productivo de la celulosa

Transcripción

1 Análisis del proceso productivo de la celulosa Estructura para la guía docente Tipo de actividad Curso: Asignatura Objetivos del currículum que aborda la actividad Trabajo grupal en clases 8 básico Tecnología Cognitivos Análisis de una actividad productiva como proceso; identificación de entrada, salida y transformaciones; elaboración de diagramas sobre el proceso. Unidad: Unidad 2 Palabras claves: Identificación de las necesidades de uso de energía y su aprovechamiento en un proceso de producción. Actitudes Trabajar en forma colaborativa asumiendo responsablemente las tareas y finalizar los proyectos que se proponen con responsabilidad y rigurosidad. Proceso productivo, diagrama de flujo, industria celulosa, biomasa. Materiales para la actividad: Conocimientos requeridos: Tiempo de duración: Guía de ejercicios, lápiz Diagramas de flujo. 90 minutos. Nombre de la actividad Análisis del proceso productivo de la celulosa I. Actividad desarrollada en tres momentos y explicada para el docente 1. Inicio: Indique a los y las estudiantes que hoy se trabajará analizando un proceso productivo. A continuación pregunte qué son los procesos productivos?, qué procesos productivos conocen? Reciba las opiniones de los alumnos de manera abierta y sin juzgar. Esta información le permitirá recabar los conocimientos previos que tienen respecto del tema, anótelos en la pizarra para contrastarlos con aquellas reflexiones que surjan al final de la actividad. Con esta información podrá reforzar aquellos 1 2 APRENDIZAJE ESPERADO Uso de los diagramas de flujo para el análisis de procesos productivos. Proceso productivo de la celulosa.

2 contenidos que considere importantes para la sesión, además de definir una estrategia para lograr aprendizajes significativos. Los conocimientos previos tienen dos objetivos principales: primero, conocer vacíos en los contenidos que puedan haber o aquellos que estén mal concebidos y que deban corregirse durante la sesión. Lo segundo es que para lograr un aprendizaje significativo los y las estudiantes deben tomar nuevos conocimientos, procesarlos y asociarlos con conocimientos previos. Así, como docente debes saber cuáles son estos conocimientos previos para definir una estrategia de aprendizaje que logre este enlace con los conocimientos previos del grupo. Para finalizar la introducción a la clase indique que para estudiar el tema se centrarán en un sector productivo particular: la industria de la celulosa. Pregunte de manera abierta Qué saben de la industria de la celulosa?, cuál es el producto terminado de esta industria?, cuál es la materia prima que utiliza? Luego de recabar experiencias, indique que los objetivos de la clase son analizar el proceso productivo propuesto utilizando un diagrama de flujos, primero desde la perspectiva de los materiales y productos y luego desde la perspectiva energética. Tenga en cuenta que podrían surgir comentarios negativos respecto a esta industria, principalmente referidos a los posibles contaminantes que liberan al ambiente. Si esto ocurre, fortalezca la importancia del análisis del proceso roductivo, pues nos entrega información de los desechos producidos. Si un grupo de estudiantes muestra entusiasmo con el tema puede generar un trabajo opcional de investigación acerca de los impactos de la industria de la celulosa para el medio ambiente y las medidas de mitigación utilizadas por la misma. Cuando llegue a los diagramas de flujo, pregunte qué son y para qué sirven, que respondan a la pregunta Cómo se organiza la información en un diagrama? 2. Desarrollo: En esta actividad los y las estudiantes deben desarrollar un diagrama de flujos para la industria de la celulosa. Para esto cuentan con un texto en sus guías de trabajo donde se explica de manera sencilla cuáles son los diferentes procesos que generan celulosa. El texto de las guías es el siguiente: Proceso de creación de la celulosa El proceso de producción de celulosa en Chile se inicia con la plantación de bosques productivos para la obtención de madera, que es la materia prima de la industria. La madera es tratada en diferentes subprocesos hasta lograr extraer la celulosa de sus fibras, con la cual se produce posteriormente el papel.

