INSTITUTO DE INVESTIGACIONES PARA LA INDUSTRIA ALIMENTICIA. Departamento de Aguas Industriales

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1 INSTITUTO DE INVESTIGACIONES PARA LA INDUSTRIA ALIMENTICIA. Departamento de Aguas Industriales Gestión del agua enfocada a la producción más limpia en la Industria Alimentaria. Código: Autor: Lic. Michel Garcia Miniet Ciudad habana, Noviembre de 2006.

2 Índice. RESUMEN INTRODUCCIÓN LAS PML COMO HERRAMIENTA PARA UNA MEJOR GESTIÓN DEL AGUA BENEFICIOS DEL LA APLICACIÓN DE LAS BUENAS PRACTICAS PARA EL MANEJO DEL AGUA EN LAS EMPRESAS METODOLOGÍAS OPCIONES DE PML PARA EL USO EFICIENTE DEL AGUA EN LA INDUSTRIA ALIMENTARIA REDUCCIÓN DEL CONSUMO DE AGUA EN EL PROCESO PRODUCTIVO Almacenamiento de agua Reutilización o reciclaje de agua ) Uso eficiente del agua en los sistemás de enfriamiento y refrigeración Reutilización del condensado de las calderas Limpieza Torres de enfriamiento Tratamiento de aguas para proceso DIFERENCIAS ENTRE SECTORES INDUSTRIALES Procesadoras de Frutas y Vegetales Industria Procesadora de Leche Industria Cárnica Industria de Bebidas CONCLUSIONES BIBLIOGRAFÍA

3 Resumen El agua constituye un recurso esencial en la industria alimentaria, siendo esta uno de los principales consumidores a nivel mundial dentro del sector industrial. La implementación de opciones de producción más limpia representa una alternativa potencial para lograr el ahorro. En el trabajo se identificaron: 7 opciones para la reducción del consumo de agua en el proceso productivo 4 opciones para optimizar el almacenamiento de agua 7 opciones para el reuso y reutilización de agua 2 opciones para el uso eficiente del agua en los sistemas de enfriamiento 1 opción para el área de calderas 6 opciones para el uso adecuado en los procesos de limpieza 2 opciones para el uso del agua en torres de enfriamiento 8 opciones para el ahorro de agua en los procesos de tratamiento de agua para proceso. De igual manera se identificaron varias opciones específicas para las particularidades presentes en los sectores de Bebidas, Lácteos, Cárnico y vegetales y frutas en conserva. Estas alternativas que se brindan permiten la optimización de actividades productivas, el uso eficiente y la administración adecuada de este recurso, un mejor desempeño ambiental, mayor competitividad de nuestros productos y mejoras económicas para nuestras empresas. 2

4 1. Introducción. A medida que aumenta el poder del hombre sobre la naturaleza y aparecen nuevas necesidades como consecuencia de la vida en sociedad, el medio ambiente que nos rodea se deteriora cada vez más. Mientras el resto de los seres vivos se adapta al medio ambiente para sobrevivir, el hombre adapta y modifica ese mismo medio según sus necesidades. El progreso tecnológico y el acelerado crecimiento demográfico producen la alteración del medio, llegando en algunos casos a atentar contra el equilibrio biológico de la Tierra. No es que exista una incompatibilidad absoluta entre el desarrollo tecnológico, el avance de la civilización y el mantenimiento del equilibrio ecológico, pero es importante que el hombre sea capaz de armonizarlos. Para ello es necesario que proteja los recursos renovables y no renovables y que tome conciencia de que el saneamiento del ambiente es fundamental para la vida sobre el planeta. El agua es una de las sustancias más difundidas y abundantes en el planeta Tierra. Es parte integrante de la mayoría de los seres vivientes tanto animales como vegetales, y está presente en un gran número de minerales. Apropiadamente se le denomina "el solvente universal" y es un raro caso de sustancia que está presente en nuestro entorno, en los tres estados físicos: gas, líquido y sólido. Sin embargo, el exagerado aumento del consumo de agua comparado con el incremento de la población está provocando que su demanda sea un importante tema de seguridad nacional en muchos países: Mientras la población se cuadruplicó en un siglo, el consumo de agua se multiplicó por 9 y los consumos industriales por 40 (UNESCO, 2003). La cantidad de agua en la tierra es limitada, no renovable y, sobre todo, mal repartida en el tiempo y en el espacio, es un recurso vital cada vez más escaso y en peligro como consecuencia de la actividad humana. Constituye el 70% de nuestro planeta y se encuentra dispersa en los océanos, ríos, lagos y en forma sólida, en los casquetes polares. Del total de agua en el mundo, sólo podemos utilizar 0.35% para el consumo humano. Las principales fuentes de agua utilizable se localizan en los ríos y lagunas, así como en el subsuelo (UNESCO, 2003). El agua dulce está distribuida de forma muy irregular en la superficie terrestre. Los grandes depósitos naturales se encuentran en los glaciares de Groenlandia y la Antártida y en los Lagos de América del Norte o de Rusia. Las zonas húmedas tropicales contienen porcentajes elevados del total de la reserva mundial. En otras zonas hay que aprovechar cada gota de agua para sobrevivir. Se ha calculado que un hombre necesita diariamente 50 litros o más para satisfacer sus necesidades personales y del hogar. En países desarrollados se consumen un promedio de 400 a 500 litros de agua por persona diariamente. Mientras que en muchos lugares el agua limpia y fresca se da por hecho, en otros es un recurso escaso debido a la falta de agua o a la contaminación de sus fuentes. Aproximadamente millones de personas, es decir, el 18% de la población mundial, no tienen acceso 3

