf & Eddy, 1998) La depuración biológica se fundamenta gracias a la acción depuradora que ejercen los microorganismos sobre las aguas servidas, desde donde éstos obtienen materia orgánica y los nutrientes para sus procesos metabólicos. Puede considerarse de esta manera que un sistema de tratamiento biológico trata de proporcionar las condiciones favorables que provoquen el máximo desarrollo bacteriano posible. 31
Los principales microorganismos responsables del tratamiento biológico de las aguas residuales son: bacterias, protozoos y rotíferos, hongos y algas. Sin embargo dentro de estos microorganismos, juega un importante papel la acción de las bacterias, encargadas de la descomposición de la materia orgánica del efluente. Para el desarrollo de esta memoria, se especificará el uso de los sistemas de Lombrifiltro y los sistemas de Humedales Artificiales para la implementación en el tratamiento de las aguas.
3.4.1. Lombrifiltro
3.4.1.1.
Antecedentes Preliminares
El srcen de esta tecnología se fundamenta en la permanente necesidad de encontrar tecnologías de tratamiento no convencional, que cumplan con las normativas de descarga con bajos costos de operación que hagan viable su implementación, razón por la cual muchos investigadores han dedicado gran esfuerzo y dedicación con este fin. Actualmente se postula que las lombrices deben estar en una función directa en el tratamiento de las aguas, especialmente en la etapa de oxidación biológica, incluidas en el biofiltro de una planta de tratamiento de aguas residuales.
32
De esta forma, el sistema de lombrifiltro, posee características que le hacen especialmente atractivo para el tratamiento de las aguas servidas de pequeñas localidades rurales e industriales.
Además, resulta ser una biotécnica de transformación que ofrece las mayores ventajas:
Cumple con las emisiones ambientales de descargas.
Es un proceso rápido, que elimina inconvenientes desagradables como el olor y las moscas.
Es extraordinariamente económico.
Es de fácil gestión.
Es hoy en día el único sistema de transformación que nos permite al final del ciclo obtener al mismo tiempo, por un lado humus de lombriz, que representa el máximo de calidad en términos de fertilización orgánica, y por otro lado, grandes cantidades de proteínas de excelente calidad.
3.4.1.2.
Características del Lombrifiltro
Se puede decir que el lombrifiltro, corresponde a una adaptación del sistema tradicional de lombricultura, definido como el conjunto de operaciones relacionadas con la cría y producción de lombrices y el tratamiento de residuos orgánicos por medio de éstas, para su reciclaje en forma de abonos y proteínas, la que encuentra su aplicación en generación de: humus de lombriz, alimentos para mascotas y/o animales, avicultura, piscicultura y carnada para peces (A.V.F. Ingeniería Ambiental, 2003).
33
La materia orgánica que queda retenida en el medio filtrante es removida por una población de microorganismos y las lombrices adheridas al medio, las que se encargan de degradar la materia orgánica que utilizan como fuente de alimento y energía para sus procesos metabólicos. Las lombrices luego de digerir la materia orgánica producen a través de sus deyecciones el denominado humus de lombriz, que cada cierto tiempo puede extraerse y ser utilizado como abono orgánico para el suelo. Como resultado del proceso, se obtiene un fertilizante de suelos, formado principalmente por humus, el que es muy valorado por su alto contenido nutritivo, destacándose también la obtención de proteínas en el sistema. El tratamiento biológico que se realiza en el lombrifiltro tiene el carácter de tratamiento de tipo aeróbico, dado que la acción de la lombriz Eisenia Foetida ayuda a mantener la permeabilidad del lecho impidiendo la colmatación de éste. En este contexto, las lombrices consumen el material orgánico retenido en el filtro, integrándolo al suelo en forma de humus, cuya estructura granular de éste al irse produciendo, aumenta en forma progresiva la porosidad del medio filtrante, facilitando la oxigenación, producto de las constantes excavaciones que realiza en el terreno en forma de túneles y canales, a través de los movimientos migratorios de ésta (A.V.F. Ingeniería Ambiental, 2003). Otra característica importante es el alto índice de absorción del lombrifiltro, debido entre otros, a los movimientos migratorios de la lombriz, lo que se traduce en una carrera rápida del filtro conllevando a la no producción de olores desagradables y consecuentemente evitando la proliferación de vectores como moscas y otros.
34
Es posible obtener una rápida respuesta de este sistema debido a que no requiere la creación de una biomasa degradadora de la materia orgánica en el agua aplicada. Esta función la ejercen principalmente las lombrices presentes en el lecho; adicionalmente, durante los períodos en que el sistema puede estar en descanso (por ejemplo en conjuntos residenciales de ocupación estacional) la capacidad del mismo se mantiene vigente ya que las lombrices cuentan con la reserva alimenticia del aserrín constituyente del filtro. No obstante, por el hecho de ser un tratamiento biológico debe destacarse que su principal desventaja, es su sensibilidad a variaciones bruscas de carga orgánica y parámetros químicos de agua residual. Las variaciones bruscas de carga orgánica no constituyen un peligro al sistema a excepción de las variaciones bruscas de parámetros químicos o la descarga clandestina de sustancias tóxicas, que debe ser evitado con adecuadas normas en los sectores industriales (A.V.F. Ingeniería Ambiental, 2003).
3.4.1.3.
Eficiencia del Tratamiento.
Según información recopilada de sistemas del lombrifiltro, éstos muestran los siguientes niveles de remoción de contaminantes: ●
95% de la DBO
●
95% de Sólidos Totales.
● ●
93% de los Sólidos Suspendidos Volátiles. 80% Aceites y Grasas.
●
60% a 80% de Nitrógeno Total.
●
60% a 70% del Fósforo Total.
●
Coliformes fecales: 99%. 35
3.4.1.4.
Lombrices para Tratamiento de un Lombrifiltro
En el país, la especie de lombrices más utilizada en sistemas de lombrifiltros corresponde a la Eisenia Foetida, que al igual que todas las lombrices de tierra pertenece al phylum (o tronco) de los Anélidos, de la clase de los Oligoquetos. La lombriz Eisenia Foetida (figura 3-5) es una especie Eurífoga, es decir, se alimenta con los más diversos desechos, especialmente, los de tipo orgánico, caracterizándose por su gran voracidad.
Figura 3-5. Lombriz Eisenia Foetida para uso en tratamiento. FUENTE: Imagen disponible en: http://www.amystewart.com/media/images/
Esta lombriz ingiere una cantidad de comida equivalente a su propio peso y expelen el 60% transformándolo en humus, siendo el 40% restante en síntesis celular, respiración y otros procesos vitales (Agroflor).
36
La actuación de la Eisenia Foetida, durante 24 horas, tiene una zona o franja operativa de 25 cm. la que es notablemente inferior a la de la lombriz común, que va de 2 a 6 m. Esto permite domesticar con facilidad y cultivar humus sin riesgo de evaporación y dilución de deyecciones.
3.4.1.4.1.
Condiciones Ideales y Desfavorables de su Hábitat
Las condiciones ideales del hábitat de la lombriz corresponden a una temperatura que oscile entre los 15º y 24º C, siendo óptima aquella que se acerque lo más posible a la de su propio cuerpo (aproximadamente 20º C); un pH neutro entre 6.5 y 7.5; oxígeno libre; materia orgánica; baja luminosidad ya que teme a la luz (pues los rayos ultravioleta las matan) y humedad disponible. Esta última es un factor de mucha importancia que influye en la reproducción, una humedad superior al 85% hace que las lombrices entren en un periodo de latencia, afectando en la producción de humus y en la reproducción de éstas (Agroflor). Las condiciones más favorables para que la lombriz produzca y se reproduzca se presentan a una humedad entre el 70% - 80%. Debajo de 70% de humedad es una condición desfavorable, por otro lado niveles de humedad inferiores al 55% son mortales para las lombrices. Sin perjuicio de lo anterior, si las condiciones ambientales no son las mejores, las lombrices tienen la capacidad de acomodarse para optimizar el aprovechamiento del medio.
37
De todas formas, y a pesar de su resistencia ante condiciones adversas, debe tenerse cierto cuidado con aquellos factores que puedan afectar su funcionamiento.
En este sentido debe indicarse que la Eisenia Foetida teme tanto al frío excesivo (0ºC) como al calor elevado (más de 42º C), ante los cuales disminuye su actividad sexual y producción de humus. De esta manera, la temperatura es otro de los factores que influyen en la reproducción, producción de Humus o vermicompost y fecundidad de las cápsulas. Si la temperatura desciende por debajo de 15º C las lombrices entran en un periodo de latencia, disminuyendo su actividad. Dejan de reproducirse, crecer y producir humus; además que alarga el ciclo evolutivo, puesto que los cocones (huevos) no eclosionan y pasan más tiempo encerrados los embriones, hasta que se presentan las condiciones del medio favorables (Agroflor). El exceso de humedad puede ser otro problema para la lombriz. Si el lecho se encuentra demasiado mojado, fallará la oxigenación indispensable para poder garantizar la supervivencia de las lombrices. Peor aún si existen zonas donde el agua pueda quedar estancada, pues el agua queda retenida debajo de los lechos, matando a las lombrices. Otro aspecto importante a la hora de proteger el buen funcionamiento de las lombrices, se refiere a que éstas no tienen ningún órgano de defensa, por lo que cualquier animal puede dañarla o matarla y no siempre involuntariamente. Entre estos destacan las ratas y los ratones, las serpientes, los sapos y los pájaros, siendo estos últimos los más peligrosos debido a la facilidad con que pueden entrar en acción.
38
3.4.1.5.
Descripción de las Capas del Lombrifiltro.
El lombrifiltro estará compuesto de un medio filtrante y un estrato de soporte (ver figura 3-6).
Figura 3-6. Descripción básica de las capas de un lombrifiltro. FUENTE: Imagen disponible en: http://www.biobriz.com.ar/funcionamiento.png
El medio filtrante será una capa de humus de profundidad de 5 a 15 cm, en el cual habitan en comunión microorganismos y lombrices de la especie Eizenia Foetida. La primera capa de soporte y que también sirve de filtro, el aserrín o viruta, tiene como finalidad principal servir de alimento a las lombrices en el
39
eventual caso que la carga contaminante del afluente no sea suficiente (Comisión Regional del Medio Ambiente, 2002). La segunda capa estará constituida por ripio o grava y la tercera capa será de bolones, las piedras de mayor tamaño van en la parte inferior y las de menor en la parte superior, esta capa está destinada al drenaje y aireación del sistema. En las piedras también se forma flora bacteriana que digiere la materia orgánica del agua que pasa por ella y que no fue retenida en las capas superiores del lombrifiltro. Entre los estratos de aserrín y arena se dispone una malla tipo Raschel, que sirve como elemento de separación y retención para el estrato de aserrín y las lombrices (A.V.F. Ingeniería Ambiental, 2003). El piso del filtro, también denominado fondo falso, consiste en un radier con cierta pendiente para que fluya el agua hacia la canaleta de evacuación, la cual también posee cierta pendiente, aproximadamente de 0,5%. Sobre el radier, generalmente existen pastelones de cemento vibrado, en donde se posan las piedras más grandes del soporte, para así no permitir que éstas pasen más abajo, este piso falso sostiene las capas del soporte y el lecho de filtrado y además crea una sola guía de agua. En el perímetro interno del lombrifiltro se instalan tubos de PVC, los cuales van en forma vertical apoyados en su parte inferior en el radier y su parte superior sobresale 20 a 30 cm. Estos tubos permitirán airear el sector del fondo falso y la capa inferior del soporte.
40
3.4.2. Sistema por Humedal
3.4.2.1.
Introducción
Los humedales artificiales son sistemas de fitodepuración de aguas residuales los que consisten en el desarrollo de cultivos de Macrófitas enraizadas sobre un lecho de grava impermeabilizado. Los humedales eliminan contaminantes mediante varios procesos que incluyen sedimentación, degradación microbiana, acción de las plantas, absorción, reacciones químicas y volatilización (Stearman et al., 2003). El funcionamiento de los humedales artificiales se fundamenta en tres principios básicos: la actividad bioquímica de microorganismos, el aporte de oxígeno a través de los vegetales durante el día y el apoyo físico de un lecho inerte que sirve como soporte para el enraizamiento de los vegetales, además de servir como material filtrante. En conjunto, estos elementos eliminan materiales disueltos y suspendidos en el agua residual y biodegradan materia orgánica hasta mineralizarla y formar nuevos organismos. (Hu en Kolb, 1998) Los humedales tienen tres funciones básicas que les confieren atractivo potencial para el tratamiento de aguas residuales: fijan físicamente los contaminantes en la superficie del suelo y la materia orgánica, utilizan y transforman los elementos por medio de los microorganismos y logran niveles de tratamiento consistentes con un bajo consumo de energía y poco mantenimiento. (Lara, 1999)
41
3.4.2.2.
Clasificación de los Humedales Artificiales
Los humedales artificiales pueden ser clasificados según el tipo de macrófitas que empleen en su funcionamiento: macrófitas fijas al sustrato (enraizadas) o macrófitas flotantes libres. (Figura 3-7)
Figura 3-7. Esquema de clasificación de los sistemas de depuración con macrófitas. FUENTE: Depuración de aguas residuales por medio de humedales artificiales.
Los humedales más utilizados en tratamientos de aguas, son los basados en macrófitas enraizadas emergentes que se dividen en dos tipos:
Humedales de flujo superficial, si el agua circula en forma superficial por entre los tallos de las macrófitas. Humedales de flujo subsuperficial, si el agua circula por debajo de la superficie del estrato del humedal.
42
3.4.2.3.
Humedales Subsuperficiales de Flujo Horizontal
Son los sistemas más utilizados en Europa y tienen su srcen en la investigación de Seidel (1967) y Kickuth (1977). El diseño de estos sistemas por lo general consiste en una cama, ya sea de tierra o arena y grava, plantada con macrófitas acuáticas, en la mayoría de los casos con la caña común o carrizo (Phragmites australis). Toda la cama es recubierta por una membrana impermeable para evitar filtraciones en el suelo. (Brix en Kolb, 1998) El agua ingresa en forma permanente en donde es aplicada en la parte superior de un extremo y recogida por un tubo de drenaje en la parte opuesta inferior. El agua residual se trata a medida que fluye lateralmente a través de un medio poroso (flujo pistón). La profundidad del lecho varía entre 0,45 m a 1 m y tiene una pendiente de entre 0,5 % a 1 % (figura 3-8).
Figura 3-8. Humedal subsuperficial de flujo horizontal (vista corte sección). FUENTE: Depuración de aguas residuales por medio de humedales artificiales. 43
El agua residual no ingresa directamente al medio granular principal (cuerpo), sino que existe una zona de amortiguación generalmente formada por grava de mayor tamaño. El sistema de recogida consiste en un tubo de drenaje cribado, rodeado con grava de igual tamaño que la utilizada al inicio. El diámetro de la grava de ingreso y salida oscila entre 50 mm a 100 mm. La zona de plantación está constituida por grava fina de un solo diámetro que varía entre 3 mm a 32 mm. Es fundamental que el agua residual que ingresa al sistema se mantenga en un nivel inferior a la superficie (5-10 cm), lo cual se logra regulando el nivel del dispositivo de salida en función a este requerimiento.