3 En este proceso se pueden identificar tres grandes subprocesos: I. Silvicultura y extracción de madera Corresponde al subsector dedicado a la creación, manejo y cosecha de un cultivo y luego su posterior reforestación. Incluye procesos de siembra en viveros forestales, habilitación y mejoramiento de los terrenos, plantación, fertilización, raleo, poda y cosecha. Asimismo, en este subsector se considera la creación de caminos en los predios donde se ubican las plantaciones, para el desplazamiento de maquinaria y, finalmente, la cosecha y transporte de los árboles. Árboles para cosecha Material de entrada En la silvicultura se usan semillas que luego de germinar y desarrollarse, son plantas que se establecen en terrenos habilitados para su crecimiento. Una vez que los arboles han alcanzado su madurez, viene el proceso de talado, donde se cosechan los árboles. Producto de la Silvicultura El terreno donde crecieron estos árboles se prepara y se vuelve a plantar para repetir el ciclo. Productos El producto de la silvicultura son árboles adultos listos para la cosecha. En la cosecha el producto son troncos de árboles. Subproductos Ramas, corteza, tocones y despuntes de la poda. Tanto las ramas, cortezas y tocones, como los despuntes de poda, sirven como aporte de nutrientes al suelo o bien se utilizan como insumo para la producción de energía en base a biomasa. Si no se utilizan quedan en el terreno, pero como son un material renovable se incorporan al suelo como nutrientes para la nueva plantación No hay desechos en esta etapa. Energía necesaria Combustibles fósiles para la maquinaria de corte. El resto del proceso es autosuficiente en energía como se explicará más adelante. Maquinaria de corte

4 II. Producción de celulosa Recordemos que la madera está compuesta por: celulosa, hemicelulosa, lignina, resinas, ceras y grasas. El proceso de obtención de celulosa consiste en separar la celulosa de los otros elementos presentes en la madera. Para ello, primero se procesan los trozos de madera para convertirlos en astillas. Luego, estas astillas, que también pueden provenir de los aserraderos, como subproducto, pasan a un proceso de digestión, donde se les aplican altas presiones, formando una pasta que es sometida a varios lavados y secados posteriores. Finalmente, y si corresponde, pasan al blanqueo, donde se utiliza una mezcla de sulfuro de sodio e hidróxido de sodio para extraer la lignina. La pulpa resultante se distribuye formando láminas que pasan por distintos procesos de finalización, tales como secado, dimensionado, prensado, apilado y embalado. Los principales tipos de celulosa que se producen en Chile, son: Celulosa cruda o no blanqueada: Celulosa de Pino radiata, no pasa por el proceso de blanqueo, se utiliza principalmente para producir papeles para envolver y embalajes, por su alta resistencia. Celulosa blanqueada de Pino radiata: Celulosa con proceso de blanqueo, que se caracteriza por su blancura. Se utiliza para papeles de escritura, impresión y papeles sanitarios. Celulosa blanqueada de Eucalipto: Celulosa con proceso de blanqueo, que entrega un acabado superficial del papel, permitiendo su uso para papeles tissue de alta calidad, papeles finos de impresión y escritura. Material de entrada Al proceso de digestión entran astillas de madera, compuestos químicos de tratamiento y agua. Productos Al proceso de secado y prensado entra la pasta de celulosa. Del proceso de digestión se obtiene la celulosa en forma de pasta. Del proceso de secado y prensado se obtienen las láminas

5 de celulosa que después pueden entrar a una fábrica de papel para elaborar distintos tipos. De todo este proceso se produce además energía, proveniente de los elementos que se usan para extraer la celulosa, siendo éste el único proceso industrial que es capaz de generar energía para autoconsumo e incluso como excedente que se inyecta al sistema interconectado central. Desechos Residuos industriales líquidos. Contaminantes gaseosos. Lodos. Residuos sólidos. Energía necesaria Residuos industriales líquidos La energía necesaria es la que genera el propio proceso de producción. III. Recuperación de Productos químicos y energía Si bien esta fase no se relaciona directamente con la celulosa en sí, contribuye a su proceso de producción a través de la generación de energía y la recuperación de los productos químicos que la planta requiere. Las calderas de poder utilizan cortezas de rollizos, aserrines y astillas, que son transportados y aprovechados como combustible y generar vapor. Por otro lado la caldera recuperadora, recibe el licor negro, el cual es un subrpoducto de la conversión de la madera en celulosa; el cual se quema en esta caldera, liberando su energía en el proceso de combustión, la que se aprovecha produciendo vapor. Contaminantes gaseosos El vapor generado tanto en la caldera recuperadora como en las calderas de poder es conducido hacia un turbo generador, a través del cual se genera energía eléctrica para los procesos de la planta industrial o para su venta al Sistema Interconectado Central; luego, el vapor -a más baja presión y temperatura- es usado en la calefacción de diferentes procesos dentro de la Planta. Del proceso de combustión del licor negro, resulta el denominado licor verde, el cual se mezcla con soda y cal viva para formar el

