Tratamiento y gestión de baños ácidos de decapado

UNIVERSIDAD de VALLADOLID ESCUELA de INGENIERÍAS INDUSTRIALES I II INGENIERO NGENIERO NGENIERO NGENIERO T TT TÉCNICO ÉCNICO ÉCNICO ÉCNICO I II INDUSTRIAL NDUSTRIALNDUSTRIAL NDUSTRIAL, ,, , ESPECIALIDAD EN ESPECIALIDAD EN ESPECIALIDAD EN ESPECIALIDAD EN QUÍMICA INDUSTRIAL QUÍMICA INDUSTRIALQUÍMICA INDUSTRIAL QUÍMICA INDUSTRIAL PROYECTO FIN DE CARR PROYECTO FIN DE CARRPROYECTO FIN DE CARR PROYECTO FIN DE CARRERA ERAERA ERA TRATAMIENTO Y GESTIÓ TRATAMIENTO Y GESTIÓTRATAMIENTO Y GESTIÓ TRATAMIENTO Y GESTIÓN DE BAÑOS ÁCIDOS N DE BAÑOS ÁCIDOS N DE BAÑOS ÁCIDOS N DE BAÑOS ÁCIDOS DE DECAPADO DE DECAPADODE DECAPADO DE DECAPADO Autor AutorAutor Autor: :: : Domínguez Hernández, Elena Domínguez Hernández, ElenaDomínguez Hernández, Elena Domínguez Hernández, Elena Tutor TutorTutor Tutor: :: : Martínez Marcos, Bernardo Martínez Marcos, BernardoMartínez Marcos, Bernardo Martínez Marcos, Bernardo Ingeniería Química y Tecnología del Ingeniería Química y Tecnología del Ingeniería Química y Tecnología del Ingeniería Química y Tecnología del Medio Ambiente Medio AmbienteMedio Ambiente Medio Ambiente SEPTIEMBRE SEPTIEMBRE SEPTIEMBRE SEPTIEMBRE – –– – 2012 2012 2012 2012 UNIVERSIDAD de VALLADOLID ESCUELA de INGENIERÍAS INDUSTRIALES I II INGENIERO NGENIERO NGENIERO NGENIERO T TT TÉCNICO ÉCNICO ÉCNICO ÉCNICO I II INDUSTRIAL NDUSTRIALNDUSTRIAL NDUSTRIAL, ,, , ESPECIALIDAD EN ESPECIALIDAD EN ESPECIALIDAD EN ESPECIALIDAD EN QUÍMICA INDUSTRIAL QUÍMICA INDUSTRIALQUÍMICA INDUSTRIAL QUÍMICA INDUSTRIAL PROYECTO FIN DE CARR PROYECTO FIN DE CARRPROYECTO FIN DE CARR PROYECTO FIN DE CARRERA ERAERA ERA RESUMEN RESUMENRESUMEN RESUMEN TRATAMIENTO Y GESTIÓ TRATAMIENTO Y GESTIÓTRATAMIENTO Y GESTIÓ TRATAMIENTO Y GESTIÓN DE BAÑOS ÁCIDOS N DE BAÑOS ÁCIDOS N DE BAÑOS ÁCIDOS N DE BAÑOS ÁCIDOS DE DECAPADO DE DECAPADODE DECAPADO DE DECAPADO Autor AutorAutor Autor: :: : Domí DomíDomí Domínguez Hernández nguez Hernándeznguez Hernández nguez Hernández, , , , Elena ElenaElena Elena Tutor: Tutor:Tutor: Tutor: Martínez Marcos, Berna Martínez Marcos, BernaMartínez Marcos, Berna Martínez Marcos, Bernardo rdordo rdo Ingeniería Química y Tecnología del Ingeniería Química y Tecnología del Ingeniería Química y Tecnología del Ingeniería Química y Tecnología del Medio Ambiente Medio AmbienteMedio Ambiente Medio Ambiente SEPTIEMBRE SEPTIEMBRESEPTIEMBRE SEPTIEMBRE — —— — 20 2020 201 11 12 22 2 Tratamiento y Gestión de baños ácidos de Decapado RESUMEN 1 OBJETIVO Y JUSTIFICACIÓN El objetivo del presente proyecto es describir y dimensionar una planta de tratamiento físico-químico de residuos ácidos procedentes de baños agotados de decapado. El decapado es un procedimiento industrial para eliminar la capa superficial de óxidos de hierro, la calamina (carbonato de zinc natural) y partículas metálicas de la superficie del metal base. Los baños de decapado agotados constituyen actualmente el mayor problema de eliminación en los talleres de galvanizado por inmersión. La problemática medioambiental que presentan estos procesos de decapado y la posterior gestión de residuos son: • En caso de mala gestión: alta corrosividad peligrosa para el medio ambiente y los colectores cuyos efectos sobre el medio receptor podrían ser: o La hidrólisis de las sales ferrosas a hidróxidos ferroso-férricos, insolubles en el agua, da lugar a un sedimento de color ocre. o La reducción del oxígeno disuelto en el agua por la reacción anterior disminuye el poder regenerante de los ríos. o La proliferación de bacterias ferruginosas que afectan junto a los depósitos ferríticos a la flora y a la fauna. o Las concentraciones de hierro en disolución inhabilitan a las aguas para su empleo con fines alimentarios, domésticos e industriales. • Carácter tóxico, en algunos casos, de los aditivos de decapado. • Contenidos de metales no férreos (Zn, Cu,...) en los baños de decapado. • Emisiones gaseosas (gases nitrosos y de HCI) durante el proceso. • Emisiones líquidas por arrastres a lavados posteriores. • Alta salinidad y carga orgánica media de los efluentes provenientes del tratamiento físico-químico de los baños agotados. Para minimizar estos problemas se propone la depuración de los baños agotados mediante procedimientos de inertización o recuperación de los contaminantes específicos para cada ácido. Ácido clorhídrico Se puede considerar actualmente varios tipos de gestión: • Neutralización: Se realiza normalmente con lechada de cal y a veces con sosa. Es la única solución económica para baños ácidos con alto contenido de metales pesados (como Zn, Cu, Ni, Cr), contaminación alta de aceites o dilución excesiva en agua. • Producción de FeCl 3 : Para ello se prestan baños que contengan más de 120 g/l de Fe y menos de 30 g/l de HCI. Tras una saturación con óxido de hierro se Tratamiento y Gestión de baños ácidos de Decapado RESUMEN 2 procede a oxidar el cloruro ferroso a férrico mediante cloro, filtrándose el precipitado. • Recuperación térmica del HCI: aconsejable para todos los baños no contaminados de HCI, es decir que contienen menos de 2 g/l de Zn y Pb. El proceso se desarrolla a 1.200°C y produce HCI y Fe 2 O 3 . Ácido sulfúrico Los residuos de H 2 SO 4 a gestionar no tienen actualmente otra salida que la neutralización, posterior floculación, precipitación y concentración. Ácido nítrico, fluorhídrico y mezclas La gestión de residuos de HNO 3 , HF y sus mezclas pasa, conociendo el estado actual de la tecnología, necesariamente por un tratamiento destructivo, esto es la neutralización, precipitación y deshidratación de los fangos resultantes. Debido a que en la planta a dimensionar se pretende gestionar todo tipo de baños agotados se ha optado por la opción de una planta de neutralización-precipitación, ya que este es el tratamiento común y más económico para todos los baños ácidos. DESCRIPCION DEL PROCESO Esta planta de tratamiento se basa en una línea de neutralizaciónprecipitación y filtración de los baños agotados, a la par de estas operaciones se realiza otra de concentración de uno de los productos obtenidos y la fabricación de lechada de cal que se utilizará en la neutralización. Almacenamiento de Compuestos Los baños ácidos agotados que llegan cada dos días para ser gestionados son almacenados en depósitos horizontales atmosféricos de doble pared acero-acero e instalación aérea, donde esta doble pared, actúa de cubeta en caso de fuga. En el interior irán recubiertos por materiales de vidrio para resistir la corrosión de cada ácido y por el exterior por poliuretano. Los depósitos que se instalan son: Tratamiento y Gestión de baños ácidos de Decapado RESUMEN 3 Volumen del baño Volumen del depósito Cantidad de depósitos Diámetro Longitud HCl 38,4 m 3 40 m 3 2 2,5m 8,58m H 2 SO 4 16,7 m 3 40 m 3 1 2,5m 8,58m HNO 3 3,48 m 3 7,5 m 3 1 1,75m 3,41m Para la fabricación de la lechada de cal necesaria para la neutralización se compra cal viva cada 4 días en camiones volquete de 25 toneladas, la cual se almacena en un silo de tipo flujo másico recubierto en su interior con elementos vitrificados para evitar la abrasión producida por el movimiento del sólido. Debido a que la cal es un material higroscópico, la parte superior del silo irá cerrada y equipada con una chimenea o tubo que descomprima el interior de la sobrepresión producida por el llenado y esta chimenea a su vez unida a un filtro de mangas para minimizar las emisiones de polvo a la atmósfera. Por la parte inferior hay instalada una tolva con un ángulo de 25º y vibradores en las paredes para favorecer la salida de cal. Esta tolva a su vez irá unida a un dosificador sin fin que lleva la cal hasta el apagador. El silo tendrá las siguientes dimensiones: volumen=43m 3 , diámetro=3m, altura=6,1m. Producción de Lechada de Cal Para la neutralización de los baños se utiliza lechada de cal, parte de ella obtenida como un subproducto de una planta de fabricación de acetileno y lo restante se elabora en planta, necesitando producir a mayores 38,149 m 3 de lechada diaria. Para elaborar la lechada de cal, inicialmente se apagan 6,128 toneladas de cal viva en un apagador, al cual llegan a través de un dosificador sin fin a una velocidad de 2m 3 /h, con 24,510 toneladas de agua, ya que el apagador mantiene una relación de 4 partes de agua por 1 de cal. Por lo tanto, el apagador utilizado apaga 300kg de cal cada 10 minutos, tardando en realizar la operación entera 3,4 horas y controlando en todo momento la temperatura del apagado, que es la característica principal a controlar en este proceso debido a que es exotérmico. Esta cal apagada pasa a un de tanque de almacenamiento de 21m 3 donde es diluida con 15,142m 3 de agua, a una velocidad de 4,2m 3 /h para que la cal apagada sea diluida progresivamente desde que sale del apagador, hasta obtener una lechada de la misma densidad que la lechada recibida del proceso de acetileno. Desde ese tanque, parte de la lechada de cal pasa al otro tanque de 21m 3 donde únicamente será almacenados 18,750m 3 de los 38,149m 3 totales. Este proceso se realizará mediante una bomba de 7,5m 3 /h a partir de los 20 minutos de haber empezado el apagado. Ambos tanques de 21m 3 y el tanque de 14 m 3 , utilizado para almacenar la lechada procedente del proceso de acetileno, se han dimensionado para mantener la lechada de cal con una agitación suave (30rpm) durante las 24 horas que permanecerá en ellos. Sus características finales son: Tratamiento y Gestión de baños ácidos de Decapado RESUMEN 4 Proceso de Neutralización-Precipitación En la neutralización de los baños ácidos se producen las siguientes reacciones. Reacción Volumen de baño Volumen de lechada de cal para neutralizarlo Baño de HCl 2HCl + Ca(OH) 2  CaCl2 + 2H 2 O 38,400m 3 33,265m 3 FeCl 2 + Ca(OH) 2  CaCl 2 + Fe(OH) 2 Baño de H 2 SO 4 H 2 SO 4 + Ca(OH) 2  CaSO 4 + 2H 2 O 16,667m 3 13,529m 3 FeSO 4 + Ca(OH) 2  CaSO 4 + Fe(OH) 2 Baño de HNO 3 2HNO 3 + Ca(OH) 2  Ca(NO 3 ) 2 + 2H 2 O 3,478m 3 3,856m 3 2Fe(NO 3 ) 3 +3Ca(OH) 2 3Ca(NO 3 ) 2 +2Fe(OH) 3 Debido a los altos volúmenes que se manejan, se han elegido reactores de 15m 3 , ya que es el volumen que más se adecuaba a todas las etapas. En el proceso se neutraliza el baño más voluminoso, el de HCl, del que se puede obtener un subproducto aprovechable en dos reactores de 15m 3 y 5 etapa. Los baños de H 2 SO 4 y HNO 3 se neutralizan en un único reactor, en el cual se llevarán a cabo dos etapas de H 2 SO 4 y otra etapa donde se gestiona conjuntamente el sobrante de H 2 SO 4 y el total de HNO 3 . Se realiza de esta manera ya que de estos dos últimos baños no se puede recuperar nada y su volumen total es suficientemente pequeño como para hacerlo en un único reactor. Los reactores son de acero inoxidable recubiertos en su interior por materiales de vidrio, con el fondo curvado y rasquetas en este para que en el proceso de descarga Tanque de 21 m 3 Tanque de 14 m 3 Diámetro 3 m 2,5 m Altura 3 m 2,9 m Características del Agitador Diámetro de Rodete 1,8 m 1,5 m Anchura de las Palas 0,3 m 0,25 m Potencia 4,82 kW 1,94 kW Tratamiento y Gestión de baños ácidos de Decapado RESUMEN 5 no quede ningún sedimento. Incorporan también, cuatro deflectores de 0,25m en la pared interior y agitadores de 6 palas curvas que giraran a una velocidad de 100rpm. Los reactores no necesitan ir encamisados y su tiempo de residencia será de 20 minutos, suficiente para que se neutralice todo el baño y precipiten los productos férricos. Proceso de Filtración Para la filtración se han instalado filtros prensa de placas y marcos de ciclo rápido, que filtran de forma discontinua los baños entre etapas de reacción ofreciendo una ventaja de tiempo para el proceso. Los precipitados obtenidos en este proceso son productos férricos de una alta viscosidad y velocidad de sedimentación, por lo que se eligen filtros de ciclo rápido en los cuales se introduce la alimentación por la parte superior y no por el centro, siendo esta la única manera de que la torta se complete de forma correcta y de recuperar el filtrado más fácilmente. Se instalan: 1 filtro prensa, por cada reactor de neutralización de HCl de las mismas características, otro filtro para los baños neutralizados de H 2 SO 4 exclusivamente y otro para el filtrado del baño conjunto de H 2 SO 4 y HNO 3 . Baño Neutralizado Modelo Nº de tortas Superficie filtrante (m 2 ) Sólidos torta (g/l) Volumen torta (l) Sólidos torta (kg) Duración del ciclo (min) HCl APN16 Q 4 14,6 1201 292 350 18 H 2 SO 4 APN16M10 10 36,5 1161 729 847 18 H 2 SO 4 + HNO 3 . APN16M12 12 43,7 1147 875 1003 29,7 Proceso de Evaporación El filtrado obtenido del baño de HCl es una solución de CaCl 2 la cual tiene numerosas aplicaciones químicas, farmacológicas y en los últimos días, culinarias. Para poder comercializar esta solución de cloruro cálcico es necesario concentrarla, ya que, del proceso de filtrado se obtiene al 9% y para su venta se requiere, como mínimo, al 35%. Para poder realizar esta concentración se instala un depósito pulmón que almacene el filtrado, proporcionando autonomía al evaporador que trabaja en continuo y homogenizando la solución obtenida, con un volumen de 75,5m 3 y dimensiones de 4,5m de diámetro y 4,7m de alto. A esto depósito le sigue un evaporador de 3 efectos. Reactor de 15m 3 Diámetro 2,5 m Altura 3,1 m Diámetro de Rodete 0,75 m Anchura de las Palas 0,13 m Potencia 6,33 kW Tratamiento y Gestión de baños ácidos de Decapado RESUMEN 6 En este tipo de evaporadores el vapor formado en el primer efecto es utilizado para calentar el segundo y así sucesivamente, esto hace que el gasto de vapor vivo sea muy inferior al necesario en una evaporación simple, por lo que se ha elegido este tipo de evaporador de múltiple efecto. En el diseño de estos evaporadores se busca que todos los efectos tengan la misma área de intercambio variando la diferencia de temperaturas entre éstos, obteniendo para un flujo inicial de solución de cloruro cálcico de 24000kg/h las siguientes características para cada efecto del evaporador: Características Efecto 1 Efecto 2 Efecto 3 ∆ T (ºC) 101 85 33,5 Q (Kcal/h) 4.834.520 2.909.720 3.220.267 Flujo vapor (kg/h) 5404,4 5872,1 3530,6 Flujo concentrado(kg/h) 18595,6 12723,5 9192,9 Área 87,7 87,1 87,4 PRESUPUESTO El estudio económico determina la viabilidad económica del proyecto arrojando resultados positivos en este caso: • Inversión Inicial = 2.671.040,57€, suma del coste de construcción de la planta, más los equipos adquiridos y sus partidas. • Costes Anuales = 14.044.935,52€, que comprenden los gastos de materias primas (cal viva, agua, combustible y potencia), más los gastos de personal y los de mantenimiento. • Ingresos Anuales = 15.723.600,00€, obtenidos por la gestión de los baños ácidos y la venta de la solución de cloruro de calcio al 35% Teniendo en cuenta estos datos y que se pide un préstamo al 7% de interés a devolver en 20 años del valor de la inversión inicial, se obtiene un Valor Actual Neto (VAN) de 12.390.178,11€ y una rentabilidad media anual (TIR) del 34%, lo cual certifica que es un proyecto viable y rentable. ESTUDIO DE IMPACTO AMBIENTAL Y DE SEGURIDAD A pesar del enorme impacto ambiental que tienen los baños ácidos de decapado, con este proyecto se disminuye notablemente su impacto sobre el medio y se consigue gestionar éstos baños sin producir residuos altamente contaminantes. La construcción de la planta sólo produce el impacto ambiental frecuente en la construcción de este tipo de edificaciones. El estudio de seguridad de este proyecto determina las normas de seguridad y medidas preventivas tanto durante la explotación y construcción de la planta, como la identificación de las zonas de proceso de mayor riesgo de incendio o explosión, calculadas a partir del índice Dow de fuego y explosión. Tratamiento y Gestión de baños ácidos de Decapado INDICE DE CONTENIDOS MEMORIA 1 OBEJETIVOS 1 ANTECEDENTES 1 H ISTORIA DE LA METALURGIA 1 E L SECTOR SIDEROMETALÚRGICO 2 La industria metalúrgica 3 El nacimiento de la siderurgia en España 4 D ATOS ACTUALES 6 INDUSTRIA DEL ACERO GALVANIZADO 7 G ALVANIZACIÓN EN CALIENTE 13 Galvanización en caliente por procedimiento continúo 13 Galvanización en caliente por procedimiento discontinúo 15 Descripción de las etapas 17 Aplicaciones 21 PROCESO DE DECAPADO 22 D ESCRIPCIÓN 22 T IPOS DE D ECAPADO 22 D ECAPADO Q UÍMICO 23 Tipos de decapado químico 25 B AÑOS AGOTADOS DE DECAPADO 27 P ROBLEMÁTICA MEDIOAMBIENTAL DEL PROCESO DE DECAPADO 29 G ESTIÓN DE LOS BAÑOS DE DECAPADO AGOTADOS 31 DESCRIPCION DEL PROCESO ELEGIDO 34 CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS DE LA PLANTA 34 TEORIA DE AGITACIÓN 35 Clases de agitadores 36 Tipos principales de agitadores 37 Potencia consumida en tanques agitados 39 ALMACENAMIENTO DE COMPUESTOS 43 Almacenamiento de Cal Viva 43 Almacenamiento de los baños ácidos de decapado 45 Tratamiento y Gestión de baños ácidos de Decapado Empleo de la energía 224 Recuperación 224 A CCIONES GENERADORAS DE IMPACTO 224 Construcción 224 Explotación 225 E VALUACIÓN DEL I MPACTO A MBIENTAL 226 Generación de RSU 227 Generación de RTPs 227 Gastos energéticos 228 Ruidos y vibraciones 228 Polvo y partículas en suspensión 229 Emisiones 229 Alteración de suelos 229 MEDIDAS CORRECTORAS 230 E XCAVACIONES Y O BRAS DE CONSTRUCCIÓN Y MONTAJE 230 G ENERACIÓN Y TRATAMIENTO DE RESIDUOS 231 E MISIONES A LA ATMÓSFERA 232 G ASTO ENERGÉTICO 232 E FLUENTES DE AGUA 233 P OLVO 233 R UIDO Y V IBRACIONES 233 BIBLIOGRAFÍA Y WEBGRAFÍA 235 ANEXOS 238 Tratamiento y Gestión de baños ácidos de Decapado 1 MEMORIA OBEJETIVOS El objetivo del presente proyecto es describir y dimensionar una planta de tratamiento físico−químico, que principalmente recibe residuos ácidos procedentes del decapado de la industria del tratamiento superficial de metales. En líneas generales, el tratamiento de la planta propuesta consta de una línea de neutralización − precipitación, seguida de un proceso de filtración del efluente y una posterior concentración de uno de los productos. Para el tratamiento de neutralización-precipitación se utilizará lechada de cal, de la cual parte de ella se recibe como subproducto del proceso de fabricación de acetileno de otras empresas. También se estudiará la posibilidad de comercializar los productos finales obtenidos de la neutralización de los baños ácidos agotados, así como el producto concentrado de uno de los baños. ANTECEDENTES Historia de la metalurgia La Edad de la Piedra termina con el periodo Neolítico y a continuación se inicia la Edad de los Metales, llamada así porque el hombre inventó la metalurgia, a la que se consideró el avance tecnológico decisivo y definitorio de la nueva etapa cultural y uno de los hitos fundamentales para constatar el avance del progreso humano. Dentro de este periodo se distinguen tres grandes épocas, la primera fase se denomina Edad de Cobre o Calcolítico (calcós = cobre; litos = piedra) durante Tratamiento y Gestión de baños ácidos de Decapado 2 la que el hombre descubrió el cobre y comenzó a trabajarlo, aunque el uso de este metal todavía sería minoritario y la mayoría de las herramientas seguían siendo de piedra, de ahí que a la Edad del Cobre también se le llame Calcolítico.; la segunda etapa es la Edad del Bronce, durante la cual se desarrolló la metalurgia de este metal, que sería la primera aleación obtenida por el hombre (aleación de cobre y estaño). Durante milenios fue la aleación básica para la fabricación de armas, utensilios, joyas, medallas y esculturas. Así como monedas que tuvieron un protagonismo relevante en el comercio y la economía mundial; por último, se desarrolló la Edad del Hierro que tradicionalmente se estableció su inicio sobre el 750 a. C., coincidiendo con la aparición de dicho metal en alguna de las regiones europeas. Lógicamente su utilización no fue repentina ni se produjo en todos los lugares a la vez, puesto que a pesar del perfecto conocimiento técnico alcanzado por los metalurgistas del bronce, el trabajo del nuevo metal implicaba algunas variaciones como la adaptación de los hornos a mayor temperatura, la necesidad de purificar de escorias y, sobre todo, la imposibilidad de colar el metal fundido en moldes de piedra, como el cobre o el bronce, siendo necesario dar la forma a la pieza deseada por martilleo en caliente y luego templarla, enfriándola bruscamente en agua fría para obtener mayor dureza. A pesar de tener que adaptarse a estas nuevas formas de trabajar el metal, la abundancia de fuentes de mineral de hierro, lo