3.4.2.3.1.
Partes de los Humedales de Flujo Subsuperficial
Los humedales artificiales de flujo subsuperficial están constituidos básicamente por cuatro elementos: agua residual, sustrato, vegetación y microorganismos.
3.4.2.3.1.1. Agua Residual Según su uso precedente, estas aguas resultan de la combinación de líquidos y residuos sólidos que provienen de residencias, oficinas, edificios comerciales e instituciones, junto con residuos de industrias, de actividades agrícolas, así como las aguas subterráneas, superficiales o de precipitación (Mendonça en Rolim, 2000). Los contaminantes de interés en el tratamiento de las aguas residuales se presentan en la tabla 3.3. 44
Tabla 3.3. Contaminantes importantes de interés en el tratamiento de las aguas residuales. Contami nante s Solidos suspendidos
Importanci a Los sólidos suspendidos pueden llevar al desarrollo de depósits de l odos y condiciones anaerobias, cuando los resi duos no tratados son lanzados al ambiente acuático. Compuesta principalme nte por proteínas, carbohidratos y grasas. Por lo
Materia orgánica general, se mide en términos de DBO y DQO. Si es descargada sin tratamiento biodegradable
al medio ambiente, su estabilizac ión biológica puede llevar al consu mo de las fuentes de oxígeno y al desarrollo de condiciones sépticas.
Microorganismos Los organismos patógenos exsitentes en las aguas residuales pueden trasmitir patógenos
enfermedades. Cuando son lanzados en el ambiente acuático, pueden llevar al crecimiento de
Nutrientes
vida acuática indeseable. Cuando son aplicados al suelo en cantidades excesivas, pueden contaminar también al agua subterranea. Compuestos orgánicos e inorgánicos seleccionados en función de su
Compuestos tóxicos
Materia orgánica refractaria
conocimiento o sospecha de carcinogenicidad, mutanogenicidad, teratogenicidad o elevado toxicidad. Muchos de esos compuestos se encuentran en las aguas residuales. Esta materia orgánica tiende a resistir los métodos convencionales de tratamiento de agua residuales. Ejemplos típicos incluyen detergentes, fenoles y pesticidas agrícolas. Los metales pesados son normalmente adicionados mediante actividades
Metales pesados humanas. Tienen una alta persistencia en el ambiente, lo que incrementa su posibilidad de acumulación y toxicidad. Sólidos
Componentes inorgánicos, como calcio, sodio y sulfato, deben ser removidos
inorgánicos
si se va a usar nuevamente el agua residual, por ser potenciales degradadores
disueltos
del suelo.
Fuente: Metcalf y Eddy en Rolim, 2000.
La hidrología del sistema es el factor de diseño más importante en un humedal construido, porque reúne todas las funciones del humedal y porque es a menudo el factor primario decisivo en su éxito o fracaso, por los siguientes motivos. (Lara, 1999)
45
Pequeños cambios en la hidrología pueden tener efectos importantes en un humedal y en la efectividad del tratamiento.
Debido al área superficial del agua y su poca profundidad, un sistema actúa recíproca y fuertemente con la atmósfera a través de la lluvia y la evapotranspiración (la pérdida combinada de agua por evaporación del suelo y transpiración de las plantas).
La densidad de la vegetación en un humedal afecta fuertemente su hidrología, obstruyendo caminos de flujo siendo sinuoso el movimiento del agua a través de la red de raíces y rizomas y bloqueando la exposición al viento y al sol.
3.4.2.3.1.2. Sustrato (Medio Granular)
En los humedales, el sustrato está formado por el suelo: arena, grava, roca, sedimentos y restos de vegetación que se acumulan en el humedal debido al crecimiento biológico. La principal característica del medio es que debe tener la permeabilidad suficiente para permitir el paso del agua a través de él. Esto obliga a utilizar suelos de tipo granular, principalmente grava seleccionada con un diámetro de 5 mm aproximadamente y con pocos finos. El sustrato, sedimentos y los restos de vegetación en los humedales artificiales son importantes por varias razones:
Soportan a muchos de los organismos vivientes en el humedal. La permeabilidad del sustrato afecta el movimiento del agua a través del humedal. Muchas transformaciones químicas y biológicas (sobre todo microbianas) tienen lugar dentro del sustrato.
Proporciona almacenamiento para muchos contaminantes. 46
La acumulación de restos de vegetación aumenta la cantidad de materia orgánica en el humedal. La materia orgánica da lugar al intercambio de materia, fijación de microorganismos y es una fuente de carbono que es a la vez, la fuente de energía para algunas de las más importantes reacciones biológicas en el humedal. (Lara,1999)
3.4.2.3.1.3. Vegetación El papel de la vegetación en los humedales está determinado fundamentalmente por las raíces y rizomas enterrados. De acuerdo a Lara (1999), las plantas emergentes contribuyen al tratamiento del agua residual y escorrentía de varias maneras:
Estabilizan el sustrato y limitan la canalización del flujo.
Dan lugar a velocidades de agua bajas y permiten que los materiales suspendidos se depositen.
Toman el carbono, nutrientes y elementos traza y los incorporan a los tejidos de la planta.
Transfieren gases entre la atmósfera y los sedimentos.
El escape de oxígeno desde las estructuras subsuperficiales de las plantas, oxigena otros espacios dentro del sustrato.
El tallo y los sistemas de la raíz dan lugar a sitios para la fijación de microorganismos.
En la tabla 3.4 se resumen las características de las tres especies más utilizadas en los humedales artificiales.
47
Tabla 3.4. Características de las especies vegetales más utilizadas en humedales artificiales Nombre (s)
Características sobresalei ntes
común (es) Espadaña, Enea, Anea, Junco, Bayón, Bayunco, Bohorodo, Henea.
siembra
Ubicua en distribución.
Germinación de semillas
ppt
pH
pequeña ( 30 cm) por lo que 60 cm
no es
Capaz de producir una biomasa anual grande.
recomendable
Tiene potencial pequeño de remoción de N y P
para sistemas
por la vía de la poda y cosecha.
de flujo
Perennes.
10-30
12-24
30
4-10
20
4-9
45
2-8
60 cm por lo
Crecen en grupo.
que es
Plantas ubicuas. Totora
raices en grava Deseable Relativamente
capaz de crecer bajo diversas condiciones medioambientales. Se propaga facilmente.
Temperatura °C
Distancia de Penetración de
Crecen en aguas costeras, interiores salobres y
30 cm
humedales.
recomendable para sistemas
18-27
de flujo
Crecen bien e n agua desde 5 cm hasta 3 m de
subsuperficial.
profundidad. Anuales. Altos.
40 cm por lo qu
Rizoma perenne extensas.
es
Plantas acuáticas usadas más extensas. Carrizo
Pueden ser más eficaces en la transferencia de oxigeno porque sus rizomas penetran verticalmente y más profundamente. Son muy
60 cm
recomendable para sistemas
12-23
10-30
de flujo subsuperficial.
usadas en humedales porque ofrecen un bajo valor alimenticio.
FUENTE: Extractado de Lara, 1999.
3.4.2.3.1.4. Microorganismos Los microorganismos se encargan de realizar el tratamiento biológico. En la zona superior del humedal, donde predomina el oxígeno liberado por las raíces de las plantas y el oxígeno proveniente de la atmósfera, se desarrollan colonias de microorganismos aerobios. En el resto del lecho granular predominan los microorganismos anaerobios. Los principales procesos que llevan a cabo los microorganismos son la degradación de la materia orgánica, la eliminación de nutrientes y elementos traza y la desinfección. (Arias, 2004)
48
Los principales microorganismos presentes en la biopelícula de los humedales son: bacterias, levaduras, hongos y protozoarios. La biomasa microbiana consume gran parte del carbono y muchos nutrientes. La actividad microbiana tiene la función de transformar un gran número de sustancias orgánicas e inorgánicas en sustancias inocuas e insolubles y alterar las condiciones de potencial de reducción y oxidación del sustrato afectando así a la capacidad de proceso del humedal. Asimismo, gracias a la actividad biológica, muchas de las sustancias contaminantes se convierten en gases que son liberados a la atmósfera. (Lara, 1999)
3.4.2.4.
Mecanismos de Remoción de Contaminantes
En un humedal artificial se desarrollan diferentes mecanismos de remoción de contaminantes del agua residual. Evidentemente, un amplio rango de procesos biológicos, químicos y físicos tiene lugar. Por lo tanto, la influencia e interacción de cada componente involucrado es bastante compleja. En la tabla 3.5, se muestran los principales procesos y mecanismos que ocurren en los humedales construidos.
49
Tabla 3.5. Principales mecanismos de eliminación y transformación de los contaminantes en los humedales construidos.
FUENTE: Mena et al, 2008.
3.4.2.4.1.
Funciones de las Macrófitas en los Mecanismos de Remoción
Las macrófitas están adaptadas a crecer bajo condiciones de suelos saturados por agua, porque tienen desarrollado un sistema de grandes espacios aéreos internos. Estos sistemas internos les permiten la provisión de aire bajo condiciones de suelo saturado con agua desde la atmósfera hacia las raíces y rizomas. En algunas especies este sistema ocupa más del 60% del volumen total del tejido (Brix en Kolb, 1998). Las macrófitas poseen varias propiedades que hacen de ellas un importante
componente
de
los
humedales
construidos.
Entre
estas
propiedades, los efectos físicos como la estabilización de la superficie de los humedales construidos y la prevención de taponamientos de la matriz son muy 50
importantes. Además, proveen buenas condiciones para la filtración física y una superficie grande para el crecimiento microbiano adjunto. Otra de sus propiedades es la transferencia de oxígeno a la rizósfera, aunque las estimaciones sobre la cantidad de esta transferencia de oxígeno varían en un amplio rango. El consumo de nutrientes por la planta no juega un rol importante y solamente tiene que ser considerado en el caso de cosecha del tejido de la planta. Otro hecho importante, especialmente en climas templados, es la capacidad de aislamiento térmico de las macrófitas. En invierno, la capa de tejido muerto que cubre la superficie protege del frío y por lo tanto de las disminuciones de temperatura del agua residual.
3.4.2.4.2.
Remoción de Materia Orgánica. DBO y DQO
La eliminación de la materia orgánica en los humedales es compleja ya que es el resultado de la interacción de numerosos procesos físicos, químicos y bióticos que suceden de forma simultánea. La profundidad del agua y la carga orgánica afectan a la importancia relativa de las diferentes vías de degradación de dicha materia orgánica, y éstas a su vez afectan a los rendimientos de eliminación (García y Corzo, 2008). La DBO es la medida del consumo de oxígeno por parte de los microorganismos en el proceso de oxidación de la materia orgánica. Mientras que la DQO es la medida de la cantidad necesaria de un oxidante químico para oxidar la materia orgánica. La medida de la DQO da resultados mayores de carbono ya que el oxidante químico añadido ataca a una cantidad mayor de componentes presentes en el medio (Kadlec y Knight, 1995). 51
3.4.2.4.3.
Humedales de Flujo Horizontal: Vía Anaeróbica
La mayor eliminación de materia orgánica se da en los metros iniciales del recorrido del agua por el humedal (Vymazal y Kröpfelová, 2008). La degradación de la materia orgánica por vía aeróbica en los humedales de flujo horizontal sucede cerca de la superficie del agua (en los primeros 0,05m de profundidad) y en las zonas cercanas a las raíces. De todas formas, el oxígeno liberado por las raíces de las plantas es insuficiente para la degradación aerobia de la materia orgánica (Fountoulakis et al., 2009). Por este motivo la degradación aeróbica es una vía poco importante con respecto a vías anaeróbicas en sistemas horizontales, que son las predominantes. Las bacterias heterótrofas aeróbicas en ausencia de oxígeno pueden degradar la materia orgánica por vía anóxica utilizando el nitrato como aceptor de electrones, dándose en este caso lo que se conoce como desnitrificación (García y Corzo, 2008).
3.4.2.4.4.
Influencia de la Carga Hidráulica
La carga hidráulica y el consecuente tiempo de retención hidráulico son importantes en los procesos de depuración de los humedales. A bajas cargas hidráulicas el tiempo de retención es elevado, mientras que a altas cargas el agua pasa rápidamente hasta la salida del humedal, reduciendo el tiempo de contacto entre el agua residual y los microorganismos del humedal encargados de los procesos de degradación (Ngo Thuy et al., 2009). Los humedales suelen necesitar una baja carga hidráulica y un elevado tiempo de retención hidráulico, motivo por el cual necesitan mucha superficie para alcanzar unos buenos rendimientos en el tratamiento. Existe la posibilidad 52
de que se pueda reducir la superficie necesaria aumentando la carga hidráulica (Fountoulakis et al., 2009), aunque no hay que olvidar que con cargas hidráulicas muy elevadas se puede llegar a exceder la capacidad de los humedales para llevar a cabo el proceso de nitrificación-desnitrificación (Ngo Thuy et al., 2009). Existen diversos estudios realizados con diferentes cargas hidráulicas, cuyas conclusiones comunes son:
El porcentaje de eliminación de contaminantes, calculado como la diferencia entre la concentración de entrada y la de salida del humedal, decrece con el aumento de la carga hidráulica (Ngo Thuy et al., 2009).
La colmatación del filtro es de lejos el mayor problema operacional de los sistemas de humedales. La aceptación de una sobrecarga hidráulica es un riesgo de colmatación más veloz (Molle et al., 2005).
En cuanto al papel de las plantas, se observa que, en los ensayos con mayor carga hidráulica, disminuyó la eliminación, tanto del nitrógeno como del fósforo. Este hecho se acusa más en los humedales carentes de vegetación, llegando incluso a caer hasta una tercera parte de la eliminación obtenida en humedales plantados para idéntica carga hidráulica (Tanner et al., 1994). Algunos estudios han tratado de cuantificar el máximo de carga hidráulica soportable por un humedal hasta que su rendimiento se ve comprometido (Ying-Feng et al., 2008). Es importante estimar los límites exactos de las sobrecargas hidráulicas
con tal de asegurar una filtración duradera. Especificar dichos límites será de gran ayuda para las autoridades en tanto que podrán ver dónde es mejor una
53
red separativa, una red unitaria o dónde será más rentable o menos adoptar plantas convencionales de tratamiento de aguas (Molle et al., 2005).
3.4.2.5.
Ventajas y Desventajas de los Humedales Artificiales
Los aspectos claramente favorables que han motivado el creciente interés por la tecnología de los humedales construidos como tecnología natural para el tratamiento de aguas residuales son los siguientes:
Proporcionan un tratamiento eficaz, eliminando de las aguas residuales un amplio espectro de contaminantes (Mena et al., 2008) consiguiendo sobre todo una excelente eliminación de la materia orgánica y de los sólidos en suspensión (Salgot y Torrens, 2008).
