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ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL
FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA YAGROINDUSTRIA
APLICACIÓN DE PRODUCCIÓN MÁS LIMPIA EN LA EMPRESATEXTIL DELLTEX S.A PARA REDUCIR COSTOS DE ENERGÍA Y
MATERIA PRIMA EN EL ÁREA DE TINTORERÍA
PROYECTO PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE INGENIERÍAQUÍMICA
VERÓNICA CRISTINA VILLACRÉS [email protected]
DIRECTOR: ING. OMAR [email protected]
Quito, julio 2013
© Escuela Politécnica Nacional 2013Reservados todos los derechos de reproducción
DECLARACIÓN
Yo, Verónica Cristina Villacrés Salazar, declaro que el presente trabajo aquíescrito es de mi autoría; que no ha sido presentado para ningún grado ocalificación profesional; y, que he consultado las referencias bibliográficas que seincluye en este documento.
La Escuela Politécnica Nacional puede hacer uso de los derechoscorrespondientes a este trabajo, según lo establecido por la Ley de PropiedadIntelectual, por su reglamento y por la normativa institucional vigente.
_____________________________
Verónica Cristina Villacrés Salazar
CERTIFICACIÓN
Certifico que el presente trabajo fue desarrollado por la Sta. Verónica CristinaVillacrés Salazar, bajo mi supervisión.
___________________________
Ing. Omar BonillaDIRECTOR DE PROYECTO
AGRADECIMIENTO
Agradezco de manera especial a mis padres, Wilson y Narciza, quienes han sido
el pilar fundamental durante mi vida, y quienes con sus consejos y sabiduría han
sabido guiarme por el camino correcto. A mis hermanas Yessenia y Jamie que me
han brindado su apoyo incondicional. Ustedes mi núcleo familiar no me cansaré
de agradecerles por su apoyo. Les amo.
A mis abuelos, tíos y primos, gracias por haber fomentado en mí el deseo de
superación y el anhelo de triunfo en la vida.
Agradezco a personas muy especiales en mi vida: Diego, Andre, Guisele, Mary,
Susy y Taty; amigos incondicionales con quien he compartido momentos felices, y
me han sabido apoyar cuando más he necesitado. Son ángeles que Dios puso en
mi camino.
De manera especial agradezco al Ing. Omar Bonilla por su apoyo, paciencia y
preocupación en el desarrollo del proyecto.
A la empresa Delltex Industrial S.A por haberme abierto sus puertas y brindado
las facilidades para la elaboración del presente proyecto. Agradezco de manera
especial a la Ing. María Eugenia Urgilés, por su apoyo y disponibilidad de tiempo
durante el desarrollo del proyecto.
Mil palabras no bastarían para agradecerles su apoyo, su comprensión y sus
consejos en los momentos difíciles. A todos, espero no defraudarlos y contar
siempre con su valioso apoyo, sincero e incondicional.
Verónica Cristina Villacrés Salazar.
DEDICATORIA
A ti mi Dios que eres mi mejor amigo, gracias por haberme brindado la vida, tu
amor incondicional y cuidados, han sido fundamentales para el desarrollo de este
proyecto. Gracias por haberme enseñado a superar los retos que se presentaron
en el camino del aprendizaje y a ver con claridad que este es el primer paso de mi
carrera profesional.
Verónica Cristina Villacrés Salazar.
ÍNDICE DE CONTENIDOS
PÁGINA
RESUMEN iINTRODUCCIÓN iii
1. REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA 1
1.1. Producción más limpia en la industria textil 11.1.1. Producción mas limpia (PML) 11.1.2. Impacto ambiental del proceso de tintorería 21.1.3. Estrategias de producción mas limpia 3
1.1.3.1. Estrategias del nivel 1 31.1.3.2. Estrategias del nivel 2 41.1.3.3. Estrategias del nivel 3 5
1.1.4. Implementación de un programa de producción más limpia 51.1.5. Beneficios del programa de producción más limpia 10
1.1.5.1. Beneficios ambientales 111.1.5.2. Beneficios económicos 111.1.5.3. Beneficios operacionales 111.1.5.4. Beneficios comerciales 12
1.2. Proceso de tinturación de hilos y telas 121.2.1. Tipos de colorantes y su aplicación 121.2.2. Mecanismo de tintura 131.2.3. Tintura de hilos de poliacrilonitrilo (PAN) 151.2.4. Tintura de poliéster 171.2.5. Tintura de mezcla poliéster acrílico 191.2.6. Tinturación en poliéster-lana (PES-WO) 201.2.7. Diferencia y aceptabilidad del color 21
1.3. Características del aislante térmico 24
2. METODOLOGÍA 27
2.1. Evaluación técnica y económica del aislamiento de la tubería de la línea devapor y condensado en las máquinas de tintura de hilos y telas 27
2.2. Reducción del consumo de vapor en las máquinas de tintura de hilos 29
2.3. Disminución del stock de colorantes sin movimiento 33
2.4. Disminución del exceso de colorantes en las recetas de las fórmulassobresaturadas 35
2.5. Implementación de las opciones de mejora en el área de tintorería de laempresa Delltex S.A. 382.5.1. Reducción del consumo de vapor en las máquinas de tintura de hilos 392.5.2. Disminución del stock de colorantes sin movimiento 392.5.3. Disminución del exceso de colorantes en las recetas de las fórmulas
sobresaturadas 39
3. RESULTADOS Y DISCUSIÓN 41
3.1. Descripción del proceso de tinturación de hilos y telas en la empresa DelltexIndustrial S.A. 413.1.1. Tintura de hilos de poliacrilo nitrilo (PAN) 433.1.2. Tintura de tela 47
3.1.2.1. Tintura de tela poliéster 483.1.2.2. Tintura de tela poliéster-lana 503.1.2.3. Tinturación de tela poliéster acrílico 523.1.2.4. Tintura de tela acrílica 54
3.2. Aislamiento de la tubería de la línea de vapor y condensado 543.2.1. Evaluación técnica 553.2.2. Evaluación económica 613.2.3. Evaluación ambiental 62
3.3. Reducción del consumo de vapor en las máquinas de tintura 633.3.1. Evaluación técnica antes de implementar la mejora 633.3.2. Evaluación económica antes de implementar la mejora 683.3.3. Evaluación ambiental antes de implementar la mejora 703.3.4. Implementación de la mejora, reducción del consumo de vapor en las
máquinas de tintura de hilo 71
3.4. Disminución del stock de colorantes sin movimientos en bodega 733.4.1. Evaluación técnica antes de implementar la mejora 733.4.2. Implementación de la mejora, disminución del stock de colorantes sin
movimiento en bodega 80
3.5. Disminución del exceso de colorante en recetas de fórmulas sobresaturadas 813.5.1. Evaluación técnica antes de implementar la mejora 813.5.2. Implentación de la mejora 883.5.3. Evaluación ambiental 88
4. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 89
4.1. Conclusiones 89
4.2. Recomendaciones 90
BIBLIOGRAFÍA 91
ANEXOS 95
ÍNDICE DE TABLAS
PÁGINA
Tabla 2.1. Precio y poder calorífico del búnker 29
Tabla 2.2. Propiedades del ácido cítrico, acético y fórmico 30
Tabla 3.1. Capacidad de las máquinas de tintura de hilo 43
Tabla 3.2. Tipos de hilos producidos en DELLTEX 46
Tabla 3.3. Capacidad de las máquinas de tintura de tela 48
Tabla 3.4. Clasificación de telas poliéster lana 50
Tabla 3.5. Clasificación de telas poliéster acrílico 53
Tabla 3.6. Calor total perdido en la línea de vapor y condensado 55
Tabla 3.7. Calor total perdido en la línea de vapor de las máquinas de tintura
de hilo 56
Tabla 3.8. Calor total perdido en la línea de condensado de las máquinas de
tintura de hilo 57
Tabla 3.9. Calor total perdido en la línea de vapor en las máquinas de tintura
de tela 57
Tabla 3.10. Calor total perdido en la línea de condensado en las máquinas de
tintura de tela 58
Tabla 3.11. Calor total perdido en la línea de vapor para las máquinas de
tintura de tela 59
Tabla 3.12. Calor total perdido en la línea de condensado de las máquinas de
tintura de tela 59
Tabla 3.13. Cantidad y costo total del aislante para la tubería 60
Tabla 3.14. Ahorro de calor y dinero con el aislamiento de la tubería 60
Tabla 3.15. Datos necesarios para el análisis económico de la opción de
mejora aislamiento de tubería 61
Tabla 3.16. Flujo de fondos generados por la opción de mejora, aislamiento
de tubería 61
Tabla 3.17. Criterios Financieros. Aislamiento de tubería 62
Tabla 3.18. Análisis del consumo y ahorro por el cambio de ácido 65
Tabla 3.19. Costo del lavado para una máquina de 270 kg de capacidad 65
Tabla 3.20. Coeficientes globales de transferencia de calor tanto sucio como
limpio del intercambiador de calor 67
Tabla 3.21. Ahorro en vapor esperado con la eliminación de incrustaciones
de las máquinas de tintura de hilo 68
Tabla 3.22. Flujo económico generado por la opción de mejora 69
Tabla 3.23. Criterios económicos para la evaluación de la opción de mejora
(reducción del consumo de vapor en las máquinas de tintura) 70
Tabla 3.24. Ahorro en consumo de vapor, búnker y agua 71
Tabla 3.25. Flujo económico generado por la opción de mejora 72
Tabla 3.26. Criterios económicos para la evaluación de la opción de mejora
(reducción del consumo de vapor en las máquinas de tintura). 73
Tabla 3.27. Colorantes sin consumo del área de tintorería. 74
Tabla 3.28. Colorantes que se encuentran sin movimientos y se los puede
consumir en el área 76
Tabla 3.29. Fórmula nueva azul marino para cobija Cotopaxi 77
Tabla 3.30. Fórmula nueva rojo 318 para cobija Cotopaxi 77
Tabla 3.31. Fórmula nueva azul marino 2 para cobija Cotopaxi 78
Tabla 3.32. Fórmula nueva verde 401 para cobija Cotopaxi 78
Tabla 3.33. Fórmula nueva naranja 129 para cobija Cotopaxi 78
Tabla 3.34. Fórmula nueva vino para cobija Cotopaxi 78
Tabla 3.35. Fórmula nueva verde para cobija Cotopaxi 79
Tabla 3.36. Fórmula escarlata 1050 para cobija Cotopaxi 79
Tabla 3.37. Fórmula nueva verde para cobija Cotopaxi 79
Tabla 3.38. Fórmula nueva verde para cobija Cotopaxi 79
Tabla 3.39. Fórmula nueva verde para cobija Cotopaxi 80
Tabla 3.40. Cantidad y costo reducida de los colorantes en 8 meses 80
Tabla 3.41. Porcentaje de producción en relación al color del mes de marzo,
abril y mayo del 2011 82
Tabla 3.42. Fórmula antigua del color lila 432 83
Tabla 3.43. Fórmula nueva del color lila 432 84
Tabla 3.44. Fórmula antigua del color azul Z03 84
Tabla 3.45. Fórmula nueva del color azul Z03 84
Tabla 3.46. Fórmula antigua del color verde 378 85
Tabla 3.47. Fórmula nueva del color verde 378 85
Tabla 3.48. Fórmula antigua del color azul Z62 85
Tabla 3.49. Fórmula nueva del color azul Z62 86
Tabla 3.50. Fórmula antigua del color negro 074 86
Tabla 3.51. Fórmula nueva del color negro 074 86
Tabla 3.52. Análisis del ahorro al cambiar de tricromía las fórmulas de mayor
movimiento al mes 87
Tabla AII.1. Datos de la tubería de vapor de OBEM 5 111
Tabla AII.2. Temperatura de pared de la tubería de vapor de la OBEM 5 111
Tabla AII.3. Propiedades de la tubería de la OBEM 5 y del aire a temperatura
film 112
Tabla AII.4. Datos necesarios para el cálculo del calor perdido por convección
natural en la tubería de vapor de la OBEM 5 112
Tabla AII.5. Calor por convección natural perdido en la tubería de vapor de la
OBEM 5 113
Tabla AII.6. Datos necesarios para el cálculo del calor perdido por radiación
para la OBEM 5 114
Tabla AII. 7. Calor total perdido en la tubería de vapor de la máquina OBEM 5 114
Tabla AIII.1. Precio de las cañuelas proporcionado por el comerciante La Llave 117
Tabla AIII.2. Datos necesarios para el cálculo del número de capas del aislante 117
Tabla AIV.1. Consumo de ácido en el año 2010-2011 122
Tabla AIV.2. Consumo y costo de ácido en el mes 122
Tabla AV.1. Tiempos de apertura y cierre de la válvula de vapor antes del
lavado de máquina OBEM 5 (23/marzo/2011) 123
Tabla AV.2. Tiempos de apertura y cierre de la válvula de vapor antes del
lavado de máquina OBEM 4 (1/abril/2011) 125
Tabla AV.3. Datos de las propiedades físicas del tubo 128