convirtieron en un material mucho más deseable y barato de que el bronce, lo que contribuyó de forma decisiva a su adopción como el metal más usado. El sector siderometalúrgico El devenir durante casi un siglo de la siderurgia integral española tradicional localizada principalmente en el País Vasco y Asturias, estuvo ligado al mercado nacional, al margen de toda actividad internacional. Y si bien su desarrollo hasta mediados los años 70 fue próspero, permanecía aislado y ajeno a las condiciones y exigencias del mercado internacional, debido al fuerte proteccionismo estatal. La crisis de mediados de los setenta, y la posterior Tratamiento y Gestión de baños ácidos de Decapado 3 incorporación española a la Comunidad Económica Europea pusieron de manifiesto las deficiencias estructurales que el aislamiento de la industria siderúrgica española había provocado. Así se produjo una situación crítica que hacía muy difícil el mantenimiento de la siderurgia como hasta entonces, produciéndose la necesidad de adaptar la siderurgia integral para competir en un entorno internacional y de relaciones y actividades transnacionales. La industria metalúrgica Las primeras fábricas metalúrgicas se crearon en Barcelona por las demandas de la producción industrial. A partir de 1880, coincidiendo con la expansión siderúrgica, también la metalúrgica vasca se desarrolló significativamente. La industria metalúrgica española no podía competir ni en tecnología ni en capitales con las empresas de fuera. Estas elaboraron la inmensa mayoría de las construcciones mecánicas (locomotoras, máquinas industriales, barcos de hierro, etc). La industria autóctona se concentró en las construcciones metálicas: puentes, edificios industriales, mercados, etc. La falta de una abundante materia prima también perjudicó la industria metalúrgica del país, aunque partir de 1880 las condiciones empezaron a cambiar. Por una parte, la siderurgia vasca obtuvo pronto unos altos índices de producción y permitió que las fábricas metálicas dispusieran de grandes cantidades de hierro en buenas condiciones. Por otra, durante los dos últimos decenios del siglo XIX, el interés por la modernización de la marina de guerra permitió el desarrollo de la construcción naval. Durante esas dos décadas la industria metalúrgica autóctona obtuvo la madurez tecnológica necesaria para la producción de construcciones mecánicas. Tratamiento y Gestión de baños ácidos de Decapado 4 El nacimiento de la siderurgia en España Tradicionalmente la falta de desarrollo industrial en España motivaba que la demanda de acero existente en nuestro país en el siglo XIX fuese cubierta prácticamente en su totalidad por una producción de tipo casi artesanal, no incentivando al capital privado a fijar el Horno Alto como alternativa a la producción de acero en ferrerías hasta bien entrado el siglo XIX. El desarrollo económico de este siglo genera nuevas demandas de hierro: - Para la industria textil (máquinas). - Para la agricultura (herramientas). - Para la construcción (puentes y obras de ingeniería, fábricas y mercados). - Sobretodo para el ferrocarril. Es ya a mediados de este siglo XIX cuando los altos hornos comenzaron a funcionar, los cuales utilizaban el mineral de carbón (hulla o lignitos), sustituyendo a los antiguos hornos tradicionales que se calentaban con carbón vegetal. Esta innovación se vio apoyada por la minería del carbón y del hierro que favorecía la captación de capital extranjero y por la generación de capitales propios, sobre todo en Asturias y el País Vasco. Los enormes beneficios de la siderurgia vasca, gracias la desfavorable influencia de las guerras carlistas en el País Vasco permitieron una diversificación empresarial, con la creación de bancos y de compañías navales. En este contexto a principios del siglo XX surgen siderurgias con capitales privados, próximas a las cuencas carboníferas del noroeste peninsular y la los yacimientos férreos del País Vasco. Así se crean varias acerías eléctricas entre las que destacan Duro Felguera, la Sociedad Fábrica Mieres, Patricio Etxebarria... y en 1901 de la integración de tres sociedades vizcainas (La Vizcaya, AHB y La Iberia) surge la acería integral Altos Hornos de Vizcaya (AHV) que lideró el sector siderúrgico español hasta bien entrada la segunda mitad del siglo XX. Tratamiento y Gestión de baños ácidos de Decapado 5 La siderurgia española atravesó por etapas de diferente esplendor, llegando a alcanzarse en 1929 la producción de millón de t de acero, que disminuyeron a la mitad en 1940, tras la guerra civil. En estos años cuarenta el Estado Español no hizo frente a los principales problemas que aquejaban al sector, esta dejación de responsabilidades vino motivada por su nulo deseo de ir contra los intereses de las siderurgias privadas dominantes, lo cual favorecía el monopolio y eliminaba el estímulo que podrían haber supuesto las importaciones para la modernización y la renovación del sector. Ante la evidencia de la ineficacia de las medidas aplicadas, y para evitar que la deficiente estructura productiva del sector estrangulara el despegue económico de otros sectores, el Estado consideró precisa la creación de una empresa siderúrgica moderna, y se declaró al sector de Industria de Interés Nacional, dictando el 15 de Julio de 1950 un decreto que encargaba al Instituto Nacional de Industria (INI) la construcción de la Empresa Nacional Siderúrgica S.A., (ENSIDESA) de capital totalmente público en Avilés (Asturias) que arrancó su primer horno en 1957, pasando a ser la siderurgia española líder del mercado. Esta política siderúrgica aplicada en España hasta finales de los años 70, fue una de las principales causas de la grave crisis que atravesó el sector durante las últimas décadas, culminando en en Mayo de 1981, después de muchas medidas apagafuegos, en un Decreto para la Siderurgia Integral. El decreto recogía medidas financieras de apoyo público a la siderurgia integral, medidas de política comercial y de inversión, medidas laborales y la necesidad de presentar un Plan de Actuaciones Urgente que sería controlado por una Comisión de Coordinación. Los años comprendidos hasta los 90 fueron un ir y venir de decretos para sacar a flote a la industria siderúrgica en España, hasta que a principios de la década de los 90 el Banco de Crédito Industrial (BCI), de capital público, se convirtió en accionista de AHV(Altos Hornos de Vizcaya) y en 1991 el Instituto Nacional de Industria (INI) y el BCI constituyeron la Corporación de la Siderurgia Integral (CSI), creada para gestionar conjuntamente las dos siderurgias españolas más Tratamiento y Gestión de baños ácidos de Decapado 6 importantes, las hasta entonces rivales ENSIDESA(Empresa Nacional Siderúrgica S.A.) y AHV, y los activos económicos del grupo Marcial Ucin S.A. En menos de cinco años, la siderurgia integral española, ligada en ese momento a la CSI volvía a presentar beneficios en sus cuentas, consolidándose financieramente y presentando garantías de continuidad en el negocio, al tener en su balance recursos propios en torno a 225.000 millones de pesetas, y con la obtención de unos beneficios antes de impuestos de 29.146 millones de pesetas en 1995. Datos actuales La crisis que sufrimos en nuestro país desde hace 4 años también ha afectado a la industria de la siderurgia en España llegando a cerrar el ejercicio de 2009 con un índice de producción del -24.6%, una caída estrepitosa que se vio mejorada en 2010 con un cierre en un 0.3%, aunque por debajo de las expectativas creadas pero en positivo. A pesar de este incremento el cierre de 2011 ha vuelto a traer un índice de producción negativo para este sector (- 3.1%). Pese a los malos datos de la industria siderúrgica en general, existe un campo dentro de ella que ha podido sortear la crisis durante este último año, este es el campo del acero galvanizado, el cual aumentó su volumen de producción en España un 3,2% hasta situarse en casi el 10% del acero de estas características que se comercializa en nuestro país. Las plantas galvanizadoras de todo el territorio nacional han generado 640 mil toneladas de acero galvanizado. Este dato confirma que en 2011 este subsector ha sorteado la crisis, fruto del empuje de su uso en la rehabilitación de edificios y en la construcción de plantas de energías renovables, principalmente energía termosolar. Tratamiento y Gestión de baños ácidos de Decapado INDUSTRIA DEL ACERO GALVANIZADO El galvanizado en caliente se utiliza desde hace más de 100 años para pro teger el acero de la corrosión, y teniendo en cuenta que e corrosión del acero en España supone el 2,2% del PIB, m de euros, frente al 0,8% o 0,9% d tiene una gran importancia en nuestros días dentro de la industria de los metales, ya que e ste proceso de acondicionamiento de los materiales siderúrgicos es una de las principales vías para evitar la corrosión barata y sencilla. El galvanizado tiene como principal objetivo evitar la oxidación y corrosión que la humedad y la contaminación ambiental p recubriendo l os aceros de una capa de zinc que les protege frente a estos agentes ambientales. Este proceso se puede realizar en caliente o en frio por distintas técnicas. La película de zinc que se forma sobre el acero lo protege de dos maneras, protección de barrer a y protección galvánica protección la que permite que productos de acero puedan permanecer corrosión durante décadas. La protección catódica ordenación de los metales de conformidad con sus potenci normales, constituyendo la serie galvánica (que se representa de forma simplificada en la Figura 1). Los metales situados por encima del hierro, como es el caso del zinc, se denominan anódicos respecto al hierro. Esto significa que estos metales anódi cos puestos en contacto con el hierro, constituirán el ánodo de la pila de Tratamiento y Gestión de baños ácidos de Decapado 7 INDUSTRIA DEL ACERO GALVANIZADO El galvanizado en caliente se utiliza desde hace más de 100 años para teger el acero de la corrosión, y teniendo en cuenta que e corrosión del acero en España supone el 2,2% del PIB, m ás de 25.000 millones de euros, frente al 0,8% o 0,9% d e los países de nuestro entorno, esta técnica tiene una gran importancia en nuestros días dentro de la industria de los ste proceso de acondicionamiento de los materiales es una de las principales vías para evitar la corrosión como principal objetivo evitar la oxidación y corrosión que la humedad y la contaminación ambiental p ueden ocasionar sobre el hierro, os aceros de una capa de zinc que les protege frente a estos Este proceso se puede realizar en caliente o en frio por distintas técnicas. La película de zinc que se forma sobre el acero lo protege de dos maneras, a y protección galvánica (catódica). Es este último tipo de protección la que permite que productos de acero puedan permanecer sin corrosión durante décadas. La protección catódica se explica por la ordenación de los metales de conformidad con sus potenci ales normales, constituyendo la serie galvánica (que se representa de forma simplificada en la Figura 1). Los metales situados por encima del hierro, como es el caso del zinc, se denominan anódicos respecto al hierro. Esto significa que estos cos puestos en contacto con el hierro, constituirán el ánodo de la pila de Figura 1. Serie de potenciales electroquímicos de los metales. Tratamiento y Gestión de baños ácidos de Decapado El galvanizado en caliente se utiliza desde hace más de 100 años para teger el acero de la corrosión, y teniendo en cuenta que e l costo de la ás de 25.000 millones e los países de nuestro entorno, esta técnica tiene una gran importancia en nuestros días dentro de la industria de los ste proceso de acondicionamiento de los materiales es una de las principales vías para evitar la corrosión de una forma como principal objetivo evitar la oxidación y corrosión que ueden ocasionar sobre el hierro, os aceros de una capa de zinc que les protege frente a estos Este proceso se puede realizar en caliente o en frio por distintas técnicas. La película de zinc que se forma sobre el acero lo protege de dos maneras, (catódica). Es este último tipo de Figura 1. Serie de potenciales electroquímicos de los metales. Tratamiento y Gestión de baños ácidos de Decapado corrosión que puede formarse en presencia de humedad y oxígeno, y será en este ánodo en donde se experimente la oxidación, mientras que el hierro, que constituirá la parte catódica Los recubrimientos de zinc ejercen una activa protección sobre las piezas y elementos de hierro y acero sobre los que se aplican, pudiéndose asegurar que mientras exista zinc remanente sobre la superficie de dichas pi base de las mismas permanecerá inalterado. Por otra parte, los recubrimientos de zinc proporcionan al acero una protección de tipo barrera muy eficaz, debido a que con la humedad y anhídrido carbónico del aire, el zinc forma sobre su superfic ie una capa de pasivación autoprotectora de carbonatos básicos de zinc muy insoluble, compacta y adherente y que es la causa de que la velocidad de corrosión del zinc sea de 10 a 30 veces inferior a la del acero. Debido al efecto de protección catódica, en no se oxidan las pequeñas zonas desnudas del recubrimiento que puedan producirse como consecuencia de golpes o rozaduras durante el transporte o montaje de estas (Figura 2). Figura 2. Protección catódica del zinc sobr El galvanizado se utiliza extensivamente en la fabricación de una gran variedad de productos que requieren protección contra la corrosión, sus usos principales están en el acero estructural utilizado en obras públicas y viales, torres d Tratamiento y Gestión de baños ácidos de Decapado 8 corrosión que puede formarse en presencia de humedad y oxígeno, y será en este ánodo en donde se experimente la oxidación, mientras que el hierro, que constituirá la parte catódica de dicha pila, permanecerá inalterado. Los recubrimientos de zinc ejercen una activa protección sobre las piezas y elementos de hierro y acero sobre los que se aplican, pudiéndose asegurar que mientras exista zinc remanente sobre la superficie de dichas pi base de las mismas permanecerá inalterado. Por otra parte, los recubrimientos de zinc proporcionan al acero una protección de tipo barrera muy eficaz, debido a que con la humedad y anhídrido carbónico del aire, el zinc forma sobre su ie una capa de pasivación autoprotectora de carbonatos básicos de zinc muy insoluble, compacta y adherente y que es la causa de que la velocidad de corrosión del zinc sea de 10 a 30 veces inferior a la del acero. Debido al efecto de protección catódica, en las piezas de acero así protegidas, no se oxidan las pequeñas zonas desnudas del recubrimiento que puedan producirse como consecuencia de golpes o rozaduras durante el transporte o montaje de estas (Figura 2). Figura 2. Protección catódica del zinc sobr e el acero de base. El galvanizado se utiliza extensivamente en la fabricación de una gran variedad de productos que requieren protección contra la corrosión, sus usos principales están en el acero estructural utilizado en obras públicas y viales, torres d Tratamiento y Gestión de baños ácidos de Decapado corrosión que puede formarse en presencia de humedad y oxígeno, y será en este ánodo en donde se experimente la oxidación, mientras que el hierro, que de dicha pila, permanecerá inalterado. Los recubrimientos de zinc ejercen una activa protección sobre las piezas y elementos de hierro y acero sobre los que se aplican, pudiéndose asegurar que mientras exista zinc remanente sobre la superficie de dichas pi ezas el acero base de las mismas permanecerá inalterado. Por otra parte, los recubrimientos de zinc proporcionan al acero una protección de tipo barrera muy eficaz, debido a que con la humedad y anhídrido carbónico del aire, el zinc forma sobre su ie una capa de pasivación autoprotectora de carbonatos básicos de zinc muy insoluble, compacta y adherente y que es la causa de que la velocidad de corrosión del zinc sea de 10 a 30 veces inferior a la del acero. las piezas de acero así protegidas, no se oxidan las pequeñas zonas desnudas del recubrimiento que puedan producirse como consecuencia de golpes o rozaduras durante el transporte o e el acero de base. El galvanizado se utiliza extensivamente en la fabricación de una gran variedad de productos que requieren protección contra la corrosión, sus usos principales están en el acero estructural utilizado en obras públicas y viales, torres d e Tratamiento y Gestión de baños ácidos de Decapado transmisión y comunicaciones y estructuras en áreas: Químicas, construcción, tratamiento de aguas, transporte, recreación, marina, agrícola, minera, etc. Eso sí, aunque la lista de aplicaciones del galvanizado sea muy extensa, la vida protectora de un ga espesor del recubrimiento (de forma proporcional) y la severidad de las condiciones de exposición. Estas condiciones incluyen ambientes atmosféricos clasificados como altamente industriales, moderadamente i rurales y marinos. Figura 3. P rotección por años según espesor de zinc y tipo de atmósfera En la corrosión de los galvanizados influyen muchos factores. Los siguientes, dentro de la amplia clasificación de los ambiente más influyen. • Ambientes Industriales y Urbanos atmosférica están comprendidas las emisiones industriales generales tales como gases sulfurosos, neblinas y vapores corrosivos que se liberan in advertidamente de las plantas químicas, refinerías y plantas de procesamiento similares. Las condiciones de corrosión más agresivas puede esperarse que ocurran en áreas de actividad industrial intensa donde el recubrimiento frecuentemente está expuesto a l Tratamiento y Gestión de baños ácidos de Decapado 9 transmisión y comunicaciones y estructuras en áreas: Químicas, construcción, tratamiento de aguas, transporte, recreación, marina, agrícola, minera, etc. Eso sí, aunque la lista de aplicaciones del galvanizado sea muy extensa, la vida protectora de un ga lvanizado está determinada primordialmente por el espesor del recubrimiento (de forma proporcional) y la severidad de las condiciones de exposición. Estas condiciones incluyen ambientes atmosféricos clasificados como altamente industriales, moderadamente i ndustriales (urbanos), suburbanos, rotección por años según espesor de zinc y tipo de atmósfera En la corrosión de los galvanizados influyen muchos factores. Los siguientes, dentro de la amplia clasificación de los ambiente s atmosféricos, son los que Ambientes Industriales y Urbanos : En esta clasificación de exposición atmosférica están comprendidas las emisiones industriales generales tales como gases sulfurosos, neblinas y vapores corrosivos que se advertidamente de las plantas químicas, refinerías y plantas de procesamiento similares. Las condiciones de corrosión más agresivas puede esperarse que ocurran en áreas de actividad industrial intensa recubrimiento frecuentemente está expuesto a l Tratamiento y Gestión de baños ácidos de Decapado transmisión y comunicaciones y estructuras en áreas: Químicas, construcción, tratamiento de aguas, transporte, recreación, marina, agrícola, minera, etc. Eso sí, aunque la lista de aplicaciones del galvanizado sea muy extensa, la lvanizado está determinada primordialmente por el espesor del recubrimiento (de forma proporcional) y la severidad de las Estas condiciones incluyen ambientes atmosféricos clasificados como ndustriales (urbanos), suburbanos, rotección por años según espesor de zinc y tipo de atmósfera En la corrosión de los galvanizados influyen muchos factores. Los siguientes, s atmosféricos, son los que En esta clasificación de exposición atmosférica están comprendidas las emisiones industriales generales tales como gases sulfurosos, neblinas y vapores corrosivos que se advertidamente de las plantas químicas, refinerías y plantas de procesamiento similares. Las condiciones de corrosión más agresivas puede esperarse que ocurran en áreas de actividad industrial intensa recubrimiento frecuentemente está expuesto a l a lluvia, a una Tratamiento y Gestión de baños ácidos de Decapado Los recubrimientos que se obtienen por este procedimiento están compuestos por tres capas p rincipales de estas aleaciones, que se diferencian por su distinta estructura cristalográfica y distinto contenido en hierro, y una capa externa de zinc puro (Figura 7). Figura 7. Micrografía del corte de un recubrimiento obtenido por galvanización en c aliente por procedimiento discontinuo. El espesor de estos