Sus
costes
de
inversión,
operación
y
mantenimiento
son
significativamente menores que los de sistemas convencionales de tratamiento (Vymazal, 2000; Mena et al., 2008). Su explotación es simple; las operaciones son básicamente trabajos de jardinería (Salgot y Torrens, 2008). Su aplicación en países en vías de desarrollo tiene un gran potencial (Yalcuk y Ugurlu, 2009), especialmente en pequeñas comunidades rurales (Kivaisi, 2000).
Proporcionan un tratamiento secundario y/o terciario produciendo un agua reutilizable en muchos casos (Mena et al., 2008).
Consumo energético mínimo o nulo (Salgot y Torrens, 2008) ya que, entre otras cosas, el aporte de oxígeno es espontáneo (Mena et al.,
2008). Baja producción de residuos (Salgot y Torrens, 2008); no generan fangos (Mena et al., 2008).
Con una construcción adecuada son poco susceptibles a cambios de carga o caudal (Salgot y Torrens, 2008 y Mena et al., 2008). 54
Los sistemas de flujo subsuperficial (en especial los verticales) requieren menos superficie que la mayoría de tratamientos naturales (Salgot y Torrens, 2008).
En los sistemas de flujo subsuperficial los problemas de olores e insectos son mínimos (Salgot y Torrens, 2008). Están bien integrados dentro del paisaje, contribuyen al desarrollo de vida salvaje y tienen la posibilidad de ser utilizados para la concienciación y educación medioambiental (Mena et al., 2008).
Los humedales naturales, cuando son aptos para su utilización en el tratamiento de aguas residuales, son el sistema natural más barato (Kadlec y Knight, 1995).
A pesar de esta gran lista de ventajas, no sería justo proseguir sin observar una serie de inconvenientes:
Las dificultades más habituales que se pueden dar en los sistemas de humedales están relacionadas con el mantenimiento del suelo parcialmente aireado. Cuando los sistemas de humedales se sobrecargan con elementos demandantes de oxígeno o son operados con una profundidad excesiva de agua, los sedimentos adquieren unas condiciones altamente reductoras, dando como resultado plantas estresadas y una reducción en la eficiencia de eliminación de la demanda bioquímica de oxígeno y del nitrógeno amoniacal. Un problema habitual en los humedales construidos de flujo subsuperficial es la utilización de un gradiente hidráulico inadecuado que da como resultado la aparición de flujos de agua superficiales (Kadlec y Knight, 1995).
Sensibilidad a la temperatura. Sistemas no recomendables en zonas de climatología extrema con heladas frecuentes (Salgot y Torrens, 2008). 55
En países con clima templado durante el invierno disminuye la efectividad de depuración de estos sistemas, sobre todo en la eliminación de nitrógeno (Mena et al., 2008).
Pocos factores de control durante la operación. Mantenimiento poco explícito y conocido (Salgot y Torrens, 2008). La eliminación de fósforo es baja y disminuye con el tiempo (Mena et al., 2008).
Requieren grandes extensiones de terreno para alcanzar resultados satisfactorios (Mena et al., 2008). La superficie de diseño es mucho mayor que en los convencionales, especialmente los humedales de flujo libre (Salgot y Torrens, 2008).
No pueden ser alimentados directamente con aguas residuales con altas cargas orgánicas o de sólidos en suspensión (Mena et al., 2008). Si la eliminación de sólidos en suspensión en el pretratamiento y/o en el tratamiento primario no es eficiente, puede haber colmatación, especialmente en los humedales de flujo subsuperficial horizontal (Salgot y Torrens, 2008).
La efectividad de los humedales depende de que el agua a tratar reciba un correcto pretratamiento, de unos parámetros de carga hidráulica conservadores y de la implementación de estrategias de operación exitosas (Kadlec y Knight, 1995).
En los humedales de flujo libre puede producirse la proliferación de mosquitos (Salgot y Torrens, 2008).
56
3.5.
Emisiones Provenientes de la Planta de Tratamiento
3.5.1. Emisiones Atmosféricas En cuanto al Sistema de Lombrifiltro, las emisiones a la atmósfera se srcinarán en la necesidad de restituir parte del volumen de aserrín y viruta degradado por las lombrices del sistema (Declaración de Impacto Ambiental Faenadora y frigorífico Doñihue, 2008). Para los Humedales, éstos contribuyen a la reducción del CO2 en el ambiente gracias a la fotosíntesis realizada por las plantas. Sin embargo el sistema libera al ambiente pequeñas cantidades de gas metano y óxido nitroso.
3.5.2. Residuos Líquidos La planta de tratamiento no genera residuos líquidos, puesto que tiene como objetivo degradar los contaminantes presentes en los residuos provenientes de la planta de producción, descargando un efluente de agua ya tratada que cumple con la normativa y constituye un potencial aporte medioambiental.
3.5.3. Residuos Sólidos Los residuos sólidos corresponden a los plásticos y papeles acumulados en la etapa de pre tratamiento. En cuanto al Sistema de Lombrifiltro, se obtiene como subproducto el humus o vermicompost que puede ser utilizado como fertilizante orgánico. De acuerdo al Art. 20 párrafo III del D.S. 594 que aprueba el reglamento sobre las 57
condiciones sanitarias y ambientales básicas en los lugares de trabajo. Este material orgánico está considerado como residuo no peligroso (Declaración de Impacto Ambiental Lácteos San Ignacio LTDA, 2010).
En el Sistema por Humedales, el residuo sólido corresponderá a la biomasa vegetal acumulada en el sustrato de la laguna, además de la mantención y limpieza de las plantas que fueron podadas (Fitodepuración en Humedales).
3.5.4. Ruido El ruido generado podrá corresponder al funcionamiento de plantas elevadoras o bombas sumergibles en el caso de ser utilizadas y del camión destinado a la reposición de materiales de los estratos del filtro y no superarán los valores máximos permitidos por la ley (Declaración de Impacto Ambiental Lácteos San Ignacio LTDA, 2010).
3.5.5. Olor El sistema no presenta impacto negativo en cuanto a los olores, debido principalmente, a que todos los procesos involucrados en el tratamiento son aeróbicos y por lo tanto, no se generan subproductos que se traduzcan en la aparición de olores. Esta experiencia ha sido corroborada tanto en instalaciones de tratamiento de aguas servidas como de residuos industriales (Declaración de Impacto Ambiental Lácteos San Ignacio LTDA, 2010).
58
CAPITULO 4 Diseño de las Unidades de la Planta de Tratamiento
4.1.
Introducción Para el desarrollo y construcción óptima de la planta de tratamiento es
necesario tener el conocimiento previo de la teoría y normativas legales que rigen el diseño del proyecto y a su vez conocer todos los detalles constructivos para llevar a cabo el proceso de construcción de la forma más eficiente. En este capítulo se mencionan las ecuaciones que justifican el método de diseño propuesto para el dimensionamiento de las unidades de la planta de tratamiento basándose en las normativas y legislaciones correspondientes, señalando además los detalles constructivos, posicionamiento dentro de la planta y sus debidas dimensiones.
4.2.
Teoría de Diseño
4.2.1. Diseño de Lombrifiltro El diseño del lombrifiltro, se
basa considerando principalmente el
número de lombrices que puede cohabitar por unidad de área, cantidad de materia orgánica que estas son capaces de digerir y la tasa máxima de riego que puede soportar el lecho para evitar la muerte de las lombrices por falta de oxígeno, que corresponde a 1 m3 / m2 / día. Según fuente experta, este valor debe ser preferentemente menor a 1 m3/m2/día. Sin embargo, esta tasa de 59
tratamiento o tasa de riego (Tr), en países como ecuador, puede llegar a ser bastante inferior (0,4 m3/m2/día) (Felipe Cofre, 2012). El cálculo de la superficie del lombrifiltro se determina mediante la ecuación (4.1):
(4.1)
Donde:
:
Área efectiva de lombrifiltro. [m2]
Q:
Caudal de entrada del lombrifiltro. [m3/día]
:
Tasa de riego. [m3/(m2*día)] Una vez determinada el área del lombrifiltro, y considerando una relación
largo-ancho establecida, se obtienen las dimensiones finales del sistema. Con el lombrifiltro ya dimensionado, se determina la cantidad de aspersores requeridos en el sistema para proporcionar un riego uniforme en el lecho. Para ello se establece el área de riego por aspersor utilizando ecuación (4.2) y luego se calcula el número de regadores mediante ecuación (4.3) (José Serrano, 2008):
(4.2)
Donde:
:
Area de aspersión. [m2]
r:
Radio de acción del aspersor. [m]
60
Conociendo el radio de acción del aspersor se calcula la cantidad necesaria de estos (ecuación 4.3) para que el sistema funcione de la manera más eficiente posible.
Donde n:
(4.3)
Número de aspersores del sistema.
4.2.2. Diseño Humedal Para el diseño del humedal se consideró el modelo propuesto por BORRERO JAIME, DEPURACIÓN DE AGUAS RESIDUALES MUNICIPALES CON HUMEDALES ARTIFICIALES. Mayo 1999, en donde en este documento se presenta una guía completa respecto al diseño de humedales artificiales de tipo flujo subsuperficial usados para tratar agua residual doméstica.
4.2.2.1.
Diseño Hidráulico
Para las condiciones del flujo en el lecho del humedal SFS se puede utilizar la ley de Darcy, la cual describe régimen de flujo de un medio poroso. (Ecuación 4.4)
(4.4)
(4.5) (4.6)
61
Donde: Q:
Caudal promedio. [m3/día]
:
Conductividad hidráulica de una unidad de área del humedal
perpendicular a la dirección del flujo. [m3/(m2*día)] : Área de sección transversal perpendicular al flujo. [m2] S:
Gradiente hidráulico de la superficie del agua en el sistema. [m/m]
:
Velocidad de Darcy, velocidad aparente del flujo a través de la totalidad
del área de sección transversal del lecho. [m/m] La ley de Darcy es una aproximación que describe el comportamiento del humedal. Se tienen restricciones como la de asumir condiciones de flujo laminar, y que el flujo en sistema es constante y uniforme. (Reed ,1993)
(4.7a)
(4.7c)
(4.7b)
Donde: W:
Ancho de una celda del humedal. [m]
:
Área superficial del Humedal. [m²]
L:
Longitud del humedal. [m]
m:
Pendiente del humedal, % expresado como decimal.
y:
Profundidad del agua en el humedal. [m]
Sustituyendo:
) () (
(4.8) 62
A continuación se presenta un resumen de las características típicas para diferentes tipos de medio que han sido utilizados en humedales SFS. (Tabla 4.1)
Tabla 4.1. Características del material de soporte en humedales SFS Tamaño efectivo D10 [mm]
Material
Conductividad hidráulica, Ks [m3/m2/d]
Porosidad, n%
Arenagruesa
2
100-1000
28-32
Arenagravosa
8
500-5000
30-35
Gravafina
16
1000-10000
35-38
Grava media
32
10000-50000
36-40
Roca gruesa
128
50000-250000
38-45
FUENTE: Depuración de aguas residuales por medio de humedales artificiales, 2010.
4.2.2.2.
Modelo de Remoción para la DBO5
Muchos de los sistemas existentes en Estados Unidos y Europa fueron diseñados como un reactor de crecimiento biológico usando un modelo de flujo pistón de primer orden (ecuación 4.9 y 4.10).
Donde:
: :
(4.9)
(4.10)
Concentración de DBO5 en el efluente. [mg/L] Concentración de DBO5 en el afluente. [mg/L] 63
:
Constante de velocidad de reacción de primer orden. [1/día]
t:
Tiempo de residencia hidráulico. [día]
T:
Temperatura del líquido en el sistema. [°C]
Por ende el tiempo de residencia hidráulico de la ecuación (4.11) puede ser definido como:
(4.11)
Donde: t:
Tiempo de retención hidráulico. [días] Combinando las ecuaciones y reorganizando los términos, se obtiene la
expresión (ecuación 4.12) que permite el cálculo del área superficial requerida para alcanzar el nivel de remoción de DBO5:
(4.12)
Donde
:
Área superficial del lecho. [m2]
:
Porosidad efectiva del medio.
y:
Profundidad del líquido en el lecho. [m]
Q:
Caudal promedio a través del lecho. [m3/día] El diseño y dimensionamiento final del humedal SFS para remoción de
DBO5 es un proceso iterativo.
64
● Determinar el tipo de medio, la vegetación, la pendiente y la profundidad
del lecho. ● Determinar en el laboratorio la porosidad y la conductividad hidráulica del
medio. ● Determinar el área superficial del lecho requerida para un nivel de
remoción de DBO5. ● Dependiendo de la topografía del lugar, seleccionar una relación
longitud: ancho. ● Estimar la longitud y el ancho del lecho de la relación asumida
anteriormente.
4.2.2.3.
Verificaciones
Para asegurar una gran eficiencia de remoción de la unidad, se debe verificar el diseño por su carga hidráulica (4.13), por pendiente (4.14) y la cantidad de carga de DBO5 que recibe el humedal (4.15).
4.2.2.3.1.
Verificación por Carga Hidráulica
En cuanto a la Carga Hidráulica (ecuación 4.13) se debe verificar que el humedal cumpla con las siguientes restricciones de la CH (Metcalf & Eddy, 1998)
(4.13)
65
4.2.2.3.2.
Verificación por Pendiente
Para evitar que disminuciones en el caudal del afluente hagan bajar el gradiente hidráulico de forma excesiva afectando con ello a las plantas, debe cumplirse la siguiente ecuación (4.14): (González Díaz y Deas Valdés, 2011)
(4.14)
Donde S:
Pendiente del lecho.
d:
Profundidad del lecho. [m]
L:
Largo del Humedal. [m]
4.2.2.3.3.
Verificación por Carga DBO5
Se debe controlar la cantidad de DBO5 que ingresa al sistema para así evitar alterar el ambiente aeróbico del tratamiento, para esto se debe cumplir la siguiente condición establecida por la ecuación 4.11: (Metcalf & Eddy, 1998)
(4.15)
Donde QDBO5:
Carga de DBO5. [Kg/(Ha*día)]
Q: :
Caudal entrante al humedal. [m3/día] Área superficial. [m2]
:
Concentración de DBO5 en el afluente. [mg/L]
66
4.3.
Balance de Masa Las eficiencias consideradas para cada unidad de tratamiento
corresponden a los valores consultados en las literaturas e informes obtenidos del Sistema de Evaluación de Impacto Ambiental en las cuales se encuentran expresadas a continuación.
4.3.1. Filtro Parabólico En la Tabla 4.2. se detalla el rendimiento de la unidad.
Tabla 4.2. Eficiencia de remoción del Filtro Parabólico. Parámetro DBO SST
Unidad mg/l mg/l
Entrada E ficiencia % Salida 1550 25 1162,5 940 30 658
Aceites y Grasas mg/l 340 Nitrogeno mg/l 82,2 Fósforo mg/l 25,9 Coliformes fecales NMP/100 ml 10000000
0 5 5 0
340 78,09 24,605 10000000
FUENTE: Elaboración Propia.