5 a fuentes seguras de agua potable, y más de millones de personas carecen de saneamiento adecuado. En los países en desarrollo, más de millones de personas, la mayoría de ellos niños, mueren cada año a causa de enfermedades asociadas con la falta de acceso al agua potable, saneamiento inadecuado e insalubridad. Con el suministro adecuado de agua potable y de saneamiento, la incidencia de contraer algunas enfermedades y consiguiente muerte podrían reducirse hasta en un 75% (UNESCO, 2003). Las tensiones por los recursos hídricos están aumentando incluso en regiones tan húmedas como el sudeste de Asia, al igual que el interés de muchos gobiernos en adoptar, de una vez por todas, una política sobre el uso eficiente del agua. La urbanización, el aumento de la población y el crecimiento económico han llevado a un nivel sin precedentes la demanda mundial de agua. En el grafico 1 se muestra el consumo mundial de agua por cada sector siendo el sector agrícola el mayor consumidor de agua con el 65%, seguido por el sector industrial que requiere del 25% y el consumo doméstico, comercial y de otros servicios urbanos municipales que requieren el 10% (UNESCO, 2003). Grafico.1 Distribución mundial del agua por sectores. La Industria Alimentaria se encuentra entre los principales sectores consumidores de agua a nivel mundial, siendo uno de los principales dentro del sector industrial. Tradicionalmente el agua ha sido un recurso esencial en las plantas procesadoras de alimentos utilizándose en todos los pasos tecnológicos de los procesos de producción y en actividades estrechamente relacionadas con estos, donde se incluyen el lavado, la sanitización, el pelado, la cocción, el enfriamiento o como parte de la materia prima para la elaboración del producto final, en la refrigeración de los productos, para los procesos de pasteurización, esterilización, para la 4

6 generación de vapor, entre otros. También es utilizada como transportador mecánico de las materias primás a lo largo del proceso y finalmente para la limpieza de los equipos y áreas de producción. De manera general podemos afirmar que el procesamiento de alimentos constituye una operación intensiva en cuanto al uso de agua se refiere. Las aguas residuales generadas en la elaboración de alimentos se distinguen por una elevada carga orgánica contaminante, representada por la Demanda Biológica de Oxigeno (DBO), además de poseer altos niveles de sólidos disueltos y suspendidos dentro de los que se encuentran grasas y aceites, nutrientes como el amonio y minerales en forma de sales, constituyentes que pueden ser recuperados y vendidos en un mercado secundario. De manera general los residuales líquidos derivados de los procesos de elaboración de alimentos poseen características muy diferentes al resto de las aguas residuales industriales. Particularmente pueden clasificarse como amigables, debido a que generalmente, no contienen químicos tóxicos, aunque existen algunas excepciones como es el caso de compuestos fenólicos y otros residuales que poseen una gran contaminación bacteriana, constituyendo el principal factor a tener en cuenta para su re-uso. Los volúmenes y calidades del agua a utilizar varían según el sector alimentario de que se trate y de la actividad específica de la que esta forma parte respectivamente. El sector de Bebidas es el mayor consumidor debido al uso de este recurso como parte importante en la formulación de los productos, seguidamente se ubican los sectores de Lácteos y Vegetales y Frutas en Conserva. Para las diferentes actividades contempladas dentro del proceso tecnológico de elaboración de alimentos o para determinadas actividades vinculadas a dicho proceso se necesita de diferentes calidades de agua, por ejemplo, para la generación de vapor, los sistemás intercambiadores de calor, los sistemás de enfriamiento entre otros, se necesita de agua tratada, o agua suave como comúnmente se le conoce, por lo que esta agua posee un alto valor agregado producto del tratamiento a la que son sometidas para alcanzar la calidad necesaria, lo cual a su vez depende de la calidad de las aguas de abasto así como de la eficiencia de los sistemás de tratamiento con los que se cuenta para este fin. El uso del agua en la Industria Alimentaria requiere de una especial atención debido a la crítica situación por la que atraviesa el mundo en cuanto a su cada vez menor disponibilidad y a la irracional explotación a la que esta sometida, por lo que se han creado varios programás en aras de encontrar soluciones y crear posibles estrategias que permitan resolver o evadir la inminente crisis que se avecina. Las buenas prácticas para el uso del agua mediante la aplicación de las Producciones Más Limpias (PML), constituyen un elemento esencial para lograr su forma óptima de administración en los procesos y actividades productivas. 5

7 La situación actual de la Industria Alimentaria Cubana deja mucho que desear en cuanto al uso eficiente y racional del agua. De manera general la elevada edad de nuestras industrias, las más que añeja y atrasada tecnología con que se cuenta, las malas practicas de producción, la inexistente concientización tanto de los operadores como directivos sobre la critica situación por la que atraviesa este recurso, son solo unas de las tantas causas existentes que atentan contra tan critica situación. Por todo lo antes expuesto el objetivo de este trabajo es la recopilación de información básica sobre uso racional, tratamiento, calidades y re-uso del agua dentro de la Industria Alimentaria como opciones para la implementación de las Producciones Más Limpias. El presente trabajo es parte de un folleto integral que se elaborara posteriormente y que abordara temás relacionados con la gestión del agua, la energía y las materias primás enfocadas a la Producción Más Limpia en la Industria Alimentaria. 2. Las PML como herramienta para una mejor gestión del agua. La implementación de tecnologías de PML en el sector industrial permite alcanzar un mejor desempeño ambiental mediante el uso racional y adecuado de todos los recursos disponibles, disminuyendo el impacto ambiental negativo que se ejerce sobre el medio ambiente, logrando la optimización de los procesos productivos a través de la disminución del consumo de materia prima virgen y reduciendo cada vez más los costos de producción unitaria. 2.1 Beneficios del la aplicación de las buenas practicas para el manejo del agua en las empresas. Existen innumerables razones por las cuales debemos garantiza el uso racional del agua a través de la implementación de buenas practicas (CEGESTI, 2005). Beneficios ambientales: Disminución del consumo de agua y otros recursos materiales Mayor protección ambiental a través de la mejora en el manejo de los efluentes Reducción de riesgos ambientales en caso de accidentes Disminución de contaminantes ambientales por mejora continua de la eficiencia de los procesos y productos de cada empresa. Beneficios económicos: Aumento de la productividad mediante la optimización de los procesos y actividades productivas de las empresas Mejor aprovechamiento de las materias primás Disminución de los costos de producción Reducción de la generación de aguas residuales y costos por su posterior tratamiento antes de la disposición al medio ambiente Reducción de riesgos, lo que implica costos financieros inferiores como por ejemplo primás de seguros más bajos. 6