recubrimientos depende del espesor y de la composición del acero base, pudiendo estar comprendidos entre 45 µm, en el caso de piezas de acero con espesor inferior a 1.5 mm, hasta más de 200 µm en e lementos de acero de espesor grueso ( 1461 especifica las propiedades generales y los métodos de ensayo de este tipo de recubrimientos galvanizados en caliente; en ella se establecen los espesores mínimos permitidos a estos rec del acero base de las piezas (Figura 8). Tratamiento y Gestión de baños ácidos de Decapado 16 Los recubrimientos que se obtienen por este procedimiento están compuestos rincipales de estas aleaciones, que se diferencian por su distinta estructura cristalográfica y distinto contenido en hierro, y una capa externa de zinc puro (Figura 7). Figura 7. Micrografía del corte de un recubrimiento obtenido por galvanización aliente por procedimiento discontinuo. El espesor de estos recubrimientos depende del espesor y de la composición del acero base, pudiendo estar comprendidos entre 45 µm, en el caso de piezas de acero con espesor inferior a 1.5 mm, hasta más de 200 µm en lementos de acero de espesor grueso ( ≥6.0 mm). La norma UNE EN ISO 1461 especifica las propiedades generales y los métodos de ensayo de este tipo de recubrimientos galvanizados en caliente; en ella se establecen los espesores mínimos permitidos a estos rec ubrimientos en función del espesor del acero base de las piezas (Figura 8). Tratamiento y Gestión de baños ácidos de Decapado Capa ETA: 100% Zinc Capa ZETA: 94% Zinc, 6% Hierro Capa DELTA: 88% Zinc, 12% Hierro C apa GAMMA: 82% Zinc, 18% Hierro Hierro base Los recubrimientos que se obtienen por este procedimiento están compuestos rincipales de estas aleaciones, que se diferencian por su distinta estructura cristalográfica y distinto contenido en hierro, y una capa Figura 7. Micrografía del corte de un recubrimiento obtenido por galvanización El espesor de estos recubrimientos depende del espesor y de la composición del acero base, pudiendo estar comprendidos entre 45 µm, en el caso de piezas de acero con espesor inferior a 1.5 mm, hasta más de 200 µm en 6.0 mm). La norma UNE EN ISO 1461 especifica las propiedades generales y los métodos de ensayo de este tipo de recubrimientos galvanizados en caliente; en ella se establecen los ubrimientos en función del espesor Tratamiento y Gestión de baños ácidos de Decapado Figura 8. Espesores mínimos del recubrimiento. Las piezas pequeñas, tales como tornillo, arandelas y otros elementos de fijación se galvanizan en discontinuo colocándolas en cest permiten someterlas a un proceso de escurrido mediante centrifugación una vez extraídas del baño de zinc. De esta manera se obtienen recubrimientos galvanizados más finos, que no ciegan las partes roscadas de las piezas con objeto de fac ilitar su montaje. La norma española que define los recubrimientos galvanizados sobre este tipo de piezas es la UNE 37 Aunque el proceso es bastante simple, todas las etapas deben ser rigurosamente controladas si se quiere obtener un recubrimiento de calidad y que sea capaz de dar la protección esp figura 3. Descripción de las etapas Figura 9. Esquema del proceso de galvanización en caliente. Tratamiento y Gestión de baños ácidos de Decapado 17 Figura 8. Espesores mínimos del recubrimiento. Las piezas pequeñas, tales como tornillo, arandelas y otros elementos de fijación se galvanizan en discontinuo colocándolas en cest as perforadas, que permiten someterlas a un proceso de escurrido mediante centrifugación una vez extraídas del baño de zinc. De esta manera se obtienen recubrimientos galvanizados más finos, que no ciegan las partes roscadas de las piezas con ilitar su montaje. La norma española que define los recubrimientos galvanizados sobre este tipo de piezas es la UNE 37 -507. Aunque el proceso es bastante simple, todas las etapas deben ser rigurosamente controladas si se quiere obtener un recubrimiento de calidad y que sea capaz de dar la protección esp ecificada en el cuadro de la Descripción de las etapas Figura 9. Esquema del proceso de galvanización en caliente. Tratamiento y Gestión de baños ácidos de Decapado Las piezas pequeñas, tales como tornillo, arandelas y otros elementos de as perforadas, que permiten someterlas a un proceso de escurrido mediante centrifugación una vez extraídas del baño de zinc. De esta manera se obtienen recubrimientos galvanizados más finos, que no ciegan las partes roscadas de las piezas con ilitar su montaje. La norma española que define los recubrimientos Aunque el proceso es bastante simple, todas las etapas deben ser rigurosamente controladas si se quiere obtener un recubrimiento de óptima ecificada en el cuadro de la Figura 9. Esquema del proceso de galvanización en caliente. Tratamiento y Gestión de baños ácidos de Decapado 18 Limpieza Caústica (desengrase): Son soluciones de compuestos desengrasantes alcalinos y su temperatura debe estar entre los 30 y 40 ºC. Su finalidad es remover de la superficie del acero residuos de aceite, grasa y ciertos tipos de barnices, lacas y pinturas, permitiendo la correcta acción de los baños posteriores. Aunque existen soluciones desengrasantes del tipo ácido, las alcalinas son ampliamente preferidas por ser de menor costo y más eficientes. Lavado: Enjuague en agua limpia para evitar el arrastre de líquido de la limpieza cáustica al decapado. Decapado Ácido: Son soluciones en base a Ácido Clorhídrico o Sulfúrico, que tienen la finalidad de remover los óxidos de la superficie del acero, obteniendo así una superficie químicamente limpia. El tiempo de decapado dependerá del grado de oxidación superficial de las piezas y de la concentración de la solución de ácido. Los decapados en base Ácido Clorhídrico son los más usados, ya que operan a temperatura ambiente y tienen un menor impacto de contaminación en las etapas posteriores. Es imprescindible la adición de un aditivo que contenga inhibidor para que el ácido no disuelva el acero, solamente los óxidos, que evite la emanación de neblina ácida e idealmente ayude en limpieza adicional del metal. Lavado: Enjuague en agua limpia para evitar el arrastre de ácido y hierro en solución, los cuales contaminan el prefluxado y el zinc fundido del crisol de galvanización. Existen aditivos que ayudan a disminuir el arrastre de estos contaminantes. Prefluxado: Es una solución acuosa de Cloruro de Zinc y Amonio, que disuelve los óxidos leves que se hayan vuelto a formar sobre la superficie del acero después de su paso por el decapado y el lavado. La película de fundente que se deposita protege la superficie para que no vuelva a oxidarse y asegura un recubrimiento uniforme de zinc en el crisol de galvanizado. Las piezas deben secarse y precalentarse antes de sumergirlas en el crisol de galvanizado. Tratamiento y Gestión de baños ácidos de Decapado 19 Existen varios tipos de compuestos de Cloruro de Zinc y Amonio para el prefluxado. Cuanto más óptima es la limpieza, decapado y lavado del acero, permitirá el uso de fluxes que admiten mayor tiempo de secado, mayores temperaturas de precalentado y una mínima emisión de humos al ingresar las piezas en el zinc fundido en el crisol. La presencia de contaminantes en el prefluxado influye directamente en la calidad del galvanizado, las pérdidas de zinc y la generación de subproductos tales como cenizas y humos. El hierro en forma de sales solubles, arrastrado desde el decapado a su lavado posterior es el contaminante más crítico. Su efecto es la formación de escoria en la masa fundida de zinc, la cual aumenta el espesor de la capa de zinc y crea capas intermetálicas desiguales. El hierro soluble debe mantenerse por debajo de un 0,5%. Es factible mantener una baja concentración de hierro en el prefluxado ajustando el PH alrededor de 5 y filtrando la solución. Con un adecuado control, las soluciones de prefluxado pueden durar años. En las plantas donde no existe horno de secado o precalentamiento es conveniente operar el prefluxado a 55-75°C, esto ayudará a un secado más rápido. Flux en el crisol de galvanizado (alternativo): El uso de flux sobre el crisol de galvanizado evita las salpicaduras de zinc y la emisión de humo al sumergir las piezas en el crisol como también se genera una menor cantidad de cenizas y disminuye el consumo de energía para mantención de temperatura. Para un fluxado eficiente, sólo es recomendable utilizar compuestos de cloruro de zinc y amonio que no se quemen con la alta temperatura del zinc fundido. Baño de Zinc (crisol de galvanizado): Las piezas deben sumergirse lo más rápido posible y retiradas lentamente del crisol, dado que el galvanizado actúa tanto en superficies internas como externas. Como ya se ha dicho, es importante prever una correcta preparación del material para una adecuada emanación de gases y para que el zinc fundido penetre en el interior y lo cubra de forma conveniente. Tratamiento y Gestión de baños ácidos de Decapado 20 El tiempo de inmersión dependerá del espesor del acero, la temperatura de precalentado y el espesor deseado. La reacción de formación de la capa de zinc es rápida, en los primeros 1 a 2 minutos y luego decae. Mientras más gruesa la capa, más quebradiza es. En los primeros 30 segundos se forman las 3 capas intermetálicas. Una composición típica de la masa de metal fundido es: 98,76%Zinc 1,2%Plomo 0,002%Aluminio Es conveniente que las piezas no se sumerjan a más de 30 cm del fondo, ya que en el fondo se acumula escoria. La temperatura óptima es 454°C. No se deben superar los 480°C ya que el hierro del crisol reacciona con el zinc formando escoria y falla prematura del crisol. Enfriamiento: Este influye en el aspecto del galvanizado, por lo que es importante controlar la velocidad de enfriamiento por medio de un enfriamiento rápido con agua o un enfriamiento más lento con aire. Pasivación: Para evitar las manchas de corrosión blanca sobre el galvanizado, es recomendable realizar un proceso de pasivación de la superficie. Las más comunes son mediante una solución de cromatos o una solución de silicatos. Ambas soluciones pueden estar contenidas en el estanque de enfriamiento. Los pasivadores en base a silicatos no presentan los problemas ambientales que generan los que contiene cromo y tienen mayor resistencia a la lluvia ácida. Recubrimientos post-galvanizado e inspección final Cuando se requiere una resistencia a la corrosión extrema, es posible aplicar sobre el galvanizado una pintura protectora, la cual debe cumplir ciertos requisios para obtener buenos resultados. Estos son conocidos como recubrimientos duplex. Con este tipo de recubrimientos se obtiene una protección 1,5 a 2,5 veces superior al galvanizado solo. Tratamiento y Gestión de baños ácidos de Decapado 21 Para este efecto no se deben aplicar tratamientos pasivadores al galvanizado, ya que la adherencia de la pintura será deficiente. Se le deberá hacer un tratamiento al galvanizado, como por ejemplo, un fosfatizado. También se pueden aplicar pinturas sobre el galvanizado que solamente cumplan un rol decorativo. Si la superficie galvanizada se ha visto dañada debido a soldaduras, perforaciones, cortes, transporte, etc. Esas zonas dañadas deben ser retocadas únicamente con productos que cumplan con la norma ASTM-A-780, como por ejemplo, galvanizado en frío. La aplicación de productos que no cumplan con esta norma provocarán corrosión prematura en las zonas dañadas. Por último, antes de dar por finalizado el proceso de galvanizado, la pieza pasa por una inspección en la cual se evaluará su aspecto final como el espesor obtenido. Aplicaciones Edificación: Estructuras, Carpintería, Escaleras, Barandillas, Vallados, Conducciones, Andamios. Agricultura y Ganadería: Invernaderos, Silos, Almacenes, Establos y Corrales, Instalaciones Avícolas, Cercados y Equipos de Irrigación. Mobiliario Urbano: Farolas, Semáforos, Contenedores, Marquesinas, Bancos, Instalaciones para Parques y Jardines. Electricidad y Telecomunicaciones: Torres y Subestaciones Eléctricas, Antenas de Telefonía, Repetidores de Televisión. Instalaciones Industriales: Naves, Estructuras, Depósitos y Tuberías. Equipamientos de Carreteras: Pasarelas, Pórticos de Señalización, Barreras de Seguridad, Pantallas Acústicas, Parapetos. Tratamiento y Gestión de baños ácidos de Decapado 22 Deporte: Estadios, Piscinas, Polideportivos, Teleféricos y Telesillas, Parques Infantiles. Transporte: Catenarias de Ferrocarril, Estaciones, Terminales, Embarcaderos, Almacenes e Instalaciones Auxiliares, Construcción Naval. PROCESO DE DECAPADO Una de las etapas más importantes en el proceso de galvanizado, es el decapado ácido que se le realiza a las piezas como pretratamiento para su posterior zincado. Descripción El decapado es un procedimiento industrial para eliminar la capa superficial de óxidos de hierro, la calamina (carbonato de zinc natural) y partículas metálicas de la superficie del metal base, que se torna en los productos siderúrgicos expuestos a la oxidación atmosférica o en las distintas etapas de los procesos siderúrgicos de obtención de hierro en bandas. En el primer caso, es tratamiento previo obligado para su protección frente a la corrosión mediante recubrimientos de superficie particularmente pinturas. En cuanto al trabajado del hierro en los trenes de laminación, se producen distintos tipos de óxidos que constituyen las denominadas cascarillas que reducen la resistencia de las estructuras de hierro. Tipos de Decapado Existen fundamentalmente tres tipos de decapado: • Decapado químico • Decapado electroquímico Tratamiento y Gestión de baños ácidos de Decapado 23 • Decapado mecánico Decapado Químico En el caso de los procesos de galvanizado, como ya se ha visto, el decapado que se utiliza es un decapado ácido, y por lo tanto solo nos centraremos en este. El decapado químico técnicamente se realiza disolviendo el óxido con un ácido, generalmente sulfúrico o clorhídrico, y posterior lavado con agua para arrastrar los restos de ácido y de hierro disuelto. Los óxidos superficiales pasan a la disolución en forma de sulfato o cloruro, según el decapante, integrando las conocidas lejías residuales de decapado. Los medios decapantes consisten en ácidos, puros o mezclados, disueltos en agua con aditivos. Los principales aditivos utilizados son: • Inhibidores de decapado. • Humedactantes y tensoactivos. • Antiespumantes. Dentro de estos tres principales aditivos, el más importante son los inhibidores de decapado, esto se explica debido a que el espesor de las capas de óxido y cascarilla sobre una pieza de acero que vaya a ser galvanizada no suele ser homogéneo, por lo que las piezas deberán permanecer en el baño de decapado hasta que haya sido eliminado el último rastro de óxido y cascarilla. Es decir, superficies ya brillantes (completamente decapadas) siguen estando expuestas al ácido (sobredecapado), lo cual repercute en un aumento del consumo de ácido. Para evitar que las superficies de acero sigan decapándose una vez eliminado el óxido y la cascarilla, se utilizan los inhibidores de decapado. En las empresas de galvanizado por inmersión se emplean normalmente inhibidores de decapado a base de hexametilentetramina, la erosión de Tratamiento y Gestión de baños ácidos de Decapado 24 material puede reducirse de esta forma hasta en un 98%, mientras que el ahorro en ácido debido al empleo de inhibidores del decapado dependerá en gran medida del grado de oxidación y de formación de cascarilla que presenten las piezas, no pudiendo ser cuantificado por el momento. Algunos inhibidores del decapado, al tratarse de sustancias orgánicas, pueden incidir negativamente sobre una serie de procesos de valorización para baños de decapado agotados. Por lo tanto, la decisión de emplear o no inhibidores del decapado para minimizar el consumo de ácido y con ello la cantidad de baño agotado que se genera, deberá tomarse dependiendo del proceso de valorización y/o eliminación aplicado en cada empresa. El almacenamiento correcto de las piezas a galvanizar y su colocación óptima de modo que no existan contactos prolongados de la superficie a tratar con el agua evitan que se oxiden parcialmente las piezas y por lo tanto, permiten un tiempo uniforme y reducido de decapado, y también menor uso de los inhibidores de decapado. En caso de no cuidarse este aspecto, las piezas se sobredecaparán hasta que la zona más oxidada de una pieza del lote esté en condiciones para el proceso de galvanizado. Los ácidos inorgánicos de decapado y las concentraciones y diluciones habitualmente utilizadas se reflejan en la siguiente tabla: Tipo Ácido/base Conc. inicial Disolución final más habitual Temperatura de trabajo (T ºC) Tipo de metal a decapar HCl 33% 18% 20-30/80 Hierro y acero no aleado H 2 SO 4 98% 5-35% 50-80 Hierro, acero no aleado, cobre, Tratamiento y Gestión de baños ácidos de Decapado 25 aluminio HNO 3 60% 5-30% 50 Cobre y acero inoxidable HF 70% 3-10% 50 Acero inoxidable (como mezcla) NaOH 50% 10-20% 60-70 Aluminio Figura 10. Características de ácidos y bases de decapado más importantes Tipos de decapado químico El ácido clorhídrico HCI es el más empleado en decapados, seguido del H 2 SO 4 , HNO 3 , y en menor grado el HF. El decapado con ácido fosfórico, ácido crómico y bórico tienen carácter marginal. El único álcali empleado puntualmente como decapante metálico es el NaOH. • Decapado con ácido clorhídrico Utilizado fundamentalmente para decapado de hierro y acero inoxidable. El acero, en cambio, recibe un ataque más severo con clorhídrico que con sulfúrico. Comúnmente se usa una solución de clorhídrico al 18%, diluyendo al 50% el ácido comercial con agua. Entre los inconvenientes que presenta este ácido como decapante destacan: o El elevado consumo de ácido. o Su volatilidad. o La toxicidad de sus vapores. Tratamiento y Gestión de baños ácidos de Decapado 32 hierro (FeCI3) como floculante. No se precisa ningún tratamiento especial, presuponiendo un baño de decapado no contaminado (p. e. laminación en frío), se puede utilizar directamente para afluentes de la industria textil y papelera. ∼ Producción de FeCl 3 : Para ello se prestan baños de decapado agotados con hierro no contaminados y que contengan más de 120 g/l de Fe y menos de 30 g/l de HCI. Tras una saturación con óxido de hierro se procede a oxidar el cloruro ferroso a férrico mediante cloro, filtrándose el precipitado. ∼ Recuperación térmica del HCI: Para ello se prestan todos los baños no contaminados de HCI, es decir contienen menos de 2 g/l de Zn y Pb. El proceso se desarrolla a 1.200°C y produce HCI y Fe2O3. • Ácido sulfúrico Los residuos de H 2 SO 4 a gestionar no tienen actualmente otra salida que la neutralización, posterior floculacion, precipitación y concentración. La cantidad de Iodos generados es alta por precipitarse CaSO 4 (yeso), al neutralizarse con lechada de cal. Existen procesos de recuperación de H 2 SO 4 , que no son viables energética ni económicamente debido al claro exceso de producción de H 2 SO 4 lo que no hace atractiva la alternativa de recuperación. • Ácido nítrico, fluorhídrico y mezclas La gestión de residuos de HNO 3 , HF y sus mezclas pasa, conociendo el estado actual de la tecnología, necesariamente por un tratamiento destructivo, esto es la neutralización, precipitación y deshidratación de los fangos resultantes. Tratamiento y Gestión de baños ácidos de Decapado 33 Estos son algunos métodos de tratamiento de los distintos baños agotados de decapado, pero existen otras muchas técnicas, sobretodo de regeneración de los ácidos, como pueden ser: • Resinas de retención de ácidos: Permiten recuperar los ácidos libres usando un tipo de resina que retienen los ácidos y dejan pasar los complejos metálicos. Los ácidos recuperados se reciclan al baño, mientras que la disolución que contiene los metales se neutraliza normalmente, lo que produce lodos que se envían a un depósito. • Diálisis: Es una técnica desarrollada fundamentalmente en Japón, pero que va ganando aplicación en Europa. Igual que en el caso de las resinas, recupera sólo los ácidos libres. Por tanto, en este caso, la neutralización también se hace necesaria. • Procesos basado en electrodiálisis: La recuperación de ácidos libres además de ácidos complejados es posible por medio de procesos desarrollados en Estados Unidos y en Japón, basados en la neutralización del baño con potasa, que, a su vez, se regenera por electrodiálisis y se recicla, de manera que el coste principal del proceso es energía eléctrica. No se