Tabla AV.4. Propiedades del vapor a la temperatura de saturación 129
Tabla AVI.1. Fórmula antigua gris 600 133
Tabla AVI.2. Fórmula nueva gris 600 133
Tabla AVI.3. Fórmula antigua lila 4015 134
Tabla AVI.4. Fórmula nueva lila 4015 134
Tabla AVI.5. Fórmula antigua rojo R09 134
Tabla AVI.6. Fórmula nueva rojo R09 135
Tabla AVI.7. Fórmula antigua verde 373 135
Tabla AVI.8. Fórmula nueva verde 373 135
Tabla AVI.9. Fórmula antigua azul 0515 136
Tabla AVI.10. Fórmula nueva azul 0515 136
Tabla AVI.11. Fórmula antigua azul Z76 136
Tabla AVI.12. Fórmula nueva azul Z76 137
Tabla AVI.13. Fórmula antigua vino 331 137
Tabla AVI. 14. Fórmula nueva vino 331 137
Tabla AVI. 15. Fórmula antigua morado M13 138
Tabla AVI.16. Fórmula nueva morado M13 138
Tabla AVII.1. Aperturas y cierres de la válvula de vapor después del lavado de
máquina OBEM 5 (27/abril/2011) 139
Tabla AVII.2. Aperturas y cierres de la válvula de vapor después del lavado de
máquina OBEM 4 (4/mayo/2011) 141
Tabla AVII.3. Ahorro de vapor con el lavado de la máquina de tintura de hilo de
270 kg 143
Tabla AVII.4. Potencia de calderos 143
Tabla AVII.5. Costo y consumo de fuel oil 144
Tabla AVII.6. Ahorro de vapor 144
Tabla AVIII.1.Cantidad y costo total del aislante para la tubería 147
Tabla AVIII.2.Ahorro de calor y dinero con el aislamiento de la tubería 147
Tabla AVIII.3.Criterios Financieros. Aislamiento de tubería 148
Tabla AVIII.4.Análisis del consumo y ahorro por el cambio de ácido 148
Tabla AVIII.5.Ahorro en consumo de vapor, búnker y agua 149
Tabla AVIII.6.Criterios económicos para la evaluación de la opción de mejora
(reducción del consumo de vapor en las máquinas de tintura) 150
Tabla AVIII.7.Colorantes consumidos en 8 meses 150
Tabla AVIII.8.Análisis del ahorro tanto en kg como monetario al cambiar de
tricromía las fórmulas de mayor movimiento al mes 151
ÍNDICE DE FIGURAS
PÁGINA
Figura 1.1. Diagrama de flujo del proceso de tinturación 2
Figura 1.2. Niveles de aplicación de estrategias de Producción más Limpia 3
Figura 1.3. Etapas para la implementación de un programa de producción más
limpia (CNP+LH, 2009, p. 8) 5
Figura 1.4. Fases de la tintura 14
Figura 1.5. El color en el espacio 22
Figura 1.6. Diferencias en coordenadas rectangulares 23
Figura 1.7. Diferencias en coordenadas cilíndricas 24
Figura 1.8. Grosor óptimo del aislante 25
Figura 1.9. Diagrama de la pérdida de calor en un tubo aislado 26
Figura 2.1. Equipo de tintura del laboratorio AHIBA 34
Figura 2.2. Proceso para la formulación de un color en laboratorio 35
Figura 2.3. Programa Datacolor para elección de la fibra y el color a calcular 37
Figura 2.4. Programa Datacolor para la selección de colorantes 37
Figura 2.5. Resultados de los porcentajes de colorante requerido para el color
rojo formulado 38
Figura 3.1. Disposición de las máquinas de tintura de hilo y tela en el área de
tintorería 42
Figura 3.2. Esquema del proceso de tintura de hilo 42
Figura 3.3. Máquinas de tintura de hilo 43
Figura 3.4. Porta material de madejas reducido a la mitad de su capacidad 44
Figura 3.5. Máquina de tintura en madejas OBEM 45
Figura 3.6. Curva para la tintura del poliacrilonitrilo 47
Figura 3.7. Gráfico demostrativo del ingreso de la tela a la autoclave 48
Figura 3.8. Curva para la tintura de poliéster 49
Figura 3.9. Cabina de la máquina OBEM 6 y orificios por donde circula el
baño 66
Figura AIII.1. Especificaciones técnicas de las cañuelas 116
Figura AIII.2. Radio Crítico 118
Figura AIII.3. Figura para el cálculo del coeficiente de convección y radiación
del aire 119
Figura AV.1. Gráfico para el cálculo del coeficiente convección por el lado de la
coraza de un intercambiador de calor 131
ÍNDICE DE ANEXOS
PÁGINAANEXO IEsquema de la línea de vapor y condensado en las máquinas de tintura dehilo y tela
96
ANEXO IICálculo de las pérdidas energéticas en la tubería de vapor y condensado delárea de tintorería
108
ANEXO IIICálculo para la evaluación técnica y económica de la opción de mejora.Aislamiento de la línea de vapor y condensado
115
ANEXO IVCambio de ácido por problemas de incrustaciones en las máquinas 122
ANEXO VLavado de máquinas debido a incrustaciones y análisis del ahorro deconsumo de vapor
123
ANEXO VIDisminución de porcentaje de colorantes en formulas sobresaturadas ycambio de colorantes que ocasionan manchados y mala solidez a la luz
133
ANEXO VIIImplementación del lavado de máquinas debido a incrustaciones 139
ANEXO VIIIPropuesta de mejoramiento 146
ANEXO IXFicha técnica ácido cítrico 153
i
RESUMEN
El proyecto de titulación que se presenta a continuación es una aplicación de
algunos criterios de Producción más Limpia en el área de Tintorería de la
empresa Delltex Industrial S.A para la reducción de costos de energía y materia
prima.
Mediante el estudio en la empresa Delltex Industrial S.A. se identificaron 17
opciones de mejora de las que se seleccionaron cuatro opciones para su análisis,
ya que estas causarían un mayor impacto en el proceso productivo del área de
tintorería.
La primera opción de mejora analizada fue el aislamiento de la tubería de la línea
de vapor y condensado de las máquinas de tintura de hilo y tela. Al analizar las
tuberías desnudas se determinó una pérdida energética inicial de 36 069,34 W,
luego del aislamiento de la tubería se logró una reducción de 31 679,79 W, lo que
significó un ahorro energético del 87,80 %. La opción de mejora permitió una
disminución de 3 531,32 gal/año de fuel oil, lo que representó un ahorro de
2 239,77 USD/año.
La segunda opción de mejora evaluada fue la reducción del consumo de vapor en
las máquinas de tintura de hilo, las mismas que se encontraban con
incrustaciones en las paredes e intercambiadores de calor debido al ácido
utilizado y al agua de pozo, cuya dureza es media. Al eliminar las incrustaciones
mediante un lavado ácido de las máquinas, se logró un ahorro de
85 661,12 kg vapor/año, que representó un ahorro en agua de 88 474,61 L/año.
La tercera opción de mejora fue la disminución del stock de colorantes sin
movimiento, para evitarla compra innecesaria de materia prima, y ahorrar espacio
físico en la bodega. Esta opción de mejora se alcanzó mediante la formulación de
nuevas recetas de tintura y venta de algunos colorantes en desuso, con la que se
logró una reducción de 314,12 kg de colorante que equivalió a un ahorro de
ii
3 667,53 USD en ocho meses.
La cuarta y última opción de mejora evaluada fue la disminución del exceso de
colorantes en fórmulas sobresaturadas, para lo cual se analizaron los colores que
se tinturan con mayor frecuencia para su respectivo análisis y si fuese posible, la
reformulación de las recetas de tintura. Mediante la reformulación de colorantes
se logró por un lado un ahorro de 138,83 kg de colorante por mes, lo que
representó mayor espacio físico en bodega, y por otro lado se eliminó de la
tricromía básica el colorante Verde Malaquita, que posee un bajo nivel de solidez
a la luz.
iii
INTRODUCCIÓN
La industria textil en el Ecuador es una de las más antiguas, ha generado grandes
fuentes de trabajo, así como avances tecnológicos e implementación de
metodologías que han ayudado a mejorar la competitividad dentro del sector
(Díaz, 2010, p. 1).
Es uno de los sectores industriales de tradición y con más antigüedad, que ha
jugado un papel importante en el desarrollo industrial y económico del país, pero
de igual manera ha generado un impacto negativo ambiental con fuentes de
desecho y contaminación en especial en el recurso aire y agua. Esta industria es
usuaria de una amplia variedad de productos químicos, lo que hace que sus
procesos deban tener con especial cuidado, como es el proceso de tintorería
(Acero, 2005, p. 9).
Delltex Industrial S.A es una empresa textil reconocida en Sur América que posee
problemas en los procesos de producción en el área de tintorería, por ejemplo
tuberías desnudas, baños sobresaturados, lo que implica pérdidas energéticas
por tuberías no aisladas y contaminación ambiental en el agua por la cantidad de
químicos utilizados y en el aire por las emisiones gaseosas provocadas por la
generación de vapor.
Con la finalidad de resolver dichos problemas se eligió la aplicación de un
programa de Producción más Limpia (PML) que efectúa un abordaje a los
procesos productivos con una estrategia preventiva de la gestión ambiental y con
el objetivo de reducir la contaminación, optimizar los procesos, uso de agua,
materias primas y energía, además de mejorar la tecnología y reducir costos
(Acero, 2005, p. 9).
Sobre la base de los argumentos anteriores, queda plenamente justificada la
aplicación de Producción más Limpia en la empresa Delltex Industrial S.A.
1
1. REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA
1.1. PRODUCCIÓN MÁS LIMPIA EN LA INDUSTRIA TEXTIL
La industria textil en el Ecuador es una de las más antiguas, ha generado grandes
fuentes de trabajo, así como avances tecnológicos e implementación de
metodologías que ha ayudado a mejorar la competitividad dentro del sector (Díaz,
2010, p. 1).
Así, como es una de las industrias con más antigüedad, esta ha creado un
impacto negativo ambiental con fuentes de desecho y contaminación. Genera
efluentes líquidos, desechos sólidos, emisiones gaseosas y ruido; influyendo
negativamente sobre la salud y el medio ambiente; por ello es importante la
identificación y aplicación de un programa de producción más limpia para la
reducción máxima de generación de residuos a lo largo de toda la producción,
reduciendo así la contaminación ambiental al final del proceso, en un porcentaje
considerable (Acero, 2005, p. 18).
1.1.1. PRODUCCIÓN MAS LIMPIA (PML)
“La producción más limpia es la aplicación continua de una estrategia ambiental,
preventiva e integrada, a los procesos productivos, a los productos y a los
servicios para incrementar la eficiencia y reducir riesgos para los seres humanos y
el ambiente. La producción más limpia puede ser aplicada a los procesos
empleados en cualquier industria, a los productos mismos y a los diferentes
servicios prestados a la sociedad” (CPTS, 2005, p. vi).
Así la producción más limpia en los procesos provoca el ahorro de materia prima,
agua, energía, sustancias tóxicas y peligrosas, emisiones gaseosas y reducción
en la fuente de residuos y desechos; en los productos busca la reducción del
impacto ambiental negativo desde su transformación, uso, hasta la disposición
2
final; y por último en el servicio la producción más limpia aborda consideraciones
ambientales en el diseño y entrega de los productos (ONUDI, s.a., p. 3).
1.1.2. IMPACTO AMBIENTAL DEL PROCESO DE TINTORERÍA
El área de tintorería es la que más desechos y residuos genera en la industria
textil, por ser el proceso que utiliza la mayor cantidad de agua, vapor y productos
químicos, siendo esta etapa donde más impacto ambiental negativo se produce;
pero a la vez dónde más opciones de producción más limpia se pueden encontrar.
En la Figura 1.1 se puede observar la variedad de productos utilizados, así como
los subprocesos y las salidas. Debido a que la tintorería utiliza una gran cantidad
de agua y por el consumo elevado de químicos, su impacto se establece
directamente en el DBO (demanda bioquímica de oxígeno), DQO (demanda
química de oxígeno), SS (sólidos suspendidos), metales, temperatura y pH del
agua (CAR/PL, 2002, pp. 16-18).