8 Beneficios para la organización: Reducción de riesgos de incumplimiento legal Condiciones de trabajo más seguras e higiénicas Transparencia sobre riesgos para la salud y el ambiente. El gasto excesivo de agua y la gran generación de residuales líquidos aumenta las cargas financieras y ecológicas a la industria y al ambiente indistintamente. Sin embargo, existen acciones encaminadas al ahorro y el uso eficiente de tan vital recurso que permiten minimizar el elevado consumo, la generación de residuales líquidos, el perjudicial impacto ambiental y los costos asociados a estos problemás. Existe un orden de prioridad en la selección de acciones de PML encaminadas al manejo del agua (CEGESTI, 2005). 1- rechazar o evitar el uso de practicas y materiales innecesarios en el proceso productivo 2- reducción del uso de materias y recursos 3- reutilizar toda el agua que pueda ser reincorporada al proceso productivo 4- reciclar toda el agua que sea apta para tal efecto Mediante la aplicación de estas cuatro medidas se logra cerrar el ciclo de producción disminuyendo el consumo de materia prima virgen y reduciendo los costos de producción, disminuyendo la generación de residuales y los costos por la disposición y tratamiento de los mismos. 2.2 Metodologías. De las escasas metodologías descritas en la literatura consultada, para la implementación de PML en la industria, la propuesta por el Manual de Buenas Prácticas de Manejo de Agua en las Empresas constituye, a nuestro criterio, la más completa y adecuada (CEGESTI, 2005; Water Efficiency Manual, 1998; United States-Asia Environmental Partnership, 1997; Water Efficiency, 1997) La misma consta con 4 etapas, conformada por un total de doce pasos o actividades. La puesta en práctica de estos doce pasos no constituye una obligación, depende de la situación presente en cada empresa y de la necesidad de cada una de ellas. Los pasos propuestos en la metodología conforman un ciclo cerrado como se muestra en la figura 2, con una consecución progresiva y diseñados de manera tal que cada uno de ellos es complemento del anterior y fuente de información al que sigue. El ciclo constituye una espiral que no tiene fin y que debe repetirse continuamente hasta alcanzar metas cada vez más difíciles. En la primera etapa se prepara toda la información que es analizada en la segunda etapa. Con el resultado del análisis se crean nuevas ideas y posibilidades para la implementación de opciones de PML y en la última etapa se aplican las 7

9 ideas generadas. A continuación se exponen las etapas y cada uno de los pasos que las conforman: Etapa 1: Nivel de conocimiento 1-Inicio del ciclo 2-Descripción de la situación actual 3-Chequeo inicial Etapa 4: Implementar opciones 9- Plan de implementación 10-Seguimiento del plan 11-Resultados 12-Nuevo inicio del ciclo Etapa 2: Análisis de datos 4- Confección de diagramás de operación 5- Balance de materiales 6- Análisis de los datos Etapa 3: Crear opciones 7-Generación de opciones 9- Selección de opciones Fig. 1. Metodología para la implementación de PML según manual de Buenas Prácticas de Manejo de Agua en las Empresas Etapa 1: Preparar (Nivel de conocimiento) 1- Inicio del ciclo 2- Descripción de la situación actual 3- Chequeo inicial En este nivel es importante conocer la situación actual de la empresa, es necesario obtener toda la información concerniente a: - fuentes de abasto de las cuales se sirve - consumo mensual de la empresa - costo del agua que consume 8

10 - todos los procesos de producción que consumen agua en la entidad - composición, tratamiento y/o disposición que se brinda a los residuales, y el costo de dicho tratamiento Etapa 2: Analizar (Análisis de datos) 4- Elaboración de los diagramás de flujo operacionales de cada proceso 5- balance de materiales 6- análisis de los datos En este segundo nivel es necesario conocer sobre la presencia de indicadores o índices de consumo de agua y generación de residuales líquidos de cada proceso, cuantificar todas las entradas y salidas de agua durante la actividad productiva. Debe contarse con una caracterización físico-química de las aguas residuales. Una vez analizados todos los datos se identifican aquellos procesos y productos con mayores índices de consumo de agua y se pasa a la generación e identificación de opciones a implementar. Etapa 3 Crear (identificación de opciones) 7- generación de opciones 8- selección de opciones Existen un gran número de opciones a tener en cuenta para el ahorro y el uso adecuado del agua y que pueden considerarse comunes para los distintos procesos productivos de todos los sectores que componen la Industria Alimentaria. Etapa 4: Implementar (acciones concretas a implementar) 9- plan de implementación 10- seguimiento del plan 11- resultados 12- nuevo inicio del ciclo Como ultimo nivel se implementan las acciones de mejora seleccionadas y se realiza un monitoreo o seguimiento del plan creado para constatar la mejora obtenida. 3. Opciones de PML para el uso eficiente del agua en la Industria Alimentaria. A pesar de la gran variabilidad existente entre los diferentes sectores que componen la Industria Alimentaria, existen áreas y practicas comunes en cada uno de ellos. Las áreas de enfriamiento y refrigeración, generación de vapor, las actividades de limpieza entre otros, son varios de los factores comunes que existen en toda la industria procesadora de alimentos. De igual manera, cada proceso productivo posee su particularidad. A continuación se exponen opciones para el uso eficiente de agua dentro de los procesos productivos, para las áreas 9