evita, sin embargo, la generación de lodos de hidróxidos metálicos contaminados que deben enviarse al vertedero. El elevado coste de inversión, así como la no recuperación de los metales son sus principales inconvenientes. • Evaporación: Este tipo de proceso se usa comercialmente en Europa y permite la recuperación tanto de los ácidos libre como complejados. Este proceso requiere también una elevada inversión y presenta limitaciones para recuperar los metales. Tratamiento y Gestión de baños ácidos de Decapado 34 DESCRIPCION DEL PROCESO ELEGIDO Como el objetivo del proyecto es el tratamiento y gestión de los baños agotados de decapado ácido, se ha decidido construir una planta únicamente de neutralización, ya que así se podrán tratar todo tipo de baños, tanto clorhídricos como sulfúricos y nítricos, ya que el tratamiento común a todos los baños pasa inicialmente por una fase de neutralización. Esta planta de tratamiento se basa en una línea de neutralización-precipitación y filtración de los baños agotados, a la par de estas operaciones se realiza otra de concentración de uno de los productos obtenidos y la fabricación de lechada de cal que se utilizara en la neutralización. CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS DE LA PLANTA El edificio de almacenamiento y tratamiento de los residuos ácidos contará con: • Depósitos de almacenamiento de los baños agotados recibidos • Silo de almacenamiento de cal viva • Apagador de cal viva • Depósitos de lechada de cal • Reactores de neutralización-precipitación • Filtros prensa • Depósitos pulmón • Evaporador • Almacenamiento de producto obtenido Los baños ácidos agotados de decapado llegarán en cisternas; el camión irá a la explanada de carga y descarga, realizando la descarga mediante un bombeo directo desde la cisterna hasta los depósitos de almacenamiento a través de Tratamiento y Gestión de baños ácidos de Decapado boquillas. Estas boquillas serán diferentes para cada tipo de residuo a admitir de tal forma que sea imposib almacenamiento incorrecto, evitando así posibles accidentes, al mezclar sustancias incompatibles. TEORIA DE AGITACIÓN La agitación se refiere a forzar un fluido por medios mecánicos para que adquiera un movimi ento circulatorio en el interior de un recipiente. Un factor importante en la agitación son los fondos del depósito ya que tienen la misión de desdoblar y redirigir los flujos de líquido El fondo del depósito es tanto más óptimo cuan decir, para un propulsor axial el mejor fondo será el que siga las líneas de flujo generadas por el impulsor (1) dos toros como en la figura. L os fondos curvos (semiesférico o adec uación a la agitación. Le siguen los planos (3) y los peores son los troncocónicos (4) o troncopiramidales. Estos fondos rompen las líneas de flujo generadas por el impulsor, creándose torbellinos y turbulencias localizadas y disminuyendo la energía de des que contribuye a la agitación del líquido de la parte alta del depósito. Las formas y dimensiones del depósito contenedor del volumen de líquido a agitar son importantes para optimización de la agitación. Tratamiento y Gestión de baños ácidos de Decapado 35 boquillas. Estas boquillas serán diferentes para cada tipo de residuo a admitir de tal forma que sea imposib le la descarga de un producto en un tanque de almacenamiento incorrecto, evitando así posibles accidentes, al mezclar sustancias incompatibles. TEORIA DE AGITACIÓN La agitación se refiere a forzar un fluido por medios mecánicos para que ento circulatorio en el interior de un recipiente. Un factor importante en la agitación son los fondos del depósito ya que tienen desdoblar y redirigir los flujos de líquido que salen del móvil. El fondo del depósito es tanto más óptimo cuan to más auto limpiante sea, es decir, para un propulsor axial el mejor fondo será el que siga las líneas de flujo generadas por el impulsor (1) dos toros como en la figura. os fondos curvos (semiesférico o toriesférico) son los siguientes en cuanto a uación a la agitación. Le siguen los planos (3) y los peores son los troncocónicos (4) o troncopiramidales. Estos fondos rompen las líneas de flujo generadas por el impulsor, creándose torbellinos y turbulencias localizadas y disminuyendo la energía de des plazamiento que contribuye a la agitación del líquido de la Las formas y dimensiones del depósito contenedor del volumen de líquido a agitar son importantes para el rendimiento y de la agitación. Tratamiento y Gestión de baños ácidos de Decapado boquillas. Estas boquillas serán diferentes para cada tipo de residuo a admitir le la descarga de un producto en un tanque de almacenamiento incorrecto, evitando así posibles accidentes, al mezclar La agitación se refiere a forzar un fluido por medios mecánicos para que ento circulatorio en el interior de un recipiente. Un factor importante en la agitación son los fondos del depósito ya que tienen que salen del móvil. to más auto limpiante sea, es decir, para un propulsor axial el mejor fondo será el que siga las líneas de flujo toriesférico) son los siguientes en cuanto a uación a la agitación. Le siguen los planos (3) y los peores son los troncocónicos (4) o troncopiramidales. Estos fondos rompen las líneas de flujo generadas por el impulsor, creándose torbellinos y turbulencias localizadas y Tratamiento y Gestión de baños ácidos de Decapado 36 La relación óptima en dimensiones es Hu/T=1 Cuanto más se aleje esta relación de la unidad, más se alejará la agitación del óptimo tanto a nivel técnico como económico. Los mejores depósitos verticales son los cilíndricos, seguidos de los de sección cuadrada y por último los de sección rectangular. En los depósitos verticales cilíndricos con agitador vertical es necesario instalar deflectores o interruptores de flujo con unas dimensiones determinadas. La eficiencia del proceso de mezclado depende de una efectiva utilización de la energía que se emplea para generar el flujo de componentes. Para lograr proporcionar un suministro de energía adecuado hay que considerar las propiedades físicas de los componentes, el diseño del agitador que transmite la energía y la configuración del tanque de mezclado. Clases de agitadores • Impulsores de flujo axial que generan corrientes paralelas al eje del impulsor. (A) • Impulsores de flujo radial que generan corrientes en dirección radial tangencial. (B) Todos los móviles en un agitador generan una mayor o menor componente tangencial que hace que el líquido gire. Girará tanto más cuanto más baja sea la viscosidad del líquido (µ< 400 cP). Tratamiento y Gestión de baños ácidos de Decapado La velocidad del flujo producido por el móvil depende directamente de la velocidad relativa del móvil respecto masa de líquido menor agitación se observará. o interruptores de flujo tienen la misión de evitar o reducir este giro. La colocación de dichos deflectores (A y B) dependerá del diámetro (ØD) del depósi siguiente figura. El ancho de las placas no debe ser mayor que un doceavo del diámetro del tanque. Cuando se usan agitadores de hélice, el ancho de la placa puede ser de un octavo del diámetro del tanque. Tipos principales de agi tadores • Paletas Consisten en una hoja p mezcla suave siendo útiles para operaciones de simple mezcla, como, por ejemplo, la mezcla de líquidos miscibles o la disolución de productos sólidos así como materiales cristalinos frágiles. Las paletas giran a velocidades bajas o moderadas en el centro del tanque, impulsando al líquido radial y tangencialmente, sin que exista movimiento vertical respecto del agitador, a Tratamiento y Gestión de baños ácidos de Decapado 37 La velocidad del flujo producido por el móvil depende directamente de la velocidad relativa del móvil respecto del líquido por lo que cuanto más gire la masa de líquido menor agitación se observará. Los bafles de flujo tienen la misión de evitar o reducir La colocación de dichos deflectores (A y B) dependerá del diámetro (ØD) del depósi to como se muestra en la El ancho de las placas no debe ser mayor que un doceavo del diámetro del tanque. Cuando se usan agitadores de hélice, el ancho de la placa puede ser de un octavo del diámetro del tanque. tadores en una hoja p lana sujeta a un eje rotatorio y producen una acción de útiles para operaciones de simple mezcla, como, por ejemplo, la mezcla de líquidos miscibles o la disolución de productos sólidos materiales cristalinos frágiles. Las paletas giran a velocidades bajas o moderadas en el centro del tanque, impulsando al líquido radial y tangencialmente, sin que exista movimiento vertical respecto del agitador, a menos que las paletas estén inclinadas . Los agitadores industriales de paletas giran a una velocidad c omprendida entre 20 y 150 rpm. longitud del rodete de un agitador de paletas es del orden de 50 al 80% del diámetro interior del tanque y l a anchura de la paleta es de un sexto a un décimo su longitud. Tratamiento y Gestión de baños ácidos de Decapado La velocidad del flujo producido por el móvil depende directamente de la del líquido por lo que cuanto más gire la producen una acción de útiles para operaciones de simple mezcla, como, por ejemplo, la mezcla de líquidos miscibles o la disolución de productos sólidos , materiales cristalinos frágiles. Las paletas giran a velocidades bajas o moderadas en el centro del tanque, impulsando al líquido radial y tangencialmente, sin que exista movimiento vertical respecto del agitador, a . Los agitadores industriales de paletas giran a una omprendida entre 20 y 150 rpm. La longitud del rodete de un agitador de paletas es del diámetro interior del tanque y a anchura de la paleta es de un sexto a un décimo de Tratamiento y Gestión de baños ácidos de Decapado A velocidades muy bajas, un agitador de paletas produce una agitación suave, en un tanque sin placas deflectoras o cortacorrientes, las cuales son necesarias para velocidades elevadas. De lo contrario el líquido se mueve como un remolino q ue gira alrededor del tanque, con velocidad elevada pero con poco efecto de mezcla. • Turbina Están constituidos por un componente impulsor con más de cuatro hojas, montadas sobre el mismo elemento y fijas a un eje rotatorio. La mayor parte de ellos se ase que giran con velocidades elevadas sobre un eje que va montado centralmente dentro del tanque. Las paletas pueden ser rectas o curvas, inclinadas o verticales. El rodete puede ser abierto, semicerrado o cer menor que en el caso de agitadores de paletas, siendo del orden del 30 al 50% del diámetro del tanque. Los agitadores de turbina se pueden utilizar para procesar numerosos materiales ya que son eficaces para un amplio intervalo de v en líquidos poco viscosos, producen corrientes intensas, que se extienden por todo el tanque y destruyen las masas de líquido estancado. proximidades del rodete existe una zona de corrientes rápidas, de alta turbulencia e intensos esfue radiales y tangenciales. Las componentes tangenciales dan lugar a vórtices y torbellinos, que se deben evitar por medio de placas deflectoras o un anillo difusor, con el fin de que el rodete sea más eficaz. Tratamiento y Gestión de baños ácidos de Decapado 38 A velocidades muy bajas, un agitador de paletas produce una agitación suave, en un tanque sin placas deflectoras o cortacorrientes, las cuales son necesarias para velocidades elevadas. De lo contrario el líquido se mueve ue gira alrededor del tanque, con velocidad elevada pero con poco efecto de mezcla. Están constituidos por un componente impulsor con más de cuatro hojas, montadas sobre el mismo elemento y fijas a un eje rotatorio. La mayor parte de ellos se ase mejan a agitadores de múltiples y cortas paletas, que giran con velocidades elevadas sobre un eje que va montado centralmente dentro del tanque. Las paletas pueden ser rectas o curvas, inclinadas o verticales. El rodete puede ser abierto, semicerrado o cer rado, y su diámetro es menor que en el caso de agitadores de paletas, siendo del orden del 30 al 50% del diámetro del tanque. Los agitadores de turbina se pueden utilizar para procesar numerosos son eficaces para iscosidades; en líquidos poco viscosos, producen corrientes intensas, que se extienden por todo el tanque y destruyen las masas de líquido estancado. proximidades del rodete existe una zona de corrientes rápidas, de alta turbulencia e intensos esfue rzos cortantes. Las corrientes principales son radiales y tangenciales. Las componentes tangenciales dan lugar a vórtices y torbellinos, que se deben evitar por medio de placas deflectoras o un anillo difusor, con el fin de que el rodete sea más eficaz. Tratamiento y Gestión de baños ácidos de Decapado A velocidades muy bajas, un agitador de paletas produce una agitación suave, en un tanque sin placas deflectoras o cortacorrientes, las cuales son necesarias para velocidades elevadas. De lo contrario el líquido se mueve ue gira alrededor del tanque, con velocidad elevada pero Están constituidos por un componente impulsor con más de cuatro hojas, mejan a agitadores de múltiples y cortas paletas, que giran con velocidades elevadas sobre un eje que va montado centralmente dentro del tanque. Las paletas pueden ser rectas o curvas, inclinadas o rado, y su diámetro es en líquidos poco viscosos, producen corrientes intensas, que se extienden por todo el tanque y destruyen las masas de líquido estancado. En las proximidades del rodete existe una zona de corrientes rápidas, de alta rzos cortantes. Las corrientes principales son radiales y tangenciales. Las componentes tangenciales dan lugar a vórtices y torbellinos, que se deben evitar por medio de placas deflectoras o un anillo Tratamiento y Gestión de baños ácidos de Decapado 39 • Hélice Poseen elementos impulsores de hojas cortas (normalmente de menos de ¼ del diámetro del tanque) que giran a gran velocidad (de 500 a varios millares de r.p.m). Las hélices no son muy efectivas si van montadas sobre ejes verticales situados en el centro del depósito de mezcla. La velocidad de flujo creada, en un depósito, por un mezclador de hélice tiene tres componentes: o Una componente radial que actúa en dirección perpendicular al eje. o Una componente longitudinal que actúa paralelamente al eje. o Una componente rotatoria que actúa en dirección tangencial al círculo de rotación del eje. Tanto la componente radial como la longitudinal contribuyen, generalmente, a la mezcla, pero no siempre la componente rotatoria. El diámetro de los agitadores de hélice raramente es mayor de 45 cm, independientemente del tamaño del tanque. Potencia consumida en tanques agitados La potencia introducida a un sistema de mezclado de líquidos por medio de un agitador se determina por su velocidad de rotación, la configuración del mezclador y las propiedades físicas de la mezcla. Las variables que pueden ser controladas y que influyen son:  Diámetro del tanque (D t )  Diámetro del rodete (D a ) Tratamiento y Gestión de baños ácidos de Decapado 40  Altura del líquido (H)  Ancho de la placa deflectora (J)  Distancia del fondo del tanque hasta el rodete (E)  Dimensiones de las paletas, largo (L) y ancho (W)  Viscosidad (µ) y densidad (ρ) del fluido.  Velocidad de giro del agitador (N). Las distintas dimensiones lineales pueden convertirse en relaciones adimensionales, llamadas factores de forma, dividiendo cada una de ellas por otra que se elige arbitrariamente como dimensión fundamental. El diámetro del rodete(D a ) es una elección adecuada como magnitud fundamental, y los factores de forma se calculan dividiendo las restantes dimensiones por D a . El diámetro del rodete se toma, por otra parte, como medida del tamaño del equipo y se emplea como variable en el análisis dimensional. Ignorando de momento los factores de forma, y suponiendo que el líquido es newtoniano, la potencia es una función de las restantes variables y aplicando el método de análisis dimensional resulta: 2 2 3 5 , c a a a Pg D N N D f N D g ρ ρ µ   =     ; Re ( ) ( ) X Y P Fr N C N N= Tratamiento y Gestión de baños ácidos de Decapado 41 N P = Nº Potencia  3 5 c P a Pg NN D ρ = N Re = Nº Reynolds  2 Re a D N N ρ µ = ; N Fr = Nº de Froude  2 a Fr N D N g = El cálculo de la potencia consumida se hace relacionando por medio de gráficos el número de Reynolds y el Número de Potencia. Estas gráficas dependerán de las características geométricas del agitador y de si están presentes o no, las placas deflectoras. En la figura se muestran curvas de potencia para varias turbinas y propulsores en tanques con deflectores: Correlaciones de potencia para diversos impulsores y deflectores. Curva 1.Turbina de 6 aspas planas, Da/W=5, 4 deflectores con Dt/J=12. Curva 2. Turbina abierta de 6 aspas planas, 4 deflectores Dt/J=12. Curva 3. Turbina abierta con 6 aspas a 45°, Da/W=8, Dt/J=12. Curva 4. Propulsor, inclinación 2Da, 4 deflectores Dt/J=10. Curva 5. Propulsor, inclinación= Da, 4 deflectores con Dt/J=10. g c = factor de conversión de la ley de Newton, 9,8067 kg·m/kg f ·s Tratamiento y Gestión de baños ácidos de Decapado 48 de 540 °C la velocidad de reacción disminuye y sobre los 549 °C la reacción se invierte. Este proceso de hidratación cuando se realiza con la cantidad justa y precisa de agua se llama “Hidratación Seca”, en este caso el material del hidrato es un polvo muy fino y seco. Si se utiliza un exceso de agua, para la hidratación, el proceso es llamado “apagado” y en ese caso el hidrato resultante está en una forma de suspensión, pulpa, o lechada, donde las partículas de hidróxido de calcio se encuentran dispersas en agua. De acuerdo a estos antecedentes y experiencias realizadas a escala de laboratorio, para lograr a cielo abierto esta reacción en forma eficiente, y lograr un polvo fino y seco, es recomendable utilizar alrededor de un 50% más de agua que la cantidad teórica estequiométrica. En plantas con consumo elevado de lechada de cal, es interesante para el explotador apagar su propia cal, es decir, hacer lechada de cal a partir de cal viva. La lechada de cal, se hace normalmente con un exceso considerable de agua, que va desde 2 1/ 2 partes agua con 1 parte CaO (alrededor de 40% de sólidos) a 6 partes agua con 1 parte CaO (alrededor de 15% de sólidos). Factores que afectan al proceso de apagado Temperatura de Hidratación o Apagado. La temperatura de apagado es el factor más importante que afecta el tamaño de la partícula y la superficie específica de las partículas hidratadas. La temperatura más alta de apagado es de 98,9°C. En algunas ocasiones cuando el apagado se efectúa a altas temperaturas, alrededor del punto de ebullición del agua, pueden desarrollarse “Puntos calientes” dentro de la lechada de cal, lo que causa que partículas hidratadas se cristalicen y aglomeren formando partículas grandes y planas con una reducida superficie específica. Tratamiento y Gestión de baños ácidos de Decapado 49 Este problema es normal que aparezca en los apagadores de pasta, ya que operan a altas temperaturas, y en las áreas donde la agitación no es vigorosa. Siempre desde un punto de vista teórico, son deseables temperaturas cerca de los 100°C, pero desde un punto de vista práctico es muy dificultoso apagar satisfactoriamente a esta alta temperatura sin tener problemas de seguridad o efectos adversos debido a la aglomeración. En el proceso de apagado temperaturas entre 71,7°C y 85°C son las más prácti cas para una operación óptima. El calor liberado debido a la reacción exotérmica es diferente para las diferentes calidades de CaO. Una cal quemada blanda de alta reactividad, genera un calor de 273 kilocalorías por kilogramo de cal viva. Una cal de baja reactividad produce aproximadamente un calor de 212 kilocalorías por kilogramo de cal viva. Razón o Proporción Agua – Cal La razón o proporción agua-cal, afecta al tiempo de hidratación influyendo en la temperatura del apagado. Una temperatura más alta disminuye tanto el tiempo de hidratación, como la solubilidad de la cal. Aunque controlar una proporción constante de agua-cal en el proceso de apagado no garantiza una temperatura constante, ya que la esta varía debido a la variación de la temperatura ambiental, la calidad del agua, y la reactividad de la cal, por lo que se requieren frecuentes ajustes del operador. Intentar mantener la temperatura de una lechada de cal 10 veces menos concentrada, significa mantener en el sistema de preparación de lechada el agua en ebullición, o bien contar con un sistema de apagado de cal con la cantidad teórica mínima de agua, con un sistema de absorción de energía