Figura 1.1. Diagrama de flujo del proceso de tinturación(Acero, 2005, p. 20)
ENTRADAS
•Agua
•Vapor
•Aire comprimido
•Igualante
•Retardante
•Colorante: ácidos,disperso, básicos
•Suavizante
•Detergente
•Acido: cítrico, fórmico
•Sósa cáustica
•Energía eléctrica
•Otros auxiliares
OPERACIONESUNITARIAS
•Lavado
•Tinturado
•Suavizado
•Centrifugado
•Secado
SALIDAS
•Tela e hilo tinturado
•Aguas residuales
•Tanques plásticos ymetálicos
•Pérdidas energéticas
•Cartón contaminado
3
1.1.3. ESTRATEGIAS DE PRODUCCIÓN MAS LIMPIA
Se pueden observar de manera resumida en la Figura 1.2 las estrategias de
producción más limpia.
Figura 1.2. Niveles de aplicación de estrategias de Producción más Limpia(Oestrich, Keiler y Rocco, 2005, p. 59)
1.1.3.1. Estrategias del nivel 1
El objetivo es encontrar opciones que permitan abordar la “REDUCCIÓN EN LA
FUENTE”, desarrollando acciones y metodologías de Producción más Limpia para
prevenir y reducir la contaminación.
La reducción en la fuente se enfoca en hallar oportunidades de mejora,
incluyendo la reducción en la materia prima, modificaciones en el proceso,
producto y servicio con la finalidad de reducir el tratamiento de los efluentes y
desechos al final del proceso (INTEC, 1998, p. 9).
Reciclaje internoReducción en la fuente
Producción más Limpia
Minimizar residuos yemisiones
Nivel 1 Nivel 2
Reutilizar residuos yemisiones
Nivel 3
Reciclaje externo Tratamiento de residuos
Cambio en el producto Cambio en el proceso
Prácticasoperacionales
Sustituciónmaterias primas
Cambiotecnológico
4
! Modificaciones del producto
La finalidad es lograr un producto con idénticas características, efectuando
cambios como: reducción y reuso de embalajes, uso eficiente de materias primas
e implementación de tecnologías que minimicen desechos (INTEC, 1998, p. 9).
! Modificaciones del proceso
Ayuda en gran medida a la implementación de oportunidades de producción más
limpia. Esto se logra mediante:
• Buenas prácticas operacionales, siendo estas, económicamente, las medidas
que pueden ser implementadas con mayor facilidad. Incluyen entrenamiento y
motivación del personal, cambio en el funcionamiento de los equipos,
reducción de la limpieza en las máquinas, mantenimiento preventivo,
reducción de pérdidas energéticas, administración de materias primas y
materiales, así como la prevención de derrames (INTEC, 1998, p. 9).
• Reemplazo de materias primas por unas de similares características pero que
generen menor contaminación, así se puede reemplazar por productos
biodegradables, u optar por la reducción de químicos peligrosos (Oestreich et
al, 2005, pp. 56,60).
• Modificaciones tecnológicas con la finalidad de generar menor ruido, reducir el
uso de agua y energía. Los cambios pueden ir desde simples hasta extensas
reconstrucciones (Oestreich et al, 2005, pp. 56,60).
1.1.3.2. Estrategias del nivel 2
Luego de realizar las posibles reducciones en la fuente y lo que no se logra
eliminar, se tiene como opción: re usar internamente, recuperar como materia
prima o crear subproductos (Acero, 2005, p. 10).
5
1.1.3.3. Estrategias del nivel 3
Agotadas las opciones del nivel 1 y 2 debe optarse por medidas para reciclar
desechos y emisiones fuera de la compañía, así como el tratamiento de los
respectivos residuos.
1.1.4. IMPLEMENTACIÓN DE UN PROGRAMA DE PRODUCCIÓN MÁS
LIMPIA
La metodología a implementar para la aplicación de un programa de Producción
más Limpia tiene como objetivo identificar las oportunidades de mejora de mayor
eficiencia y eficacia con el menor impacto ambiental y baja inversión, generando
un alto beneficio para la empresa (Acero, 2005, p. 12). Dicha metodología se
compone de cuatro etapas, así como se puede observar en la Figura 1.3:
Figura 1.3. Etapas para la implementación de un programa de producción más limpia(CNP+LH, 2009, p. 8)
Etapa 1: Planeación y organización del programa de producción más limpia
En la primera etapa se escoge el equipo de trabajo que evaluará los alcances y
obstáculos para el éxito del programa de Producción más Limpia. Para ello se
deben seguir los siguientes pasos:
6
Paso 1: Compromiso de la gerencia. Es importante para el programa el apoyo de
la gerencia, ya que así se asegura la ejecución, continuidad y calidad de las
opciones de mejora a implementarse. El gerente debe estar seguro del beneficio
que la producción más limpia genera a la empresa (CNP+LH, 2009, p. 9).
Paso 2: Creación del equipo de producción más limpia. El equipo debe ser
multidisciplinario y debe estar conformado por personal de la empresa; el mismo
que puede tomar decisiones que ayuden a gestionar actividades del programa. El
equipo debe ayudar a identificar obstáculos y soluciones que ayuden al programa,
así como difundir los resultados obtenidos para lograr el entusiasmo del personal
y en especial de la gerencia (CNP+LH, 2009, p. 9).
Etapa 2: Evaluación previa
El equipo mediante información recopilada y diagramas de flujo con sus
respectivas corrientes de entrada y salida, analiza la generación de residuos y
desechos así como las prioridades de la planta. Los pasos de esta etapa son:
Paso 3: Realizar la pre-evaluación sobre los procesos de producción. La finalidad
es que el equipo de trabajo se familiarice con el proceso productivo y sea más
fácil la identificación de opciones de producción más limpia mediante
investigación tanto técnica y bibliográfica (Acero, 2005, p. 13; CPTS, 2005, p. 25).
Paso 4: Elaborar diagramas de flujo. Para la elaboración de los diagramas de flujo
se deben identificar las operaciones unitarias existentes con sus respectivas
entradas y salidas y si es posible cuantificadas para una mejor evaluación e
identificación de posibles opciones de mejora (Acero, 2005, p. 13; CPTS, 2005, p.
26).
Paso 5: Identificar prioridades. Para la identificación de prioridades el equipo debe
evaluar exhaustivamente el diagrama de flujo, identificando operaciones unitarias
críticas en las que se debe valorar las ineficiencias en el uso de materia prima,
agua y energía; cantidad de residuos y desechos; y valorar la implantación de
7
mejora mediante PML (Acero, 2005, p. 13; CPTS, 2005, p. 28).
Etapa 3: Estudios y evaluaciones
El equipo analizará en la presente etapa detalladamente las operaciones unitarias
mediante balances de materia y energía, para desarrollar oportunidades de
Producción más Limpia encaminadas primordialmente a la optimización de uso de
materia prima, agua, energía, entre otros insumos. Se requieren los siguientes
pasos:
Paso 6: Elaborar el balance de materia y energía de las operaciones unitarias
críticas. Se debe observar las operaciones unitarias críticas y medir tanto las
entradas (agua, energía materia prima entre otros insumos), como las salidas
(productos, subproductos, residuos y desechos) bajo parámetros normales de
funcionamiento (CPTS, 2005, p. 29).
Paso 7: Identificar las causas de la generación de residuos y desechos. Además
de analizar las entradas y salidas de las operaciones unitarias se debe identificar
y si es posible cuantificar la generación de residuos y desechos, se puede dar así
por ejemplo fugas de agua, vapor (CPTS, 2005, pp. 29,30).
Paso 8: Identificar y pre-seleccionar oportunidades de producción más limpia.
Mediante un análisis exhaustivo de los diagramas de flujo e identificadas las
causas que originan la ineficiencia de operaciones unitarias y la generación de
residuos y desechos, se logra plantear posibles oportunidades de mejora para el
proceso productivo buscando de manera primordial la reducción en la fuente
(CNP+LH, 2009, p. 12).
Paso 9: Seleccionar las oportunidades de producción más limpia a ser evaluadas
técnica y económicamente. Se debe seleccionar las opciones cuya
implementación sea viable y practicable, analizando además los posibles
obstáculos a presentarse tanto internos como externos para la empresa (CPTS,
2005, pp. 31,32).
8
Paso 10: Evaluación de los datos obtenidos en la etapa 3. En dicho paso se
define la profundidad con la que cada una de las opciones de mejora van a ser
evaluadas en el aspecto técnico, económico y ambiental; ya que algunas
opciones de mejora necesitaran ser detalladas (Acero, 2005, p. 13).
Paso 11: Estudios de viabilidad técnica. El objetivo en este paso es verificar las
modificaciones que se deben realizar para la implementación de las opciones de
mejora y la disponibilidad tecnológica, materia prima, espacio, tiempo, mano de
obra, etc. Es importante en este paso proyectar los balances de materia y energía
con los cambios propuestos para verificar la situación futura (CPTS, 2005, p. 33).
Paso 12: Estudios de viabilidad económica. Para evaluar económicamente las
opciones de mejora es importante establecer criterios financieros como el periodo
de recuperación de la inversión (PR), el mismo que se muestra según la Ecuación
1.1 (CPTS, 2005, pp. 35-38).
!" #
[1.1]
Dónde:
$ Inversión inicial, usd.
$ Ingreso estimado para el primer periodo, USD/año.
$ Ahorro estimado para el primer periodo, USD/año.
$ Costo operativo en el primer periodo, USD/año.
Para el cálculo del periodo de recuperación no se toma en cuenta el valor del
dinero en el tiempo ya que no se dispone de una tasa de interés.
Como indicador para evaluar el PR se tiene:
PR ≤ 3 años, el proyecto es económicamente atractivo.
3 años < PR < 8 años, el proyecto es económicamente aceptable.
9
PR > 8 años, el proyecto no es económicamente aceptable.
Además se debe evaluar los criterios financieros como son la tasa interna de
retorno (TIR) y el valor actual neto (VAN), el mismo que se presenta según la
Ecuación 1.2.
Así se tiene que:
! # "%& " '
[1.2]
Dónde:
$ Flujo de caja en el periodo t.
$ Interés nominal.
$ Número de periodos considerados.
La tasa interna de retorno es aquella tasa de interés cuando el valor actual neto
(VAN) es igual a cero. Por lo que si el VAN es mayor a cero el proyecto es
aceptable económicamente. De acuerdo a los resultados que arrojen los criterios
financieros se puede establecer la viabilidad económica de un proyecto.
Paso 13: Estudios de viabilidad ambiental. Este paso es de suma importancia ya
que se debe cuantificar la reducción tanto de materia prima como de residuos y
desechos, y la influencia que estos generan sobre el medio ambiente. Las
opciones de mejora que son factibles en la parte ambiental son calificadas
técnicamente viables (CPTS, 2005, p. 35).
Paso 14: Seleccionar las opciones factibles. Una vez realizado el estudio de
factibilidad, se debe seleccionar por prioridad las opciones de mejora señalando
en forma clara y precisa las medidas a ser implementadas en la empresa. Es
importante presentar un informe final en el que se indique los beneficios de las
opciones de mejora seleccionadas así como recomendaciones (CPTS, 2005, pp.
38,39).
10
Etapa 4: Implementación y plan de seguimiento
En la última etapa el objetivo es hacer efectivo el programa, promoviendo la
continuidad del mismo mediante seguimiento y evaluación de los resultados
periódicamente.
Paso 15: Preparar el plan de implementación de producción más limpia. El plan
debe incluir las metas a alcanzar así como una programación de las actividades,
los responsables y el presupuesto de cada opción de mejora. Es importante
conversar con la parte operativa para lograr su compromiso e indicar los
beneficios del programa (CPTS, 2005, p. 39).
Paso 16: Implementar las opciones de producción más limpia. Durante la
implementación del programa es importante realizar controles para asegurar el
cumplimiento de las metas ya establecidas (CPTS, 2005, p. 40).
Paso 17: Supervisar y evaluar el avance. Una vez terminado el plan de acción, las
personas responsables deben comprobar los beneficios esperados. Para el
análisis, si fuese necesario, se debe cuantificar las salidas (productos, residuos y
desperdicios) (CPTS, 2005, pp. 40,41).