11 de almacenamiento de agua, para los sistemás de refrigeración y enfriamiento, para las áreas de generación de vapor, en las actividades de limpieza de equipos y áreas en general, para el tratamiento de aguas para proceso y opciones para el re-uso y reciclado. 3.1 Reducción del consumo de agua en el proceso productivo (CEGESTI, 2005; Montogomery, 2004; SAIC, 1999; Water Efficiency Manual, 1998; Water Efficiency, 1997; UNEP/ICC/FIDIC, 1997). La reducción del consumo de agua en las actividades productivas permite la optimización de cada proceso, constituyendo un factor esencial en la mejora del desempeño ambiental de cada empresa, permitiendo un uso eficiente de agua, materias primás y logrando disminuir los costos de producción unitaria, mediante la aplicación de varias de las medidas que se describen a continuación: Llevar un control de flujo y volúmenes en los ciclos de producción teniendo en cuenta los índices de consumo que se establecen por formulación, acorde con las necesidades mínimás para satisfacer las especificaciones del producto. La dosificación manual o automatizada y su control estricto a la hora de preparar las mezclas o alistar equipos son cruciales para controlar el consumo. Cuando no se cuente con sistemás automatizados de dosificación tener a la mano recipientes de volúmenes conocidos evita que la dosis de agua o materiales sean erróneas Instalar válvulas automáticas en los equipos para detener flujos de agua cuando estos no estén en uso. En su defecto la programación y dosificación precisa de los ciclos permiten conocer el momento en que el agua dejara de ser utilizada y, por lo tanto, los flujos adicionales podrán ser suprimidos. Transportar materias primás en seco mientras se pueda. Hacer separación de aguas según el uso que se les dará, sea sanitario, de limpieza de pisos o en procesos de altos requerimientos de calidad. La construcción de tuberías separadas según el uso que se le dará al agua constituye una inversión útil si es comparada con el alto costo de utilizar agua tratada en las actividades que no lo requieren. Evaluar cambio de formulación en los productos para disminuir el consumo de agua, siempre que no afecte la calidad del producto final. Implementar planes de capacitación del personal para mejorar sus prácticas de manejo del agua, haciéndoles conocer los índices de consumo en cada actividad productiva dentro de su fábrica Almacenamiento de agua. (CEGESTI, 2005; SAIC, 1999). Evitar derrames y desbordes para optimizar el consumo de agua. Realizar regularmente el control visual de tanques y lugares de almacenamiento de agua en las áreas de producción para evitar derrames y goteos. Instalar flotadores para controlar el nivel de agua en los recipientes. 10

12 Instalación adecuada de bombas, según corresponda con las necesidades específicas de producción. Inspeccionar periódicamente las líneas de la red de distribución de agua, para evitar fugas por válvulas, accesorios, etc, y realizar las reparaciones necesarias Reutilización o reciclaje de agua (CEGESTI, 2005; Montogomery, 2004; SAIC, 1999; Water Efficiency Manual, 1998; Water Efficiency, 1997; UNEP/ICC/FIDIC, 1997; UNEP, 1996 A; UNEP, 1995). El re-uso y recirculación de agua son precisamente las medidas más eficaces entre todas las opciones de PML encaminadas al uso eficiente del agua, aportando los mayores porcentajes de ahorro en comparación con el resto de las alternativas existentes. Los ahorros en el consumo de agua por la implementación de estas medidas pueden llegar a ser considerables. A continuación se relacionan algunas de estas opciones: Realizar caracterización de las aguas potencialmente re-usables o reciclables. Comprobar las fuentes, la cantidad y calidad del agua a reutilizar. Asegurarse de que la reutilización de agua no afecta la calidad del producto final. Re-utilizar toda el agua posible de manera escalonada, desde los procesos o etapas de menor contaminación hacia los de mayor contaminación Utilizar agua caliente o los vapores excedentes en etapas previas de calentamiento hasta agotar en lo máximo posible la capacidad calórica que poseen estas aguas. Estudiar las posibilidades de reducir o reciclar el agua en otras fases de producción. Estudiar la posibilidad de almacenar agua de lluvia para utilizar en diferentes actividades Uso eficiente del agua en los sistemás de enfriamiento y refrigeración. Reemplazar sistemás de enfriamiento abiertos por sistemás cerrados para evitar la utilización única del agua es una de las opciones que conllevan a economías de hasta el 50% de ahorro en el consumo de agua en la industria (Water Efficiency Manual, 1998). Las inversiones realizadas para cerrar un ciclo de agua pueden ser fácilmente recuperadas, en la mayoría de los casos con los ahorros obtenidos por concepto de agua. Con el objetivo de lograr un enfriamiento más eficiente de las bombas de vacío, con menor cantidad de agua y sin desperdicio alguno, se recomienda reducir la temperatura del agua de enfriamiento y a la vez recircularla mediante un circuito cerrado. Este circuito debe incluir, entre otras cosas, un intercambiador de calor que permita que el agua caliente que sale de las bombas se enfríe y pueda seguir siendo utilizada para extraer el calor requerido. Según los principios de la 11

13 termodinámica, conforme se reduzca la temperatura del agua de enfriamiento que entra a las bombas de vacío, el flujo de agua requerido para enfriar será menor, mientras que la eficiencia de las bombas de vacío aumenta. La disminución de la temperatura del agua de enfriamiento y la recirculación del agua de enfriamiento de las bombas de vacío conlleva a una reducción considerable en el consumo de agua, (Water Efficiency Manual, 1998). En un sistema de refrigeración con amoniaco, el agua que circula por el cabezal del compresor, con el fin de enfriarlo, se suele enviar al condensador evaporativo y así reponer el agua que se evapora. Para enfriar el cabezal se necesita un flujo de agua mucho mayor al que se evapora en el condensador. Por esta razón, el agua por lo general se derrama y se pierde en el drenaje. Si la capacidad de enfriamiento del condensador evaporativo lo permite, se recomienda instalar una bomba para recircular el agua que se usa en el condensador hasta el cabezal del compresor y de esta manera enfriarlo. Con la ayuda de un dispositivo de nivel de boya es posible reponer únicamente el agua que se evapora en el condensador, sin que haya desperdicio. De esta forma se convierte el sistema de enfriamiento del cabezal en un sistema recirculante. La figura 3 ilustra como se puede mejorar la situación. Fig. 2. Recirculación del agua en sistema de enfriamiento. Al transformarse el sistema de enfriamiento del cabezal de un compresor de amoniaco en un sistema recirculante, se logra reducir considerablemente el consumo de agua Reutilización del condensado de las calderas. El condensado de vapor de la caldera es agua tratada o purificada y caliente que en muchas empresas es vertida como agua residual. La reutilización de los condensados en el agua de alimentación de la caldera significa un valioso ahorro para la empresa. Por lo tanto, se recomienda la instalación de un sistema de retorno de los condensados mediante una tubería dirigida hasta el tanque de alimentación de agua de la caldera, logrando así una reducción de la cantidad de aguas residuales y aprovechamiento de la temperatura del condensado así como disminución en el consumo de combustible (Water Efficiency Manual, 1998). 12