4.3.2. Cámara Desgrasadora En la Tabla 4.3. se detalla el rendimiento de la unidad desgrasadora.
Tabla 4.3. Eficiencia de remoción de Cámara Desgrasadora. Parámetro Unidad Entrada Eficiencia % Salida DBO mg/l 1162,5 40 696,2 SST mg/l 658 80 131,6 Aceites y Grasas mg/l 340 90 34 Nitrogeno mg/l 78,09 5 74,1855 Fósforo mg/l 24,605 0 24,605 Coliformes fecales NMP/100 ml 10000000 0 10000000
FUENTE: Elaboración Propia. 67
4.3.3. Estanque Homogeneizador En la Tabla 4.4. se detalla el rendimiento del homogeneizador.
Tabla 4.4. Eficiencia de remoción de Estanque Homogeneizador. Parámetro Unidad DBO mg/l SST mg/l Aceites y Grasas mg/l Nitrogeno mg/l Fósforo mg/l Coliformes fecales NMP/100 ml
Entrada Eficiencia % Salida 696,2 0 696,2 131,6 0 131,6 34 0 34,0 74,1855 0 74,2 24,605 0 24,6 10000000 0 10000000
FUENTE: Elaboración Propia.
4.3.4. Sistema de Lombrifiltro En la Tabla 4.5. se detalla el rendimiento de la unidad de Lombrifiltro.
Tabla 4.5. Eficiencia de remoción del Sistema Lombrifiltro. Parámetro Unidad Entrada Eficiencia % Salida DBO mg/l 696,2 95 34,8 SST mg/l 131,6 93 9,2 Aceites y Grasas mg/l 34,0 80 6,8 Nitrogeno mg/l 74,2 80 14,8 Fósforo mg/l 24,6 70 7,4 Coliformes fecales NMP/100 ml 10000000 99 100000
FUENTE: Elaboración Propia.
68
4.3.5. Unidad de Cloración En la Tabla 4.6. se detalla el rendimiento de la unidad de cloración.
Tabla 4.6. Eficiencia de remoción de Unidad de Cloración. Parámetro Unidad Entrada Eficiencia % Salida DBO mg/l 34,8 0 34,8 SST mg/l 9,2 0 9,2 Aceites y Grasas mg/l 6,8 0 6,8 Nitrogeno mg/l 14,8 0 14,8 Fósforo mg/l 7,4 0 7,4 Coliformes fecales NMP/100 ml 100000 99,99 10
FUENTE: Elaboración Propia.
Observación:
No se implementó un balance de masa para el Sistema de Humedal puesto que la cantidad de remoción de los parámetros de entrada lo determina exclusivamente su diseño, implicando que la eficiencia del Humedal es dependiente a la cantidad de superficie que este contenga para la remoción.
69
4.4.
Memoria de Cálculo
4.4.1. Homogeneizador El volumen necesario para un tanque de igualación se estima mediante un balance de masa del gasto entrante a la planta con el gasto promedio para el que la planta está diseñada. Para el diseño del tanque es preciso disponer de un hidrograma representativo del gasto de los residuos industriales que se descargan a la planta de tratamiento. La variación de los gastos de los riles observados con respecto al tiempo conforman un hidrograma típico, como el que se presenta a continuación (figura 4-1):
Figura 4-1. Hidrograma de vertido de riles de la empresa a la planta de tratamiento. FUENTE: Elaboración propia. 70
Para el diseño del homogeneizador se consideró que el caudal afluente es de régimen variable, por lo tanto se diseñará mediante el modelo descrito por Hummenick.
Con base en el hidrograma representativo de los riles de la empresa, puede construirse la curva masa del afluente al tanque de igualación. La curva masa o diagrama de Rippl consiste en una gráfica que representa los volúmenes acumulados que pasan por una sección del emisor con relación al tiempo (figura 4-2).
Figura 4-2. Volumen de llenado del estanque en base al caudal. FUENTE: Elaboración propia.
A continuación en la tabla 4.7, se presenta un resumen del volumen acumulado en función del tiempo en el estanque de homogeneización en base al hidrograma de depositación de sus riles en la planta de tratamiento.
71
Tabla 4.7. Resultado de diseño de tanque Homogeneizador. Volumen Acumulado Contenido Tiempo Caudal Volumen Ril Diferencia Volumen Acumulado [m3]Rectificado [m3] Estanque [h] [m3/h] [m3] [m3] (2) - (1) (1) (2) [m3] 0
0 ,000
0 ,000
0,00
0,000
0,000
1,089
1
0,000
0 ,000
0,000
0,182
0,182
0,906
2 3
0,000 0,000
0 ,000 0 ,000
0,000 0,000
0,365 0,547
0,365 0,547
0,724 0,542
4
0,000
0 ,000
0,000
0,729
0,729
0,359
5
0,000
0 ,000
0,000
0,912
0,912
0,177
6
0,08
0,042
0,042
1,094
1,052
0,036
7
0,21
0,146
0,188
1,276
1,089
0,000
8
0,33
0,271
0,458
1,458
1,000
0,089
9
0,38
0,354
0,813
1,641
0,828
0,260
10
0 ,417
0 ,396
1,208
1,823
0,615
0,474
11
0 ,417
0 ,417
1,625
2,005
0,380
0,708
12
0 ,417
0 ,417
2,042
2,188
0,146
0,943
13
0 ,333
0 ,375
2,417
2,370
-0,047
1,136
14
0 ,250
0 ,292
2,709
2,552
-0,156
1,245
15
0 ,375
0 ,313
3,021
2,735
-0,286
1,375
16
0 ,417
0 ,396
3,417
2,917
-0,500
1,589
17
0 ,333
0 ,375
3,792
3,099
-0,693
1,781
18
0 ,292
0 ,313
4,104
3,282
-0,823
1,912
19
0 ,125
0 ,208
4,313
3,464
-0,849
1,938
20
0 ,000
0 ,063
4,375
3,646
-0,729
1,818
21
0 ,000
0 ,000
4,375
3,828
-0,547
1,636
22
0 ,000
0 ,000
4,375
4,011
-0,365
1,453
23
0 ,000
0 ,000
4,375
4,193
-0,182
1,271
24
0 ,000
0 ,000
4,375
4,375
0,000
1,089
FUENTE: Elaboración propia.
Según los datos entregados anteriormente, el volumen de diseño para el estanque es de 1938 litros para las condiciones de vertido de los riles a la planta de tratamiento.
72
4.4.2. Cámara de Evacuación El agua tratada por el lombrifiltro se vierte por medio de una tubería en ésta cámara enterrada. La unidad cumple tres funciones:
Función principal: Servir como estanque de recirculación, es decir, acumular el volumen de ril suficiente para mantener la planta de tratamiento funcionando en periodos en que la planta productora cese su producción. Esto es para mantener con alimento a las lombrices.
Funciones secundarias: o
Retener las lombrices que se escapan a través de la malla Rachel que posee el lombrifiltro, con la ayuda de un canasto compuesto de mallas finas.
o
Acumular el ril y derivarlo a la etapa de cloración en los periodos de funcionamiento de la planta productora.
Para el diseño del volumen de la cámara de evacuación, se consideró un tiempo de retención de una hora (el lombrifiltro retiene aproximadamente media hora el ril mientras lo trata) de tal modo que permita abastecer la planta de tratamiento de forma continua. Por lo tanto se tiene:
(4.16)
Donde: V: Volumen del Estanque. [m³] Q: Caudal. [m³/h] T: Tiempo de Retención. [h] 73
Por lo tanto el volumen estimado de la cámara de recirculación será:
Las dimensiones de la cámara finales de la cámara, adecuadas para una facilitar la construcción son:
La altura de la cámara será de 0,95 m, de los cuales 45 cm serán utilizados para almacenar el ril, mientras que los 40 cm restantes se utilizan para la colocación de la trampa de lombrices. Consultar detalle C-11 en anexos.
4.4.3. Lombrifiltro Para el Cálculo del Lombrifiltro, se determinó la tasa de riego en base al valor promedio de Tasa de Riego (Tabla.4.8) que utilizan las empresas Lácteas existentes en el país.
Tabla 4.8. Tasas de Riegos Utilizadas en Chile. Parámet ro
Caudal Área TasaRiego
U ni dad
m3/d m2 m3/m2/d
EMPRESA 1
70 467 0,15
EMPRESA 2
150 1125 0,13
EMPRESA 3
15 121 0,12
EMPRESA 4
37,2 200 0,19
PROMEDI O
68,1 478,3 0,15
FUENTE: Elaboración Propia.
74
Como datos de entrada se tiene finalmente:
Utilizando la ecuación (4.1) se obtiene que el área del lombrifiltro es de:
Se asumió una relación largo-ancho de 3, con lo que se obtuvieron las dimensiones finales del sistema, además del ajuste del área debido a las aproximaciones para dimensiones constructivas.
Se consideró la utilización de aspersores con un radio de riego de 2,5 m, por lo que el área de aspersión de cada regador, utilizando la ecuación (4.2), será de:
Por lo tanto, el número de aspersores a instalar, utilizando la ecuación (4.3) es de:
En la tabla 4.9. Se muestran las variaciones que tienen las tasas de riego por el aumento del caudal en cuanto al nivel de expansión de la empresa. 75
Tabla 4.9. Tasas de Riego para los distintos Caudales. Q [ m3/s]
Tr [m3/m2/d]
4
0,05
5
0,07
6 7
0,08 0,09
8
0,11
9
0,12
10
0,13
FUENTE: Elaboración Propia.
En el caso que las precipitaciones sean considerables, se recomienda colocar un techo sobre el lombrifiltro, el cual puede estar compuesto por pilares de acero y una malla Rachel de 90% de sombra como medio físico interceptor de lluvia. Se recomienda además utilizar viruta de madera blanca, como estrato de soporte del lombrifiltro.
4.4.4. Humedal de Flujo Horizontal Para el diseño del Humedal se consideraron los parámetros de entradas expuestos en el capítulo 3 para realizar el cálculo de la unidad.
4.4.4.1.
Diseño de Humedal
Para el diseño del humedal, se consideró como material granular una grava media con vegetación de Juncos y con una temperatura del agua de 12°C. En la tabla 4.10 se presentan los resultados del cálculo por el método establecido en el punto 4.2.2. para el diseño de la unidad. 76
Tabla 4.10. Resultados de cálculo del diseño del Humedal.
FUENTE: Elaboración Propia.
4.4.4.2. 4.4.4.2.1.
Verificaciones Verificación por Pendiente
La verificación por pendiente para el Humedal se detalla en la tabla 4.11.
77
Tabla 4.11. Verificación de pendiente del Sistema de Humedal. Val or
Estado
0,092
OK
Ecuaci ón (4.14)
FUENTE: Elaboración Propia.
4.4.4.2.2.
Verificación por Carga Hidráulica y por DBO
En la Tabla 4.12. Se observa el resultado de la Carga Hidráulica obtenida para la superficie diseñada y para el caudal propuesto y la carga de DBO que ingresa al sistema.
Tabla 4.12. Verificación de Condición para Carga Orgánica.
FUENTE: Elaboración Propia.
4.4.4.3.
Análisis de Resultados
Según los datos obtenidos por los diseños de ambas unidades en el punto 4.4., el Humedal requiere una mayor superficie para realizar el tratamiento independientemente si cumple o no las condiciones establecidas en el
punto
4.4.2.2.
a
diferencia
del
Lombrifiltro,
que
sólo
necesita
aproximadamente la mitad de la superficie del Humedal. 78
Otro punto importante es que el Humedal no cumple la condicionante de Carga por DBO5 establecido en la ecuación 4.11., generando la colmatación del lecho, es decir un aumento de la flora bacteriana, que progresivamente disminuye la porosidad del material granular, impidiendo la correcta circulación del agua y efectividad del tratamiento. Para que pueda cumplir con esta condición, el Humedal deberá aumentar su área aproximadamente en un 340% (640 m² aproximadamente).
4.4.4.4.
Ajuste.
Se realizó un ajuste en el área del humedal (Tabla 4.13) y un ajuste por pendiente a un 0,3% para verificar si la superficie necesaria cumple con las condiciones establecidas.
Tabla 4.13. Ajuste realizado al área de diseño.
Área A1
Valor 189
Unidad m²
Ajuste[m²] 640
FUENTE: Elaboración propia.
4.4.4.4.1.
Resultados de Ajuste
En la Tabla 4.14, se muestran los resultados del diseño ajustados a la nueva superficie y pendiente mencionadas. Las verificaciones de diseño se observan en las tablas 4.15 y 4.16 respectivamente.
79
Tabla 4.14. Resultados de ajuste de superficie.
FUENTE: Elaboración propia.
4.4.4.4.2.
Verificaciones por Ajuste Tabla 4.15. Verificación por pendiente ajustada. Val or 0,075
Estado OK
Ecuaci ón (4.14)
FUENTE: Elaboración propia.
80
Tabla 4.16. Verificación ajustada para Carga Hidráulica y Carga por DBO.
FUENTE: Elaboración propia.
4.4.5. Diseño de las Unidades Restantes Las unidades que restan por diseñar (Cámara desgrasadora, Cámara de cloración y decloración) serán diseñadas mediante la ecuación (4.16.) estableciendo un tiempo de retención de 15 minutos como permanencia en las cámara. A continuación en la Tabla 4.17. se presentan los resultados de los volúmenes requeridos para las unidades señaladas anteriormente.
Tabla 4.17. Resultado de volúmenes para cámaras desgrasadora, cloradora y decloradora. Volumen requerido [L]
Unidad
Volumen de Mercado [L]
Cámara De sgrasadora
104,3
170
CámaraCloradora
104,3
170
CámaraDe cl oradora
104,3
170
FUENTE: Elaboración propia 81
4.4.5.1.
Filtro Parabólico
Este se determinó mediante el caudal máximo proyectado (10 m³/día). Por ende, se estimó que el filtro parabólico requerido es el de menor dimensión disponible en el mercado, ya que es capaz de tratar el caudal solicitado.
4.4.6. Conclusión de Diseño Según los datos entregados en las tablas 4.14, 4.15 y 4.16, con el área y la pendiente ajustada, se logró que el Humedal evitara fallas por colmatación del lecho en la unidad, sin embargo, el caudal entrante en la puesta en marcha del proyecto (4 m³/día) es muy bajo en relación con el área corregida para el tiempo de retención establecido, generando una deficiencia en la remoción de contaminantes. Como conclusión final, debido a las altas concentraciones de DBO que entran al sistema, el Humedal no tiene un buen comportamiento en la remoción de
los
contaminantes
si
se
quiere
lograr
una
óptima
relación
efectividad/superficie, lo que conlleva a que el sis tem a qu e se u sará para tratar los
riles de la p lanta pro du cto ra de lácteos
en la etapa de
tratamien to secun dario cor respo nd eráal Lom brifiltr o.