o enfriamiento brusco del mismo. Tratamiento y Gestión de baños ácidos de Decapado 50 Por lo tanto, la mejor manera de mantener una proporción correcta de agua-cal es controlando la temperatura de hidratación. Grado de Agitación Durante la Hidratación La agitación es una variable que tiene mucha incidencia en la preparación de la lechada, ya que evita que ocurra una heterogeneidad de la temperatura en el sistema. Cuando la agitación se baja y es deficiente, se obtiene por resultado temperatura desigual en el interior del molino de apagado, produciendo como resultado puntos calientes y fríos. Las zonas o puntos calientes son el resultado de temperaturas de apagado por sobre los 100°C. Como ya se ha mencionado, hidrataciones a estas temperaturas dan por resultado cristales hexagonales 2 veces más grandes y con área superficial reducida, aglomerando las partículas, adicionalmente en las zonas frías las partículas de cal viva se ahogan o quedan no hidratadas. También una incompleta agitación de la cal en el agua con la que se prepara la lechada produce una aglomeración de los silicatos y aluminatos cálcicos que se enlazan con el hidróxido de calcio, generando una nueva partícula esférica de cal hidratada que envuelve y en capsula los silicatos-aluminatos. Tiempo de Apagado El tiempo de apagado, es el tiempo requerido para completar el proceso de hidratación. Este tiempo varía de una cal a otra. Una cal de alta reactividad se hidrata completamente en 2 – 3 minutos. Una cal de reactividad media se hidrata completamente en 5 – 10 minutos. Una cal de baja reactividad, con hard burnes lime, y cal con magnesio se hidrata en 15 – 30 minutos. Tratamiento y Gestión de baños ácidos de Decapado 51 Temperatura del Agua Más que la temperatura del agua en la preparación de la pulpa, suspensión o lechada, la velocidad con la cual se agrega el agua en la cal, tiene fuerte influencia en el proceso de hidratación, porque afecta la superficie específica de las partículas hidratadas o apagadas. La temperatura del agua entrante y la relación agua-cal afectan inversamente al tiempo de hidratación. El agua fría de hidratación no debe tener contacto con la cal seca antes de entrar en el apagador, deben de hacerlo de forma separada, de manera que se disponga de tiempo para desarrollar la reacción de hidratación y la expansión natural al cambiar de óxido a hidróxido. Como consecuencia de esta reacción, hay un aumento en la temperatura por sobre los 65,5°C, la cual hay que controlar para evitar que ésta aumente indiscriminadamente generando una condición insegura de operación, como ya se ha explicado. Si el agua fría y la cal entran en contacto bruscamente, se produce la condición llamada “ahogamiento” no dejando que la cal se hidrate. Como resultado habrá partículas de hidrato formadas bajo condiciones de “ahogamiento” las cuales serán más gruesas y reaccionarán más tardía y lentamente con el agua. Sin embargo, en las plantas de lechada de cal, donde se requiere una suspensión de partículas hidratadas, dado el gran volumen de agua y los equipos molturadores utilizados, este fenómeno en la práctica no ocurre, a causa de la rotura mecánica de las partículas, que va exponiendo nuevas y más pequeñas partículas al agua, por lo que la reacción de hidratación va ocurriendo correctamente. Características del apagador Desde que la temperatura es el factor más importante que afecta la superficie específica, el control de esta es esencial para tener un producto de calidad uniforme pero los estados óptimos de temperatura antes del proceso de apagado, varían de trabajo en trabajo, dependiendo de los equipos y de las condiciones del sitio de operación, además, controlar el proceso de apagado Tratamiento y Gestión de baños ácidos de Decapado 52 por medio de la relación agua-cal, la consistencia o densidad de la lechada no es el mejor camino, ya que las variables como la reactividad de la cal, la temperatura de entrada del agua y de la cal, dan como resultados variaciones en la calidad de la hidratación. El camino óptimo para controlar el proceso de apagado es por el control de la temperatura variando la relación agua-cal como sea necesario. Por ello se instalará un apagador de cal tipo Slaker de la empresa CHEMCO SYSTEMS L.P. el cual agrega agua a la cal basándose en la temperatura final de la lechada. Por lo que, en una operación normal, la cal es alimentada en una relación constante y el agua es agregada en la cantidad necesaria para mantener la temperatura constante de la lechada de cal con una posible variación de ± 17 ºC, alrededor siempre de los 77 ºC. Como ya se ha explicado, la temperatura final de la lechada de cal se ve afectada por la reactividad de la cal viva así como los cambios en la temperatura del agua de apagado. El apagador con control de temperatura variará automáticamente la alimentación de agua, para mantener la temperatura constante y está diseñado generalmente para un tiempo de retención de 10 minutos a su máxima capacidad, tiempo suficiente para apagar una cal de reactividad media. Esto significa que una partícula de CaO se demora 10 minutos, desde que ingresa al Slaker hasta que entra a la segunda cámara, donde se remueve la arenilla. Tratamiento y Gestión de baños ácidos de Decapado 53 Este tipo de apagador está compuesto por dos cámaras. La primera llamada “cámara de apagado”, donde la cal viva y el agua se mezclan. La segunda cámara es usada comúnmente para remover la arenilla. La lechada fluye entre estas cámaras por gravedad. La viscosidad ó densidad ó concentración (depende como se mida) es reducida en la segunda cámara con la adición de agua fría lo que permite que la arenilla, se decante en el fondo de la segunda cámara, done es sacada por medio de un transportador de tornillo. La adición de agua fría, también favorece el mantenimiento de la temperatura. El apagador de cal tipo Slaker, generalmente en su partida usa una relación de 3,3 o 5 partes de agua por 1 de CaO, dependiendo de la fabricación del equipo y de la calidad del agua y de la cal. La cal apagada en este equipo luego pasa a los tanques de almacenamiento de lechada, que ya se han explicado, donde termina de diluirse y permanece hasta el día siguiente que será utilizada para la neutralización de los baños ácidos de decapado. Tratamiento y Gestión de baños ácidos de Decapado 54 PROCESO DE NEUTRALIZACIÓN-PRECIPITACIÓN Como ya se ha explicado el proceso se basa en la neutralización de los baños ácidos de decapado que llegan de una planta cercana. La neutralización se lleva a cabo con lechada de cal parte, preparada anteriormente y parte que procede del proceso de acetileno. Al neutralizar los baños precipitan los hidróxidos férricos formados y el sulfato cálcico en el caso del baño de ácido sulfúrico. Si estos precipitados se gestionan conjuntamente en la fase de filtración, no cabría la posibilidad de recuperar ningún producto en un proceso posterior. Por ello se ha decidido neutralizar y filtrar el baño de HCl por separado de los otros dos, ya que es el más voluminoso y de cual es factible una recuperación del ácido. Realizar la misma operación para los baños de sulfúrico y nítrico no es una buena solución ya que en el primero de ellos todos los compuestos formados en la neutralización precipitan y no hay posibilidad de recuperar ningún producto, y en el segundo caso, sería un gasto tanto energético como instrumental excesivo para la cantidad tan pequeña que se podría recuperar. Por eso estos dos baños se gestionaran conjuntamente y el precipitado obtenido al tener CaSO 4 , base fundamental en la industria cementera, se ofrecerá a una empresa de este sector como materia prima. El proceso de neutralización se realizará de manera discontinua en 3 reactores de tanque agitado, en dos de ellos se neutraliza el baño ácido de HCl y en el restante los baños de ácido sulfúrico y nítrico. El proceso de realiza de manera discontinua porque los volúmenes que se gestionan diariamente son muy altos, por lo que una cantidad determinada de baño pasa al reactor donde se neutraliza con la lechada, cuando esta acaba el flujo de baño neutralizado pasa a un filtro. De esta manera mientras se filtra una etapa, la siguiente se está ya neutralizando en los reactores. Los tres reactores funcionan con un tiempo de residencia de 20 minutos, suficientes para la neutralización del ácido y precipitación de los productos. Tratamiento y Gestión de baños ácidos de Decapado 55 Características de los Reactores Se instalarán reactores de acero inoxidable con recubrimientos de fibra de vidrio para que resista a la corrosión de los ácidos, con unas dimensiones de 2,5 m de diámetro y 3,1m de alto y con el fondo curvado y rasquetas en él para que en el proceso de descarga no quede ningún sedimento en el fondo del reactor. También irán provistos de agitadores de turbina con 6 palas curvas, que giran a una velocidad de 100 r.p.m. con una potencia de 6,33kW. En este caso la agitación debe ser más vigorosa ya que los precipitados férricos son muy floculantes y tienden a depositarse con facilidad, por lo que se aplica esta agitación para mantenerlos en suspensión hasta el momento de la descarga en el filtro. Los reactores no irán encamisados ya que la reacción de neutralización no produce cambios brucos de temperatura. Lo que si deben llevar el un controlador de pH, por si la relación lechada-baño se desviase y fuese necesario parar el proceso de neutralización antes de tiempo. PROCESO DE FILTRACIÓN Cuando se neutralizan los baños agotados en los reactores se produce la precipitación de ciertos componentes, los cuales van a ser separados en una fase de filtración consecutiva a la salida del reactor, obteniendo una torta seca. Para esta operación de separación no se utilizan decantadores antes de los filtros ya que todo el proceso de neutralización se realiza de forma discontinua, y los decantadores solo trabajan de forma continua. Debido a esta situación se decide instalar filtros prensa que filtran a medida que se obtiene el producto de reacción, sin tener que paralizar en ningún momento la actividad de los reactores debido a que también operan de manera discontinua. Tratamiento y Gestión de baños ácidos de Decapado 56 Características del filtro Para proceder a la filtración de estos componentes se han elegido filtros prensa de placas y marcos y más concretamente filtros de ciclo rápido en los cuales la alimentación se realiza por la parte superior del filtro no por el interior de las placas como se conoce normalmente. La elección de un filtro prensa de ciclo rápido se debe a que los productos férricos tienen una alta velocidad de sedimentación y por lo tanto si la alimentación se realizase por el interior de las placas no se formarían completamente las tortas y la recuperación del filtrado sería más complicada. El proceso de filtrado es el siguiente: 1. Llenado y Filtración Como ya se ha dicho todas las cámaras se llenan por la parte superior del filtro y a la vez con el objetivo de reducir el tiempo de llenado y las presiones diferenciales que se pudieran producir. Durante la filtración el filtrado es evacuado a través de las telas filtrantes y los sólidos quedan retenidos dentro de las cámaras. 2. Drenaje Se efectúa un corto soplado desde la parte superior de las placas, entre las telas y las placas filtrantes, consiguiendo así eliminar el filtrado que se queda depositado en las tuberías. Realiza este proceso para evitar que el filtrado se vuelva a introducir en la torta durante el posterior proceso de secado. 3. Prensado Simultáneamente al proceso de secado se efectúa: Tratamiento y Gestión de baños ácidos de Decapado 57 a. Prensado mecánico de la torta mediante la compresión de las juntas de goma situadas en la placa. Este prensado optimiza el proceso de secada y reduce el consumo de aire comprimido dado que se cierran los huecos que deja el filtrado durante el secado. b. Prensado mediante membrana a alta presión. Este sistema evacua todo el agua que contiene la torta, y consigue optimizar el proceso de secado. 4. Secado por aire El filtrado es eliminado mediante la introducción de aire comprimido a través de las tortas consiguiendo obtener humedades residuales muy bajas. Como ya se ha visto durante este proceso la torta se mantiene bajo compresión para reducir el consumo de aire comprimido. 5. Descarga Una vez obtenida la humedad deseada el filtro se abre automáticamente permitiendo la caída de las tortas. 6. Lavado de telas Una vez que la descarga de las tortas ha finalizado se introduce un caudal de agua dulce en las cámaras del filtro prensa por la parte trasera de las telas (a contracorriente). De esta forma se eliminan los restos de sólido que pudieran haber quedado atascados en las telas. Como se puede comprobar eligiendo un filtro de ciclo rápido se consigue una torta completa y una excelente recuperación del filtrado, también beneficiado por el hecho de que los productos férricos no tienen comportamientos plásticos y por lo tanto su estructura facilita la extracción del filtrado. Para este proyecto en concreto se han instalado 4 filtros prensa de la serie APN de la empresa Técnicas Hidráulicas S.A., con características individualizas para las especificaciones de este proyecto. De todas maneras Tratamiento y Gestión de baños ácidos de Decapado 64 vapor será menor para flujos a contracorriente si la alimentación está fría, y menor para los flujos paralelos si el licor que se alimenta está aproximadamente a la temperatura de operación del primer efecto, o mayor. En este proceso se ha decidido instalar un evaporador de múltiple efecto para ahorrar vapor vivo, con tres efectos por los cuales los flujos circulan en paralelo ya que el aumente de temperatura necesario no es muy alto. Los distintos efectos del evaporador se diseñan para que tengan todos el mismo área de intercambio, consiguiendo así tres efectos de unos 87 m 2 cada uno. Memoria realizada por la Ingeniera Técnica Industrial Elena Domínguez Hernández Valladolid, Septiembre de 2012 Tratamiento y Gestión de baños ácidos de Decapado 65 CÁLCULOS DATOS DE PARTIDA Capacidad de tratamiento: 18.000 T/año Funcionamiento: 250 días/año Producción Producto Concentración Densidad 48 t/día Baño agotado de HCl HCl 40 g/l 1,25 kg/l Fe 2+ 100 g/l 20 t/día Baño agotado de H 2 SO 4 H 2 SO 4 40 g/l 1,20 kg/l Fe 2+ 100 g/l 4 t/día Baño agotado de HNO 3 HNO 3 40 g/l 1,15 kg/l Fe 2+ 100 g/l 15 t/día Cal de fabricación de acetileno Ca(OH) 2 200 g/l 1,20 kg/l Insolubles 65 g/l PRODUCCIÓN DE LECHADA DE CAL Para el proceso de neutralización se necesita de una base para llevarlo a cabo. En este caso se ha elegido lechada de cal que parte se obtiene de una planta de acetileno cercana y el resto se fabrica in situ, ya que para el uso de grandes cantidades de lechada sale más económico apagarla en la propia planta. Tratamiento y Gestión de baños ácidos de Decapado 66 Cálculo de cal apagada Conociendo la teoría de la preparación de lechada de cal se procede a calcular la cantidad de cal viva necesaria para formar la lechada, y para ello, se precisa saber la cantidad de hidróxido cálcico necesario para la neutralización y precipitación de los baños agotados. Neutralización y precipitación del baño de HCl: • 2HCl + Ca(OH) 2  CaCl 2 + 2H 2 O Por relación estequiométrica para neutralizar 73 g (36*2) de HCl necesitamos 74 g de Ca(OH) 2 . Sabiendo que en las 48 toneladas de baño agotado de HCl, con densidad 1,25 kg/l, la concentración de HCl es 40 g/l: diat g g lg lkg diakg OHCa HCl OHCa HCl disl disl /579,1 73 74 ·/40 /25,1 /10·48 2 2 )( )( 3 =⋅ • FeCl 2 + Ca(OH) 2  CaCl 2 + Fe(OH) 2 Por relación estequiométrica para neutralizar 56 g de Fe 2+ necesitamos 74 g de Ca(OH) 2 . Sabiendo que en las mismas 48 toneladas de baño agotado de HCl la concentración de Fe 2+ es 100 g/l: diat g g lg lkg diakg OHCa Fe OHCa Fe disl disl /074,5 56 74 ·/100 /25,1 /10·48 2 2 2 2 )( )( 3 =⋅ + + • H 2 SO 4 + Ca(OH) 2  CaSO 4 + 2H 2 O Por relación estequiométrica para neutralizar 98 g de H 2 SO 4 necesitamos 74 g de Ca(OH) 2 . Sabiendo que en las 20 toneladas de baño agotado de H 2 SO 4 , con una densidad de 1,20 kg/l, la concentración de H 2 SO 4 es 40 g/l: diat g g lg lkg diakg OHCa SOH OHCa SOH disl disl /503,0 98 74 ·/40 /20,1 /10·20 2 42 2 42 )( )( 3 =⋅ Tratamiento y Gestión de baños ácidos de Decapado 67 • FeSO 4 + Ca(OH) 2  CaSO 4 + Fe(OH) 2 Por relación estequiométrica para neutralizar 56 g de Fe 2+ necesitamos 74 g de Ca(OH) 2 . Sabiendo que en las mismas 20 toneladas de baño agotado de H 2 SO 4 la concentración de Fe 2+ es 100 g/l: diat g g lg lkg diakg OHCa Fe OHCa Fe disl disl /202,2 56 74 ·/100 /20,1 /10·20 2 2 2 2 )( )( 3 =⋅ + + • 2HNO 3 + Ca(OH) 2  Ca(NO 3 ) 2 + 2H 2 O Por relación estequiométrica para neutralizar 126 g (63*2) de HNO 3 necesitamos 74 g de Ca(OH) 2 . Sabiendo que en las 4 toneladas de baño agotado de HNO 3 , con densidad 1,15 kg/l, la concentración de HNO 3 es 40 g/l: diat g g lg lkg diakg OHCa HNO OHCa HNO disl disl /082,0 126 74 ·/40 /15,1 /10·4 2 3 2 3 )( )( 3 =⋅ • 2Fe(NO 3 ) 3 + 3Ca(OH) 2  3Ca(NO 3 ) 2 + 2Fe(OH) 3 Por relación estequiométrica para neutralizar 112 g (56*2) de Fe 2+ necesitamos 222 g (74*3) de Ca(OH) 2 . Sabiendo que en las mismas 4 toneladas de baño agotado de HNO 3 la concentración de Fe 2+ es 100 g/l: diat g g lg lkg diakg OHCa Fe OHCa Fe disl disl /689,0 112 222 ·/100 /15,1 /10·4 2 2 2 2 )( )( 3 =⋅ + + Consumo de hidróxido cálcico total: 2 ( ) 1,579 5,074 0,503 2,202 0,082 0,689 / Ca OH t dia + + + + + = 10,103 10,103 10,103 10,103 Tratamiento y Gestión de baños ácidos de Decapado 68 Parte de esta cantidad de Ca(OH) 2 que se necesita para el proceso de neutralización-precipitación lo adquirimos como subproducto de un proceso de fabricación de acetileno del cual se reciben al día 15 toneladas de lechada de cal con una densidad de 1,2 kg/l, en las cuales el Ca(OH) 2 está en una concentración de 200g/l, por lo tanto: diatlg lkg diakg OHCaOHCa disl disl /500,2/200 /20,1 /10·15 22 )()( 3 =⋅ 2 ( ) 10,130 2,500 / Ca OH t dia − = 7,630 7,630 7,630 7,630 cantidad de hidróxido cálcico que es necesario fabricar en la planta para poder realizar todo el proceso de neutralización. Producción de lechada de cal La lechada de cal que se tiene que preparar tendrá que asumir la misma concentración, 200 g/l, que la lechada proveniente de la fabricación de acetileno, para no causar problemas en los cálculos posteriores y, además, así poder almacenarla en el mismo lugar si fuese necesario. La cantidad de cal viva que se requiere se obtiene de forma estequiométrica a partir de la reacción de apagado: CaO + H 2 O → Ca(OH) 2 Como la reacción es mol a mol (56 g de CaO para obtener 74 de Ca(OH) 2 ) la cantidad de cal viva necesaria es: 2 ( ) 56 7,630 / · 5,774 / 74 Ca OH CaO t dia t dia = La cal viva comercial elegida para nuestro proceso productivo es la cal CL 90 Q clasificado de la empresa CALES DE PACHS, S.A. con una densidad aparente de 900 g/l y una pureza del 94,23%, por lo tanto la cal comercial necesaria será: Tratamiento y Gestión de baños ácidos de Decapado 69 100 5,774 / · / 94,23 CaOpura CaO t dia t dia =6,128 6,128 6,128 6,128 Sabiendo la cantidad de cal viva comercial necesaria para producir la lechada, ahora se calcula el agua que se tiene que utilizar para producir esta lechada. En la lechada final se debe tener 7,630 t de Ca(OH) 2 en una concentración de 200 g/l, por lo tanto la cantidad de lechada total será: lechada lechada puraOHCa puroOHCa m mkg kg 3 3 )( )( 3 149,38 /200 10·630,7 2 2= Como se ha dicho anteriormente, se necesita que la lechada producida tenga las mismas características que la recibida del proceso de acetileno, por lo que esta debe tener una densidad de 1,20 kg/l, obteniendo: 3 3 38,149 ·1,20 / 45,779 lechada lechada m t m t= Por una simple resta de la cantidad de lechada menos la cantidad de Ca(OH) 2 se obtiene el agua necesaria para conseguir la lechada requerida: 45,779 6,128 39,652 agua t − = Como la densidad del agua es 1 kg/l, se deben de utilizar 39,652 m 3 de agua para producir las 45,779 toneladas de lechada diarias. Características del apagador En el proceso que se está dimensionando se deben apagar 5,774 toneladas de cal viva, que realmente son 6,128 toneladas de cal comercial, por lo tanto teniendo en cuenta que el apagador exige inicialmente una relación cal-agua entre 3 y 5 partes de agua por una de cal, se escoge una relación media para el apagador de 4 partes de agua por 1 de cal, lo cual nos lleva a que se utilizaran unas 24,510 toneladas de agua(4·6,128). Tratamiento y Gestión de baños ácidos de Decapado 70 El apagador de tipo Slaker se puede adquirir en los siguientes tamaños disponibles: Para cargar en el apagador esta cal viva se emplazará en el silo de almacenamiento, un dosificador sinfín vibratorio con sistema de pesada (“Dosificador sinfín vibratorio `solids´ tipo DSV) que transporta esta cal desde el silo hasta el apagador. Tratamiento y Gestión de baños ácidos de Decapado 71 Características: • Diámetro nominal de la hélice: 80, 100, 150 mm • Longitudes de transporte: 500 - 2000 mm • Velocidad de dosificación volumétrica: 10 - 3000 dm 3 /h El tornillo dosificador que lleva la cal hasta al apagador lo hace a una velocidad máxima de 3 m 3 /h, o lo que es lo mismo 0,05m 3 /min, por lo que si se toma esta velocidad, a los 10 minutos habrá 0,5 m 3 de cal que son 450kg, ya que se asume para toda la cal que su densidad es de 900 kg/m 3 que es la proporcionada por el fabricante. 