14 3.1.6 Limpieza. La limpieza, en la mayoría de los sectores industriales, concurre en malas prácticas laborales, siendo uno de los principales factores en el elevado nivel de consumo de agua. Por lo general, la capacitación y concientización del personal son temás que están estrechamente vinculados con este aspecto (Water Efficiency Manual, 1998; CEGESTI; 2005). Realizar limpiezas en seco previas a la limpieza con agua conduce a una mayor recuperación de residuos sólidos, disminución de la carga contaminante de los residuales que se generan, así como disminución del consumo de agua. Por ejemplo los tanques de almacenamiento de materias primás pueden limpiarse inicialmente con limpiadores de caucho y luego con agua, disminuyendo notoriamente el consumo de esta ultima. La utilización de agua como escoba es una mala práctica. Barrer, aspirar o sacudir es recomendable antes de la utilización del agua. Utilizar aire a presión para extraer residuos de productos de las tuberías, en vez de hacerlo con agua. Los consumos energéticos de los compresores no son comparables con los volúmenes de agua destinados para este fin. Coordinar un calendario de limpieza que incluya, entre otras directrices, el lavado inmediato de los equipos al finalizar la producción para evitar que los residuos se adhieran sobre las superficies de los mismos, la limpieza de los suelos solo dos veces al día, al inicio y final de la jornada de trabajo entre otras opciones. Realizar limpiezas empleando agua a presión, aumentando la eficacia de las mismás y gastando incluso menos recursos de limpieza, mediante la instalación de boquillas de presión en las mangueras existentes o utilizando unidades móviles de agua a presión. Para las tareas de limpieza intensivas es mejor usar una máquina móvil de limpieza a presión, que viene acompañada con un compresor. El uso de este tipo de dispositivos permite un aumento significativo en la eficiencia del uso del agua. (fig 3). Fig. 3. Dispositivos de limpieza a presión. 13

15 Utilización de sistemás de lavado automático de equipos o CIP (Cleaning in Place). Por lo general el lavado de las maquinarias y equipos industriales utilizados en los procesos de producción se lleva a cabo manualmente, metodología que consume elevados volúmenes de agua, detergente y gran pérdida de tiempo de producción debido a las malas practicas de limpieza que habitualmente encontramos en cualquier industria. En ocasiones se obtienen resultados insatisfactorios en términos de higiene, especialmente en la Industria Alimentaria, donde el control de la higiene es muy estricto y necesario. Para contrarrestar esta situación se recomienda el uso de este tipo de sistema automatizado de lavado, el cual permite que las mezclas de agua, detergentes y desinfectantes pasen a gran velocidad a través de tubos, intercambiadores de calor, bombas, válvulas y demás equipos en un circuito cerrado, eliminando toda la suciedad. Esta tecnología puede ser aplicada tanto en sistemás fríos como en circuitos que incluyen superficies calientes, (Water Efficiency Manual, 1998). La instalación de un sistema CIP significa una minimización importante en el consumo de agua, detergentes y desinfectantes, y la disminución de la cantidad de estos que llega al medio ambiente, logrando a su vez una mejora en la higiene del proceso de producción y la reducción de la cantidad de productos finales que se descomponen por contaminación bacteriológica. La figura 5 muestra un esquema de este tipo de sistema. Medio de limpieza fresco Al drenaje Fig. 4. Esquema de sistema de Limpieza en el lugar (Clearing In place). 14

16 Montaje de pistolas al final de las mangueras de limpieza. El montaje de pistolas al final de las mangueras permite el corte del agua cuando esta no se este utilizando, además de asegurar mayor presión a la salida y proporcionar mayor acción limpiante. Es muy común que los sitios donde se lleva a cabo la limpieza de las materias primás, los equipos o los pisos se encuentra a cierta distancia de la conexión de la manguera, por lo que habitualmente elevados volúmenes de agua se pierden por ausencia dispositivos como este que limitan el uso de tan vital recurso a aquellos momentos en los que en realidad se requiera. Adicionalmente, la baja presión del agua suele ser compensada con grandes volúmenes para que la limpieza sea efectiva. Por razones de higiene y duración se recomienda el uso de pistolas metálicas en vez de las plásticas, que son más aptas para el uso doméstico (Water Efficiency Manual, 1998) Fig. 5. Dispositivos ahorradores de agua: pistola de interrupción de flujo, reductores de flujo Torres de enfriamiento. El uso de las torres de enfriamiento representa un elevado consumo de agua en las actividades comerciales e industriales, ofrecen la posibilidad de remover el calor de los sistemás de aire acondicionado, así como de una amplia variedad de procesos industriales que generan exceso de calor. Existen diferentes tipos de tecnología para los sistemás de enfriamiento, clasificándose en cuanto a la reutilización o no del agua en sistemás abiertos, semi-cerrados y cerrados. En muchas industrias se utilizan sistemás de enfriamiento de un solo paso (abiertos), tecnología muy derrochadora de agua debido a que esta es utilizada solo una vez antes de ser dispuesta al alcantarillado, no es recirculada. Dentro de los equipos típicos que utilizan este tipo de sistemás de un solo paso se encuentran las bombas de vacío, compresores de aire, rectificadores, degrasadores, condensadores, procesadores de radiografía, algunos equipos de aire acondicionado entre otros, (Water Efficiency Manual, 1998). 15