Paso 18: Evaluar la continuidad del programa de producción más limpia. Es
importante saber que una vez implementadas las opciones de mejora, estas no
terminan su actividad, por lo que es indispensable el monitoreo continuo. Para
asegurar la continuidad del programa se debe también realizar un análisis de los
problemas durante la implementación para analizar las soluciones; además es
importante realizar actividades de mantenimiento, estudios y adquisición de
nuevos productos (CPTS, 2005, p. 41).
1.1.5. BENEFICIOS DEL PROGRAMA DE PRODUCCIÓN MÁS LIMPIA
A continuación se mencionan algunos beneficios que obtiene la empresa al
11
implementar un programa de producción más limpia.
1.1.5.1. Beneficios ambientales
Los beneficios ambientales son los que determinan la implementación de un
programa de producción más limpia, entre los más importantes la eliminación de
materias peligrosas y reducción de la carga de contaminantes en los efluentes de
la planta; estos se los puede lograr mediante cambio en las materias primas o a
su vez con un mejor manejo en el stock.
La disminución en el tratamiento final y disposición de los desechos se los puede
obtener mediante la aplicación del reuso y recirculación de ciertos materiales,
además todo lo mencionado anteriormente desencadena en una disminución de
emisiones a la atmósfera (CNP+LH, 2009, p. 8).
1.1.5.2. Beneficios económicos
La producción más limpia tiene como objetivo realizar una pequeña inversión al
principio del proceso con la finalidad de que los costos del tratamiento y
disposición final de los residuos sean mínimos. De esta manera se logra una
reducción de costos por el buen uso de materias primas e insumos y ahorro por el
mejor uso de los recursos (agua, energía, etc.). Además se tiene un aumento
considerable de las ganancias por mejoras en los procesos productivos y por el
valor económico obtenido al reusar, reciclar y recuperar los residuos (CNP+LH,
2009, p. 8).
1.1.5.3. Beneficios operacionales
La parte operativa también se ve beneficiada por el programa de producción más
limpia, ya que existe un aumento de la eficiencia de los procesos y mejora de las
12
condiciones de seguridad y salud ocupacional; con lo que mejora la relación con
los empleados (Centro Nacional de Producción más Limpia, s.a., p. 8).
1.1.5.4. Beneficios comerciales
Al implementar un programa de beneficios ambientales, mejora la imagen de la
empresa, ayudando a los productos a posicionarse en nuevos mercados y
facilitando su venta (Centro Nacional de Producción más Limpia, s.a., p. 8).
1.2. PROCESO DE TINTURACIÓN DE HILOS Y TELAS
El proceso de tintura es una de las operaciones de la industria textil con más
oportunidades de producción más limpia por la diversidad de sustancias e
insumos que se utilizan.
1.2.1. TIPOS DE COLORANTES Y SU APLICACIÓN
Existen diferentes tipos de colorantes que dependiendo de la fibra a teñirse se
clasifican en:
! Colorantes Ácidos: se los utiliza para la tintura de lana y poliamida, su
fabricación es a partir de sales de sodio y se caracterizan por poseer carga
aniónica (CAR/PL, 2002, p. 100).
! Colorantes Básicos: se los usa para tinturar poliacrilonitrilo; son más
conocidos como colorantes catiónicos, corresponden a hidrocloruros de sales
o bases orgánicas (CAR/PL, 2002, p. 102).
! Colorantes Dispersos: son los colorantes más apropiados para la tintura del
13
poliéster, se caracterizan por ser no iónicos e insolubles en agua fría. Son
suspensiones de compuestos orgánicos de tamaño de partícula del orden de
0,5 a 1 µm (Hollen, Saddler y Langford, 1987, p. 329).
! Colorantes Directos: son utilizados especialmente en la tintura de fibras
celulósicas. Están constituidos por sales de sodio de ácidos sulfónicos (Acero,
2005, p. 16).
! Colorantes Reactivos: se utiliza en la tintura de algodón, viscosa, lino, lana y
seda. En la tintura es fundamental el uso de cloruro de sodio, carbonato de
sodio e hidróxido de sodio (CAR/PL, 2002, p. 99).
1.2.2. MECANISMO DE TINTURA
El proceso de tintura fija las moléculas de colorante en las fibras textiles, el color
es producto de la absorción y reflexión de las ondas de luz por los colorantes.
La Figura 1.4 describe el proceso de tintura así: El sistema de tintura comienza
con la disolución del colorante (A); una vez cargada la fibra a la máquina de
tintura y con la adición de la disolución, se incrementa la temperatura con la
finalidad de que la fibra adsorba el colorante de la disolución (B), se sigue con el
incremento de la temperatura logrando el desplazamiento del colorante de la
superficie al interior de la fibra (C); alcanzada la temperatura de tintura el
colorante se fija a la fibra y dependiendo del color a tinturar se mantiene más
(colores oscuros) o menos (colores claros) tiempo en la temperatura máxima
establecida.
El tiempo en el que permanece el baño de tintura en la temperatura máxima
alcanzada se lo denomina tiempo de agotamiento. La temperatura máxima a
alcanzar se establece de acuerdo a la fibra a tinturar: 102 °C en el acrílico, 98 °C
en la lana, 130 °C en el poliéster, 110 °C en la mezcla poliéster-acrílico y 106 °C
en la mezcla poliéster-lana (SANDOZ, s.a., p.15).
14
Figura 1.4. Fases de la tintura(SANDOZ, s.a., p. 15)
En todo proceso de diferentes fases, la fase más lenta es la que regula la
velocidad de todo el sistema, la fase B no ejerce influencia sobre la velocidad,
pero es de vital importancia en la igualación, es decir, en la apariencia de
regularidad y uniformidad que presenta la fibra teñida. La fase C de difusión es la
que representa el cuello de botella y se encuentra directamente relacionada con la
temperatura, la causa fundamental es el incremento de la energía cinética de los
colorantes ya que estos se mueven con mayor rapidez, invirtiendo menos tiempo
para trasladarse al interior de la fibra (Cegarra, Puente y Valldeperas, 1980, p.
109).
Para la tinturación por agotamiento, siempre es recomendable la utilización de
una terna de colorantes, a la que se le conoce con el nombre de tricromía. El uso
de más de tres colorantes ocasiona baños de tintura al final del proceso no
clarificados y fibras mal igualadas; si se utiliza menos de tres colorantes no existe
inconveniente en el proceso de tinturado ya sea de hilo o tela (Montefibre Hispana
S.A, s.a., p. 9).
Colorante
Difusión a la superficiede la fibra
Difusión al interiorde la fibra
En la fibra
Tintura
Desorción
En el baño
Migración
Colorante disuelto
Disolución
Adsorción en la superficie
A
B
C
15
1.2.3. TINTURA DE HILOS DE POLIACRILONITRILO (PAN)
Las fibras de poliacrilonitrilo que sirven para fines textiles constituyen diferentes
copolímeros de acrilonitrilo y otros derivados del vinilo. Fibras de poliacrilonitrilo
se denominan aquellas fibras cortadas e hilos continuos, cuyo polímero inicial
contiene, por lo menos, 85% en peso de acrilonitrilo (Collier y Tortora, 2001, p.
191).
En función de la composición del polímero, del procedimiento de hilatura, del
grado de estiraje y de fijación, las distintas fibras acrílicas que se encuentran en el
mercado se diferencian entre sí en su poder de fijación del colorante, en su
velocidad de tintura y en el comportamiento técnico de acabado.
Los colorantes básicos de las diferentes casas comerciales se diferencian entre
sí, por su afinidad, su velocidad de fijación, y el valor del factor de saturación. La
velocidad de fijación, definida como la velocidad en la que los grupos ácidos de la
fibra se unen con los grupos catiónicos de los diferentes colorantes, se encuentra
ante todo, en función de la velocidad de tintura, especificada como el movimiento
de las moléculas del colorante a través del líquido en el que se encuentra
acercándose a la fibra textil, de la temperatura y de la intensidad de tintura. La
velocidad de fijación puede ser también influida dentro de ciertos límites por la
acidez del baño de tintura y puede quedar reducida en gran medida por el empleo
de productos auxiliares de igualación con efecto retardante.
El valor del factor de saturación del colorante es un valor relativo obtenido por la
comparación de un colorante en particular con un hipotético colorante al 100% de
pureza y teniendo un peso molecular de 400, y corrigiendo por la pureza del
colorante comercial: el factor de saturación es específico para cada colorante y
las casas comerciales son las que proporcionan los valores mediante tablas, es
un valor indispensable para calcular el porcentaje del colorante que puede
absorber la fibra (Cegarra et al, 1980, p.481).
Para calcular la cantidad máxima del colorante que puede fijarse químicamente a
16
la fibra se debe tomar en cuenta el factor de saturación del colorante (f) y la
constante de saturación de la fibra (Ks). La constante de saturación de la fibra “es
un valor indicativo del número de grupos ácidos teñibles que tiene la fibra”
(Montefibre Hispana S.A, s.a., p. 8). Así por ejemplo, para la fibra Drytex de
Sudamericana de Fibras su valor es de 2,1.
Para la tintura se utiliza terna de colorantes, por lo tanto, resulta que la
concentración de colorante a utilizar debe ser tal que cumpla con la relación
expuesta en la Ecuación 1.3 (Montefibre Hispana S.A, s.a., p. 8):
( ) * [1.3]
En la práctica, es buena norma no saturar completamente la fibra, sino dejar libre
una parte de Ks de la fibra, de modo que puedan realizarse eventuales adiciones
de colorantes (para matizar el color o llevarlo a muestra).
Los colorantes catiónicos en la tintura de las fibras se caracterizan por un escaso
poder de migración e igualación. La migración de los colorantes sucede en la
etapa del proceso donde se incrementa la temperatura, es decir donde el
colorante migra desde la disolución a la fibra; mientras que la igualación se da en
el tiempo que permanece en la temperatura de agotamiento. En consecuencia,
para obtener una perfecta homogeneidad, es necesario controlar la velocidad de
tintura, con el fin de permitir un montaje uniforme de los colorantes a la fibra ya
desde el inicio del proceso; lo que se consigue adicionando al baño dos auxiliares,
uno que actúa como retardante en la fase de migración, permitiendo que los
colorantes en lo posible se asemejen sus velocidades de fijación o montaje a la
fibra, el otro auxiliar es un igualante que actúa en la fase de agotamiento
(difusión) del baño de tintura, en donde el objetivo es que las moléculas del
colorante no se aglomeren en ciertas partes de la fibra.
El retardante actúa como otro colorante pero incoloro, que compite con el
colorante en la absorción por la fibra, retrasando con ello la cinética de éste
17
último. El retardante interviene en la etapa de calentamiento hasta los 97 ºC,
frenando la absorción del colorante, para luego dejar de ser activo antes de llegar
a la etapa de agotamiento; se caracteriza por tener su propio factor de saturación,
permitiendo el cálculo aproximado de la cantidad de retardante a usar en las
formulaciones (Cegarra et al, 1980, p. 492). Así entonces para calcular la cantidad
de retardante se usará la Ecuación 1.4, la misma que se divide para dos, con la
finalidad de saturar tan solo el 50,00 % de la fibra.
#+ %( ) '
) ,! (
[1.4]
Dado que la acidez del baño de tintura influye, dentro de ciertos límites, en la
velocidad de fijación del colorante, se requiere mantener en el intervalo de pH de
4,5 a 5,0 (Sudamericana de Fibras, s.a., p. 7).
Según la procedencia, los colorantes montan sobre las fibras acrílicas dentro del
intervalo térmico comprendido entre 70 y 95 ºC. Sin embargo, la fijación auténtica
de los mismos tiene lugar tan solo al alcanzarse la temperatura en un intervalo de
100 y 102 ºC. A temperaturas bajas entre 50 y 70 ºC se produce únicamente una
absorción del colorante por parte de la fibra, de forma que esta fase del proceso
de tintura puede realizarse en un tiempo reducido (Sudamericana de Fibras, s.a.,
pp. 6, 7).
1.2.4. TINTURA DE POLIÉSTER
La fibra de poliéster está formada por polímeros de cadena larga compuesto al
menos por un 85,00 % en peso de éster de alcohol dihídrico y ácido teraftálico
(Hollen et al, 1987, p. 91).
Los colorantes que se utilizan para la tintura de poliéster son dispersos, ya que la
fibra de poliéster se caracteriza por ser no iónica, por lo que no puede teñirse
según un mecanismo iónico o semiiónico como el que describen los colorantes
18
ácidos o básicos. Los colorantes dispersos se caracterizan por su carácter
hidrófobo, por lo que poseen una excelente afinidad en las fibras sintéticas de
poliéster que son también hidrófobas. Durante la tintura, las partículas de
colorante en dispersión molecular penetran en la fibra, donde son retenidas bajo
esta forma (SANDOZ, s.a, p. 7).