Por lo tanto, las unidades constituyentes de la planta de tratamiento de riles serán: un Filtro Parabólico, una Cámara Desgrasadora de 170 L, un Estanque Homogeneizador de 2.400 L, Un Lombrifiltro de 75 m², una Cámara Cloradora de 170 L y una Decloradora de 170 L. En el Anexo C se presentan los dibujos esquemáticos de la PTR con las unidades escogidas y su distribución dentro de la planta de producción. 82
CAPITULO 5 EVALUACIÓN ECONÓMICA DEL PROYECTO
5.1.
Introducción La evaluación económica es un punto importante para determinar si un
proyecto es rentable o no. Un análisis detallado puede indicar la prevalencia de un proyecto por sobre otro y además permite identificar los parámetros que generan un gran impacto en la situación económica de la empresa. En este capítulo se presentarán todas las inversiones y costos asociados correspondientes al traslado de la planta productora, considerando las dos alternativas de ubicación establecidos. Esto implica realizar el análisis de los costos de construcción de la empresa en sí, más la construcción y mantenimiento de la planta de tratamiento en caso de instalarse en un sector rural. Si la empresa se instala en la ciudad, sólo se considerarán los costos de construcción de la planta productora. Para ello, se consideran los costos de materiales, mano de obra y terrenos aplicados a un caso de estudio, en este caso, la ciudad de Chillán. Además, se realizarán los flujos de caja tanto para la situación actual, como para las situaciones con proyecto, considerando ambas alternativas de traslado, con el fin de determinar los indicadores económicos necesarios y poder así, analizar la rentabilidad del proyecto para cada propuesta señalada, determinando el mejor lugar de emplazamiento para la empresa.
83
5.2.
Principales Costos Asociados a la Planta de Producción Uno de los costos que se deben conocer al momento de implementar
una nueva planta fuera de la ciudad, es el costo de construcción de ésta en el terreno establecido, para esto, se iniciará el análisis por la planta productora de lácteos. En cuanto a los costos relacionados con la planta de producción, para el desarrollo de este estudio se considerarán los costos más relevantes para el análisis, estos son: Costos de construcción de la empresa y los costos por urbanización.
5.2.1. Costos de Construcción de la Empresa Para este análisis, los costos de construcción se considerarán como un acercamiento real de cuanto equivale en dinero, construir esta planta fueras de la ciudad o dentro de ella. Esto significa que se agruparán los costos de obra gruesa, terminaciones, instalaciones eléctricas y sanitarias en una sola aproximación.
5.2.1.1.
Plano de la Empresa.
A continuación se presenta el plano de diseño de la nueva planta productora (figura 5-1) con sus distribuciones para cada proceso de producción. Las cotas están medidas en cm. La planta tiene como terreno utilizado aproximadamente 300 m².
84
Figura 5-1. Planta Productora de Lácteos. FUENTE: Elaboración propia.
5.2.2. Costos Generales de la Planta En la tabla 5.1., se resumen los costos asociados a las partidas más importantes de la obra y en la tabla 5.3., se resumen los costos por mano de obra requeridos para el periodo establecido. Los detalles de las partidas se pueden encontrar en la sección de anexos (ver anexo B). La mano de obra fue estimada de acuerdo a los rendimientos considerados en la tabla 5.2.
85
Tabla 5.1. Costos asociados a materiales e instalaciones. ITEM 1. INSTALACIONES PREVIAS TOTAL ITEM 1
TOTAL [UF] 32,56
2. EXCAVACION TOTAL ITEM 1
32,09
3. FUNDACIONES TOTAL ITEM 1
30,19
4. ENFIERRADURA TOTAL ITEM 1
99,43
5. RADIER TOTAL ITEM 1
123,28
6. ALBAÑILERIA TOTAL ITEM 1
91,51
7. OTROS TOTAL ITEM 1
76,52
8. CONEXIONES ELECTRICAS Y SANITARIAS TOTAL ITEM 1 157,40 9. TECHUMBRE Y CIELO TOTAL ITEM 1 COSTO TOTAL PLANTA PRODUCTORA
145,32 788,30
FUENTE: Elaboración Propia
Tabla 5.2. Rendimientos por tipo de especialidad. T IP O D E E S P E C I ALID AD
Maestro albañil + 2 Ayudantes Pintor + Ayudante Enfierrador+Ayudante Maestro carpintero+ Ayudante (Moldaje) Maestro carpintero + Ayudante (Techumbre) Maestroceramista+Ayudante Jornal Excavación
U N ID AD
R E N D IM IE N T O
m2/d m2/d
8,5 110
Kg/d m/d m2/d m2/d m3
200 20 2 12 3,5
FUENTE: Consulta a Fuente Experta. 86
Tabla 5.3. Costos asociados a mano de obra de planta productora. MANO DE OBRA PARA PLANTA DE PRODUCTORA (PERÍODO DE CONSTRUCCIÓN 4 MESES) TIPO DE ESPECIALIDAD UNIDAD CANTIDAD Costo HH [UF] HH TOTALES COSTO FINAL [UF] Cuadrilla 1 MaestrodeAlbañil Jornada 2 0,12 320 78,11 AyudantedeAlbañil Jornada 6 0,06 960 351,48 Total Cuadrilla 429,59 Cuadrilla 2 MaestroEnfierrador AyudanteEnfierrador Total Cuadrilla
Jornada Jornada -
2 4 -
0,10 0,07 -
160 320 -
31,24 86,79 118,03
Cuadrilla 3 MaestroCarpintero AyudanteCarpintero Total Cuadrilla
Jornada Jornada -
2 6 -
0,15 0,07 -
288 864 -
84,67 351,48 436,15
Cuadrilla 4 Pintor AyudantePintor Total Cuadrilla
Jornada Jornada -
1 2 -
0,13 0,07 -
40 40 -
5,10 5,42 10,52
Cuadrilla 5 MaestroCeramista
Jornada
1
0,12
56
6,83
AyudanteCeramista Total Cuadrilla
Jornada -
3
0,07 -
168 -
34,17 41,01
J
ornal
-
Jornada
Capataz MAQUINARIA Mini retroexcavadora JBC máspetroleoyoperador horas Total Mano de Obra Total Maquinaria
4
0
512
124,97
1
0
480
117,16
1
1
-
30
-
-
-
20,18 1.277,42 20,18
FUENTE: Elaboración Propia
5.2.3. Costos por Urbanización Los costos por urbanización se definirán como todos los gastos correspondientes a la instalación de servicios básicos como el agua potable y la red eléctrica en la VIII región de Chile. Se asumirá que estos costos sólo son 87
válidos para la opción que el terreno esté fuera de la ciudad y que no se podrá conectar a una red de alcantarillado cercana debido a que no existe.
5.2.3.1.
Costos de Conexión Red Agua Potable y Red Eléctrica
En el caso de la conexión de la red de agua potable, se hace necesario contemplar la instalación de un estanque elevado de agua potable conectado a una bomba que suministrará el agua al recinto a través de un pozo típico. Para la red eléctrica, se propone la instalación eléctrica adecuada más la de alumbrado junto con diez centros y sus tableros correspondientes. A continuación, se presentan los costos instalación de las redes indicadas anteriormente para un terreno fuera de la ciudad (ver tabla 5.4.)
Tabla 5.4. Costo aproximado de instalaciones Parti das Bomba Agua 220 V, 1 Red Agua Potable
Hp Estanque elevado con estructura y cañerías ObrasCi vi l e s
Costo[UF] 13,16 14,37 17,36
Instalación eléctrica. Red
Alumbrado, 10 centros
Eléctrica
y tableros exterior
6,72
Empal me e l é ctri co
26,04
S u ma
77,63
FUENTE: Manual de Tasaciones para un subsidio Habitacional, Cuerpo N°3 ANEXOS
88
5.3.
Principales Costos Asociados a la Planta de Tratamiento Para el análisis de costos de la planta de tratamiento, es necesario
conocer los precios específicos de las unidades para cada
etapa de
tratamiento. En la tabla 5.5., se resumen los costos por cada unidad componente de la planta de tratamiento y en la tabla 5.6., se muestran los costos por mano de obra requeridos para la construcción para el periodo establecido. Los detalles de las partidas pueden encontrarse en la sección de anexos (ver anexo B).
Tabla 5.5. Costos asociados a materiales y equipos de la planta de tratamiento. ITEM 1. INSTALACIONES PREVIAS TOTAL ITEM 1
TOTAL [UF] 17,80
2. FILTRO PARABÓLICO TOTAL ITEM 2
90,77
3. CÁMARA DESGRASADORA TOTAL ITEM 3.
1,95
4. ESTANQUE DE HOMOGENEIZACIÓN TOTAL ITEM 4.
27,81
5. SISTEMA LOMBRIFILTRO TOTAL ITEM 5.
169,94
6. CÁMARA DE EVACUACIÓN TOTAL ITEM 6.
10,75
7. CLORACIÓN TOTAL ITEM 7.
6,86
8. TUBERIAS Y PIEZAS ESPECIALES TOTAL ITEM 8. COSTO TOTAL PLANTA TRATAMIENTO
15,19 341,08
FUENTE: Elaboración propia. 89
Tabla 5.6. Costos asociados a mano de obra de PTR. MANO DE OBRA PARA PLANTA DE TRATAMIENTO (PERÍODO DE CONSTRUCCIÓN 2 MESES) TIPO DE ESPECIALIDAD UNIDAD CANTIDAD Costo HH [UF] HH TOTALES COSTO FINAL [UF] Cuadrilla 1 MaestrodeAlbañil Jornada 2 0,12 320 78,11 AyudantedeAlbañil Jornada 4 0,06 640 156,21 Total Cuadrilla Cuadrilla 2 MaestroEnfierrador AyudanteEnfierrador Total Cuadrilla Cuadrilla 3 Gásfiter Ayudante Total Cuadrilla J
Jornada
ornal
-
-
-
Jornada Jornada -
1 3 -
0,10 0,07 -
Jornada 6 -
2
0,15 0,07
Capataz
234,32
112 336 -
10,93 68,34 79,28
144 432
-
Jornada
-
42,33 175,74
-
-
218,07
3
0
256
46,86
1
0
296
72,25
MAQUINARIA Mi ni petroleo retroexcavadora más yoperador JBC horas Total Mano de Obra Total Maquinaria
1
1
-
24
-
-
-
16,14 650,79 16,14
FUENTE: Elaboración propia.
5.4.
Terrenos Dado que existen dos propuestas a considerar, es necesario cotizar un
terreno que se adecue a los requerimientos impartidos por el diseño. En la tabla 5.7. se detallan los parámetros más importantes de los terrenos para cada propuesta.
90
Tabla 5.7. Comparación de costos de terrenos. Propuesta Ubicación 1 Dentrodelaciudad 2 Fueradelaciudad
Área[m2] Costo[UF] 1.000 1.287,11 5.000 772,27
FUENTE: Elaboración propia.
5.4.1. Criterios de Búsqueda: Los criterios que se emplearon en la elección del terreno fueron los siguientes.
5.5.
Accesibilidad. Área Requerida. Distancia desde el Centro de la Ciudad. Servicios Básicos.
Comparación de Costos por Presupuestos Con los principales costos para la construcción de la planta productora,
que se presenta en la tabla 5.8., se muestra un resumen de los costos finales para cada propuesta según los análisis previos.
91
Tabla 5.8. Comparación de costos. Costo Item
instalación en la Ciudad [UF]
Te rre no ConstrucciónP l antadeLácte os Construcci ónPl antadeTratami e nto
1.302 1.692 0 0
De mol i ci one s
87
Suma
de la Ciudad [UF] 781 1.692 1.008
Urbani zaci ón Mante nci ónAnuaPl TR
Costo instalación fuera
0 3.080
78 0 130 3.689
FUENTE: Elaboración propia.
De la tabla anterior, se observa que instalarse dentro de la ciudad es más accesible que migrar fuera de ella. Sin embargo, realizar este análisis no es suficiente ya que se debe realizar un análisis de rentabilidad de la empresa para determinar la inversión que necesita esta para ejecutar el proyecto, el periodo en que recuperará dicha inversión y evaluar si podrá financiar o no el proyecto.
5.6.
Rentabilidad La evaluación económica del proyecto tendrá como fin determinar cuál
de las dos propuestas es más rentable desde el punto de vista financiero para el inversionista. Para cumplir con este objetivo, se construirán los flujos de caja del proyecto para ambas propuestas, con y sin la planta de tratamiento. En base a estos flujos, se determinarán el VAN y la TIR además del periodo de recuperación de la inversión para cada alternativa y se determinará la mejor.
92
5.6.1. Producción de la Planta Como se señaló en el punto 3.1.1, actualmente la empresa se encuentra produciendo 120 kg/día de queso mantecoso y 150 kg/día de manjar. Además, pretende elevar su producción cerca de un 200% en un período de 7 años, incorporando además a su línea productiva los quesos frescos. La empresa efectuó un estudio de mercado para determinar la demanda actual y estimar de esta forma las ventas futuras. Para el desarrollo de esta memoria se considera además que se vende el total de los productos producidos anualmente. Se debe tener en cuenta que el insumo principal, la leche, sufre del fenómeno de estacionalidad, lo que significa que la producción no será la misma en todos los meses del año. Por ende, la producción en la empresa podría verse afectada. En la tabla 5.9 se observan los porcentajes de producción de leche mensual que son determinados por la estacionalidad de la producción según la Oficina de Estudios y Políticas Agrarias, alterando la producción anual de la planta (Tabla 5.10).
93
Tabla 5.9. Efecto de estacionalidad en la producción de leche. Recepción
Mes
Estacionalidad en la Producción [%]
Enero Febrero Marzo Abril Mayo Junio Julio Agosto Septiembre Octubre Noviembre Diciembre
87,31 65,48 72,5 67,81 68,87 60,58 63,32 66,74 73,22 94,05 95,66 100
Suma
-
Leche [L]
Producción Queso Mantecoso [kg/mes]
Manjar [kg/mes]
Queso Fresco [kg/mes]
39.377 29.531 32.698 30.582 31.060 27.322 28.557 30.100 33.022 42.417 43.143 45.100
2.305 1.729 1.914 1.790 1.818 1.599 1.672 1.762 1.933 2.483 2.525 2.640
2.881 2.161 2.393 2.238 2.273 1.999 2.090 2.202 2.416 3.104 3.157 3.300
1.921 1.441 1.595 1.492 1.515 1.333 1.393 1.468 1.611 2.069 2.105 2.200
412.909
24.170
30.213
20.142
FUENTE: Elaboración propia.