17 Si bien todas las torres de enfriamiento reutilizan el agua constantemente estas pueden consumir entre el 20 y 30% del total de agua utilizada en el proceso. Con la optimización de la operación y el mantenimiento de las torres de enfriamiento se pueden lograr ahorros significativos en el consumo de agua, (Water Efficiency Manual, 1998). Existen medidas que permiten contribuir al ahorro de agua en estos sistemás: Considerar la sustitución de sistemás de enfriamiento con agua por sistemás de enfriamiento por aire. Reutilizar el agua de los equipos de enfriamiento de un solo paso en otras actividades como el enjuague, el lavado, la jardinería, etc Tratamiento de aguas para proceso. En la industria se utilizan aguas con diferentes calidades en dependencia del proceso del que se trate, algunos necesitan de agua dura o cruda, otros de agua tratada o suave, como se le conoce comúnmente, con bajos contenidos de iones Ca y Mg que aportan dureza, para evitar las incrustaciones en superficies metálicas dispuestas para la transferencia de calor, garantizando así una adecuada eficiencia energética en estos procesos, como por ejemplo, la generación de vapor, equipos de enfriamiento, autoclaves, intercambiadores de calor, pasterizadotes, equipos que requieran cierta calidad de agua para su funcionamiento, entre otros (water Efficiency, 1997). Los costos para el tratamiento son elevados e involucran varios pasos en los que se utilizan elevados volúmenes de agua y otras materias primás, cuyos consumos pueden ser elevados si no se realiza una correcta operación de estos procesos. Varias son las tecnologías existentes para el tratamiento de las aguas para proceso, intercambio iónico, osmosis inversa, coagulación entre otras. En la Industria Alimentaria Cubana la tecnología más común es precisamente la de intercambio iónico. El proceso de intercambio iónico no es más que la transferencia de iones indeseados desde el agua corriente a un sólido, conocido como resina de intercambio, el cual los acepta e intercambia por grupos móviles que éste presenta en su estructura y que son deseables en el agua o no interfieren en su utilización posterior, este proceso es reversible, cuando la resina se agota, o sea, se satura de iones indeseables se hace necesario la regeneración de la misma, devolviéndole a ésta la propiedad de intercambiar iones, esto se logra haciendo pasar a través de la resina una solución regenerante, el proceso se conoce como regeneración y consta de las siguientes etapas: contralavado, regeneración y enjuague lento y rápido. Mientras que los volúmenes utilizados en cada una de las etapas mencionadas se desechan normalmente (Water Efficiency, 1997). 16

18 La incorrecta operación de estos sistemás concurre en el gasto de elevados volúmenes de agua, por lo que se recomiendan las siguientes acciones para el la optimización del mismo: En dependencia de la capacidad útil de la resina, del agua a tratar y el volumen de resina presente en los equipos de intercambio iónico, éstos producirán un determinado volumen de agua tratada durante su servicio por lo que se recomienda el chequeo al menos 1 ves al año de la capacidad útil de las resinas de intercambio para garantizar que esta funcione correctamente, manteniendo los periodos de funcionamiento en el tiempo establecido. Una disminución de la capacidad útil de la resina provoca el acortamiento de los ciclos del proceso, aumentando considerablemente el consumo de agua para las etapas de contralavado, regeneración y enjuague. La cantidad de resina presente el en suavizador es otro factor importante a tener en cuenta. Si la cantidad de resina presente es inferior a los niveles para los cuales fue diseñado el suavizador, no se operara el sistema a la capacidad adecuada contribuyendo al acortamiento de los ciclos de funcionamiento y concurriendo en el gasto de volúmenes de agua innecesarios. La capacidad de expansión de la resina es otro elemento determinante en el acortamiento de los ciclos de funcionamiento del sistema, una capacidad de expansión mal calculada o prevista atenta contra el correcto cumplimiento de la etapa de contralavado, impidiendo la exitosa descompactación de la resina, impidiendo que esta adquiera completamente su capacidad regenerante, acortando los ciclos de funcionamiento del sistema y incurriendo e gastos innecesarios de elevados volúmenes de agua. A pesar de la alta salinidad del agua procedente de la regeneración de los suavizadores ésta puede ser reutilizada en la limpieza de pisos, primer lavado de frutas y vegetales. El agua procedente de la etapa de contralavado de los suavizadores presenta características muy similares al agua de alimentación a los mismos por lo que puede ser reutilizada para esta ultima etapa. El agua empleada para la limpieza de pisos y descarga de baños son funciones que de forma general en las industrias requieren de elevados volúmenes de agua y que no precisan de una calidad específica, por lo que se recomienda la reutilización del agua procedente de la etapa de regeneración para estas actividades, incurriendo en el ahorro de considerables volúmenes de agua y ahorros por concepto de pago de la misma. La utilización de cloruro de calcio en el endurecimiento de segmentos de frutas y vegetales es una alternativa que ha mostrado resultados exitosos en este tipo de industria, por lo que se recomienda la utilización del agua procedente de la etapa de regeneración para este fin, dada las características que presenta en cuanto a la concertación de cloruro de calcio y magnesio. Actualmente esta tecnología es utilizada en la fábrica de 17