Es imposible obtener una dispersión estable de pequeñas partículas sin la adición
de agentes de dispersión, los que forman alrededor de las partículas de colorante
una especie de envoltura protectora que evita que se acerquen demasiado y se
aglomeren. Se utilizan diferentes agentes de dispersión aniónicos (Cegarra et al.,
1980, p.638).
El pH óptimo para la tintura de poliéster es de 4,5 a 5,0; pH inferiores a 4,0 y
superiores a 5,0 pueden deteriorar, en ciertos casos, la acción del dispersante y
por consiguiente afectar la estabilidad de la dispersión.
Resulta difícil teñir la fibra de poliéster, debido a sus importantes fuerzas de
cohesión y a su significativa orientación, por lo que las condiciones de tintura
deberán favorecer un relajamiento de la estructura interna de la fibra que facilite la
adsorción del colorante a la fibra.
Existen productos químicos de bajo peso molecular que aceleran sensiblemente
la subida del colorante, estos se denominan carrier, vehiculante o
transportadores. El carrier rompe probablemente ciertas uniones entre las
moléculas lineales y adyacentes (las zonas amorfas se hacen plásticas, provoca
una modificación estructural y la relajación de la fibra, aumentando así la
velocidad de difusión). Se puede acelerar también la tintura elevando la
temperatura, ya que la velocidad de difusión aumenta considerablemente con la
temperatura. Este fenómeno se explica por un hinchamiento importante de la fibra
y por aumentar las vibraciones de las moléculas lineales. La mejora de la
solubilidad ya mencionada y la mayor energía cinética del colorante son también
factores que inciden positivamente. En general, la tintura se realiza a temperatura
cercana a 130 ºC (Cegarra et al., 1980, pp. 671-673; SANDOZ, s.a, p. 16).
19
1.2.5. TINTURA DE MEZCLA POLIÉSTER ACRÍLICO
La mezcla poliéster acrílico se utiliza en el sector de prendas de vestir. En los
tejidos el componente acrílico mejora la apariencia ya que muestra un tacto
parecido a la lana, mientras que el poliéster conserva la estabilidad, además que
mejora la resistencia al desgaste (Cegarra et al., 1980, p. 738).
Para la tintura de tela en poliéster-acrílico las máquinas que proporcionan una
mejor igualación del colorante son las autoclaves jet y overflow, ya que poseen un
elevado movimiento del baño; además el problema de arrugas es menor; sin
embargo para evitar arrugas y pliegues es recomendable el uso de lubricantes.
Existe un proceso previo a la tintura de la tela que es la termofijación, que otorga
a la fibra poliéster la resistencia a la deformación, la inarrugabilidad y la
elasticidad de recuperación instantánea importante para su uso. El proceso
consiste en someter a la tela a 185 ºC en el espacio de pocos segundos (Escobar,
1996, p. 154; SANDOZ, s.a., p. 110).
Antes de teñir la fibra, ingresa al autoclave en donde se realiza un lavado anterior
al proceso de tintura para eliminar impurezas de la tela. El proceso de tintura se lo
puede realizar en uno o dos baños; cuando se lo realiza en un baño se tiene la
opción de tinturar en dos fases, en donde se tintura primero el género de
poliéster, se enfría el baño y seguidamente se procede a tinturar la parte acrílica o
a su vez, se añaden los colorantes básicos y dispersos con un intervalo de 15
minutos con lo que se realiza un baño de una fase. Cuando se tintura en dos
baños es similar a la tintura de un baño con dos fases con la diferencia que para
tinturar la segunda fibra se elimina el baño y se adiciona el colorante y
nuevamente los auxiliares. Cabe señalar que es necesario el uso de carrier, ya
que la temperatura óptima de tintura del poliéster es de 130 ºC y debido a que la
fibra acrílica no soporta dicha temperatura es importante el uso de un auxiliar para
el hinchamiento de la fibra poliéster y el correcto ingreso de las partículas del
colorante disperso. Para la fibra acrílica no es necesario el uso de retardantes, ya
que la fibra poliéster actúa como tal (Cegarra et al., 1980, p. 739).
20
1.2.6. TINTURACIÓN EN POLIÉSTER-LANA (PES-WO)
Los artículos en mezcla poliéster-lana son confeccionados con la finalidad de
tener beneficios económicos, ya que el costo de un artículo de lana 100,00 % es
elevado, y además para tener un fácil cuidado de la prenda. En el mercado
existen mezclas desde 55/45 hasta un 80/20 en pes-wo. El poliéster brinda mayor
resistencia a la tracción y a la formación de arugas (SANDOZ, s.a., p. 110;
Cegarra et al., 1980, p. 730).
Para la tintura del género pes-wo en una relación del 50/50 y hasta de un 60/40
existen en el mercado gamas de colorantes mezclados; mientras que para otros
porcentajes de mezclas se tintura cada fibra con su terna de colorantes.
En una tintura de fondo unido, es decir que tanto la fibra poliéster como la lana
sean del mismo color, es muy importante la reserva óptima de la lana, en la
selección de colorante disperso, para que no manche la fibra lana. El grado de
ensuciamiento depende del pH, del agente de dispersión, de la temperatura de
tintura, de la relación de baño, del tipo y dosificación del carrier y de la fibra.
La lana posee afinidad por los colorantes ácidos, siendo esta influida
considerablemente por el empleo de ácido en el baño de tintura. La acción del
ácido en el baño de tintura se debe al hecho de que los iones hidrógeno, que se
forman por disociación, son fijados en parte por la lana, donde dan lugar a una
carga eléctrica positiva aumentando, por consiguiente, la fuerza de atracción de la
lana con respecto a los aniones del colorante. La distribución de los iones
hidrógeno entre la lana y el baño está sujeta a un equilibrio químico, que se
establece al moverse el material a teñir o durante la circulación del baño. Cuando
se emplean ácidos fuertes, este proceso se concluye al cabo de unos minutos,
mientras que dura más cuando se trata de ácidos débiles. En este caso el
aumento de temperatura acelera considerablemente el proceso de ajuste del
equilibrio. Al igual que para la tintura del acrílico, la lana necesita un agente
igualante durante el tiempo de agotamiento, con lo que se garantiza la
uniformidad del color (Cegarra et al., 1980, p. 731).
21
Una vez seleccionados los colorantes ya sean mixtos o a su vez dispersos o
ácidos, se comienza con la tinturación del género regulando el pH entre 5,0 a 5,5
para incrementar la temperatura hasta 106 °C. Ya que la fibra de lana no soporta
elevadas temperaturas, es indispensable el uso de carrier para el completo
agotamiento del colorante disperso a baja temperatura.
En el caso de que se tinture solo la lana, es suficiente llegar a la temperatura de
98 °C para la fijación del colorante en la fibra. Debe tenerse en cuenta que un
exceso de carrier en la tintura puede tener un efecto retardante en la parte del
colorante disperso, debido a esto puede obtenerse diferencias de tonalidad entre
las fibras (SANDOZ, s.a., p. 111).
Una vez obtenida la tonalidad deseada, debe vaciarse el baño de tintura tan
caliente como sea posible, para evitar la recristalización del colorante de
dispersión que no ha subido a la fibra (SANDOZ, s.a., p. 112).
1.2.7. DIFERENCIA Y ACEPTABILIDAD DEL COLOR
La medición del color y la evaluación de las diferencias de color son
determinantes para el cumplimiento de las condiciones establecidas entre el
cliente y el proveedor.
Actualmente para la determinación de un color, y la diferencia entre colores, se
basa en el método de identificación tridimensional, tomando la teoría de los tres
pares antagonistas de colores (Chrisment, 2006, p. 18):
! Blanco-negro
! Rojo-verde
! Amarillo-azul
Además de los tres pares antagonistas, el color necesita ser identificado por su
tono y por la saturación que presenta.
22
En la Figura 1.5 se puede observar el plano tridimensional para la ubicación de un
determinado color.
Figura 1.5. El color en el espacio(Chrisment, 2006, p. 22)
Dónde:
L*: Representa la claridad (0=oscuro y 100=claro).
a*: Representa el componente cromático rojo-verde (+a*=rojo y –a*=verde).
b*: Representa el componente cromático amarillo-azul (+b*=amarillo y –b*=azul).
C*: Representa el croma o la saturación, mientras más alejado del centro, más
saturado.
h : Representa el ángulo de tono o la tonalidad cromática.
Una vez definido cada uno de los ejes, los colores pueden ser ubicados en el
espacio dependiendo de su tono, saturación y luminosidad.
Representado el color en el espacio, la diferencia total de color (DE) integra la
diferencia de las tres variables independientes, es decir:
! En coordenadas rectangulares L*, a* y b*
Diferencia de claridad sobre el eje L*, expresada como ΔL*
23
Diferencia cromática rojo-verde sobre el eje a*, expresada por Δa*
Diferencia cromática amarillo-azul sobre el eje b*, expresada por Δb*
Figura 1.6. Diferencias en coordenadas rectangulares(Chrisment, 2006, p. 23)
Teniendo como resultado de ΔE en coordenadas polares según la Ecuación 1.5
(Chrisment, 2006, p. 23):
- ! .%- )' " %- )' " %- )' / 0 [1.5]
! En coordenadas polares L*, C* y h
Diferencia de claridad sobre el eje L*, expresada como ΔL*
Diferencia de croma-saturación sobre el radio C*, expresada como ΔC*
Diferencia de ángulo de tono sobre h, expresada como Δh
Teniendo como resultado de ΔE en coordenadas cilíndricas según la Ecuación 1.6
(Chrisment, 2006, p. 23):
- ! .%- )' " %- )' " %- )' / [1.6]
Siendo H el tono h, pero representado en radianes. La variación de DE para que
24
un color sea aceptable debe ser en lo posible menor a 1 (Chrisment, 2006, p. 25).
Figura 1.7. Diferencias en coordenadas cilíndricas(Chrisment, 2006, p. 23)
1.3. CARACTERÍSTICAS DEL AISLANTE TÉRMICO
El aislante térmico se caracteriza por su alta resistencia térmica, utilizándose
materiales porosos o fibrosos, capaces de inmovilizar el aire seco y confinarlo en
el interior de celdillas; debido a que el aire con baja humedad impide el paso del
calor por conducción, gracias a su baja conductividad térmica, y por radiación,
gracias a un bajo coeficiente de absorción (Incropera, F y DeWitt, D, 1999, p. 48).
Una de las propiedades más importantes de los aislantes es la conductividad
térmica, la cual varía según la temperatura; y mientras menor sea su valor menor
capacidad de transferir el calor posee el aislante. Cada aplicación de un aislante
térmico tiene un requerimiento específico, se puede tener como referencia que
una alta densidad del aislante térmico reduce el costo del aislamiento, debido a
que al aumentar su densidad aumentará su capacidad de conducir el calor,
adicionalmente con la temperatura de operación del aislante, cambia la
importancia del mecanismo de transferencia de calor (Costa, J; Cervera, S; Cunill,
F; Esplugas, S; Mans, C; Mata, J; 2004, p. 323).
25
”Para el análisis del espesor del aislante se tiene que la pérdida de calor es
inversamente proporcional al espesor del aislante, al costo inicial, y a los cargos
fijos anuales (mantenimiento y depreciación); los que deben añadirse a la pérdida
anual de calor. Los costos fijos en el aislante de la tubería serán cerca de 15,00 a
20,00 % del costo inicial del aislante instalado. Suponiendo cierto número de
espesores del aislante y sumando los costos fijos al valor de la pérdida de calor,
se obtendrá un costo mínimo y el espesor correspondiente a él será el espesor
óptimo económico del aislante”. (Kern, 1999, p. 37). Lo señalado se puede
observar en la Figura 1.8.
Figura 1.8. Grosor óptimo del aislante(Kern, 1999, p. 37)
Para el cálculo tanto de la cantidad de cañuelas necesarias para el aislamiento
óptimo, así como para el ahorro de calor; se tiene la tubería como se indica en la
Figura 1.9 cubierto con aislante de lana de vidrio rígida y que lleva vapor a una
temperatura Ts, considerablemente arriba de la temperatura atmosférica, Ta, la
diferencia total de temperaturas de adentro hacia afuera del tubo es Ts-Ta.
Las resistencias al flujo de calor son:
! La resistencia del vapor al condensarse y dar su calor a la superficie
interna del tubo, resistencia que experimentalmente se ha encontrado muy
pequeña. (Kern, 1965, p.32).