Tabla 5.10. Variación en la producción por es tacionalidad. Producción Queso Mantecoso [Kg/Año]
Manjar [Kg/Año]
Queso Fresco [Kg/Año]
Total de Productos Producidos [Kg/Año]
Total Anual Real [Kg]
24.170
30.213
20.142
74.525
Total Anual al 100 % de Leche
31.680
39.600
26.400
97.680
Pérdidas Anuales
7.510
9.387
6.258
23.155
FUENTE: Elaboración propia.
Con esta información se establecen los ingresos de la empresa según la producción anual. (Tabla 5.11.) 94
Tabla 5.11. Ingresos anuales según producción anual de lácteos.
Producto QuesoMantecoso Manjar QuesoFresco Suma
Aplicando Estacionalidad Precio de en l a producción de Venta en el leche Mercado Producciónkg/año UF/kg
Ingresos Anuales UF
24.170 30.213 20.142
0,17 0,07 0,15
4.195,24 1.966,52 3.059,03
74.525
0,39
9.220,80
FUENTE: Elaboración propia.
5.6.2. Costos de Producción de la Elaboración de Productos Para los costos de producción se debieron analizar los gastos por materias primas, gastos energéticos de la empresa actualmente, combustible para la recepción de la leche, entre otros. En las tablas 5.12 y 5.13., se presentan los costos por materia prima según los rendimientos de los materiales para la elaboración de los productos finales de la empresa establecidos en la tabla 5.9 y los costos totales de la producción de los productos elaborados anualmente respectivamente. Se consideró como criterio establecer un monto de capital de trabajo, tal que permita a la planta mantener su nivel de producción por un periodo de 4 meses. Entre estos costos se encuentran los costos fijos y variables, además de los sueldos de los empleados.
95
Tabla 5.12. Costos por materia prima para la elaboración de productos. Producto
Materia Prima
Cantidad para producir 1 kg de Producto
Unidad [UF]
insumo para
Costo Total para
generar 1 Kg del
Producción Anual [UF]
10
Litros
0,01
Kg
0,02
0,02
0,85
0,001
Litros
0,65
0,65
16,27
0,001
Kg
0,04
0,04
1,08
Colorante
0,0001
Litros
0,65
0,65
1,95
Sal
0,05
Kg
0,01
0,01
8,39
Calcio Queso
Cuajo
Mantecoso
Nitrato de Sodio
2622,03
Leche
2
Litros
0,01
0,02
655,51
Azucar
0,5
Kg
0,02
0,02
301,54
Espezante
0,001
Kg
0,42
0,42
12,91
Leche
5,5
Litros
0,01
0,06
1201,76
0,002
Kg
0,02
0,02
0,71 13,67
Cloruro de
Suma
Compra por
0,002
Leche
Queso Fresco
Unidad
Costo Total del
Producto [UF] 0,11
Cloruro de
Manjar
Precio de
Calcio Cuajo
0,001
Litros
0,65
0,65
Gelatina
0,002
Kg
0,05
0,05
2,13
-
-
-
2,56
2,72
4824,50
FUENTE: Elaboración propia.
Tabla 5.13. Costos de elaboración de productos. Costos de Producció n
Men sual [UF]
Anual [UF]
Mate ri aPri ma
402,04
4.824,50
Consumo(Agua+Luz)
6,51
78,11
Combusti bl e Cal de ra
30,37
364,50
Combusti bl e Cami one ta
5,21
62,49
Suma
444,13
5.329,59
FUENTE: Elaboración propia.
96
5.6.3. Costos de Venta Los costos de venta de la empresa, serán aquellos costos de comercialización de los productos, donde se incluirán los costos de transporte a los centros de distribución y los gastos por publicidad. A continuación en la Tabla 5.14 se presenta el resumen anual de los costos de venta de la empresa, asumiendo que en gasto de publicidad, la empresa paga el arriendo de una gigantografía. Para el análisis de flujos, se considerará que los costos de combustibles serán dependientes del aumento de la producción dejando como un costo fijo el valor de la publicidad.
Tabla 5.14. Costos de ventas de la producción. Costos de Ve nta Publicidad Combustible de Transporte Suma
Costo Mensual [UF] Costo Anual [UF] 34,71
416,57
12,15
145,80
46,86
562,37
FUENTE: Elaboración propia.
5.6.4. Costos de Administración Los costos de administración de la empresa quedarán definidos por los valores correspondientes al personal y consumos de la administración en general. En las tablas 5.15 y 5.16 se reflejan los gastos anuales por administración de la empresa de acuerdo a cada propuesta de traslado.
97
Tabla 5.15. Costos de administración propuesta fuera de la ciudad. Costos de Admininistración SueldoTrabajador
Cantidad
Costo [UF]
Total Mensual [UF] Total Anual [UF]
5
17,36
SueldoGerente
1
52,07
52,07
86,79
1.041,42
OperadorPlanta
1
21,70
21,70
260,36
Suma
7
91,12
160,55
1.926,63
624,85
FUENTE: Elaboración propia.
Para el desarrollo de los flujos, se estimó que el personal irá en aumento acorde al transcurso del tiempo, llegando a su capacidad máxima el año en que la empresa llega a su máximo nivel de producción.
Tabla 5.16. Costos de administración propuesta dentro de la ciudad. Costos de Admininistración
Cantida d
Sue l doTrabajador Sue l doGe re nte
5 1
Suma
6
Costo [ UF] Total Men sual [UF] Total Anual [UF] 17,36 52,07 69,43
86,79 52,07 138,86
1.041,42 624,85 1.666,28
FUENTE: Elaboración propia.
5.6.5. Activos Nominales En el desarrollo de este informe, se han considerado como activos nominales aquellos costos en que fue necesario incurrir para dar srcen al proyecto, pero que no quedan incorporados visiblemente en la empresa o negocio. Estos son:
Estudios de factibilidad y asesorías. 98
Costos de organización, antes de la puesta en marcha.
Costos de puesta en marcha.
Para el análisis de flujo de caja, los activos nominales suman en total $10.000.000 y serán depreciados en 4 años, para efectos de rebaja de impuestos.
5.6.6. Activos Fijos Los activos fijos de la empresa se encuentran detallados en las tablas 5.17 y 5.18 para cada una de las propuestas a analizar. En cuanto a los valores residuales de los activos de ambas propuestas, se estima que estos se venderán a un 10% de su valor inicial (valor impuesto por criterio, considerando que se trata de un estudio de pre- factibilidad) y su vida útil queda regida bajo el reglamento de S.I.I.
Tabla 5.17. Activos fijos de la empresa para propues ta fuera de la ciudad. Item
Valor Inicial [UF]
Valor Residual [UF]
Vida Útil según SII [años]
Te rre no Pl antadeProducci ón
781 1.953
195
0 40
0
Pl antadeTratami e nto Cami one tas Equi pos Suma
1.085 738 217 4.773
108 74 22 -
40
7 9 -
FUENTE: Elaboración propia.
99
Tabla 5.18. Activos fijos de la empresa para propuesta dentro de la ciudad. Item Terreno PlantadeProducción Planta de Tratamiento Camionetas Equipos Suma
Valor Inicial [UF] 1.302 1.953 0 738 217 4.209
Valor Residual [UF] 0 195 0 74 22 -
Vida Útil según SII [años] 0 40 40 7 9 -
FUENTE: Elaboración propia.
5.6.6.1.
Depreciación de los Activos
La depreciación de los activos será de manera lineal y según las vidas útiles respectivas para cada activo establecido por el S.I.I. En la tabla 5.19 se presenta el resumen de las depreciaciones realizadas a los activos fijos.
Tabla 5.19. Depreciación de activos.
Año 0 15al 1
0
Depreciación l ineal Planta Terreno Planta Camionetas Tratamiento Equipos [UF] [UF] Produción [UF] [UF] [UF] 00 0 0 0 38 22 68 20
FUENTE: Elaboración propia.
100
5.6.7. Flujo de Caja e Indicadores VAN y TIR Con los supuestos anteriormente definidos, se confeccionan los FNC para la situación actual y para las dos alternativas de traslado, considerando un horizonte de análisis de 15 años, una tasa de impuesto de 20% anual según el S.I.I. y una tasa de descuento de un 10% anual para los índices de rentabilidad. El flujo de caja se muestra en detalle en el anexo A. En la tabla 5.20 se resumen los balances finales de la situación actual, y en las tablas 5.21 y 5.22, se muestran los resultados obtenidos para el traslado a ciudad y sector rural respectivamente para el horizonte establecido.
Tabla 5.20. Flujo de caja considerando situación actual. Valor A ño 0
F.N.C [UF] 445
Valor
Presente [UF] A ño 445 8
F.N.C [UF] Presente [UF] 618 288
1
445
404
9
2
511
423
10
649 655
275 253
3
529
397
11
674
236
4
546
373
12
693
221
5
564
350
13
712
206
6
582
328
14
805
212
7
673
346
15
968
232 VAN
4.989
FUENTE: Elaboración propia.
NOTA: Si bie n invertir en nu evos equ ipos aum enta la prod ucción, en este cas o, la falta de es pac io im pid e la in stalac ión d e é sto s y adem ás el almacenaj e de nuevas unid
ades de prod
realiz ar u n el análisis de u na s ituación actu
ucción, por lo tanto, se descarta al m ejorada.
101
Tabla 5.21. Flujo de caja considerando emplazamiento en ciudad. Valor
F.N.C [UF]
0
- 6.446
-6.446
8
4.418
2.061
1
1.757
1.597
9
4.440
1.883
2 3
2.100 2.443
1.736 1.836
10 11
4.418 4.418
1.703 1.549
4
2.786
1.903
12
4.418
1.408
5
3.107
1.929
13
4.418
1.280
6
3.617
2.042
14
4.492
1.183
7
4.492
2.305
15
9.564
2.289
Presente [UF]
A ño
F.N .C [ UF]
Valor
A ño
VAN TIR
Presente [UF]
20.258 37%
FUENTE: Elaboración propia.
Tabla 5.22. Flujo de caja considerando emplazamiento en sector rural. Año
F.N.C[UF]
Valor Presente [UF]
Año
F.N.C[UF]
Valor Presente [UF]
0 1 2 3 4 5 6 7
-7.010 1.554 1.897 2.240 2.583 2.904 3.413 4.289
-7.010 1.413 1.568 1.683 1.764 1.803 1.927 2.201
8 9 10 11 12 13 14 15
4.215 4.236 4.215 4.215 4.215 4.215 4.289 8.948 VAN TIR
1.966 1.797 1.625 1.477 1.343 1.221 1.129 2.142 18.048 35%
FUENTE: Elaboración propia.
De acuerdo a los valores de los VAN obtenidos, se puede apreciar claramente que la situación actual presenta una rentabilidad muy inferior respecto a las otras alternativas, lo que indica que le es beneficioso a la empresa realizar las inversiones y trasladarse. 102
Ya asumiendo entonces que la opción de traslado será ejecutado, queda por determinar cuál de las dos alternativas de traslado presentadas, es la que posee mayor rentabilidad. De acuerdo a los resultados de rentabilidad obtenidos, la opción de trasladarse a la ciudad resulta más rentable en comparación a instalarse en el sector rural. Antes de tomar una decisión definitiva, se analizarán los principales factores que afectan la rentabilidad de la empresa y así tomar una mejor decisión.
5.6.8. Análisis de Sensibilidad El análisis de sensibilidad indicará la rentabilidad del proyecto frente a cambios en las principales variables que puedan afectar al proyecto. Las variables seleccionadas son aquellas que pueden presentar modificaciones, pero cuya probabilidad de ocurrencia y magnitud del cambio, es difícil de predecir. Los parámetros a considerar son:
Valor de la tasa de descuento.
Costo Unitario de Producción.
Volumen de venta anual.
El rango de variación para los dos primeros parámetros, estará comprendido entre un -25% y un +25%, con incrementos de 5% para los análisis de sensibilidad de las tasas de descuento y para costos unitarios de producción. Para el análisis de volumen de ventas, el volumen del producto elaborado se variará entre un 100 a un 60% de la producción total, y para cada
103
nivel de producción, se modificarán las ventas para ver su comportamiento en el VAN. El análisis se aplicará a las dos alternativas que se consideraron como posibles lugares de emplazamiento, es decir:
Análisis de sensibilidad considerando el traslado de la empresa a un sector rural, más la implementación de una planta de tratamiento.
Análisis de sensibilidad considerando el traslado a otro sector de la ciudad, considerando sólo la descarga al alcantarillado.
5.6.8.1.
Comparación de Resultados
Considerando una tasa de descuento inicial de 10% anual, se aplican las variaciones porcentuales y se generan los distintos valores del VAN. La producción inicial se determina en 74.525 Kg/año y un costo unitario inicial de 0,093 UF para ciudad, y de 0,094 UF para el sector rural. Los resultados en ciudad se presentan en la tabla 5.23, mientras que para la alternativa de sector rural, se muestran en la tabla 5.24.
Tabla 5.23. Sensibilidad de los parámetros en ciudad. V a ri a c i ó n
- 25%
- 20%
V al o rt as a[ % ]
7, 5
8
VA N [UF ]
25650
24457
23325
- 25%
- 20%
- 15%
- 10%
- 5%
0%
5%
0, 079
0, 084
0, 088
0, 093
0,098
V a ri a c i ó n Costo unitario de producción [UF] VA N [UF ]
0, 070 37216
0, 074 33825
- 15%
- 10%
8, 5
9
30433
- 5% 9, 5
22250
27041
0% 10
21228
23650
5% 10, 5
20258
20258
10% 11
19335
16866
15% 11, 5
18457
10% 0, 102 13475
20%
25%
12
12, 5
17622
16826
15%
20%
0, 107 10083
16067
25%
0, 112 6691
0, 116 3300
FUENTE: Elaboración propia.
104
Tabla 5.24. Sensibilidad de los parámetros en s ector rural. - 25%
- 20%
V al o rtas a[ % ]
V a r i a ci ó n
7, 5
8
V A N [ UF ]
23151
22012
20950
- 25%
- 20%
- 15%
- 10%
- 5%
0%
5%
0, 080
0, 085
0, 089
0, 094
0, 099
V a r i a ci ó n
Costo unitario de 0 , 071 producción [UF] V A N [ UF ]
35279
0, 075 31833
- 15% 8, 5
28386
- 10% 9
- 5% 9, 5
19933
24940
18966
21494
0% 10
5% 10, 5
18048
18048
10% 11
17175
14602
15% 11, 5
16344 10% 0, 103 11156
20%
25%
12
12, 5
15554
14751
15% 0, 108 7710
20%
14084
25%
0, 113 4264
0, 118 817
FUENTE: Elaboración propia.
La comparación gráfica de ambas alternativas muestra de mejor manera las diferencias en los valores del VAN. Estos resultados se muestran en las figuras 5-2, 5-3, 5-4 y 5-5.
Figura 5-2. Comparación de sensibilidad de la tasa de descuento.
FUENTE: Elaboración propia.
105
Figura 5-3. Comparación de sens ibilidad del costo unitario.
FUENTE: Elaboración propia.
Figura 5-4. Sensibilidad en las ventas en ciudad.
FUENTE: Elaboración propia.