19 conservas La Conchita en Pinar del Río, generando cuantiosos ingresos por concepto de ahorro en la compra de cloruro de calcio, cuyo precio en el mercado es de 0.86 $/kg USD. El Cloruro de Calcio en solución tiene varias aplicaciones que pueden ser valoradas como son: su empleo como refrigerante por su bajo punto de congelación, en el tratamiento de residuales para la remoción de fluoruros y fosfatos, como catalizador en el fraguado del cemento y refinación del petróleo, puede ser utilizada también para retener el polvo y derretir el hielo en las carreteras. Tanto el Cloruro de Calcio como el Cloruro de Magnesio son fuentes de obtención de otras sustancias químicas. Las aplicaciones del Cloruro de Calcio y Cloruro de Magnesio señaladas con anterioridad se deben tener en cuenta para el análisis del re-uso del agua de regeneración de los equipos de intercambio iónico en otras instalaciones, pues estas podrían ser soluciones factibles para el empleo de este efluente que constituye en la actualidad un residuo. 4. Diferencias entre sectores industriales. Existen particularidades entre los flujos y tecnologías de producción de cada sector que compone la Industria Alimentaria. A continuación se exponen algunas opciones específicas que pueden tenerse en cuenta para las particularidades existentes en los procesos de producción de los sectores de Bebidas, Lácteos, Cárnico y Procesamiento de Frutas y Vegetales Procesadoras de Frutas y Vegetales. Debido a la gran variabilidad de productos de entrada, los altos volúmenes de producción y el elevado por ciento de componente no utilizable de cada producto (cáscaras, semillas, etc), la Industria Procesadora de Vegetales y Frutas se caracteriza por un elevado consumo de agua, la generación de grandes volúmenes de residuos, donde se incluyen aguas residuales con sólidos suspendidos y una elevada carga orgánica (DBO). Estas aguas principalmente son generadas en los procesos de lavado y pelado, aunque cualquier actividad que contemple el contacto con el producto contribuye a la generación de carga orgánica. Este tipo de industrias posee un elevado factor de derroche de agua inherente a sus propias actividades productivas, las operaciones de transporte, lavado y pelado de la materia prima, el enfriado del producto final, la higienización y limpieza de las maquinas y en algunas ocasiones, el agua como ingrediente del producto final son las principales actividades que atentan contra el ahorro de agua en este tipo de industria. Los índices de consumo oscilan entre 4 y 65 m 3 por tonelada de producto (Montgomery, 2004; United States-Asia Environmental Partnership, 1997; UNEP, 2002). Las principales opciones de PML para el ahorro de agua en las industrias procesadoras de vegetales y frutas se localizan en la recirculación o reutilización 18

20 de aguas provenientes de diferentes procesos, así como en las actividades de limpieza, es muy común el uso del agua como escoba para barrer los desechos sólidos provenientes del proceso productivo, generando residuales como altas carga contaminante y propiciando el excesivo uso de agua (Montgomery, 2004; UNEP, 1998; Water Efficiency, 1995). La recirculación del agua utilizada en el enfriamiento de las latas de envasado es una de las principales opciones de ahorro. En caso de que la recirculación no sea viable, la calidad físico-química y microbiológica de estas aguas le permiten ser reutilizadas en las operaciones de lavado primario de las materias primás, pelado, cortado, selección, en la elaboración de sosa cáustica o en la remoción de la misma luego del proceso de pelado así como en las operaciones de limpieza de la planta, manteniendo un adecuado control microbiológico sobre las mismás (Montogomery, 2004; SAIC, 1999; UNEP, 2002). Otra actividad importante en este tipo de industria es la limpieza de los equipos y suelos, donde por lo general existen malas practicas en la realización de estos procedimientos, indicándose antes del lavado con agua, una limpieza en seco o raspado de las superficies, según corresponda, con el consiguiente recobro de un producto de segunda calidad con valor agregado, así como el ahorro de elevados volúmenes de agua limpia y una importante disminución en la generación de residuales líquidos con menor carga contaminante. Otra opción interesante que permite obtener residuales con menor carga contaminante es la recuperación de materias valiosos del torrente residual, tales como almidones, azucares, aceites de cítrico entre otros (UNEP, 2002; Water Efficiency, 1995). En las tinas de lavado se presenta una oportunidad importante de ahorro de agua mediante el incremento del tiempo que demora el tratamiento por lotes a 60 minutos (SAIC, 1999). La Fábrica de Conservas de Vegetales y Frutas La Conchita produce alrededor de 4600 Ton de productos/ año, incluyendo enlatados de frutas en trozos o mermeladas de: mango, guayaba, piña, frutabomba, toronja y platano; jugos embotellados de varias frutas y enlatado de vegetales como pulpa de tomate, pimientos, col y zanahoria; todos en dependencia de la cosecha de estación. En dicha visita se identificaron varias opciones de PML relacionadas con el ahorro de agua: Instalación de metros contadores de agua en cada departamento Análisis de posibilidades de uso optimo y rehúso de agua en el túnel de enfriamiento de la línea de jugos y néctares por instalación de circuito cerrado en el sistema de enfriamiento Instalación de pistolas para mangueras de agua utilizadas en la limpieza o uso de sistemás con alta presión Uso de sistemás 19

21 automáticos de limpieza para optimizar el consumo de agua y minimizar el consumo de detergente Entrenamiento de los trabajadores en el consumo de agua para a limpieza Realizar limpieza del equipamiento en seco antes de lavar con agua Chequear recuperación y rehúso del condensado Recuperación de la solución de limpieza utilizada en el pasteurizador, homogenizador y llenadora Recuperación de productos en tuberías y equipos Establecimiento de sistema de gestión ambiental mediante aplicación de herramientas adecuadas Recuperación del agua generada en las autoclaves Mediante la implementación de estas medidas e logro la reducción del índice de consumo de agua a 25 m 3 /ton de productos, reducción del índice de generación de aguas residuales a 20 m 3 /ton de productos, para una reducción de 36,2% en el consumo total de agua y una disminución de 33.3% en el índice de generación de residuales líquidos (Punto Focal PML IIIA, 2005) Industria Procesadora de Leche. Las plantas procesadoras de leche son entidades intensivas en el uso de agua debido a que, además de utilizarla como elemento importante en la formulación, es muy necesaria para garantizar una adecuada calidad del producto final a través de la aplicación de minuciosos procedimientos limpios,, la Industria Láctea también se caracteriza por su capacidad de generar elevados volúmenes de residuales líquidos con una alta carga orgánica contaminante (EPA, 1991; US- EPA,1992) La limpieza de equipos y áreas de trabajo para mantener las condiciones higiénicas adecuadas, es la principal operación en este tipo de industrias, propiciando el uso de importantes volúmenes de agua para este fin. Los índices de consumo de agua varían en dependencia de la capacidad de procesamiento de cada planta en particular, de la tecnología con que se cuenta, si son procesos continuos o discontinuos, de la facilidad de limpieza de los equipos así como de las prácticas operarias. Índices típicos de consumo de agua oscilan entre 1,3-2,5 litros de agua/kg de leche procesada (UNEP; 1995; UNEP, 1996; UNEP, 1996 A). En el mundo actual los costos del agua se van incrementando con la cada vez más preocupante y escasa disponibilidad de la misma, por lo cual se hace necesario un uso eficiente de tan importante recurso. Las estrategias para la reducción en el consumo de agua involucran soluciones tecnológicas y reemplazamiento de equipos, sin embargo, en la industria procesadora de leche pueden alcanzarse beneficios sustanciales solo con la implementación de procedimientos limpios y buenas prácticas de producción (World Bank, 1997). 20