3 3 0,5 ·900 / 450 CaOcomercial CaO m kg m kg = Para 450 kg de cal necesitamos: 450·4 = 1800 kg de agua Por lo tanto en 10 minutos habrá un total de: 450+1800 = 2250 kg en el apagador Por lo que en una hora habría 2250·6 = 13500 kg Esto es más cantidad que la posible asumible por el apagador de mayor tamaño, por lo tanto se necesitará utilizar una velocidad del tornillo menor. Recalcular: Velocidad tornillo: 2 m 3 /h = 0,03 m 3 /min En 10 minutos  3 3 0,3 ·900 / 300 CaOcomercial CaO m kg m kg = Cantidad de agua en 10 minutos  300·4 = 1200 kg agua Total = 300+1200 = 1500 kg cada 10 minutos En 1 hora se gestionan: 1500·6 = 9000 kg  en este caso si es suficiente con el apagador de mayor tamaño (modelo 40.24). Tratamiento y Gestión de baños ácidos de Decapado 72 Si cada 10 minutos se apagan 300 kg de CaO y en total es necesario apagar 6,128 toneladas, el tiempo en realizar esta operación será de: 3 6,128·10 204,3min 3,4 300 /10min CaO kg h kg = = En total se tardan 204,3 + 10 minutos (que tarda en salir la primera cal apagada) = 214,3 minutos. Casi 4 horas (3,57 h) en realizar el apagado de forma continua. En total para el apagado de cal se han utilizado 24,510 toneladas de agua, sabiendo que la lechada que se requiere para el proceso tiene que tener unas características determinadas, se deben añadir: 39,652 m 3 – 24,510 m 3 = 15,142 m 3 de agua Para realizar esta dilución se utilizará un tanque de envejecimiento, donde se conseguirá la dilución completa de la lechada, y otro de almacenamiento, en el cual permanecerá la lechada hasta que sea utilizada para el proceso. El apagado de la cal se hace de forma continua durante 214,3 minutos, para que la dilución en el tanque de envejecimiento, también se haga de forma continua, se deben añadir 15,142 m 3 durante el mismo tiempo. Para ello se instalará una bomba de 4,2 m 3 /h, que comenzará a introducir agua en el tanque de envejecimiento a los 10 minutos de comenzar el apagado, momento que coincide con el comienzo de salida de cal apagada: 33 3 15,142 0,07 / min 4,21 / 214,3min m m m h = = Tratamiento y Gestión de baños ácidos de Decapado 73 Para conocer el volumen de los tanques que se necesitan tanto para el de envejecimiento como para el de almacenamiento, se calculan los volúmenes que tenemos en cada momento. Aproximadamente cada 10 minutos habrá: • 1,5 m 3 de lechada (0,3 m 3 de cal +1,2 m 3 de agua) • 0,70 m 3 de agua que se añaden. • Total = 2,2 m 3 de volumen para 10 minutos Por lo tanto en una hora se acumulan: • 9 m 3 de cal apagada(1,5 m 3 de lechada·6) • 4,2 m 3 de agua(0,70 m 3 ·6) • Total = 13,2 m 3 de lechada La lechada se dejará diluyendo en el tanque de envejecimiento otros 10 minutos diluyéndose, por lo que se comenzará a trasvasar al tanque de almacenamiento la lechada diluida a los 20 minutos de comenzar la operación de apagado. Para que ambos tanques no sean de gran tamaño, solo se trasvasará parte de la lechada al tanque de almacenamiento, instalándose una bomba que llevará la cal apagada hasta el tanque de envejecimiento, la cual tendrá que admitir el siguiente caudal. 3 3 3 3 3 6,128 31,318 6,808 24,510 9,2 / 3,4 0,9 / CaO tm m m m h h t m = + → = Y otra bomba para traspasar la lechada al tanque de almacenamiento desde el de envejecimiento, la cual estipulando que funcione durante un tiempo de 2 horas y media y que el flujo sea progresivo para que el tanque de envejecimiento nunca se quede vacio. Tratamiento y Gestión de baños ácidos de Decapado 80 Teniendo en cuenta la teoría de agitación, se instalarán agitadores de dos palas planas que tendrán un diámetro de rodete del 60% del diámetro del tanque y una relación diámetro/anchura, D a /W=6. Para poder determinar la potencia del agitador, primero se calcula el número de Reynolds para saber en qué rango se trabaja. Tanques de 21 m 3 Como el Reynolds es mayor de 10.000 tenemos flujo turbulento y se calcula la potencia a partir de K T , como la relación D a /W=6 el valor de K T = 1,7. Características del agitador Diámetro del rodete, D a = 1,8 m Anchura de las palas, W = 0,3 m Distancia hasta el fondo del tanque, E = D a = 1,8 m Se instala un agitador vertical con motor reductor de la empresa Induvalma S.L. modelo S.S.C. 30-40, que proporciona una potencia máxima de 15 kW. Datos D t 3m D a 1,8m N 30 rpm = 0,5 rps Ρ 1,20·10 3 kg/m 3 µ 1,102·10 - 3 kg/m·s g c 9,8067 kg·m/kg f ·s 2 6 Re 1,76·10 a D N N ρ µ = = 3 5 f kg ·m 491,34 s T a c K N D g ρ = = = P 4,82kW Tratamiento y Gestión de baños ácidos de Decapado 81 Tanque de 14 m 3 Como el Reynolds es mayor de 10.000 tenemos flujo turbulento y se calcula la potencia a partir de K T , como la relación D a /W=6 el valor de K T = 1,7. Características del agitador Diámetro del rodete, D a = 1,5 m Anchura de las palas, W = 0,25 m Distancia hasta el fondo del tanque, E = D a = 1,5 m Se instala un agitador vertical con motor reductor de la empresa Induvalma S.L. modelo S.S.C. 12-17, que proporciona una potencia máxima de 7,5 kW. Para poder utilizar la constante K T en todos los casos se deben instalar cuatro deflectores de una anchura(J) igual al 10% del diámetro del tanque. Por lo tanto la anchura de estos será de 0,3 m en el caso de los tanques de 21 m 3 y de 0,25 m para el tanque de 14 m 3 . Datos D t 2,5m D a 1,5m N 30 rpm = 0,5 rps Ρ 1,20·10 3 kg/m 3 µ 1,102·10 - 3 kg/m·s g c 9,8067 kg·m/kg f ·s 3 5 f kg ·m 197,46 s T a c K N D g ρ = = = P 1,94kW 2 6 Re 1,23·10 a D N N ρ µ = = Tratamiento y Gestión de baños ácidos de Decapado 82 REACCIÓN DE NEUTRALIZACIÓN-PRECIPITACIÓN Como ya se ha explicado el proceso se basa en la neutralización de los baños ácidos de decapado que llegan de una planta cercana. La neutralización se lleva a cabo con lechada de cal parte, preparada anteriormente y parte que procede del proceso de acetileno. Datos: t ρ m 3 Total m 3 Baño HCl HCl 48 1,25 38,400 71,665 Ca(OH) 2 6,653 0,2 33,265 Baño H 2 SO 4 H 2 SO 4 20 1,2 16,667 30,196 Ca(OH) 2 2,706 0,2 13,529 Baño HNO 3 HNO 3 4 1,15 3,478 7,334 Ca(OH) 2 0,771 0,2 3,856 El volumen total a gestionar es de 109,194 m 3 , pero como se puede observar los volúmenes individuales son muy dispares, siendo aproximadamente 10 veces más la cantidad de ácido clorhídrico a gestionar que la de nítrico. Debido a este gran volumen de tratamiento y que se ha establecido hacer la neutralización en un turno de 7 horas y media al día, y por supuesto de una forma discontinua, los reactores elegidos para dimensionar el proceso y estudiar las posibles opciones son reactores de 15m 3 de volumen. Se establecen 7 horas y media debido a que el filtrado que es necesario realizar a continuación de la neutralización necesita media hora a mayores después de la última etapa de reacción, por ello se resta esa media hora para terminar la neutralización y la filtración en un turno de 8 horas. Tratamiento y Gestión de baños ácidos de Decapado 83 Para el estudio de las distintas posibilidades de etapas de reacción, se tiene que conocer el tiempo de residencia de la neutralización. Para un proceso de neutralización básico el tiempo de residencia en el reactor de neutralización, del residuo y del agente neutralizante, oscila entre 5 y 15 minutos, para que la reacción sea efectiva. Sin embargo, la lechada de cal presenta una lenta velocidad de reacción en comparación con otros productos químicos utilizados en reacciones de neutralización, a pesar de ello, en este tipo de industrias es el neutralizador más utilizado debido a su bajo coste. Teniendo en cuenta estos factores y la formación de precipitados, el tiempo de residencia en el reactor se va a establecer en 20 minutos. Opción 1 Se realizan 2 etapas de reacción siendo el tiempo total de reacción 40 minutos. Un turno de 7 horas y media son 450 minutos por lo tanto para esta opción tenemos: 410 102,5 4 =minutos para cada etapa de llenado y de vaciado Para el caso del baño de ácido clorhídrico se calculará la forma de realizar las cargas de la forma más uniforme posible. Para que sea más completa la carga conjunta de baño de ácido sulfúrico y de ácido nítrico, en las dos cargas anteriores de sulfúrico se gestionaran 12 m 3 quedando 6,196 m 3 para la conjunta. Volumen por tanda de reacción para el ácido clorhídrico: 3 3 tan 71,665 14,333 5tan m da m das = Tratamiento y Gestión de baños ácidos de Decapado 84 Opción 2 Se realizan 3 etapas de reacción siendo el tiempo total de reacción 60 minutos. Un turno de 7 horas y media son 450 minutos por lo tanto para esta opción tenemos: 390 65 6 =minutos para cada etapa de llenado y de vaciado Se dividen las cargas como en la primera opción para conseguir tandas más uniformes. Tratamiento y Gestión de baños ácidos de Decapado 85 Opción 3 Se realizan 4 etapas de reacción siendo el tiempo total de reacción 80 minutos. Un turno de 7 horas y media son 450 minutos por lo tanto para esta opción tenemos: 370 46,25 8 =minutos para cada etapa de llenado y de vaciado Esta opción no es viable porque el tiempo restante para las etapas de llenado y vaciado es muy pequeño y conllevaría bombas de un tamaño excesivo. Conclusión La opción 3 queda descartada debido a los inconvenientes de tiempo que existen, por lo tanto a partir de ahora se estudiará la viabilidad entre las otras dos opciones. En ambos casos ha de instalarse un reactor a mayores para no superar el tiempo estipulado si alguno de los reactores estuviera fuera de servicio. Haciendo unos cálculos aproximados, la bomba para extraer el baño ya neutralizado de HCl, que sería la de mayor tamaño, tendría que tener una capacidad de unos 13,5 m 3 /h, para la opción 2, mientras que con la opción 1, la misma bomba sería de 9 m 3 /h. Lo cual no es una diferencia muy grande en cuanto a coste de la bomba y habría que tener en cuenta que se necesita una menos para la opción 2. Otro factor a favor de la segunda opción es que se podría decir que se aprovechan más los reactores ya que se utilizan para tres etapas de reacción en vez de para únicamente dos. Como ya se ha mencionado los productos de reacción luego pasan a una fase de filtrado, por lo tanto para cada opción se generarán: Tratamiento y Gestión de baños ácidos de Decapado 86 Volumen máximo Opción 1 HCl 42 m 3 H 2 SO 4 + HNO 3 25,5 m 3 Opción 2 HCl 28 m 3 H 2 SO 4 + HNO 3 13,5 m 3 Si se tienen en cuenta la instrumentación de la fase de separación como la base para la elección del número de reactores, hay que concluir que la opción 2 es la mejor, ya que un volumen menor a filtrar es una ventaja a la hora de diseñar el filtro. Por lo tanto el proceso quedaría de la siguiente manera: 1 1 2 3 4 4 4 5 5 5 HCl H 2 SO 4 HNO 3 Tratamiento y Gestión de baños ácidos de Decapado 87 Bombas 1: llevan los baños de HCl hasta los reactores, el caudal necesario es de 7,3 m 3 /h Bombas 2: llevan los baños de H 2 SO 4 hasta los reactores, el caudal necesario es de 6,3 m 3 /h Bombas 3: llevan los baños de HNO 3 hasta los reactores, el caudal necesario es de 6,5 m 3 /h Bombas 4: llevan la lechada de cal hasta los reactores, el caudal necesario es de 6,3 m 3 /h Bombas 5: llevan los baños neutralizados desde los reactores hasta los filtros prensa el caudal máximo necesario es de 13,5 m 3 /h. Dimensiones de los Reactores Como se ha elegido, los reactores tendrán un volumen de 15 m 3 , y sabiendo que tendrán que llevar agitadores, se elegirá un diámetro que proporcione una altura factible para que la relación entre ambos sea cercana a 1 consiguiendo una buena agitación. Por ello se han elegido reactores de 2,5 m de diámetro y por lo tanto 3,1m de altura. La altura del líquido y la relación de esta con el diámetro, será en cada caso: 2 · · V r H π = Neutralización de baño de HCl: 14,333 m 3 en cada tanda H = 2,9m  H/D = 1,17 Neutralización de baño de H 2 SO 4 : 12 m 3 en cada tanda H = 2,4m  H/D = 0,98 Neutralización conjunta del baño de H 2 SO 4 y HNO 3 : 13,530 m 3 en cada tanda H = 2,8m  H/D = 1,10 Tratamiento y Gestión de baños ácidos de Decapado 88 En todos los casos para un diámetro de 2,5 m se mantiene una buena relación con la altura de líquido para la instalación del agitador. Por lo que se afirma que ese diámetro es una buena elección. Diseño del Agitador El agitador elegido para este proceso será del tipo turbina con 6 palas curvas, y una velocidad de 100 rpm. Se han escogido estas características iniciales ya que al producirse la reacción de neutralización los hidróxidos de hierro precipitan en forma de pasta y por lo tanto será necesaria una agitación más vigorosa, que en el caso de la lechada. En el caso de agitadores de turbina el diámetro de rodete tiene que estar entre un 30-50% del diámetro del tanque, eligiéndose en este caso una relación del 30% y una relación diámetro/anchura, D a /W=6. Para poder determinar la potencia del agitador, primero se calcula el número de Reynolds para saber en qué rango se trabaja. Como el Reynolds es mayor de 10.000 tenemos flujo turbulento y se calcula la potencia a partir de K T , para un rodete de turbina con 6 palas curvas el valor de K T = 4,8. Datos D t 2,5 m D a 0,75 m N 100 rpm = 1,67 rps Ρ 1,20·10 3 kg/m 3 µ 1,102·10 - 3 kg/m·s g c 9,8067 kg·m/kg f ·s 3 5 f kg ·m 645,29 s T a c K N D g ρ = = = P 6,33kW 2 6 Re 1,02·10 a D N N ρ µ = = Tratamiento y Gestión de baños ácidos de Decapado 89 Características del agitador Diámetro del rodete, D a = 0,75 m Anchura de las palas, W = 0,125 m Distancia hasta el fondo del tanque, E = D a = 0,75 m Se instala un agitador vertical con motor reductor de la empresa Induvalma S.L. modelo S.S.C. 30-40, que proporciona una potencia máxima de 15 kW. Para poder utilizar la constante K T se deben instalar cuatro deflectores de una anchura(J) igual al 10% del diámetro del tanque. Por lo tanto la anchura de estos será de 0,25 m. Entalpía de Reacción Para saber si los reactores tienen que llevar un encamisado se han calculado las entalpias de reacción que se producen para cada uno de los baños. Entalpías de formación Reactivos ∆H o f (kcal/mol) Productos ∆H o f (kcal/mol) HCl -39,9 H 2 O -68,3 FeCl 2 -100 Fe(OH) 2 -135,9 H 2 SO 4 -212 Fe(OH) 3 -197 FeSO 4 -236,2 CaCl 2 -209,15 HNO 3 -49,2 CaSO 4 -358,73 Fe(NO 3 ) 3 -165,5 Ca(NO 3 ) 2 -228,29 Ca(OH) 2 -239,2 Tratamiento y Gestión de baños ácidos de Decapado 96 En esta reacción el único producto se precipita es el Fe(OH) 3 , manteniéndose el nitrato cálcico en disolución. Por lo tanto por cada 4 t de baño neutralizado se obtienen 0,665 toneladas de precipitados. Por lo tanto la cantidad total de precipitados en la neutralización conjunta es de 2,235 toneladas por tanda, siendo la concentración: 3 3 2,235 0,164 / 13,620 tt m m= = 164,10 164,10 164,10 164,10 g l por tanda de reacción. El volumen es la suma de: • Volumen de baño ácido de H 2 SO 4 : 3,420 m 3 . • Volumen de lechada de cal: 2,776 m 3 . • Volumen de baño ácido de HNO 3 : 3,478 m 3 . • Volumen de lechada de cal: 3,856 m 3 . • Volumen de agua formada total: 0,090 m 3 . Caudal de suspensión por tanda y reactor: 33 3 13,530 0,150 / min 0,003 / 90min m m m s = = Características del filtro Como se puede observar los precipitados obtenidos son en gran parte productos férricos y, además, se obtienen grandes cantidades de ellos. Estas características tan propicias para el filtrado hacen que el filtrado completo pueda realizarse en un tiempo menor de 60 minutos. Si se tiene en cuenta que se poseen 85 minutos entre etapas de reacción, habrá tiempo suficiente para efectuar el filtrado entre etapa y etapa, consiguiendo así realizar la neutralización y la filtración al mismo tiempo y en un turno de 8 horas. Tratamiento y Gestión de baños ácidos de Decapado 97 Con las características de filtrado antes mencionadas, se ha decidido instalar 4 filtros prensa, 2 iguales para cada reactor que trabaja con el baño agotado de HCl, debido a que filtrar ambas tandas en un mismo filtro no es posible ya que el proceso de llenado del filtro no se haría correctamente debido a que el flujo procede de dos reactores distintos, otro filtro únicamente para las dos tandas que se hacen de H 2 SO 4 y otro para el baño conjunto de H 2 SO 4 y HNO 3 . Estos dos últimos filtros tampoco podrían quedarse en uno debido a que la concentración de sólidos es distinta y por lo tanto las características del filtro también. Los 4 filtros están diseñados para unas dimensiones de las placas de 1,35 x 1,35, de ancho y largo, y con un espesor para las tortas de 40mm, además de establecer una humedad de la torta del 20%. Las propiedades de los filtros para cada baño han sido proporcionadas por la empresa a la que se le solicitan los filtros prensa. Filtro para el baño neutralizado de HCl Filtro APN 16 Q Nº de tortas Superficie filtrante (m 2 ) Sólidos torta (g/l) Volumen torta (l) Sólidos torta (kg) Duración del ciclo (min) Producción de materia seca (kg/h) 4 14,6 1201 292 350 18 1167 Tratamiento y Gestión de baños ácidos de Decapado 98 Filtro para el baño neutralizado de H 2 SO 4 Filtro APN 16 M10 Nº de tortas Superficie filtrante (m 2 ) Sólidos torta (g/l) Volumen torta (l) Sólidos torta (kg) Duración del ciclo (min) Producción de materia seca (kg/h) 10 36,5 1161 729 847 18 2822 Filtro para el baño neutralizado de H 2 SO 4 + HNO 3 Filtro APN 16 M12 Nº de tortas Superficie filtrante (m 2 ) Sólidos torta (g/l) Volumen torta (l) Sólidos torta (kg) Duración del ciclo (min) Producción de materia seca (kg/h) 12 43,7 1147 875 1003 29,7 2027 Como se observa la producción por ciclo es menor que la necesaria ya que en estos filtro a menor tiempo de ciclo de filtrado mayor producción. Por lo tanto solo habrá que terminar el ciclo cuando la concentración de sólidos en la torta sea la apropiada. Un equipo fundamental dentro del sistema de filtración instalado es la bomba de lodos, necesaria para un llenado correcto de las cámaras sin producir presiones diferenciales entre las cámaras, y para extraer todo el filtrado y obtener una torta lo más seca posible. En los cuatro filtros que se instalan la bomba elegida es el modelo APN SIX6CS, ofreciendo en cada caso: Tratamiento y Gestión de baños ácidos de Decapado 99 Presión nominal (m 3 /h) Tiempo de llenado (s) Tiempo de bombeo de filtrado (min) Baño HCl 20 52 12,2 Baño H 2 SO 4 20 131 10 Baño H 2 SO 4 + HNO 3 20 157 18,2 Cuando este proceso de filtración termine, las tortas de todas las filtraciones se almacenan para la recogida por parte de la industria cementera que las requiera. El filtrado de los baños de H 2 SO 4 y el baño de H 2 SO 4 + HNO 3 será evacuado como aguas residuales de la planta, mientras que el filtrado del baño de HCl se llevará a un depósito pulmón en el cual permanecerá hasta el día siguiente para pasar al proceso de evaporación. PROCESO DE CONCENTRACIÓN En el proceso de neutralización del baño de ácido clorhídrico se han obtenido precipitados de hidróxidos de hierro y un filtrado que es una disolución acuosa de cloruro cálcico, como se ha visto en el proceso de filtración anterior. Esta disolución acuosa de cloruro de calcio va a pasar a un proceso de evaporación en el cual se consigue aumentar su concentración a un nivel suficiente para poder proceder a su venta. Tratamiento y Gestión de baños ácidos de Decapado 100 Depósito Pulmón Todo el proceso hasta este momento ha sido discontinuo, por lo que el filtrado logrado se va obteniendo en tandas, por lo tanto para facilitar el proceso de evaporación y poder realizar este de forma continua se instala un depósito pulmón en el que se almacena el filtrado hasta que se complete la fase de filtración. Este depósito permite que el filtrado obtenido de las 5 etapas de reacción de neutralización, pase al completo al evaporador. Se procede a calcular los productos obtenidos en la neutralización del baño agotado de HCl para conocer el volumen de filtrado. • 2HCl + Ca(OH) 2  CaCl 2 + 2H 2 O Por relación estequiométrica con 73 g (36*2) de HCl se forman 110 g de CaCl 2 y 36 g (18*2) de H 2 O. Sabiendo que en las 48 toneladas de baño agotado de HCl, con densidad 1,25 kg/l, la concentración de HCl es 40 g/l: 2 2 3 110 48·10 / 40 / · 2,347 / 1,25 / 73 CaCl disl HCl CaCl disl HCl g kg dia g l t dia kg l g ⋅ = 2 2 3 36 48·10 / 40 / · 0,768 / 1,25 / 73 H O disl HCl H O disl HCl g kg dia g l t dia kg l g ⋅ = • FeCl 2 + Ca(OH) 2  CaCl 2 + Fe(OH) 2 Por relación estequiométrica con 56 g de Fe 2+ se forman 110 g de CaCl 2 y 90 g de Fe(OH) 2 . Sabiendo que en las mismas 48 toneladas de baño agotado de HCl la concentración de Fe 2+ es 100 g/l: 2 22 2 3110 48·10 / 100 / · 7,543 / 1,25 / 56 CaCl disl CaCl Fe disl Fe g kg dia g l t dia kg l g + + ⋅ = Tratamiento y Gestión de baños ácidos de Decapado 101 2 22 2 3( ) ( ) 90 48·10 / 100 / · 6,171 / 1,25 / 56 Fe OH disl Fe OH Fe disl Fe g kg dia g l t dia kg l g + + ⋅ = En total se tiene en disolución: 9,890 (2,347 + 7,543) toneladas de CaCl 2 más 0,768 t de agua. Volumen total: • Volumen de baño agotado: 3 48·10 / 38400 / 1,25 / disl disl kg dia l dia kg l = • Volumen de lechada utilizada: 2 2 3( ) 3 3 ( ) 6,653·10 33,26 33265 200 / Ca OH Ca OH kg m l kg m = = • Volumen de agua formada: 0,768 t =768 l Volumen Total = 72432,76 litros 2 3 9,890·10 0,092 / 0,092 / ·100 9,2% 72432,76 CaCl kg kg l g ml l = = = = 2 Concentración de CaCl El volumen total a almacenar es 72433 litros al día, teniendo en cuenta el factor de seguridad (75330 litros) y para obtener una relación altura-diámetro del tanque no muy lejana a 1, se instala un depósito de 4,5 metros de diámetro y 4,7 metros de altura, obteniendo un tanque de 75,5 m 3 de capacidad. 