! La resistencia del tubo metálico, que es muy pequeña, excepto para
26
tuberías gruesas, por lo que T1 y T2 son casi las mismas. (Kern, 1965,
p.32).
! La resistencia del aislante de lana de vidrio.
! La resistencia del aire que lo rodea, siendo apreciable aun cuando sea por
convección natural del aire, en adición a la radiación. (Kern, 1965, p.33).
Figura 1.9. Diagrama de la pérdida de calor en un tubo aislado
Así se tiene la Ecuación 1.7 (Kern, 1999, p. 35):
!#
"1
234 "1
234 "
[1.7]
Dónde:
Ts: Temperatura interna del aislante, K
Ta: Temperatura externa del aislante, K
D1: Diámetro de la pared interna del tubo
D2: Diámetro de la pared externa del tubo
D3: Diámetro de la pared externa del aislante
L: Longitud del aislante
Kais:Coeficiente de conductividad térmica del aislante
Ka: Coeficiente de convección del aire
hs:Coeficiente de convección del vapor
ha: Coeficiente de convección del aire
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
Vapor
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
T2
Ts
Ts T1
Ta TaT3
L
27
2. METODOLOGÍA
Para la descripción del proceso de tinturación de hilos y telas se realizó una
auditoría inicial. En este período del proyecto se identificaron las diferentes etapas
del proceso productivo donde se estudió el funcionamiento de las máquinas,
capacidades y parámetros de operación, para lo cual fue necesario conversar con
los operarios para aclarar ciertas dudas. Se tomaron datos de producción día,
presión de saturación del vapor, temperatura de agotamiento del baño en
poliéster, acrílico, poliéster-lana, poliéster-acrílico, tiempo de operación de las
máquinas, tiempo de consumo de vapor, dicha información proporcionada por el
personal fue ratificada con una auditoría de 15 días laborables. Con la información
obtenida se elaboró el diagrama de bloques del proceso de tinturación de hilos y
telas.
2.1. EVALUACIÓN TÉCNICA Y ECONÓMICA DEL
AISLAMIENTO DE LA TUBERÍA DE LA LÍNEA DE VAPOR
Y CONDENSADO EN LAS MÁQUINAS DE TINTURA DE
HILOS Y TELAS
Para evaluar el aislamiento de la tubería de la línea de vapor y condensado en las
diferentes máquinas se realizó un balance de energía, el mismo que se basó
principalmente en las pérdidas energéticas por convección y radiación al medio
ambiente, tanto en las tuberías que no se encuentran aisladas, como en las que sí
lo están, además de la comprobación de que el aislante se encuentre en óptimas
condiciones, es decir que la pérdida energética sea mínima.
Se analizó la tubería de vapor desde el ingreso a la sección de tintorería hasta la
alimentación a las respectivas máquinas de tintura y en la línea de condensado se
consideró la tubería desde que sale de las diferentes máquinas hasta que llega al
tanque de almacenamiento de condensado como se muestra en los planos del
Anexo I. Para la elaboración de los planos, se midió la longitud y el diámetro
28
externo de las tuberías con una cinta de 50 m, además se determinó el material
de las mismas.
Para el estudio de las pérdidas calóricas se utilizaron las fórmulas de convección
natural AII.1 y de radiación AII.12, las mismas que se encuentran descritas en el
Anexo II; para la obtención de los parámetros de dichas fórmulas, se realizaron
dos mediciones de la temperatura de pared de la tubería tanto en la línea de
vapor como en la de condensado cada 50 cm, una en la mañana y otra en la tarde
por tres días. Se consideró innecesario realizar más mediciones porque la
producción de la planta es uniforme entre 3 500 y 4 000 kg diarios en hilo y 500 kg
en tela, y los valores de temperatura medidos fueron similares.
Para la medición de la temperatura de pared se utilizó un termómetro de infrarrojo
marca RAYTEK modelo RAYST60X BUS, y la temperatura del medio ambiente se
midió con un termómetro de bulbo seco. Se compiló la información de la presión
de operación de los calderos para obtener la presión de saturación del vapor, se
tomaron registros de un mes, tomando dos medidas en el día de cada caldero,
una en la mañana y otra en la tarde.
Para el aislamiento de la tubería de la línea de vapor y condensado se eligió lana
de vidrio como aislante. El comerciante proporcionó la longitud del aislante,
precio, así como el espesor, y vida útil. Con los datos del espesor del aislante, así
como de conductividad térmica y el coeficiente de convección del aire
determinado a partir de la Figura AIII.3, se calculó el radio crítico para establecer
si el aislante a utilizar permitiría una reducción de las pérdidas de calor con
cualquier grosor de aislante.
Para la evaluación económica de la alternativa de aislar la tubería se calculó el
costo de la generación de energía, a partir del precio del galón de búnker y de su
poder calorífico que se muestra en la Tabla 2.1. Con el valor del calor ahorrado
por el aislamiento de la tubería y el costo de la generación de energía, se
determinó la cantidad de dinero ahorrado. Los cálculos se encuentran descritos
detalladamente en el Anexo III
29
Tabla 2.1.Precio y poder calorífico del búnker
Propiedad Valor
Precio del Búnker 0,63 USD/gal
Poder Calórico del Búnker 10 000 kcal/kg
Para la evaluación económica del aislamiento se tomaron en cuenta los criterios
financieros como el valor actual neto (VAN), y el periodo de recuperación (PR),
calculados de acuerdo con las Ecuaciones 1.2 y 1.1, respectivamente. Se
analizaron los valores de VAN y PR para saber si el proyecto es económicamente
aceptable. Se analizó además la tasa interna de retorno (TIR).
Para determinar el beneficio ambiental que representa el implementar la opción
de mejora, a partir del ahorro de consumo de energía, se calculó los galones
ahorrados de búnker; mediante su precio, poder calorífico y costo de la
generación de energía. Además con los kilogramos de vapor ahorrados se calculó
la disminución del consumo de agua.
Con el valor del ahorro de búnker se calculó las emisiones de CO2, se usó el
factor de emisión para el búnker, el que es igual a 3,05 kg CO2/kg búnker
(Comisión Interdepartamental del Cambio Climático, 2012, p. 15)
2.2. REDUCCIÓN DEL CONSUMO DE VAPOR EN LAS
MÁQUINAS DE TINTURA DE HILOS
Para reducir el consumo de vapor en las máquinas de tintura de hilo se planteó la
disminución de las incrustaciones presentes en las paredes de la cabina y en el
intercambiador de calor, además de la sustitución del ácido acético-oxálico.
Sustitución del ácido utilizado
Se analizó el ácido utilizado para la regulación de pH en el baño de tintura, una
30
mezcla de ácido acético y oxálico; que debido a la utilización de agua de pozo con
dureza media equivalente a 300 ppm de CaCO3, se presume se producía una
reacción entre el ácido oxálico (C2H2O4) y los carbonatos presentes en el agua, en
su mayoría carbonato de calcio (CaCO3),dando lugar a la formación de oxalato de
calcio (CaC2O4), el cual precipitaba y formaba incrustaciones, tanto en la máquina
de tintura como en los intercambiadores.
Una vez analizado el efecto que causaba el consumo del ácido en acético-oxálico,
se estudió la posibilidad de cambiar por otro ácido. Se tomaron en consideración
tres ácidos: ácido cítrico, ácido acético y ácido fórmico para alcanzar un pH entre
4,5 y 5,0.
Tabla 2.2. Propiedades del ácido cítrico, acético y fórmico
Propiedad Ácido Cítrico Ácido Acético Ácido Fórmico
pKa 3,15 4,80 3,75
Corrosivo No Si Si
Riesgos
Irritación en piely ojos.
No se acumulaen el cuerpo.
Irritación en la piel yquemaduras graves en
los ojos.
La exposición causadolor de garganta,
vómito, diarrea y dolorabdominal.
Irritante y corrosivo alos ojos y piel.
Altamente tóxico porinhalación en
exposiciones muy cortas
Delgado, 2012, pp. 1-10; Departamento de Salud y Servicios para Personas Mayores de NewJersey, 1998, pp. 2-6; Arpe, 1981, pp. 42-44
Las propiedades comparadas de los tres ácidos fueron: el pKa, la corrosión y los
riesgos que presentan cada uno con su exposición, las mismas que se observan
en la Tabla 2.2.
Una vez seleccionado el ácido a utilizar, se determinó en un litro la cantidad de
gramos que se necesitaría para alcanzar el pH de 4,5 a 5,0, y se calculó la
cantidad a utilizar para la producción promedio mensual de 85 000 kg, con la
finalidad de comparar el consumo mensual del ácido seleccionado con la del
ácido acético oxálico, el cual se lo obtiene mediante registros diarios de la
producción.
31
Determinación del ahorro en el consumo de vapor debido a la eliminación de
las incrustaciones
Para determinar el consumo de vapor previo a la eliminación de las incrustaciones
se midió la cantidad de condensado, en baños de tintura de 270 kg que tienen
una duración de tres horas y media. Para la medición de la cantidad de
condensado se utilizó un balde de 10 L y un cronómetro, en el llenado del balde
no se tuvo un flujo constante durante el proceso de tintura, debido a que el
consumo de vapor es mayor en la etapa de calentamiento, mientras que en la
etapa de agotamiento el consumo de vapor es mínimo, ya que solo se requiere
mantener estable la temperatura. Adicionalmente la velocidad de calentamiento
no es uniforme, por lo tanto, tampoco sería el flujo de vapor requerido. Se midió
también la temperatura del condensado con un termómetro de bulbo para la
corrección de densidad.
Simultáneamente a la medición de la cantidad de condensado, se midió de
manera paralela el tiempo de las aperturas y cierres de las válvulas automáticas
de vapor con un cronómetro durante las tres horas y media que dura la tintura,
con la finalidad de tener un segundo parámetro para la verificación de la
disminución del consumo de vapor una vez instalada la opción de mejora.
Las mediciones tanto de condensado como de las aperturas y cierres de las
válvulas automáticas se realizaron dos veces; una en la mañana de un día y otra
en la tarde de otro día. Se consideró que la cantidad en kilogramos de
condensado va a ser la misma cantidad de kilogramos de vapor utilizado, ya que
el vapor no entra en contacto directo con el baño de tintura. Al comparar los
resultados de las dos mediciones y al ser similares, se decidió no tomar más
datos de flujo de condensado y del tiempo de apertura de las válvulas de vapor.
Para calcular el porcentaje de ahorro de vapor que se alcanzaría con el lavado de
las máquinas, se midió el espesor de las incrustaciones, la longitud y el diámetro
interno y externo de los tubos del intercambiador de la máquina de tintura de hilo
OBEM 4 con un flexómetro. Las medidas de la longitud y diámetro se realizó solo
de un intercambiador, debido a que los demás, al ser la misma marca y modelo,
32
tienen las mismas dimensiones; con dichos datos se calculó el coeficiente global
de transferencia de calor del intercambiador limpio y sucio según las Ecuaciones
2.1 y 2.2, (Mills, 1995, pp. 755,756), a partir de ellos se obtuvo la cantidad teórica
de vapor ahorrado, los cálculos se presentan detalladamente en el Anexo V.
&!&"
[2.1]
&!
&
5 ) , ) )"26% 0 '
, ) )"
&
5 ) , ) )
[2.2]
Dónde:
U: Coeficiente global de transferencia de calor [W/m2.K].
Uf: Coeficiente global de transferencia de calor correspondiente al intercambiador
sucio [W/m2.K].
hci: Coeficiente interno de transferencia de calor. (Interior de los tubos) [W/m2.K].
hco:Coeficiente externo de transferencia de calor. (Lado de la coraza) [W/m2.K].
P: Perímetro externo de los tubos del intercambiador [m].
k: Conductividad térmica de la pared del tubo [W/m.K].
r1:Radio interno [m].
r2: Radio externo [m].
Evaluación económica y ambiental
Para la evaluación económica de la reducción del consumo de vapor se tomaron
en cuenta los criterios financieros como el valor actual neto (VAN), y el periodo de
recuperación (PR). Se analizaron los valores de VAN y PR para saber si el
proyecto es económicamente aceptable. Se analizó además la tasa interna de
retorno (TIR).
Para determinar el beneficio ambiental que representa el implementar la opción
33
de mejora a partir del ahorro de consumo de energía; se calcularon los galones
ahorrados de búnker, además de la reducción del consumo de agua. Con el valor
del consumo de ahorro de búnker se calculó las emisiones de CO2 de la misma
manera que se indica en el ítem 2.1.