6 licor blanco, el cual es una de las principales materias primas en la producción. Los residuos líquidos provenientes de las distintas fases del proceso de producción deben ser purificados en plantas de tratamiento, con el propósito de eliminar todas las sustancias que puedan producir un impacto adverso en el medio ambiente, antes de devolver el efluente a los ríos. Las Plantas de celulosa deben cumplir ciertos estándares específicos de emisión de materiales contaminantes en su efluente. Residuos industriales líquidos sin tratamiento El proceso de purificación del efluente se desarrolla sometiéndolo a una serie de tratamientos en forma secuencial, los lodos resultantes de este proceso, se depositan en Áreas de Disposición Controlada o son quemados en las calderas de poder. La eficiencia de las plantas de tratamiento varía dependiendo del tipo de efluente, el diseño de la planta y las condiciones de operación. Las emisiones aéreas son monitoreadas y controladas rigurosamente para evitar la descarga hacia la atmósfera de sustancias dañinas para el medio ambiente o los seres vivos. La principal fuente fija de emisión es la caldera recuperadora, alimentada con licor negro concentrado. Aquí se liberan compuestos gaseosos, algunos de los cuales deben ser eliminados o tratados con el objeto de mitigar su impacto en la calidad del aire, además se emite material particulado y Sulfuro de Hidrógeno, este último es uno de los responsables del olor característico de las plantas de celulosa. El volumen de residuos sólidos generados es muy bajo, estos son derivados a instalaciones denominadas Áreas de Disposición Controlada (ADC). Los materiales son residuos del proceso de caustificación, cenizas, arena, lodos de los tratamientos de efluentes, materiales de construcción, metales, y basura en general. Residuos industriales líquidos con tratamiento De ser necesario puede comenzar la actividad explicando cómo se desarrolla un diagrama de flujo en un proceso productivo. Inicie con la pregunta Qué entienden por diagrama de flujo?, qué información será importante plasmar en el diagrama? Anote en la pizarra, según las categorías, todos aquellos elementos que serán necesarios incluir en el diagrama de flujo (proceso, material, desechos y productos). Luego de permitir la expresión de las ideas en

7 torno al tema, complete la información explicando que el diagrama de flujo nos permite visualizar los procesos productivos, especialmente en lo referido a los materiales necesarios para el proceso, los productos, subproductos, desechos e incluso la energía necesaria para estos. Puede completar la explicación con el diagrama básico explicado en la pizarra: Energía Material PROCESO Producto Subproducto Desechos Luego de permitir dar opiniones y resolver consultas en torno a el diagrama formule la siguiente pregunta a la clase: Qué ocurre con un proceso productivo en etapas donde el producto debe pasar por otro proceso?, cómo modificarían el diagrama? Luego de permitirles pensar en torno a la interrogante y proponer sus respuestas, comente que los procesos pueden verse como cadenas en que los productos de uno se vuelven los materiales del siguiente: Energía Energía Material PROCESO Producto Subproducto PROCESO Subproducto Desechos Desechos Reúna a los y las estudiantes en parejas para el trabajo. Indique que en la guías de trabajo encontrarán un texto con información acerca de la industria de la celulosa. Puede permitir la lectura silenciosa de la información otorgada o dar turnos de lectura en voz alta de la información. Entre cada subproceso puede dar tiempo para la discusión y puesta en acuerdo de lo leído. Otorgue tiempo suficiente para realizar la actividad. Recorra los grupos haciendo y contestando preguntas que puedan surgir en cuanto a completar el diagrama. Un tiempo antes de finalizar

8 este trabajo, dibuje un diagrama de flujo en blanco en la pizarra. El objetivo es la construcción colectiva del diagrama final. Debe incluirse: Proceso productivo resultante en productos y subproductos. Tratamiento de desechos. Después de un tiempo adecuado pida que voluntariamente una pareja exponga completando parte del diagrama colectivo. Luego de cada exposición otorgue el espacio necesario para la discusión en torno a las propuestas siempre incentivando un ambiente de respeto por las ideas de los demás y moderando la discusión. Motive a los y las estudiantes a completar sus diagramas en base a la discusión generada. 3. Cierre: Para cerrar la actividad indique que pongan atención en el diagrama de consenso generado y en el consumo de energía de cada proceso: De dónde se obtiene la energía necesaria para los procesos?, qué fuentes de energía se pueden aprovechar? Motive la discusión en torno a este tema, a la sustentabilidad de los procesos, su impacto ambiental y a la optimización económica de los procesos. Para acercar más el foco de atención puede preguntar Qué se puede hacer con los desechos generados en los subprocesos? El objetivo de este cuestionamiento está en poner atención a los desechos generados en los subprocesos. En cómo estos desechos pueden ser utilizados en la generación de energía para los mismos procesos del sistema. Así, los residuos forestales pueden quemarse para producir calor que puede, por ejemplo usarse en los digestores de las plantas de celulosa. De la misma manera el calor puede usarse en plantas termoeléctricas para alimentar la maquinaria de los subprocesos que lo requieran. II. Definir los indicadores de evaluación y proponer un instrumento de evaluación o verificación del aprendizaje INDICADORES DE LOGRO Reconocen los diagramas de flujo como instrumentos útiles para el análisis de procesos productivos. Conocen el proceso productivo de la celulosa, reconociendo productos y desechos utilizables como fuentes de energía.