106
Figura 5-5. Sensibilidad en las ventas en sector rural.
FUENTE: Elaboración propia.
Además de los resultados mostrados, se identifica también la variación porcentual que sufre el VAN cuando los parámetros se ven modificados en un ±25%. Los valores que se muestran en la tabla 5.25, representan el porcentaje de aumento o disminución del VAN respecto al valor base, que en ciudad es de 20.258 UF, y en el sector rural de 18.048 UF.
Tabla 5.25. Variación porcentual del VAN respecto al valor ba se. Ciudad
Variacion del parámetro [%] P ará m e t ro
Variación porcentual Ta s a d e d e s cu e n t o respecto a l VAN inicial C o s t oUn i t a r i o Sector rural
- 25
0
25
26, 6
0, 0
- 20, 7
83, 9
0, 0
- 83, 9
Variacion del parámetro [%] P ará m e t ro
Variación porcentual Ta s ad e d e s cu e n t o respecto a l VAN inicial C o s t oUn i t a r i o
- 25
0
25
28, 3
0, 0
2 2, 0
95, 8
0, 0
- 95, 8
FUENTE: Elaboración propia. 107
Con los resultados presentados, se determina que el costo unitario y la variación en las ventas son los factores críticos para la rentabilidad de la empresa, ya que presentan variaciones bruscas en el VAN estableciendo un gran riesgo para el futuro de la empresa. Por otro lado, la tasa de descuento presenta variaciones que generan un impacto mucho menor que los otros parámetros, y que por lo tanto, no representa un factor crítico para la rentabilidad.
5.6.9. Financiamiento de las Inversiones Concluyendo que ambas alternativas son teóricamente viables, se procede a determinar el financiamiento de las inversiones, es decir, de donde se obtendrá el capital para costear el proyecto. Se analizaron tres situaciones. Primero considerando que el banco financiará un 30% de la inversión inicial, otra situación en que financiará el 40%, y por último, que la empresa se costee por sí misma la inversión requerida para ambas propuestas. Debido a que se trata de un estudio de pre-factibilidad, se realizará un análisis de un financiamiento consistente de un crédito de cuotas iguales en amortización sobre interés en cada cuota. El detalle de cálculo de las cuotas e intereses para cada monto de inversión se encuentran descritas en el anexo A. Además, se considera como criterio, que la empresa pedirá el financiamiento del banco a una tasa de 6% anual, con 2 años de Gracia Total y en 6 cuotas anuales. 108
Los resultados de la incorporación de los créditos en los análisis de flujo de caja, se encuentran resumidos en la tabla 5.26, que detalla la variación de las rentabilidades por cada porcentaje de financiamiento y la variación del periodo de recuperación de la inversión por influencia de los préstamos.
Tabla 5.26. Variaciones en el VAN debido a financiamiento. Tiempo de Propuesta
Inversión
Financiamiento
Inicial [UF]
[%]
VAN [UF]
Recuperación de la Inversión [años]
Campo
Ciudad
7.010
6.446
0
18.048
4,32
30
18.492
3,38
40
18.641
2,97
0
20.258
3,67
30
20.666
2,76
40
20.803
2,37
FUENTE: Elaboración propia.
Como se puede observar, existe un aumento en las rentabilidades de las propuestas con respecto a la implementación del financiamiento estudiado. Esto se debe a que la rentabilidad obedece al efecto del apalancamiento financiero (menor aporte de capital propio) y al ahorro fiscal, permitiendo además que la empresa mejore su tiempo de recuperación de la inversión debido a que el préstamo reduce la inversión neta, lo que se necesita recuperar de inversión es mucho menor. En conclusión, según este análisis realizado, optar por el traslado a la ciudad y permitiendo que el banco financie un 40% de la inversión requerida, con un crédito de cuotas iguales en amortización sobre interés en cada cuota, sería la mejor alternativa que la empresa pueda optar. 109
CAPITULO 6 CONCLUSIONES
6.1.
Introducción Es muy común hoy en día que para grandes industrias, la solución más
popular al problema de tratamiento de sus riles sea el uso de métodos más complejos como el de los lodos activados u otros. Sin embargo, cuando se trata de empresas con un presupuesto reducido como es el caso de las pymes, estas pequeñas empresas deben buscar la mejor alternativa que se ajuste a su capital. El Sistema de lombrifiltro es una realidad que se está aplicando en el país. Pequeñas comunidades rurales, escuelas, residencias privadas, mataderos, empresas del área agro-alimenticia, etc. están tratando sus aguas residuales con este sistema debido a su bajo costo de implementación respecto a los métodos tradicionales. Con la implementación del lombrifiltro, se obtienen impactos positivos en la calidad de las aguas que se vierten a los cuerpos de agua o al subsuelo, ya que este sistema se encuentra diseñado para el cumplimiento de la norma de utilización de agua para riego (Norma Chilena 1.333). Es por los motivos anteriores que este sistema puede ser implementado en este tipo de empresas. Del mismo modo, el humedal artificial presenta una alternativa atractiva para el tratamiento de los riles, ya que además de ser una solución que 110
estéticamente se mezcla con la naturaleza, es eficiente en cuanto a la remoción de contaminantes y no supone una gran inversión teniendo en consideración el capital con que cuenta la Pyme.
6.2.
Elección del Sistema de Tratamiento Secundario El factor decisivo que derivó en la no incorporación del humedal artificial
se establece en el punto 4.4.6., que señala que las altas concentraciones de DBO o el poco caudal a principios de la puesta en marcha de la planta, generan que este sistema no tenga un buen comportamiento en la remoción de los contaminantes, si se quiere lograr una óptima relación efectividad/superficie. De acuerdo a lo enunciado anteriormente, se concluye además que la utilización del sistema por humedales queda limitado a concentraciones de DBO5 cercanos a 350 mg/l, es decir, aguas residuales comunes, evitando de esta manera los problemas de diseño y áreas excesivas. Naturalmente, se podrían corregir las concentraciones provenientes de la planta de tratamiento a la cantidad necesaria para que el sistema de humedales funcionase. Sin embargo, esta decisión hubiese encarecido aún más el costo de la planta, ya que para lograr una reducción adicional en las concentraciones, se tendrían que implementar nuevas unidades de tratamientos físico-químico (sistema D.A.F u otros), que poseen un alto costo de mantención y operación y se alejan del presupuesto de la pyme. Por lo tanto, el sistema a utilizar en la planta de tratamiento, será un Lombrifiltro.
111
Se determinó que el área requerida para el lombrifiltro es de 75 m² a diferencia del humedal que es de 640 m². Como se puede apreciar, el humedal requiere casi 9 veces el área que utilizaría el lombrifiltro. Si bien esto no indica que el costo del humedal sea excesivamente mayor, sí es una limitante si se cuenta con el espacio insuficiente. Para el diseño del lombrifiltro, debido a la falta de literatura detallada, se recomienda utilizar una tasa de riego baja para asegurar el rendimiento establecido en el balance de masa. En cuanto al humedal, al ser poco conocido en el país, se requieren estudios que certifiquen los rendimientos establecidos.
6.3.
Evaluación Económica Se confeccionaron los respectivos análisis de flujos de cajas para ambas
propuestas (situación con proyecto), con el fin de determinar el crecimiento de la rentabilidad que experimentan ambas alternativas, con respecto a los beneficios que generaría la situación actual proyectada en el futuro. En la tabla a continuación (Tabla 6.1), se muestran los porcentajes de aumento de la rentabilidad, producto del traslado más las proyecciones de aumento de la línea de producción en la empresa.
Tabla 6.1. Aumento de rentabilidad por ambas propuestas. Indicardor VAN [UF]
Aumento de rentabilidad respecto a situacion actual
Situación actual
4989
-----
TrasladoaCiudad
20258
406%
TrasladoaSectorRural
18048
362%
FUENTE: Elaboración propia. 112
Mediante el análisis de sensibilidad realizado, se determinó que la variable más sensible a los cambios es la variación en las ventas, determinando que para ambas propuestas, una reducción de éstas bajo el 10 a un 15%, implicaría una gran amenaza para el proyecto dejando incluso de ser rentable. Otra variable importante detectada por los análisis es la variación de los costos unitarios de producción. Si bien reducir estos gastos aumenta de manera considerable la rentabilidad del proyecto, un incremento disminuiría las ganancias anuales a un valor mínimo, pudiendo incluso dejar de ser rentable para una variación del costo unitario superior al 25%. Estos costos se ven reflejados debido a las alzas de los combustibles, el aumento del precio del litro de leche, ente otros. Sin embargo una forma de mitigar estas alzas de precios, es aumentar los valores de venta de los productos elaborados, ya que estos se ven reflejados directamente en los ingresos. Otra de las variables sensibles al cambio, sería la producción misma, donde el factor clave se encuentra en la estacionalidad que presentan las plantas productoras de leche. Esto provoca meses de baja producción de leche y en consecuencia, la elaboración de los productos disminuye. Nuevamente la solución para abordar este problema es aumentar los valores de venta de los productos en el mercado, cuando el porcentaje de estacionalidad sea bajo. En cuanto al financiamiento del proyecto, en la tabla 5.26, se puede observar que si existe la opción de obtener un crédito, sería conveniente postular a él, ya que la rentabilidad aumenta debido al efecto de apalancamiento financiero. 113
Frente al crédito propuesto, la mejor opción es el monto del préstamo que financia el 40% de la inversión, generando que la rentabilidad se vea aumentada mucho más a diferencia de financiar un 30% o simplemente no tomar el crédito.
6.4.
Elección del Lugar Final de Traslado Tomando las conclusiones desde los puntos de vista técnico y
económico, la mejor alternativa de traslado corresponde a la ciudad, siempre y cuando, el costo del terreno a adquirir sea inferior a los 4.166 UF. Para precios superiores, resulta más rentable el traslado a un sector rural.
6.5.
Comentarios Desde el punto de vista técnico, claramente le es más favorable a la
empresa preferir un terreno dentro de la ciudad, ya que no hace necesario incurrir en gastos de mantención, operación de la unidades de una planta de tratamiento de riles, puesto que sus residuos no son considerados nocivos por la seremi, y por tanto se vierten al alcantarillado, de por sí, sus residuos son inocuos a la planta de tratamiento del sector. Desde el punto de vista económico, situarse dentro de la ciudad, le permite estar cerca de los puntos de distribución de sus productos, lo que deriva en un ahorro en gastos de transporte, combustible, urbanización y otros, efecto que se verá reflejado en los futuros balances de la empresa pudiéndole otorgar más oportunidades para su crecimiento y desarrollo como empresa láctea. 114
6.6.
Recomendaciones Finalmente, tomando este trabajo de título como base, se propone seguir
con estudios más detallados respecto a la viabilidad de implementación de estas tecnologías de tratamiento secundario, de modo de innovar en sistemas de remoción que apunten a seguir la misma línea de lo que está siendo utilizado a nivel mundial. Se propone realizar un estudio para tratar el humus proveniente del lombrifiltro, removiendo las coliformes fecales, con el fin de generar ingresos por la venta de éste a agricultores cercanos. Se recomienda que una institucionalidad gubernamental controle los parámetros del efluente de la planta de tratamiento, ya que no existe literatura que asegure que los parámetros de eficiencia establecidos se cumplan a cabalidad. Se deja como propuesta, el mejorar los procesos de producción y disminuir de esta manera las pérdidas. Como por ejemplo, crear un sistema que permita la reutilización de la leche que se pierde en los procesos.
115
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ANEXO A: FLUJOS NETOS DE CAJA DE LAS PROPUESTAS
A-1 Flujo de Caja de la Situación Actual te n e s e r P r o l
] F U [
5 4 4
4 0 4
3 2 4
7 9 3
3 7 3
0 5 3
8 2 3
6 4 3
8 8 2
5 7 2
3 5 2
6 3 2
1 2 2
6 0 2
2 1 2
2 3 2
9 8 9 4
] F U [ . C . N . F
5 8 4
6 0 5
1 1 5
9 2 5
6 4 5
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2 8 5
3 7 6
8 1 6
9 4 6
5 5 6
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5 0 8
8 6 9
N A V
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4 3 1
9 3 1
4 4 1
9 4 1
3 5 1
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. ] C . F F U [
2 6 5
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7 1 3
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6 0 8 . 6
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6 7 4 . 5 5
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n ó i c a z i rt o m A s o p i u q E s ta e n io m a C to n e i m a t a r T n ió c u d ro P
ta n a l P
a t n a l P
A-2 Flujo de Caja considerando Traslado a Sector Rural te n e s e r P r o l a V
0 1 0 7 -
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8 6 5 1
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n ió c a iz rt o m A s o p i u q E s a t e n io m a C to n a t e n i la m P ta ra T n ó a t i n c u la d P o r P
A-3 Flujo de Caja considerando Traslado a Ciudad
O T S E U P M I
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0
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2 4 4 . 8 1
2 4 4 . 8 1
2 4 4 . 8 1
2 4 4 . 8 1
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2 4 4 . 8 1
0
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0 6 .0 3
1 4 0 . 1
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n ió c a iz rt o m A s o p i u q E s ta e n o i m a C o t n ta e n i la m P ta ra T n ó ta i c n u a l d P ro P
A-4 Diseño de Flujo Neto de Caja
Para el diseño de los flujos netos de caja establecidos en el punto 5.6.7, se consideraron las siguientes fórmulas para su confección:
( ) ∑ **Nota de los F.N.C:
Todos los valores están calculados en UF. Las cuotas e intereses no están considerados, puesto que estos flujos se encuentran sin financiamiento de terceros.