3 2 2 2 75,5 · · 4,7 · ·2,25 V m V r h h m r ππ π = → = = = La relación altura/diámetro es de 1,05 por lo que si fuese necesario poner un agitador en algún momento sería una relación muy buena para ello. Tratamiento y Gestión de baños ácidos de Decapado 102 El filtrado permanecerá en el depósito pulmón hasta el día siguiente que ya será procesado, por lo que estará cerrado en la parte superior por la cual llegará la tubería de alimentación alimentada por una bomba de 12,3 m 3 /h, ya que en cada tanda de reacción es necesario bombear 14,333 m 3 de filtrado en un tiempo estipulado en 70 minutos. Existirán dos bombas con estas características, una por cada filtro. 33 3 14,333 0,25 / min 12,3 / 70min m m m h = = El tanque debe estar cerrado ya que, como se ha explicado es un producto higroscópico, por lo que absorbe agua con facilidad. Evaporador Como la solución de cloruro de calcio que se obtiene de los filtrados tiene una concentración de un 9,2% y la concentración mínima para su venta debe ser de un 35%, se procede a una etapa de evaporación en la cual se consigue esta concentración deseada. Diseño del evaporador Para el caso de este proyecto se va instalar un evaporador de paso múltiple con 3 efectos de tubos verticales en el cual se introducen 24000 kg/h de disolución que contiene el 9,2 % de sólidos a una temperatura ambiente de 21 ºC, el flujo de entrada son 24000 kg/h debido a que si el evaporador trabaja 3 horas se obtienen 72000 kg que es aproximadamente la cantidad de filtrado que se obtiene. Tratamiento y Gestión de baños ácidos de Decapado 103 Así mismo se debe retirar la disolución cuando la concentración de sólidos llegue al 35% en el tercer efecto, en el cual se establece que se encontrará a un presión de 0,13 bar. Para el proceso se dispone de vapor de agua saturado a la presión absoluta de 2 bar. El calor específico de la disolución para todas las concentraciones se considera igual al agua, 1 kcal/kg ºC. Como se instalan evaporadores de tubos verticales con circulación natural y como en el primer efecto se necesita más transferencia de calor que en el segundo y este mayor que en el tercero, se estipulan unos coeficientes globales de transmisión de calor de 2900, 2000 y 1100 kcal/m 2 ·h·ºC para el primer efecto, segundo y tercero, respectivamente. Datos: Tratamiento y Gestión de baños ácidos de Decapado 104 El vapor de agua saturado que se introduce está a una presión de 2 bar, por lo tanto la temperatura de ebullición es de 120,2ºC y el calor latente es de 525,9 kcal/kg. Como el tercer efecto está a una presión de 0,13 bar la temperatura de ebullición es de 51ºC y el calor latente es de 568,44 kcal/kg. El valor del calor específico será el mismo para todas las disoluciones. Balance de materia al soluto: 3 3 3 3 · · 24000 / · 0,092 ·0,35 6308,6 / ff m x m x kg h m m kg h • • • • = → = → = DATOS DEL PROCESO X f 0,092 X 3 0,35 m f (kg/h) 24000 λ s (kcal/kg) 525,9 λ 3 (kcal/kg) 568,44 T s 120,2 T f (ºC) 21 T 3 (ºC) 51 Cp (kcal/kg·ºC) 1 U 1 (kcal/m 2 ·h·ºC) 2900 U 2 (kcal/m 2 ·h·ºC) 2000 U 3 (kcal/m 2 ·h·ºC) 1100 Tratamiento y Gestión de baños ácidos de Decapado 105 Para obtener 3 efectos con el mismo área de calefacción se procede a estipular distintos valores de diferencias de temperatura entre estos, y así calcular el área, sino no estuviesen las tres áreas calculadas cercanas al valor medio, se varían los valores ∆T de para cada efecto y se vuelve a recalcular. 1ª iteración Se sabe que el primer efecto debe tener la mayor caída de temperatura debido a que su coeficiente es menor. Por otra parte, puesto que el primer efecto tiene que realizar un trabajo adicional de calentamiento, su caída de temperatura tiene que ser mayor que la del segundo. Teniendo en cuenta estas características básicas se toman los valores: ∆T 1 = 23ºC ; ∆T 2 = 18ºC Para estos valores de diferencia de temperatura se obtienen los siguientes resultados de temperaturas y calores latentes en cada efecto. ∆T 1 = T s – T 1  T 1 = T s - ∆T 1 = 120,2 – 23 = 97ºC ∆T 2 = T 1 – T 2  T 2 = T 1 - ∆T 2 = 97 – 18 = 79ºC ∆T 3 = T 2 – T 3 = 79 – 51 = 28ºC Temperatura Calor latente T s = 120,2 ºC λ s = 525,9 kcal/kg T 1 = 97 ºC λ 1 = 541 kcal/kg T 2 = 79 ºC λ 2 = 552 kcal/kg T 3 = 51 ºC λ 3 = 568,4 kcal/kg Despejando de las ecuaciones del balance de calor: Tratamiento y Gestión de baños ácidos de Decapado 112 una de estas partidas integrantes del capital inmovilizado como un porcentaje del valor de la partida de “Equipo”, X. De esta forma, el capital inmovilizado, I, será la suma de las partidas detalladas en el presupuesto, más la partida de Equipo, más el resto de las partidas calculadas por porcentajes. Partida de Presupuesto Partida de Equipo Los precios de los equipos son calculados a partir de sus características básicas en la página web www.matche.com en la cual se ofrecen los importes de equipos de una forma estandarizada y sencilla: PRESUPUESTO DE EQUIPOS Resumen Precio Cantidad Importe PRESUPUESTO DE PLANTA Resumen Precio Importe Edificación y Rehabilitación 712.413,06 € 712.413,06 € Urbanización 28.837,12 € 28.837,12 € Seguridad y Salud 13.399,84 € 13.399,84 € Gestión de Residuos 55,62 € 55,62 € Equipos 1.195.439,30 € 1.195.439,30 € TOTAL 1.950.144,94 € Tratamiento y Gestión de baños ácidos de Decapado 113 Apagador de cal 54.100,35 1,00 54.100,35 Tornillo Sin fin 3.250,05 1,00 3.250,05 Silo cal de cal viva 16.700,15 1,00 16.700,15 Tanque de almacenamiento de 40 m 3 39.200,25 3,00 117.600,75 Tanque de almacenamiento de 7,5 m 3 10.817,25 1,00 10.817,25 Tanque de almacenamiento de 21 m 3 19.200,67 2,00 38.401,34 Tanque de almacenamiento de 14 m 3 14.400,14 1,00 14.400,14 Reactor de 15 m 3 56.863,21 4,00 227.452,84 Filtro prensa de 4 placas 82.712,81 2,00 165.425,62 Filtro prensa de 10 placas 123.512,02 1,00 123.512,02 Filtro prensa de 12 placas 131.112,92 1,00 131.112,92 Depósito Pulmón de 75 m 3 17.521,46 1,00 17.521,46 Evaporador 215.935,77 1,00 215.935,77 Bombas centrífugas 3.700,54 16,00 59.208,64 TOTAL 1.195.439,30 € Válvulas y Accesorios Se estima un 10% de la partida “Equipo”, debido a que la mayoría de las válvulas ya se encuentran contabilizadas en el precio de cada equipo: Válvulas y Accesorios: 0,10· 119.543,,93€ X = Instrumentación y Control Tratamiento y Gestión de baños ácidos de Decapado 114 El precio de la instrumentación y control se estima un 10% de la partida “Equipo”: Instrumentación y Control : 0,10· 119.543 ,93€ X = Instalación Eléctrica La instalación eléctrica se estima un 10% de la partida “Equipo”: Instalación eléctrica : 0,10· 119.543,93€ X = Parcela La parcela tendrá una superficie de 10000 m 2 , el precio del metro cuadrado está a 6€/m 2 : 2 2 Parcela : 6€/m ·10.000 60.000€ m= Honorarios del proyecto y Dirección de obra El valor de esta partida, se estima en un 10% del Capital Físico, el cual, es la suma de todas las partidas: Capital Físico = 1.950.089,32€ Honorarios y dirección de obra : 0,10 · 1.950.089,32 195.008,93€ = Contratista El valor de esta partida se estima en un 5% del Capital Directo, el cual es la suma del Capital físico más la partida de “Honorarios del proyecto y dirección de obra”: Tratamiento y Gestión de baños ácidos de Decapado 115 Capital Directo = 2.145.098,25€ Contratista : 0,05 · 2.145.098,25 107.254 ,91€ = TOTAL INMOVILIZADO Como se ha explicado el total del Inmovilizado es la suma de todas las partidas: = 1.950.144,94+119.543,93+119.543,93+119 .543,93 +60.000 195.008,93 107.254,91+ + = 2.671.040,57€ 2.671.040,57€ 2.671.040,57€ 2.671.040,57€ Inmovilizado, I Costes de operación Comprenden las disponibilidades del capital necesario para que una vez que la planta se encuentre instalada y puesta en marcha, pueda operar a los niveles previstos en los estudios técnicos-económicos. Estimación del capital circulante El capital circulante o costes de operación puede estimarse sumando: • Costes de materias primas y servicios • Costes de mantenimiento • Costes de personal Costes de materias primas y servicios Cal viva €/kg 8,50 kg/día 6.128,00 Días/año 240 €/año 12.501.120 € Tratamiento y Gestión de baños ácidos de Decapado 116 Potencia €/kWh 0,15 kWh/día 17.181,63 Días/año 240 €/año 618.538,80 € Agua €/m 3 2 m 3 /día 49,65 Días/año 240 €/año 23.832,00€ Combustible €/l 1 l/día 474,35 Días/año 240 €/año 113.844,72 € Costes del personal Ingenieros Ingenieros 4 €/mes 4000€ 14 pagas al año €/año 224.000,00 € Operarios Operarios 16 €/mes 2500€ 14 pagas al año €/año 560.000,00 € Costes de mantenimiento €/día 15 Días/año 240 €/año 3600,00 € Tratamiento y Gestión de baños ácidos de Decapado 117 TOTAL 14.044.935,52€ Capital Total El capital total es la suma del inmovilizado más el capital circulante: = 2.671.040,57€ 14.0440935,52€ + = Capital Total 16.715.976,09€ 16.715.976,09€ 16.715.976,09€ 16.715.976,09€ INGRESOS En el caso de esta planta se obtienen dos fuentes de ingresos, una por la gestión de los baños agotados de decapado y, otra, por la venta de solución de cloruro de calcio. Estimación de ingresos anuales Gestión de Baños ácidos €/t 120,00 t/día 72,00 €/día 8.640,00 días/año 240 €/año 2.073.600,00€ Producción de Cloruro Cálcico €/l 3,25 l/día 17.500,00 €/día 5.875,00 días/año 240 €/año 13.650.000,00€ TOTAL 15.723.600,00 € Tratamiento y Gestión de baños ácidos de Decapado 118 CÁLCULO DE LA RENTABILIDAD La rentabilidad se calcula a través del método del VAN (Valor Actualizado Neto), con el cual se pretende saber el valor total real de los flujos de caja anuales que genera la inversión realizada para determinar la viabilidad de la misma (siempre que el resultado sea positivo). En este caso se va a estudiar el retorno económico para un horizonte temporal de 20 años. Además se ha tenido en cuenta que la inversión inicial (desembolso del capital inmovilizado) se lleva a cabo gracias a un préstamo solicitado por el total del importe, considerando un tipo interés del 7% anual (tasa actual de mercado), a devolver de forma lineal durante toda la vida presupuestada de la inversión (20 años). Condiciones del préstamo Se considera que cada año se devuelve un 5% del Capital Prestado solicitado, de forma que al final de los 20 años de la inversión se ha amortizado por completo el préstamo recibido. Préstamo pendiente: es la cantidad pendiente de devolver al inicio de cada ejercicio sobre el préstamo solicitado, una vez restadas las devoluciones de los ejercicios anteriores. Intereses: se calcula aplicando el 7% de tasa de interés sobre el Préstamo Pendiente en cada ejercicio. Cálculo del VAN (VALOR ACTUALIZADO NETO) Para el cálculo del VAN se agregan distintos resultados que se explican a continuación: EBITDA: Earnings Before Interest, Taxes, Depreciation, and Amortization (beneficio antes de pagar impuestos e intereses y de aplicar la amortización). Es la diferencia entre los ingresos y los costes de operación anuales. Tratamiento y Gestión de baños ácidos de Decapado 119 Amortización: es la estimación de la depreciación de la planta y los equipos (Capital Inmovilizado) que anualmente se produce por el desgaste provocado por su uso diario. En este caso se considera que el desgaste es de un 10% anual sobre el valor inicial de la inversión, y por lo tanto, contablemente la depreciación se produce en un total de 10 años. EBIT: Earnings Before Interest, Taxes (beneficio descontando la amortización pero antes del pago de intereses e impuestos) Resulta de restar la amortización anual al EBITDA Beneficio Bruto: se calcula restando los intereses al EBIT Taxes (Impuestos): son el resultado de pagar, de acuerdo al Impuesto de Sociedades, un 30% del Beneficio Bruto anual obtenido. Beneficio Neto: es el resultado de restar al beneficio bruto el pago de impuestos. Es un beneficio contable, pero no un beneficio real, puesto que en él se tiene en cuenta la Amortización (concepto contable pero que no genera ningún flujo de tesorería), mientras que no se tiene en cuenta la salida de tesorería que implica la devolución anual del préstamo. Cash Flow (Flujo de Caja): es la diferencia entre todas las entradas y salidas reales de la tesorería de la empresa (ingresos menos pagos). Se calcula sumando la amortización al Beneficio Neto contable y restando el pago de la devolución del préstamo. Flujo de Caja Actualizado: es el flujo de caja anual valorado a día de hoy, al comienzo de la inversión, es decir, en el momento cero. Se fundamenta en la pérdida de valor real del dinero por el efecto de la inflación, es decir, en la teoría de que un euro de cualquier momento futuro vale menos que un euro del momento presente por la pérdida de valor adquisitivo que supone el encarecimiento general de los precios. Tratamiento y Gestión de baños ácidos de Decapado 120 Para su cálculo se “descuenta” el resultado de caja total de cada ejercicio utilizando como tasa la inflación, estimada en un 3%, de acuerdo a la media de los últimos 20 años en la Unión Europea. Con ello se obtiene el valor actual de cada beneficio anual, para poder agregarlo y compararlo con la inversión inicial realizada en un mismo momento temporal. VAN (Valor Actual Neto): es el sumatorio de los Flujos de Caja Actualizados de cada año, de manera que equivale al total de beneficio real obtenido durante los 20 años de la inversión. Un proyecto es rentable siempre que este resultado sea positivo, es decir, los ingresos generados cada año de manera acumulada permitan compensar la inversión inicial realizada (Capital Inmovilizado) y los gastos recurrentes generados cada año (Capital Circulante) para la posible obtención de los ingresos. TIR (Tasa Interna de Rentabilidad): es una medida de la rentabilidad neta anualizada del proyecto. Tratamiento y Gestión de baños ácidos de Decapado 121 Año Inversión Inicial Costes Ingresos EBITDA Amortización EBIT Intereses BºBruto TAX BºNeto Devolución Préstamo Préstamo Pendiente Cash Flow FCA 0 2.671.040,6 €- 2.671.040,57 € 2.671.040,57 €- 2.671.040,57 €- 1 14.044.936 € 15.723.600 € 1.678.664 € 267.104 € 1.411.560 € 186.973 € 1.224.588 € 367.376 € 857.211 € -133.552 € 2.537.489 € 990.763 € 961.906,15 € 2 14.044.936 € 15.723.600 € 1.678.664 € 267.104 € 1.411.560 € 177.624 € 1.233.936 € 370.181 € 863.755 € -133.552 € 2.403.937 € 997.307 € 940.057,86 € 3 14.044.936 € 15.723.600 € 1.678.664 € 267.104 € 1.411.560 € 168.276 € 1.243.285 € 372.985 € 870.299 € -133.552 € 2.270.384 € 1.003.851 € 918.666,27 € 4 14.044.936 € 15.723.600 € 1.678.664 € 267.104 € 1.411.560 € 158.927 € 1.252.634 € 375.790 € 876.843 € -133.552 € 2.136.832 € 1.010.395 € 897.723,30 € 5 14.044.936 € 15.723.600 € 1.678.664 € 267.104 € 1.411.560 € 149.578 € 1.261.982 € 378.595 € 883.388 € -133.552 € 2.003.280 € 1.016.940 € 877.220,98 € 6 14.044.936 € 15.723.600 € 1.678.664 € 267.104 € 1.411.560 € 140.230 € 1.271.331 € 381.399 € 889.932 € -133.552 € 1.869.728 € 1.023.484 € 857.151,39 € 7 14.044.936 € 15.723.600 € 1.678.664 € 267.104 € 1.411.560 € 130.881 € 1.280.679 € 384.204 € 896.476 € -133.552 € 1.736.176 € 1.030.028 € 837.506,72 € 8 14.044.936 € 15.723.600 € 1.678.664 € 267.104 € 1.411.560 € 121.532 € 1.290.028 € 387.008 € 903.020 € -133.552 € 1.602.624 € 1.036.572 € 818.279,26 € 9 14.044.936 € 15.723.600 € 1.678.664 € 267.104 € 1.411.560 € 112.184 € 1.299.377 € 389.813 € 909.564 € -133.552 € 1.469.072 € 1.043.116 € 799.461,35 € 10 14.044.936 € 15.723.600 € 1.678.664 € 267.104 € 1.411.560 € 102.835 € 1.308.725 € 392.618 € 916.108 € -133.552 € 1.335.520 € 1.049.660 € 781.045,46 € 11 14.044.936 € 15.723.600 € 1.678.664 € 1.678.664 € 93.486 € 1.585.178 € 475.553 € 1.109.625 € -133.552 € 1.201.968 € 976.073 € 705.135,62 € 12 14.044.936 € 15.723.600 € 1.678.664 € 1.678.664 € 84.138 € 1.594.527 € 478.358 € 1.116.169 € -133.552 € 1.068.416 € 982.617 € 689.187,56 € 13 14.044.936 € 15.723.600 € 1.678.664 € 1.678.664 € 74.789 € 1.603.875 € 481.163 € 1.122.713 € -133.552 € 934.864 € 989.161 € 673.570,31 € 14 14.044.936 € 15.723.600 € 1.678.664 € 1.678.664 € 65.440 € 1.613.224 € 483.967 € 1.129.257 € -133.552 € 801.312 € 995.705 € 658.278,15 € 15 14.044.936 € 15.723.600 € 1.678.664 € 1.678.664 € 56.092 € 1.622.573 € 486.772 € 1.135.801 € -133.552 € 667.760 € 1.002.249 € 643.305,37 € 16 14.044.936 € 15.723.600 € 1.678.664 € 1.678.664 € 46.743 € 1.631.921 € 489.576 € 1.142.345 € -133.552 € 534.208 € 1.008.793 € 628.646,36 € 17 14.044.936 € 15.723.600 € 1.678.664 € 1.678.664 € 37.395 € 1.641.270 € 492.381 € 1.148.889 € -133.552 € 400.656 € 1.015.337 € 614.295,53 € 18 14.044.936 € 15.723.600 € 1.678.664 € 1.678.664 € 28.046 € 1.650.619 € 495.186 € 1.155.433 € -133.552 € 267.104 € 1.021.881 € 600.247,36 € 19 14.044.936 € 15.723.600 € 1.678.664 € 1.678.664 € 18.697 € 1.659.967 € 497.990 € 1.161.977 € -133.552 € 133.552 € 1.028.425 € 586.496,41 € 20 14.044.936 € 15.723.600 € 1.678.664 € 1.678.664 € 9.349 € 1.669.316 € 500.795 € 1.168.521 € -133.552 € 0 € 1.034.969 € 573.037,27 € 17.586.283 € 12.390.178,11 € 34% VAN TIR Tratamiento y Gestión de baños ácidos de Decapado 128 - Estudio de impacto ambiental realizado de acuerdo con el decreto 1/2000 y Ley 11/2003 de Evaluación de Impacto Ambiental de Castilla y León. Complementarias - Normas UNE del Instituto de Racionalización del trabajo, aplicable a estos materiales. - Normas DIN y UNE para materiales de las conducciones. - Normas Internacionales estándar IEC y/o NEMA. - Recomendaciones UNESA. Las normas incluidas en el primer apartado, tendrán prioridad absoluta y serán de obligado cumplimiento. Las restantes podrán ser mejoradas por el presente pliego o por decisiones de la dirección técnica de la instalación. Actividades y obligaciones del contratista La responsabilidad de la ejecución de todos los trabajos consultados en el Proyecto la tiene el Contratista, incluyendo las pruebas parciales de funcionamiento, puesta en servicio y entrega final de las instalaciones en funcionamiento. El Contratista estará obligado al cumplimiento de la Reglamentación del trabajo correspondiente, la contratación del seguro obligatorio, subsidio familiar y vejez, seguro de enfermedad y todas aquellas reglamentaciones de carácter social vigentes o que en lo sucesivo se dicten. En particular, deberá cumplir lo dispuesto en la Norma UNE 24042 “Contratación de obras; Condiciones Generales”, en caso de no modificarlo el presente Pliego de Condiciones. El Contratista deberá estar clasificado, según Orden del Ministerio de Hacienda de 28 de marzo de 1968, en el Grupo, Subgrupo y Categoría correspondientes Tratamiento y Gestión de baños ácidos de Decapado 129 al Proyecto y que se fijará en el Pliego de Condiciones Particulares, en