2.3. DISMINUCIÓN DEL STOCK DE COLORANTES SIN
MOVIMIENTO
Para la reducción del stock de colorantes sin movimiento, se usó el sistema
informático Jde Edwards; el cual es utilizado en la empresa para controlar la
producción, consumo de materia prima, ventas, consumo de colorantes, entre
otros procesos. El stock de colorantes en la bodega es medido en forma mensual
mediante una auditoría interna ejecutada por el Departamento de Auditoría, de
esta manera se verifica que la información que reporta el sistema es correcta.
Mediante el sistema se analizaron en las bodegas los colorantes que no
presentaron movimiento por más de 130 días. Una vez obtenido el stock de
colorantes sin movimiento se analizó cuáles podrían ser utilizados. Mediante
fichas técnicas de los colorantes se determinó en que fibra era factible utilizar
cada colorante y si su uso era tóxico o no para los obreros.
Para consumir los colorantes que se podían utilizar, se realizaron pruebas de
laboratorio para el desarrollo de nuevos colores que los clientes solicitaban. En el
laboratorio se simuló la tinturación en hilo y tela en pequeña escala, es decir se
realizó la tintura para 2,00 g de material, mediante la utilización del equipo AHIBA,
el cual se muestra en la Figura 2.1. El equipo AHIBA permite ser programado de
tal manera que la curva de tintura sea similar a la de la planta, además los tubos
donde se coloca el baño de tintura con los colorantes, auxiliares y los 2,00 g de
material, giran, lo que permite que el baño se mantenga en circulación y que las
muestras no se manchen, tal como sucede en las máquinas de tintura en planta.
Debido a que la cantidad requerida de colorantes y auxiliares necesarios para
tinturar muestras de laboratorio es pequeña, no resulta posible, ni práctico, pesar
34
estos insumos para preparar el baño de tintura, por lo tanto, se preparan
soluciones stock de colorantes y auxiliares. Así por ejemplo, se pesan 2,50 g de
colorante; se los empasta (se añade de 2 a 3 mL de agua al colorante y se forma
una pasta homogénea con la ayuda de la varilla de agitación) y se afora con agua
a 250 mL en un balón aforado; de manera que cuando se pipetee 1mL de
solución de colorante se tendrá 0,01 g de colorante. La preparación de los
auxiliares se realiza de manera similar, con la diferencia de que a éstos no se los
empasta.
Figura 2.1. Equipo de tintura del laboratorio AHIBA
Una vez preparados los colorantes y auxiliares y de acuerdo al color que se vaya
a tinturar, se añadió en cada tubo la cantidad requerida para la tintura de 2,00 g
de muestra, la misma que se pesó en una balanza tipo BL-3200H de Shimadzu
Corporation Japan. Dependiendo del tipo de fibra que se tinture, se programa el
equipo para que alcance la temperatura, ya sea de 102 °C en el caso de acrílico,
110 °C en el caso de poliéster-acrílico, 130 °C en el caso de poliéster, 106 °C en
el caso de poliéster/lana y de 98 °C en el caso de que se tinture lana.
Inmediatamente terminado el proceso, se sacaron las muestras tinturadas, se
secó y se comparó con el color deseado. Si el color alcanzado no correspondía al
deseado, se matizó (adicionar o disminuir colorante) de acuerdo al color al que se
quiere llegar. Se debe matizar el número de veces necesario para obtener el color
requerido. Obtenido el color, se envió la fórmula a la planta para su respectiva
35
reproducción. Todo el proceso de formulación de un color se lo puede visualizar
en la Figura 2.2
Figura 2.2. Proceso para la formulación de un color en laboratorio
Para calcular el costo de las recetas de las nuevas formulaciones, se multiplica el
costo del colorante por el porcentaje del colorante requerido en la receta dividido
para cien.
Los colorantes que no se podían utilizar se los puso a la venta a empresas
textileras que tinturan algodón y lana a gran escala.
2.4. DISMINUCIÓN DEL EXCESO DE COLORANTES EN LAS
RECETAS DE LAS FÓRMULAS SOBRESATURADAS
Mediante la ayuda del supervisor, así como de los operarios de las máquinas de
tintura, se analizaron los colores cuyo agotamiento no es el adecuado, es decir
36
aquellos colores cuyos baños de tintura, una vez finalizado el proceso de tinturado
presentan coloración intensa (se observa visualmente).
Para seleccionar los colores a reformular, a partir de registros de los colores
tinturados diariamente, se realizó una tabla estadística de tres meses, con la
finalidad de establecer los 15 colores de mayor movimiento, de los 75 colores
aproximadamente tinturados de forma mensual.
Los colores seleccionados se sometieron a su respectiva reformulación en el
laboratorio, para lo cual se utilizó el programa del espectrofotómetro Datacolor.
Dicho programa permite determinar los porcentajes requeridos para obtener un
determinado color, para ello es necesario ingresar las curvas de absorbancia
versus concentración, de cada uno de los colorantes a utilizar.
Para la creación de las curvas de absorbancia, se tinturaron muestras de 2,00 g
de hilo, con concentraciones de colorante desde 0,005 % spf hasta el 2,000 %
spf, con cada concentración se realizó la lectura de la absorbancia en el
espectrofotómetro. Dichas curvas se realizaron para cada uno de los colorantes
utilizados en la sección de tintorería de la empresa Delltex Industrial S.A.
Además de ingresar las curvas de absorbancia de los colorantes, se realizó la
medición de la absorbancia correspondiente al color del hilo crudo (antes de
tinturarse) en los diferentes títulos existentes en la empresa, así también como de
los diferentes tipos de tela cruda.
Con los datos ingresados de los colorantes, y de la fibra a tinturarse, se dio
lectura en el espectrofotómetro a los colores a reformularse, el programa
Datacolor calculó los porcentajes de colorantes necesarios para alcanzar los
colores deseados en la tintura de cada fibra. Así por ejemplo, si se quiere formular
un color rojo según una muestra provista por un cliente, se siguen los siguientes
pasos:
! Leer el color a desarrollar como estándar como se muestra en la Figura 2.4.
37
Figura 2.3.Programa Datacolor para elección de la fibra y el color a calcular
! Elegir los colorantes a utilizar como pueden ser en este caso el Amarillo Oro
Apollo GL 200%, Azul Apollo GRL 300% y Rojo Apollo GTL 200%
(catiónicos), como se muestra en la Figura 2.5.
Figura 2.4. Programa Datacolor para la selección de colorantes
! Calcular el porcentaje de colorantes para el color a formular, tal como se
muestra en la Figura 2.6.
Estándar
Material
Color inicial del hilo
Click para dar lectura al estándar
Click para calcular la cantidad decada colorante
38
Figura 2.5. Resultados de los porcentajes de colorante requerido para el color rojoformulado
Ya que el programa no predice con exactitud el porcentaje de colorante, se tinturó
en el laboratorio y se matizó los colores entre cinco y ocho veces, hasta que se
obtuvo el color deseado, el cual se comprobó antes de enviarlo a planta para su
respectiva reproducción.
Las nuevas formulaciones creadas en el laboratorio debían presentar
agotamiento del baño de tintura aceptable, por lo tanto, cuando se tinturó en el
laboratorio se comprobó visualmente que el baño agotado esté clarificado.
Se comparó el costo de las fórmulas antiguas con las nuevas, para verificar la
reducción económica.
2.5. IMPLEMENTACIÓN DE LAS OPCIONES DE MEJORA EN
EL ÁREA DE TINTORERÍA DE LA EMPRESA DELLTEX S.A.
Al comenzar el estudio del presente trabajo se tenía como finalidad la
39
implementación de al menos una de las opciones de mejora, pero con ayuda de la
gerencia de la empresa, se instaló tres de las cuatro opciones de mejora
analizadas.
2.5.1. REDUCCIÓN DEL CONSUMO DE VAPOR EN LAS MÁQUINAS DE
TINTURA DE HILOS
Para eliminar las incrustaciones y reducir así el consumo de vapor se realizó un
lavado ácido de las máquinas; con la contratación de un servicio externo. Una vez
lavadas las máquinas se midió nuevamente las aperturas y cierres de las válvulas
automáticas de vapor, así como flujo de condensado de las OBEM 4 y 5, una
medición en la mañana y otra en la tarde del siguiente día, para constatar la
reducción del consumo de vapor y se comparar con el valor teórico.
Adicionalmente se cambió el ácido acético-oxálico por el ácido cítrico y se analizó
el ahorro en el consumo del mismo desde el mes de octubre del 2010 al mes de
septiembre del 2011. Finalmente se auditó por un año que no se formaran
incrustaciones en las paredes de las máquinas, mediante inspección visual cada
semana.
2.5.2. DISMINUCIÓN DEL STOCK DE COLORANTES SIN MOVIMIENTO
En dicha opción de mejora se enviaron las fórmulas aprobadas de laboratorio a
planta. Se verificó la disminución del stock de colorantes en ocho meses,
mediante registros de las tinturas diarias y una auditoria de la bodega de
colorantes.
2.5.3. DISMINUCIÓN DEL EXCESO DE COLORANTES EN LAS RECETAS DE
LAS FÓRMULAS SOBRESATURADAS
Se enviaron los colores desarrollados del laboratorio a planta, en donde se ratificó
40
el agotamiento de manera visual; y además se evaluó la disminución de exceso
de colorante por un periodo de tres meses mediante los registros que se lleva
diariamente de los colores tinturados.
41
3. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
3.1. DESCRIPCIÓN DEL PROCESO DE TINTURACIÓN DE
HILOS Y TELAS EN LA EMPRESA DELLTEX INDUSTRIAL
S.A.
En la industria textil el proceso de fabricación de acrílico, poliéster, lana y sus
mezclas ya sea en hilo y/o telas tinturadas, consta de varias etapas que comienza
desde la preparación, hilatura, madejado, tintorería, telares (telas), acabados,
devanado, terminando en el empacado.
El presente estudio se enfoca en el área de tinturación, en donde se realizan
diferentes operaciones:
! Tintura de hilos en poliacrilonitrilo (PAN).
! Tintura de tela en: poliéster, poliéster-lana, poliéster-acrílico y acrílico.
En la empresa Delltex Industrial S.A. las máquinas tanto de tintura de hilo y de
tela se encuentran ubicadas según se muestra en la Figura 3.1.
Para el proceso de tinturación de hilo y/o tela, las máquinas disponen de un
intercambiador de calor, tanto para calentar el baño como para enfriarlo, en la
fase de calentamiento ingresa vapor por los tubos y sale condensado y en la
etapa de enfriamiento ingresa agua fría y sale agua caliente; mientras tanto por la
coraza del intercambiador de calor, circula el baño de tinturación.
En la Figura 3.2 se puede observar el esquema del proceso de tinturación en el
cual se tiene como entradas: hilo, tela, agua, colorante, auxiliares, vapor y agua
de enfriamiento; mientras tanto en las salidas se tiene el hilo y la tela tinturada,
agua, colorante que no ingresó a la fibra, auxiliares, condensado y agua de
enfriamiento.
42
Figura 3.1.Disposición de las máquinas de tintura de hilo y tela en el área de tintorería
Figura 3.2. Esquema del proceso de tintura de hilo
43
3.1.1. TINTURA DE HILOS DE POLIACRILO NITRILO (PAN)
El proceso de tinturación de hilos en acrílico comienza con la alimentación de la
materia prima en forma de madejas de 1,2 kg aproximadamente cada una,
completando baños de 65,0 kg, 130,0 kg y 270,0 kg, de diferente título de hilo
dependiendo de la necesidad del cliente. La tintura que se realiza es de tipo
batch, y las máquinas designadas para la tintura de poliacrilonitrilo en hilo son de
nombre Tipo Armario y origen Italiano.
Figura 3.3.Máquinas de tintura de hilo
La empresa dispone de seis máquinas con diferente capacidad, las mismas que
se especifican en la Tabla 3.1.
Tabla 3.1.Capacidad de las máquinas de tintura de hilo
MáquinaCapacidad
[kg]Agua [L]
Relación deBaño
OBEM 165 1 500 1:23
135 3 000 1:22
OBEM 265 1 500 1:23
135 3 000 1:22
OBEM 3 270 7 500 1:36
OBEM 4 270 6 000 1:22
OBEM 5 270 6 000 1:22
OBEM 6 270 6 000 1:22
44
La presión máxima de operación de las máquinas es de 0,8 bar y temperatura
máxima de operación de 108 ºC.