Donde: F.C.: Margen. [UF] Tax:
Tasa de Impuesto [%]
: Valor Residual de los Activos Fijos. [UF] : Valor del Terreno. [UF] : Valor Libro de los Activos Fijos. [UF] KT:
Capital de Trabajo. [UF]
A-5 Indicadores de Rentabilidad
Para el cálculo de los indicadores de rentabilidad del proyecto, se consideraron las siguientes formulas:
∑ ( )
∑ ()
Sea:
( ) ∑
Donde:
:
TIR. [%]
r:
Tasa de Descuento. [%]
Io:
Inversión Inicial. [UF]
: Flujo de Caja según el año. [UF]
A-6 Tablas de Financiamiento
Financiamiento Propuesta Inversión [UF] 30% Inversión [UF] 40% inversión [UF] Campo
7.010,00
2.103,00
2.804,00
Ciudad
6.446,00
1.933,80
2.578,40
A-6.1 Detalle de Cuotas e Intereses del Crédito para Propuesta del Campo
Propuesta Fin anciamien to
30%
Campo
40%
t [año]
Saldo [UF]
0
2.103,00
Interés [UF] Amortiz ación [UF] Cuota [UF] -
-
-
1 2
2.229,18 2.362,93
-
-
-
3
1.969,11
23,63
393,82
417,45
4
1.575,29
48,68
393,82
442,50
5
1.181,47
75,23
393,82
469,05
6
787,64
103,37
393,82
497,19
7
393,82
133,20
393,82
527,02
8
0,00
164,82
393,82
558,64
0
2.804,00
-
-
-
1
2.972,24
-
-
-
2
3.150,57
-
-
-
3
2.625,48
31,51
525,10
556,60
4
2.100,38
64,90
525,10
590,00
5
1.575,29
100,30
525,10
625,40
6
1.050,19
137,83
525,10
662,92
7 8
525,10 0,00
177,60 219,76
525,10 525,10
702,70 744,86
A-6.2 Detalle de Cuotas e Intereses del Crédito para Propuesta del Ciudad
Propu est a Fin anciamien to
30%
Ciudad
40%
t [añ o] 0
Saldo [UF] Interés [UF] Am ortiz ación [UF] Cuota [UF] 1.934,00 -
1
2.050,04
-
-
-
2
2.173,04
-
-
-
3
1.810,87
21,73
362,17
383,90
4
1.448,69
44,76
362,17
406,94
5
1.086,52
69,18
362,17
431,35
6
724,35
95,06
362,17
457,24
7
362,17
122,50
362,17
484,67
8
0,00
151,58
362,17
513,75
0
2.578,00
-
-
-
1
2.732,68
-
-
-
2
2.896,64
-
-
-
3
2.413,87
28,97
482,77
511,74
4
1.931,09
59,67
482,77
542,44
5
1.448,32
92,22
482,77
574,99
6
965,55
126,72
482,77
609,49
7
482,77
163,29
482,77
646,06
8
0,00
202,05
482,77
684,82
ANEXO B: COSTOS DE CONSTRUCCION Y MANO DE OBRA
B-1 Detalle de Costo de Materiales de Planta Productora ITEM 1. INSTALACIONES PREVIAS L impieza Replanteo,trazado niveles y Instalación de faenas TOTAL ITEM 1
UNIDAD CANTIDAD COSTO UNITARIO [UF] TOTAL[UF] gl gl gl -
2. EXCAVACION Excavación Máquina a TOTAL ITEM 1 3. FUNDACIONES HormigóndefundaciónH-25 Emplantillado H-10 Sobrecimiento H-25 Polietilenonegro3x20m Moldajesobrecimiento DescimbreMoldajesobreciemiento TOTAL ITEM 1 4. ENFIERRADURA Perfil80x40x3mm,L:6m Barras 12, fim L: 6 Barras 20, a6fi L: m 6 TOTAL ITEM 1
m3
67,6
-
-
0,47
32,09 32,09
0,43 1,07 0,43 0,38 0,13
124,0 100,0 88,0 -
16,61 6,83 2,46 1,51 2,55
19 -
m
4,34 21,71 32,56
-
38,3 6,4 5,7 4,0
6,51
4,34 21,71 -
-
m3 m3 m3 unid 19 m2
m unid
6,51
-
-
m2
1 1 1
0,01 -
0,66 0,14 0,04 -
0,24 30,19
81,89 13,64 3,90 99,43
5. RADIER HormigonH-20radiere:10cm Malla acma C-139 Saco ripio 40 Kg Saco arena 40 Kg TOTAL ITEM 1
m2 unid unid unid -
220 17,0 652 264 -
0,36 0,92 0,03 0,03 -
78,69 15,57 20,66 8,37 123,28
6. ALBAÑILERIA Ladrillosantiago7E29x14x7,1cm EstucoexteriorPresec45kg Mortero de pega 45 kg
unid unid unid
6920 21 85
0,01 0,23 0,18
71,50 4,91 15,09
TOTAL ITEM 1
-
-
-
91,51
B-2
7. OTROS Pintura tineta gal 5 Cerámicaantiácidaesmaltada60x60cm Cerámica blanca 33 33 xcm Ventanaaluminio50x30(46x55) Ventana 110x80 (121x100) Puertaterciadopino75x200cm Puerta fibra MDF 90x200 cm TOTAL ITEM 1
unid 3,0 m2 182 m2 37 unid 7 unid 4 unid 17 unid 2 -
8. CONEXIONES ELECTRICAS Y SANITARIAS E stimación TOTAL ITEM 1 -
gl -
2,50 0,23 0,14 0,82 1,26 0,53 0,74 -
1
157,40 -
9. TECHUMBRE Y CIELO PerfilmetalconC2x4x0,85p,L:3m unid 215 PerfilOmegaNormal38x35x15x8x0.85,L:3m unid 103 PlanchaOSB9,5mm1,22x2,44m unid 89 Plancha zincAlum0,3mm unid 154 Filetro asfáltico liso unid 16 Canaleta PVC4m Bajada PVC Abrazadera PVC Tubo Bajada de Planchainternit4x1200x2400mm PlanchaYesoCarton4x1200x2400mm VolcanitaRF12x1200x2400mm TOTAL ITEM 1 COSTOTOTALPLANTA PRODUCTORA
m
12 unid unid m
2
unid unid unid -
25 44 3 -
-
0,22 0,16 0,25 0,16 0,49 0,18
2 80
-
7,50 42,40 5,29 5,77 5,03 9,05 1,48 76,52
157,40 157,40
46,58 16,95 22,33 24,00 7,88 2,18
0,10 0,03 0,13 0,51 0,19 0,40 -
0,21 2,46 0,25 12,73 8,55 1,20 145,32 788,30
B-3 Detalle de Costo de Mano de Obra para Construcción de Planta Productora
MANO DE OBRA PARA PLANTA DE PRODUCTORA (PERÍODO DE CONSTRUCCIÓN 4 MESES) TIPO DE ESPECIALIDAD UNIDAD CANTIDAD Costo HH [UF] HH TOTALES COSTO FINAL [UF] Cuadrilla 1 MaestrodeAlbañil Jornada 2 0,12 320 78,11 AyudantedeAlbañil Jornada 6 0,06 960 351,48 Total Cuadrilla 429,59 Cuadrilla 2 MaestroEnfierrador AyudanteEnfierrador Total Cuadrilla
Jornada Jornada -
2 4 -
0,10 0,07 -
160 320 -
31,24 86,79 118,03
Cuadrilla 3 MaestroCarpintero AyudanteCarpintero Total Cuadrilla
Jornada Jornada -
2 6 -
0,15 0,07 -
288 864 -
84,67 351,48 436,15
Cuadrilla 4 Pintor AyudantePintor Total Cuadrilla
Jornada Jornada -
1 2 -
0,13 0,07 -
40 40 -
5,10 5,42 10,52
Cuadrilla 5 MaestroCeramista AyudanteCeramista Total Cuadrilla
Jornada Jornada -
1 3 -
0,12 0,07 -
56 168 -
6,83 34,17 41,01
J
ornal
Jornada
Capataz
4
0
512
124,97
1
0
480
117,16
MAQUINARIA Mini retroexcavadora JBC máspetroleoyoperador Total Mano de Obra Total Maquinaria
horas
1
1
-
30
-
-
-
20,18 1.277,42 20,18
B-4 Detalle de Costo de Materiales para Construcción de Planta de Tratamiento
ITEM 1. INSTALACIONES PREVIAS Limpieza Replanteo,trazado niveles y Instalacion de faenas TOTAL ITEM 1 2. FILTRO PARABÓLICO Filto Parabolico Perfil 75x75x3 mm, tira 6m OSBSTD.11.1x1220x2440mm Barniz marino 1/4 galon TOTAL ITEM 2 3. CÁMARA DESGRASADORA Camaradesgrasadora170L TOTAL ITEM 3. 4. ESTANQUE DE HOMOGENEIZACIÓN Estanque2400L,1720x1400x1440mm Excavación R elleno BombacentrifugaSaerBP31HP Aireador sumergible GSD TOTAL ITEM 4.
UNIDAD CANTIDAD COSTO UNITARIO [UF] TOTAL[UF] gl
1
gl gl
6,51 4,34 6,95
6,51 4,34 6,95 17,80
82,49 1,01 0,34 0,18 -
82,49 7,08 1,03 0,18 90,77
1 1
-
-
-
unid 1 unid 7 unid 3 unid 1 unid -
1
1,95
1,95
-
1,95
unid
1 m3
unid unid -
10,85 0,47
5,3 m3 1
2,3 1
-
10,85 2,53 0,19
5,30 8,68 -
0,45 5,30 8,68 27,81
B-5 ITEM 5. SISTEMA LOMBRIFILTRO 5.1. Movimiento de Tierras Fundaciones pilares Fundacióncorridaalbañilería
UNIDAD CANTIDAD COSTO UNITARIO [UF] TOTAL[UF] m³ m³
1,7 7,5
0,47 0,47
0,81 3,54
Obra Gruesa 5.2. 5.2.1 Enfierradura Pilares15x15Tirade3,4m Cadenas15x15Tirade3,4m Cadenas20x20Tirade3,4m Tensores 10 fiTira m 6 Tirasfi10x6mFundacionesPilares Tirasfi12x6mFundacionesPilares Malla Acma C-139 5.3. Albañilería LadrillosSantiago7E Mortero de pega 45 kg
0,00 unid unid unid unid unid unid unid unid
0,25 0,25 0,71 0,15 0,15 0,21 0,92
2018
unid
5.4. Hormigón R adier C olumnas Cadenas F undaciones HormigonparaEmplantilladoFund. 5.5. Estrato Lombrifiltro Viruta saco de 50 Kg Cajade2500Lombrices CuboDren50x26,5x23,5cm
5 12 12 15 4 10 6
20,85 7,28
0,18
m³ m³
8,0 0,5
m³
0,43 0,43 0,43 0,43 0,43
1,6 m³
unid unid unid
0,01
41
m³
1,26 3,02 8,49 2,19 0,59 2,11 5,49
5,8 1,0
240 30 570
5.6. TUBERIAS Y PIEZAS ESPECIALES PVC160 mmClase tira 4m 6 unid 3 PVC50 mmClase 10 tira m 6 unid 3 PVCSanitario110mmtira unid 1 Codo 90 PVC 50mm unid 2 TerminalCEM/HE5011/2" x unid 1 Valvula de Bola 1/2" 1 unid 1 Tee PVC Cem 50 mm unid 1 Tapa Gorro 1/2" HI 1 unid 1 Collarínarranque30mmx3/4" unid 2 TerminalCEM HE / 25 3/4" x unid 3 TuboPVC25mmClase10Tira6m unid 1 Terminal CEM HI /25 3/4" x unid 3 RegadorWobblersinBoquillaHiloext.3/4" unid 3 MallaRaschel100x2.1m65%Negro unid 1 TOTAL ITEM 5. -
3,45 0,23 0,67 2,51 0,42
0,11 1,09 0,07
26,05 32,56 41,08
0,85 0,19 0,07 0,02 0,02 0,63 0,02 0,09 0,04 0,00 0,06 0,00 0,28 2,39 -
2,54 0,56 0,07 0,04 0,02 0,63 0,02 0,09 0,09 0,01 0,06 0,01 0,83 2,39 169,94
B-6 ITEM 6. CÁMARA DE EVACUACIÓN 6.1. Movimiento de Tierras E xcavación 6.2.Pilares Enfierradura 15x15 Tira 3,4 m Cadenas 15x20 Tira 3,4 m nid 2 6.3. Hormigón Fundaciones Cadenas P ilares Emplantillado
UNIDAD CANTIDAD COSTO UNITARIO [UF] TOTAL[UF] m³ unid unid 0,15
6.4. Albañilería Ladrillos Santiago 7E Mortero de pega 45 kg 6.5. Otros CanastillodeAceroInoxidable BombacentrifugaSaerBP31HP TOTAL ITEM 6. 7. CLORACIÓN EstanqueClorador170L500x800mm EstanqueDeclorador170L500x800mm Tabletascloradoras,32unidades Tabletasdecloradoras,32unidades TOTAL ITEM 7.
1,32
0,47
4 1
0,25 0,52
0,63 1,01 0,52
u 0,29 m³ m³ m³ m³ unid unid
0,43 0,43 0,43 0,43
104 3
unid unid -
1 -
8. TUBERIAS Y PIEZAS ESPECIALES TuboPVCClase10,160mm,tira3 m 1 TuboPVCClase10,110mm,tira6m m 1 TuboPVCClase10,50mm,tira6m m 6 TEE PVC CEM 50mm unid 1 TEE PVC CEM 110 50mm x unid 1 Codo PVCClase 10, 160 mm unid 1 Codo PVCClase 10, 110 mm unid 2 Codo PVCClase 10, 50 mm unid 12 Valvuladeretenciónbroncebriada2" unid 2 CollarflangeCementar+Flangevolante50x2" unid 4 Terminal CEM/He 50 2" x unid 10 Valvuladebolabronce(Hiloint.)2" unid 5 Reducción 160/110 mm unid 1 Terminal CEM/He 110 4" x unid 1 Valvuladebolabronce(Hiloint.)4" unid 1 Abrazadera 110 mm unid 1 TOTAL ITEM 8. COSTOTOTAL PLANTA TRATAMIENTO
1,07 0,53
1,08 5,30 -
1 1 1 1 -
0,18 0,06 0,05 0,03
0,01 0,18
1
unid unid unid unid -
0,41 0,14 0,12 0,07
1,08 5,30 10,75
2,13 2,13 1,30 1,30 -
1,92 0,91 0,19 0,04 0,06 0,99 0,08 0,02 0,61 0,35 0,02 0,81 0,60 0,58 1,65 0,04 -
2,13 2,13 1,30 1,30 6,86
1,92 0,91 1,12 0,04 0,06 0,99 0,16 0,26 1,22 1,39 0,21 4,04 0,60 0,58 1,65 0,04 15,19 33,44
B-7 Detalle de Costo de Mano de Obra para Construcción de Planta de Tratamiento
MANO DE OBRA PARA PLANTA DE TRATAMIENTO (PERÍODO DE CONSTRUCCIÓN 2 MESES) TIPO DE ESPECIALIDAD UNIDAD CANTIDAD Costo HH [UF] HH TOTALES COSTO FINAL [UF] Cuadrilla 1 MaestrodeAlbañil Jornada 2 0,12 320 78,11 AyudantedeAlbañil Jornada 4 0,06 640 156,21 Total Cuadrilla 234,32 Cuadrilla 2 MaestroEnfierrador AyudanteEnfierrador Total Cuadrilla Cuadrilla 3 Gásfiter Ayudante Total Cuadrilla J
ornal
Jornada
Jornada Jornada -
1 3 -
Jornada 6 -
2
112 336 -
0,15 0,07
Jornada
MAQUINARIA Mini retroexcavadora JBC máspetroleoyoperador horas
-
218,07
3
0
256
46,86
1
0
296
72,25
1
24
-
42,33 175,74
-
1 -
10,93 68,34 79,28
144 432
-
Capataz
Total Mano de Obra Total Maquinaria
0,10 0,07 -
-
-
16,14 650,79 16,14
ANEXO C: PLANOS DE DISEÑO DE PLANTA DE TRATAMIENTO Y PLANTA PRODUCTORA