22 Opciones como el uso de procesos continuos en vez de discontinuos para reducir la frecuencia de limpiezas, el uso de sistemás automáticos de limpieza (Sistemás de Limpieza en el Lugar o CIP) que permiten controlar y optimizar el uso del agua, la instalación de herramientas o equipos que restringen o controlan el flujo de agua para los procesos de limpieza manual, la utilización de altas presiones en ves de elevados volúmenes de agua para la limpieza de superficies, el re-uso de aguas residuales con las la calidad adecuada(como aquellas del ultimo enjuague) para otras etapas de limpieza o en aquellas aplicaciones no críticas, la recirculación de agua en operaciones no criticas, la instalación de metros contadores en aquellos equipos con un uso elevado agua para monitorear su consumo, el pre-mojado de pisos y equipos para remover la suciedad antes de la limpieza final, el uso de compresores de aire en vez de agua cuando sea apropiado, el reporte y arreglo inmediato de goteras, pueden reducir los índices de consumo hasta 0,8-1,0 litros de agua/kg de leche procesada (UNEP, 2005; UNEP/ICC/FIDIC, 1997 ). En asesoría realizada por el punto focal IIA a la Empresa Lácteos Pinar del Río, se sugirieron las siguientes opciones de PML para el ahorro de agua: Mejorías en los regimenes de limpieza y personal de entrenamiento Re-uso de aguas de lavado final para los pasos iniciales de lavado Instalación de dispositivos que controlan o restringen el flujo de agua para limpieza manual Uso de las técnicas de limpieza en seco con pistolas de aire donde sea posible, antes de limpieza o pre-limpieza Instalación de metros contadores de agua en cada departamento Uso de sistemás de limpieza en el lugar (cleaning in place). Utilizar aire comprimido para la limpieza de residuos de leche en tuberías antes del primer enjuague. Re-uso de las soluciones de sosa cáustica mediante los sistemás de limpieza en el lugar (clearing in place) Tras la implementación de estas medidas se redujo el índice de consumo de agua a 3.5m 3 /Ton de productos lácteos, se redujo el índice de generación de aguas residuales a 3.0m 3 /ton de productos lácteos, se disminuyo el índice de consumo de soluciones cáusticas a 1.0 kg/ton de productos lácteos, para una reducción del 56,8% en el consumo de agua, un 58,3% en la generación de residuales líquidos y un 71,4% de ahorro de soluciones cáusticas (Punto Focal IIIA, 2005) Industria Cárnica. En las Industrias cárnicas el agua es utilizada principalmente para el lavado de los animales y los subproductos generados por estos, para la esterilización de equipos y áreas de procesos así como para la limpieza en general (UNEP2005). Los índices de consumo pueden variar considerablemente y dependen de los niveles de procesamiento, de la tecnología con que cuentan y el nivel de 21

23 automatización de las mismás, así como de las prácticas de limpieza. Índices típicos de consumo de agua para este sector oscilan entre 2-15m 3 /ton de animal vivo (Hansen and Mortensen, 1997; Hansen, 2000). Algunas estrategias claves para la reducción del consumo de agua en las industrias cárnicas son: el uso de cámaras de escaldado automáticas preferentemente al uso de tanques de escaldado para el pelado de los cerdos; utilización de sistemás de transporte de desperdicios que evitan o minimizan el uso de agua; Incorporación de técnicas de descarga en seco de las barrigas vacunas y estómagos porcinos, evitando o minimizando el uso del agua, en lugar de las técnicas de descarga húmeda; re-usar las aguas provenientes de los sistemás de refrigeración o de las bombas de vacío para la limpieza de los establos, siempre y cuando sea posible; re-usar las aguas del enjuague final de la etapa de lavado de las barrigas y cubiertas para otras etapas de limpieza no criticas en este mismo departamento; Utilización el agua residual del área de matanza, lavado de cadáveres, mesas de vísceras y lavamanos para el lavado de los productos no comestibles cuando sea viable; re-uso del agua de los sistemás de enfriamiento para otras aplicaciones del área de escaldado; reutilización del agua final de enjuague de las operaciones de limpieza para el enjuague inicial del día siguiente; uso de técnicas de limpieza en seco en las diferentes áreas y pisos previas a la limpieza con agua; uso de sistemás de alta presión para el lavado de superficies en sustitución de sistemás que utilizan grandes volúmenes; utilización de sistemás de control automático para controlar el flujo de agua en las estaciones de lavado de manos y esterilización de cuchillos; limpieza en seco de los camiones, previo al lavado con agua. El uso de todas estas técnicas representaría la aplicación de mejores prácticas en la industria y permitiría obtener grandes beneficios medioambientales y económicos. Durante dos semanas un equipo de 4 expertos del Punto Focal IIIA visitó la empacadora cárnica Venegas para la ejecución de una asesoría rápida enfocada a la producción más limpia. Tras la visita quedaron recomendadas las siguientes medidas para lograr el uso eficiente de agua: Instalación de metros contadores de agua en cada departamento Mejorías en los regimenes de limpieza y personal de entrenamiento 22