9 Análisis del proceso productivo de la celulosa Estructura para la guía estudiante Nombre: Curso: Fecha: 1. Qué son los procesos productivos? Escribe a continuación todo lo que sepas. APRENDIZAJE ESPERADO Uso de los diagramas de flujo para el análisis de procesos productivos. Proceso productivo de la celulosa. Usos de la biomasa como fuente de energía. Completa esta información con los comentarios de tus compañeros, compañeras y docente.

10 2. Qué sabes del proceso productivo del papel? Escribe a continuación todo lo que sepas. Completa esta información con los comentarios de tus compañeros, compañeras y docente. Texto 1. El siguiente texto tiene información importante sobre el proceso productivo del papel. Léelo atentamente pues esta información es necesaria para continuar la actividad. Proceso de creación de papel El proceso de producción del papel se inicia con la plantación de bosques productivos para la obtención de la madera necesaria, que es la materia prima de la industria. La madera es tratada en diferentes subprocesos hasta lograr extraer la celulosa de sus fibras, con la cual se produce posteriormente el papel. En este proceso se pueden identificar tres grandes subprocesos: Silvicultura y extracción de madera Corresponde al subsector dedicado a la creación, conservación, manejo y extracción de un cultivo, tanto nativo como forestal. Incluye procesos de siembra en viveros forestales, habilitación y mejoramiento de los terrenos, fertilización, raleo, poda y cosecha. Asimismo, en este subsector se considera la creación de caminos para el desplazamiento de maquinaria y, finalmente, la cosecha de los árboles. Material de entrada

11 Productos Desechos En el proceso de talado y cosecha se toman los árboles ya crecidos. El producto de la silvicultura son árboles adultos listos para cosecha. En la cosecha el producto son troncos de árboles. Aserrín, ramas y despuntes de la poda. Árboles eliminados por el raleo (eliminación de árboles con baja expectativa comercial para fortalecer a otros de mejor plusvalía) Energía necesaria Combustibles fósiles para la maquinaria. Aserrío El aserradero comprende operaciones que van desde la manipulación y transporte de las trozas, al secado de la madera, su selección y clasificación. En las plantas de aserrío se realiza primeramente la selección de trozas y descortezado, de acuerdo a las dimensiones requeridas, especies y su uso final. Posteriormente las trozas seleccionadas para ser materia prima de la extracción de celulosa, pasan al proceso siguiente. Material de entrada Troncos de árboles provenientes de la cosecha. Productos Trozas seleccionadas para extracción de celulosa. Desechos Virutas de madera, aserrín, y cortezas. Maderas no seleccionadas. Energía necesaria electricidad Combustibles fósiles para la maquinaria. Celulosa y papel El proceso de obtención de celulosa consiste en separar la celulosa de otros elementos presentes en la madera, como lignina, hemicelulosa, resinas, ceras y grasas. Primero, se procesan las trozas de madera para convertirlas en astillas. Luego, estas astillas, que también pueden provenir de los aserraderos, pasan a un proceso de digestión, donde se les aplican altas presiones, formando una pasta que es sometida a varios lavados y secados posteriores. Finalmente, y si corresponde, pasan al blanqueo, donde se utiliza una mezcla de sulfuro de sodio e hidróxido de sodio para extraer la lignina. La pulpa

12 resultante se distribuye formando láminas que pasan por distintos procesos de finalización, tales como secado, dimensionado, prensado, apilado y embalado. Posterior a esto se procede a su despacho y comercialización. Material de entrada Al proceso de digestión entran trozas y astillas de madera, compuestos químicos de tratamiento y agua. Productos Desechos Al proceso de secado y prensado entra la pasta de celulosa Del proceso de digestión se obtiene la celulosa en forma de pasta. Del proceso de secado y prensado se obtiene el papel. Residuos industriales líquidos. Contaminantes gaseosos. Energía necesaria Electricidad. Calor. 3. Analizando el proceso productivo. Qué sabes de los procesos diagramas de flujo? Utiliza el espacio a continuación para tomar apuntes sobre los diagramas de flujo.

13 4. Construye un diagrama de flujo del proceso productivo del papel. Utiliza el texto 5. De dónde se obtiene la energía necesaria para los procesos? Qué otras fuentes de energía se pueden aprovechar? Completa esta información con los aportes de tus compañeros, compañeras y docentes.

14 6. Escribe a continuación todo aquello que consideres importante respecto de la biomasa y sus usos como fuente de energía. 7. Modifica el diagrama de flujo realizado en el punto anterior para incorporar el uso de la biomasa como fuente de energía. INDICADORES DE LOGRO Reconocen los diagramas de flujo como instrumentos útiles para el análisis de procesos productivos. Conocen el proceso productivo de la celulosa, reconociendo productos y desechos utilizables como fuentes de energía. Reconocen en la biomasa una fuente de energía renovable.