caso de que proceda. El personal de la empresa Contratista debe ser altamente cualificado; además, debe ser adecuado para las funciones específicas que realice. La empresa contratista deberá contar al menos con un Ingeniero Industrial autorizado, con experiencia comprobada, como supervisor responsable ante la Inspección, siendo su permanencia en la obra obligatoria. El Contratista deberá tener casa comercial instalada y estar autorizado para ejecutar las instalaciones. El Contratista deberá revisar cuidadosamente toda la información que le sea entregada y deberá consultar toda duda, discrepancia, o problema de interpretación del proyecto, antes del inicio de las obras. El oferente deberá suministrar e instalar todos los materiales necesarios para el buen funcionamiento de las instalaciones descritas, aunque los mismos no se hallen expresamente mencionados en los planos y detalles constructivos o en la memoria técnica. Los suministros y montajes deben estar de acuerdo con las especificaciones de esta memoria, planos respectivos, y criterios que marque la Dirección de Obra. Todos los materiales utilizados deben ser nuevos, sin uso, de primera calidad, y cumplir con las especificaciones técnicas respectivas. Con el suministro se deberán entregar catálogos y especificaciones técnicas de todos los materiales básicos utilizados. El Contratista deberá dar cumplimiento a lo dispuesto en los reglamentos y normas detalladas anteriormente. Ante una duda sobre la norma que se deba respetar, deberá aplicar la más restrictiva. En caso de discrepancia entre normas regirá lo indicado en los planos o éstas especificaciones, debiendo solicitar ratificación escrita del supervisor. Tratamiento y Gestión de baños ácidos de Decapado 130 El Contratista deberá verificar los datos, ubicación exacta, distancia y niveles indicados en los planos con objeto de tener una clara visión de las condiciones reales del terreno. Antes de iniciar sus obras el Contratista elaborará sus Cronogramas de trabajo, en los que deberá quedar claramente expresada la coordinación con las otras Especialidades o Subcontratos que su programa comprenda, o la totalidad del proyecto en su caso. Estos programas deberán tener la ratificación por escrito de la Inspección. El Contratista deberá mantener, en la obra, un juego completo de planos y especificaciones del proyecto, con el único fin de señalar en ellos, en forma destacada, con lápiz rojo o similar, las modificaciones introducidas al proyecto durante el desarrollo de las obras, con la aprobación por escrito de la Inspección. Terminado el trabajo, estos planos habrán de ser entregados a la Inspección. El Contratista deberá llevar un registro único, cronológico, que describa brevemente el caso tratado con la indicación del plano o documento comprometido y los acuerdos adoptados (Libro de Obras). El Contratista deberá solicitar la aprobación escrita de la Inspección para las actividades de los siguientes tipos: - Programas de trabajo y sus revisiones. - Documentos de avance y control de obras. - Cambios o modificaciones acordadas en los planos y documentos. - Cumplimiento de exigencias de calidad de ejecución de trabajos o manipulación de equipos y materiales que hayan sido motivo de observaciones o reparos En todo momento el Contratista debe permitir que la Inspección y las personas que éste autorice tengan libre acceso a los depósitos, talleres y zonas de trabajo bajo su responsabilidad, dando las facilidades para que se inspeccione el equipo o el trabajo que se realiza, se informe del avance o de los métodos de prueba y resultados obtenidos. Tratamiento y Gestión de baños ácidos de Decapado 131 La inspección deberá disponer de todos los medios y colaboración para desarrollar estas pruebas, con objeto de verificar si se han cumplido las recomendaciones del fabricante o las especificaciones, cuando lo estime necesario. El Contratista deberá dar fiel cumplimiento, sin excepción, a las Normas de Seguridad establecidas por la Intendencia Municipal. En caso necesario solicitará la ratificación por escrito de la Dirección de Obra de algún aspecto particular de estas normas. El Contratista deberá resolver cada problema que se presente con la mayor brevedad y sin exceder el plazo fijado por la Inspección. Cualquier cambio necesario para adaptar la instalación a las facilidades de obra deberá contar con la aprobación previa del Director de Obra. El Contratista deberá mantener la limpieza de los equipos y de las áreas de trabajo bajo su cargo y se obliga a no dar, ni permitir, otros usos de las instalaciones que no sean los específicos para los cuales fueron proyectadas. El Contratista será responsable de las reparaciones y terminaciones de las obras existentes o, en ejecución por terceros, que sufran daños o alteraciones durante el desarrollo de los trabajos de su competencia. El Contratista será responsable de dar una buena presentación y terminación a los trabajos que ejecute. Las obras que sean rechazadas por la Inspección debido a mala presentación o terminación, elementos defectuosos por mala manipulación, desviación a lo especificado en planos y documentos, defectos de montaje de equipos y elementos en general de la instalación, deberán ser reparadas sin costo para la Intendencia Municipal. Las pruebas parciales de funcionamiento y la puesta en servicio serán actividades que quedan bajo la responsabilidad de la Inspección con la asistencia del Contratista. Tratamiento y Gestión de baños ácidos de Decapado 132 Facultades de la dirección técnica La Dirección Facultativa debe resolver todas las dudas que surjan de la interpretación de los documentos del Proyecto o posteriormente durante la ejecución de los trabajos. También debe decidir en los casos en los que aparezcan conceptos en los documentos que no son reflejados en los Planos del Proyecto y en los casos recíprocos. La Empresa Constructora que lleve a cabo las obras deberá tener en cuenta en la formulación del Presupuesto las especificaciones no descritas en el presente Pliego con relación al Proyecto pero que figuren en el resto de la documentación. La Contrata debe consultar las correspondientes dudas para una interpretación correcta de la calidad constructiva y de las características del Proyecto. Tramitación Una vez solicitada la reglamentaria licencia de obras y pagados al municipio los derechos reglamentarios, no se dará comienzo a las obras hasta tanto no haya recibido el propietario las licencias correspondientes, o hubiesen transcurrido los dos meses reglamentarios desde la fecha de la solicitud sin haber recibido contestación alguna. Al Contratista se le entregará una copia de los planos y pliego de condiciones del Proyecto, así como cuantos planos o documentos necesite para la completa ejecución de la obra. En la obra deberá estar la documentación completa o fotocopia de todos los documentos que pudieran ser solicitados por los representantes de la autoridad, en su defecto, cuando den comienzo las obras o durante su transcurso. Una vez terminados los trabajos, el Contratista tiene un mes como plazo máximo para actualizar los diversos planos y documentos existentes, según las Tratamiento y Gestión de baños ácidos de Decapado 133 características de la obra terminada. Deberá entregar al Director de Obra dos expedientes completos relativos a los trabajos realmente ejecutados. La licencia de obras se entiende que se refiere, única y exclusivamente, a las obras que se reseñan en el presente proyecto; el resto de obra o parte de ella no considerada en el mismo y que se llevase a efecto se entiende que es por cuenta y riesgo y responsabilidad del propietario no responsabilizándose el autor del proyecto ni civil ni criminalmente ni ante la administración de la ejecución de las mismas ni de los accidentes o daños que sucediesen en esas obras o partes de obra. Lo mismo se entiende para obras o modificaciones que se llevasen a efecto con posterioridad a las inspecciones oficiales. El conjunto de tareas tendentes a lograr la conexión definitiva entre las nuevas instalaciones y las redes generales del municipio se realizarán a entero costo por parte del Contratista. Entre estas tareas se encuentran la tramitación de los permisos requeridos para con los ministerios, el pago de los tributos exigidos en el momento de contratar la carga, el pago por la ejecución de la obra, la coordinación con el ayuntamiento durante la ejecución de la obra así como todas las tareas o trabajos necesarios para lograr el suministro correcto de energía eléctrica. El cambio de titular del contrato de servicio se llevará a cabo una vez recibidas las obras de infraestructura, que implican tanto la terminación completa de las obras así como la realización de las pruebas necesarias para su validación. Estos costos serán debidamente valorados y pagados por la Propiedad de acuerdo a los informes de viabilidad técnica y al presupuesto previo suministrado a futuros. Responsabilidades administrativas Se entiende que la responsabilidad total por el comienzo de las obras sin licencias y autorizaciones del reglamento recaen totalmente sobre el propietario, no teniendo, por tanto, derecho a reclamar de la Dirección Tratamiento y Gestión de baños ácidos de Decapado 134 Facultativa puesto que cuando el técnico recibe la comunicación del propietario indicando que se da comienzo a las obras, éste supondrá que el propietario posee la licencia de obras u otras autorizaciones necesarias, no estando obligado a pedir que le sean mostradas, toda vez que para ello estén los Agentes de la Autoridad. Seguridad en el trabajo El Contratista está obligado a cumplir cuantas condiciones en esta materia fueran de pertinente aplicación, así como todo lo recogido en el presente pliego y en el estudio de seguridad e higiene incluido en este proyecto. Asimismo, deberá proveer cuanto fuese preciso para el mantenimiento de las máquinas, herramientas, materiales y útiles de trabajo en debidas condiciones de seguridad. El personal de contrata viene obligado a usar todos los dispositivos y medios de protección personal, herramientas y prendas de seguridad exigidos para eliminar o reducir los riesgos profesionales tales como casco, gafas, banqueta aislante, etc. pudiendo el director de obra suspender los trabajos, si estima que el personal de la contratación está expuesto a peligros que son corregibles. El director de obra podrá exigir del Contratista, ordenándolo por escrito, el cese en la obra de cualquier empleado u obrero que, por imprudencia temeraria fuera capaz de producir accidentes que hicieran peligrar la integridad física del propio trabajador o de sus compañeros. El director de la instalación podrá exigir del Contratista, en cualquier momento, antes o después de la iniciación de los trabajos, que presente los documentos acreditativos de haber formalizado los regímenes de Seguridad Social de todo tipo (afiliación, accidente, enfermedad, etc.), en la forma legalmente establecida. Tratamiento y Gestión de baños ácidos de Decapado 135 Seguridad pública El Contratista deberá tomar todas las precauciones máximas en todas las operaciones y usos de equipo para proteger a las personas, animales y cosas de los peligros procedentes del trabajo, siendo de su cuenta la responsabilidad que por tales accidentes se ocasionen. Además mantendrá una póliza de seguros, que le proteja suficientemente a él y a sus empleados y operarios frente a las responsabilidades por daños, responsabilidad civil, etc., en que pudieran incurrir el Contratista o terceros, consecuencia de la ejecución de trabajos. ORGANIZACIÓN DEL TRABAJO El Contratista ordenará los trabajos en la forma más eficaz para que se ejecuten perfectamente y las obras siempre se realizarán según las indicaciones del director de obra. Datos de la Obra Se entregará al Contratista una copia de los planos y pliego de condiciones del Proyecto, así como cuantos planos o documentos necesite para la completa ejecución de la obra. El Contratista podrá tomar nota o sacar copia a su Memoria, Presupuestos y Anexo del Proyecto, así como segundas copias de todos los documento. El Contratista se hace responsable de la buena conservación de los originales de donde obtenga las copias, los anales serán devueltos al Director de Obra después de su utilización. El Contratista no podrá realizar modificaciones en el Proyecto sin la aprobación previa y por escrito del Director de Obra. Tratamiento y Gestión de baños ácidos de Decapado 136 Documentación conforme a obra La documentación tiene por objeto brindar todos los elementos necesarios para el mantenimiento, operación de las instalaciones e identificación de elementos y partes de la misma y todos los componentes de la instalación podrán identificarse con los planos conforme a obra, prescindiendo de las identificaciones de partes. Toda esta documentación es indicativa y la mínima exigida. En caso de no conseguir el objetivo descrito, el Contratista está obligado a elaborar información adicional a su costo. Por otra parte, los planos entregados deben ser actualizados por el Contratista, con los datos adicionales y/o modificaciones surgidas durante la ejecución de la obra, sin ser necesario elaborar nuevos planos. Sin embargo, si será necesario que el Contratista elabore el resto de planos. La actualización de las copias de planos por parte del Contratista, y la anotación de modificaciones o datos, será diaria a fin de evitar la pérdida de información. Cronograma de ejecución de las Obras El Contratista elaborará sus Cronogramas de trabajo, antes de iniciar las obras, en los que deberá quedar claramente expresada la coordinación con las otras Especialidades o Subcontratos que su programa comprenda, o la totalidad del proyecto en su caso. Estos programas deberán tener la ratificación por escrito de la Inspección. Tratamiento y Gestión de baños ácidos de Decapado 137 Planteamiento del trabajo El contratista organizará los trabajos en la forma más eficaz para la perfecta ejecución de los mismos, y las obras se realizarán siempre siguiendo las indicaciones del Director de Obra. Interrupción de los trabajos La interrupción de las obras se comunicará al Director de Obra de la misma forma que se le comunicó el comienzo de las mismas. El Contratista tiene la obligación de retirar todos los andamios o elementos de construcción que puedan suponer un peligro o estorbo. El propietario tiene la obligación de vigilar periódicamente elementos de atado o apoyo que puedan deteriorarse una vez interrumpidas las obras. Si la Dirección Facultativa en dos visitas sucesivas a las obras, en días y horas de labor encontrase éstas paradas y sin personal en las mismas, entenderá que las obras han quedado interrumpidas por tiempo indefinido; así comunicará a su Colegio, entendiéndose que desde este momento declina la responsabilidad por deterioro natural de la obra, así como los daños que a terceras personas pudieran derivar del abandono de materiales y andamiaje. Reanudación de los trabajos La reanudación de los trabajos deberá ser puesta en conocimiento de la Dirección Facultativa en forma fehaciente, pues se comprende que no se hará responsable de las obras o parte de las mismas que se ejecutasen sin su conocimiento. ESCUELA de INGENIERÍAS INDUSTRIALES HOJA DE ESPECIFICACIONES DE LA BOMBA P-104 PROYECTO Tratamiento y Gestión de Baños Ácidos de Decapado REV. 12 UNIDAD P-104 DATE Septiembre 2012 DESTINATARIO Universidad de Valladolid REALIZADO Elena Domínguez Hernández LOCALIZACIÓN Valladolid (ESPAÑA) SERVICIO Trasvasa la lechada del tanque T-102 al tanque T103 para almacenarla TIPO Centrífuga NUMERO DE BOMBAS 2 LIQUIDO BOMBEADO Lechada de cal DENSIDAD (kg/m 3 ) 1000 FLUJO (m 3 /h) 7,5 TEMPERATURA (ºC) 20 VISCOSIDAD (Pa·s) 1002·10 -6 POTENCIA (kW) 9,5 BOMBA COMERCIAL MARCA / MODELO GORMAN RUPP PUMPS/ T4B-B-6 CAUDAL MÁXIMO (m 3 /h) 17 ALTURA MANOMÉTRICA MÁXIMA (m) 47 ESCUELA de INGENIERÍAS INDUSTRIALES HOJA DE ESPECIFICACIONES DE LA BOMBA P-306 PROYECTO Tratamiento y Gestión de Baños Ácidos de Decapado REV. 13 UNIDAD P-306 DATE Septiembre 2012 DESTINATARIO Universidad de Valladolid REALIZADO Elena Domínguez Hernández LOCALIZACIÓN Valladolid (ESPAÑA) SERVICIO Aporta flujo al evaporador E-301 desde el deposito pulmon T-301 TIPO Centrífuga NUMERO DE BOMBAS 2 LIQUIDO BOMBEADO Solución muy diluida de cloruro cálcico DENSIDAD (kg/m 3 ) 1000 FLUJO (m 3 /h) 24 TEMPERATURA (ºC) 20 VISCOSIDAD (Pa·s) 1002·10 -6 POTENCIA (kW) 30 BOMBA COMERCIAL MARCA / MODELO GORMAN RUPP PUMPS/ T10A-B-4 CAUDAL MÁXIMO (m 3 /h) 77 ALTURA MANOMÉTRICA MÁXIMA (m) 40 MODELO T8A-B-3 MODELO T4B-B-6 MODELO T10A-B-4 ESCUELA de INGENIERÍAS INDUSTRIALES HOJA DE ESPECIFICACIONES DEL DEPÓSITO PULMÓN T-301 PROYECTO Tratamiento y Gestión de Baños Ácidos de Decapado REV. 10 UNIDAD T-301 DATE Septiembre 2012 DESTINATARIO Universidad de Valladolid REALIZADO Elena Domínguez Hernández LOCALIZACIÓN Valladolid (ESPAÑA) SERVICIO Almacena el cloruro cálcico que se obtiene en los filtros prensa F-301 y F-302 hasta que se haya completado esa operación y asi facilitar un flujo contínuo al evaporador E-301 CANTIDAD 1 VOLUMEN (m 3 ) 75,5 ALTURA (m) 4,7 DIAMETRO (m) 4,5 TIEMPO DE RESIDENCIA (h) 24 ESCUELA de INGENIERÍAS INDUSTRIALES HOJA DE ESPECIFICACIONES DEL EVAPORADOR E-301 PROYECTO Tratamiento y Gestión de Baños Ácidos de Decapado REV. 9 UNIDAD E-301 DATE Septiembre 2012 DESTINATARIO Universidad de Valladolid REALIZADO Elena Domínguez Hernández LOCALIZACIÓN Valladolid (ESPAÑA) SERVICIO Concentración de la solución de cloruro cálcico TIPO Evaporador de múltiple efecto (3 efectos) con corrientes paralelas CANTIDAD 1 ENTRADA SALIDA FLUJO (Kg/h) Solución CaCl 2 24000 6308,6 Vapor Saturado 9192,9 6414,9 CONCENTRACIÓN DE CaCl 2 9,2 % 35 % PRESIÓN (bar) Solución CaCl 2 - 0,13 Vapor Saturado 2 0,13 TEMPERATURA (ºC) Solución CaCl 2 21 51 Vapor Saturado 120,2 51 ÁREA DE INTERCAMBIO (m 2 ) Cada efecto 87,4 Total 262,2 ESCUELA de INGENIERÍAS INDUSTRIALES HOJA DE ESPECIFICACIONES DEL FILTRO F-301 PROYECTO Tratamiento y Gestión de Baños Ácidos de Decapado REV. 6 UNIDAD F-301 DATE Septiembre 2012 DESTINATARIO Universidad de Valladolid REALIZADO Elena Domínguez Hernández LOCALIZACIÓN Valladolid (ESPAÑA) SERVICIO Filtrado del baño HCl ya neutralizado CANTIDAD 2 (F-301 y F-302) MODELO Filtro APN 16 Q Nº DE TORTAS 4 ALTO PLACA (m) 1,35 ANCHO PLACA (m) 1,35 SUPERFICIE FILTRANTE (m 2 ) 14,6 ESPESOR TORTAS (mm) 40 MEZCLA Solución de CaCl 2 (l) + Fe(OH) 2 (s) DENSIDAD MEZCLA (kg/m 3 ) 998.2 DENSIDA SÓLIDOS (g/cm 3 ) 3,4 SOLIDOS TORTA (g/l) 1201 VOLUMEN TORTA (l) 292 SOLIDOS TORTA (Kg) 350 PESO TORTA (Kg) Solo filtrado 539 Con secado 438 HUECOS EN LA TORTA % 34,6 HUMEDAD TORTA % Solo filtrado 35 Con secado 20 DURACIÓN DEL CICLO (min) 18 ESCUELA de INGENIERÍAS INDUSTRIALES HOJA DE ESPECIFICACIONES DEL FILTRO F-303 PROYECTO Tratamiento y Gestión de Baños Ácidos de Decapado REV. 7 UNIDAD F-303 DATE Septiembre 2012 DESTINATARIO Universidad de Valladolid REALIZADO Elena Domínguez Hernández LOCALIZACIÓN Valladolid (ESPAÑA) SERVICIO Filtrado del baño H 2 SO 4 ya neutralizado CANTIDAD 1 MODELO Filtro APN 16 M10 Nº DE TORTAS 10 ALTO PLACA (m) 1,35 ANCHO PLACA (m) 1,35 SUPERFICIE FILTRANTE (m 2 ) 36,5 ESPESOR TORTAS (mm) 40 MEZCLA Solución de H 2 O(l) + CaSO 4 (s) y Fe(OH) 2 (s) DENSIDAD MEZCLA (kg/m 3 ) 998.2 DENSIDA SÓLIDOS (g/cm 3 ) 3,1 SOLIDOS TORTA (g/l) 1161 VOLUMEN TORTA (l) 729 SOLIDOS TORTA (Kg) 847 PESO TORTA (Kg) Solo filtrado 1303 Con secado 1058 HUECOS EN LA TORTA % 33,5 HUMEDAD TORTA % Solo filtrado 35 Con secado 20 DURACIÓN DEL CICLO (min) 18 ESCUELA de INGENIERÍAS INDUSTRIALES HOJA DE ESPECIFICACIONES DEL FILTRO F-304 PROYECTO Tratamiento y Gestión de Baños Ácidos de Decapado REV. 8 UNIDAD F-304 DATE Septiembre 2012 DESTINATARIO Universidad de Valladolid REALIZADO Elena Domínguez Hernández LOCALIZACIÓN Valladolid (ESPAÑA) SERVICIO Filtrado de la gestión conjunta de los baños H 2 SO 4 y HNO 3 ya neutralizado CANTIDAD 1 MODELO Filtro APN 16 Q M12 Nº DE TORTAS 12 ALTO PLACA (m) 1,35 ANCHO PLACA (m) 1,35 SUPERFICIE FILTRANTE (m 2 ) 43,7 ESPESOR TORTAS (mm) 40 MEZCLA Solución de H 2 O(l) y Ca(NO 3 ) 2 (l) + CaSO 4 (s) y Fe(OH) 2 (s) y Fe(OH) 3 (s) DENSIDAD MEZCLA (kg/m 3 ) 998.2 DENSIDA SÓLIDOS (g/cm 3 ) 3 SOLIDOS TORTA (g/l) 1147 VOLUMEN TORTA (l) 875 SOLIDOS TORTA (Kg) 1003 PESO TORTA (Kg) Solo filtrado 1544 Con secado 1254 HUECOS EN LA TORTA % 33,1 HUMEDAD TORTA % Solo filtrado 35 Con secado 20 DURACIÓN DEL CICLO (min) 29,7