En la Tabla 3.1 se observa que tanto la OBEM 1 y 2 poseen dos capacidades
diferentes, esto se debe a que el equipo permite cargar la mitad del porta material
y la otra mitad es una especie de cajón sellado, así como se muestra en la Figura
3.4.
Figura 3.4.Porta material de madejas reducido a la mitad de su capacidad
En la Figura 3.5 se puede observar un esquema de la máquina de tintura de hilo
en madejas, OBEM; la cual posee dos intercambiadores de calor, los que
permiten que la temperatura sea uniforme en toda la cabina. Además dispone de
un tanque de distribución del colorante y auxiliares, una bomba para la circulación
del baño, la que además cambia de sentido de circulación cada 3 minutos para
evitar madejas manchadas y diferencia de tonos.
En la Figura 3.5 se pueden observar las siguientes partes:
1. Intercambiador de calor. Existen dos intercambiadores de similares
características, con el fin de tener una temperatura homogénea del baño
de tintura.
2. Tanque de distribución del baño. Ingreso de colorante y auxiliares.
3. Bomba de distribución.
4. Cabina de tintura.
5. Tanque de distribución de agua: para enfriamiento y para el baño de
tintura.
45
Figura 3.5.Máquina de tintura en madejas OBEM
La empresa ha designado nombres propios a los hilos dependiendo de su título,
medido como número métrico, así como de sus características, las mismas que
se contemplan en la Tabla 3.2.
El hilo en crudo y de diferente número métrico se tintura en madejas debido a
que posee alto encogimiento, por lo que si se tinturara en conos se obtuviera el
material excesivamente manchado, debido a la disminución de área de contacto
del material con el colorante y también a la falta de espacio para su encogimiento.
En la Tabla 3.2 se puede observar el término número métrico, unidad que
representa la densidad lineal de la fibra e hilos. El número métrico indica el grosor
del hilo y expresa los miles de metros por kilo de cada cabo, es decir el número
métrico o título del hilo es inversamente proporcional al grosor del hilo. Así por
ejemplo: un hilo de número métrico 36, representa que en 1,0 kg de material se
tiene 36 000 m, si fuese de un cabo, pero si fuese de dos cabos se tiene que en
2,0 kg de material posee 36 000 m.
1
1
2
3
45
46
Tabla 3.2.Tipos de hilos producidos en DELLTEX
Material Número métricoNúmero de cabos
DRYTEX ESP HB 36 1
DRALON ESP 29 1
SPORT HB 27 2
NORMAL HB 29 2
DULLB 31 2
* Nota:Para la denotación del hilo se suele escribir el número de cabos, seguido por el Nm,así por ejemplo 1/36, quesignifica hilo de 1 cabo y de 36 Nm.
Los colorantes utilizados en el proceso de tintura son catiónicos, poseen afinidad
por la fibra de poliacrilonitrilo y dependiendo de la casa comercial y las
características del colorante, proporcionan tinturas con excelente solidez al
desgaste por uso y óptimo agotamiento de tintura, es decir que el baño al final de
la tintura es cristalino (Bayer, s.a., p. 19).
El baño de tintura se prepara a 40 ºC, para lo cual se añaden al agua los
compuestos necesarios en el siguiente orden:
! Ácido cítrico hasta alcanzar un pH entre 4,5 y 5,0
! 2,00% de Tinegal (migrador)
! Astragal (retardante)
! 0,21% Avolan (detergente)
! Colorante
Es importante señalar que el porcentaje de colorante así como de auxiliares se
calcula sobre el peso de la fibra (spf). En el baño preparado con los aditivos y
colorantes necesarios, según la receta de tintura y una vez homogeneizado (5
min), se aumenta la temperatura a 1,0 ºC/min hasta 80-85 ºC, y en otro intervalo
con pendiente de 0,5 ºC/min se lleva lentamente el baño hasta los 102,0 ± 0,5 ºC.
47
La duración de la tintura en el intervalo térmico de 102 ºC es de 30 a 45 minutos
en el caso de tonalidades claras y medias; y de 45 a 60 minutos para tonalidades
oscuras. Se puede observar una curva de tintura en la Figura 3.6"
Figura 3.6. Curva para la tintura del poliacrilonitrilo
Al finalizar la tintura se enjuaga el material para no tener problemas de solidez al
lavado y posteriormente se añade suavizante (Sapamina) en el siguiente lavado
para dar el tacto adecuado al material.
3.1.2. TINTURA DE TELA
Para la tintura de tela, la empresa posee cuatro autoclaves de nombre ATYC y
MCS, los mismos que se especifican en la Tabla 3.3.
La alimentación de la tela a los autoclaves se realiza mediante el uso de un
torniquete; la tela ingresa en piezas de 100 m de longitud, lo que corresponde a
una cuerda (sección por donde circula cada pieza de tela dentro del autoclave) así
como se indica en la Figura 3.7. Las máquinas poseen de 1 a 4 cuerdas, lo que
determina la capacidad de las máquinas. A diferencia de la tintura de hilo donde el
0
20
40
60
80
100
120
0 25 50 75 100 125 150 175
Tem
per
atu
ra [
°C]
Tiempo [min]
1,0°C/min
0,5°C/min
30-45min #$% claros-medios
&2,0°C/min
'(&)*+,-..#$% oscuros
48
baño es el que se mueve, en el caso de la tela, tanto el baño como la tela son las
que circulan.
Tabla 3.3.Capacidad de las máquinas de tintura de tela
Máquina Capacidad [m]Presión máxima de
operación [bar]Temperaturamáxima [°C]
ATYC 11 300 5,5 135
MCS 12 300 3,0 143
ATYC 13 300 3,5 135
MCS 14 400 3,0 144
Las máquinas poseen una bomba que permite la circulación del baño, y el
movimiento de la tela se realiza por medio de torniquete. Al igual que las OBEM,
las ATYC y MCS poseen un tanque de distribución del colorante y auxiliares; y de
la misma manera, para el incremento de la temperatura poseen un intercambiador
de calor.
Figura 3.7. Gráfico demostrativo del ingreso de la tela a la autoclave
3.1.2.1. Tintura de tela poliéster
El peso de la tela en poliéster es de 240 g/m2± 2,00%, esta se puede tinturar en
cualquiera de las cuatro máquinas designadas para la tintura de tela, la velocidad
de la tela se regula a 250 m/min y se puede tinturar de 120,0 a 270,0 kg.
Cuerda
49
Una vez alimentada la materia prima, la máquina se llena de agua y se adiciona:
! Ácido cítrico hasta alcanzar un pH entre 4,5 y 5,0
! 2,00% de Tinegal (migrador)
! Astragal (retardante)
! 0,21% Avolan
! 1 g/l de Igualan PES
Una vez homogenizado el baño y controlado el pH, se añade el colorante
necesario de acuerdo al peso de la materia prima y a la receta de tintura.
Figura 3.8.Curva para la tintura de poliéster
Las moléculas del colorante disperso ingresan completamente a la fibra a la
temperatura de 130 °C, por lo que se programa la máquina de manera que suba
la temperatura con un gradiente de 1,0 °C/min hasta los 90 °C y hasta los 130 °C
con una gradiente de 0,5 °C/min, permaneciendo en dicha temperatura por un
periodo de 45 a 50 minutos con la finalidad que se agote completamente el
colorante. Después de terminar el tiempo de agotamiento, el baño se enfría con la
ayuda del intercambiador de calor, en el cual el agua circula por la coraza y el
baño de tintura por los tubos hasta los 80 °C, con lo que se evitan quiebres de la
tela, cuando llega a la temperatura de 80 °C se elimina el baño y se saca la tela
0
20
40
60
80
100
120
140
0 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250
Tem
per
atu
a [°
C]
Tiempo [min]
1,0°C/min
0,5°C/min
45-50 min&2,0°C/min
50
de la máquina para su centrifugación y su respectivo secado. Se observa la curva
de tintura para la tela en poliéster según la Figura 3.8.
3.1.2.2. Tintura de tela poliéster-lana
La tela a tinturar en mezcla poliéster lana proviene de los telares de la propia
empresa. De acuerdo al tejido y a la mezcla, la empresa ha designado diferentes
nombres para su identificación, como se indica en la Tabla 3.4.
Tabla 3.4.Clasificación de telas poliéster lana
ArtículoComposición
Peso [g/m2]Poliéster [%] Lana [%]
Gabardina Whysper 55±2% 45±2% 214±2%
Gabardina Giorgio 55±2% 45±2% 197±2%
Gabardina Kingston 55±2% 45±2% 197±2%
Gabardina II 80±2% 20±2% 219±2%Delltex Industrial S.A., 2010
Debido al enzimaje que posee la lana, se realiza un lavado previo de la tela a la
temperatura de 60°C por 15 minutos con 1,00 % Avolan (detergente), el baño del
lavado se elimina para comenzar con la tintura.
Tintura de tela poliéster lana 55/45
Para la tintura de poliéster-lana en fondo unido, es decir cuando el poliéster y la
lana deben llegar a la misma tonalidad, se utilizan colorantes especiales
(Forosyn), los que tienen la capacidad de tinturar tanto el poliéster como la lana a
la vez. Para la tintura de dicho género, se alimenta a la máquina de tintura, la tela,
y se regula la velocidad de circulación de la tela a 250 m/min.
En el baño de tintura se adiciona:
51
! Ácido cítrico hasta alcanzar un pH entre 5,0 y 5,5
! 1 g/L de Liocol (Igualante)
! 1 g/L de Dilatina Poe (carrier)
! 2 g/L de Persoftal (antiquiebre)
Se homogeniza el baño y se controla que el pH se encuentre entre 5,0 y 5,5, para
adicionar el colorante Forosyn, de acuerdo al peso de la materia prima y a la
receta de tintura. El proceso comienza mediante el incremento de la temperatura
del baño de tintura, con un gradiente de 1,0 °C/min hasta los 90°C y luego se
incrementa con un gradiente de 0,5 °C/min hasta la temperatura de 106°C, en
donde permanece por 45 minutos. La adición de carrier reemplaza el aumento de
temperatura necesario para el poliéster, ayudando a que se hinche la fibra y que
el colorante ingrese con facilidad. Terminado el tiempo de agotamiento se enfría
el baño hasta 80°C y se saca la tela de la máquina para su centrifugación y
posterior secado.
Tintura de tela poliéster lana 80/20
La tintura de poliéster lana 80/20 se realiza con colorantes dispersos para el
poliéster y con colorantes reactivos para la lana. Se carga la tela a la máquina de
tintura y se regula la velocidad de la tela a 250 m/min.
Se adiciona al baño de tintura:
! Ácido cítrico hasta alcanzar un pH entre 4,5 y 5,0
! 1 g/L de LIocol (igualante)
! 1 g/L de Dilatina Poe (carrier)
! 2 g/L de Persoftal (antiquiebre)
Una vez homogenizado el baño se mide el pH de manera que se encuentre en el
rango establecido (4,5 y 5,0) y se adicionan los colorantes dispersos y reactivos.
El proceso de tintura es similar al de la tintura de poliéster lana 55/45.
52
Tintura de tela poliéster lana con efecto jaspeado
Para tinturar tela poliéster lana con porcentaje de mezcla 55/45 ó 80/20 con efecto
jaspeado, se tintura solo el poliéster con colorantes dispersos o solo la lana con
colorantes reactivos; de acuerdo al jaspeado que desee el cliente.
Cuando se tintura solo la lana se adiciona al baño de tintura:
! Ácido cítrico hasta alcanzar un pH entre 4,5 y 5,0
! 1 g/L de LIocol
! 2 g/L de Persoftal
! Colorante Reactivo
La curva de tintura es similar a la tintura de poliéster lana 55/45, diferenciándose
en la temperatura de agotamiento, la que es de 98°C, en la que permanece el
baño por 45 minutos.
Cuando se tintura solo el poliéster se adiciona al baño de tintura:
! Ácido cítrico hasta alcanzar un pH entre 4,5 y 5,0
! 1 g/L de Dilatina Poe
! 2 g/L de Persoftal
! Colorante Disperso
En este caso, en la curva de tintura se tiene una temperatura de agotamiento de
106°C, permaneciendo el baño a ésta temperatura por 45 minutos.
3.1.2.3. Tinturación de tela poliéster acrílico
Para la tintura de tela poliéster acrílico la fábrica trabaja con una mezcla del 65 %
poliéster y del 35 % acrílico, se tiene dos tipos de tela que se diferencian por el
tejido así como por el peso; las cuales se indican en la Tabla 3.5.
53
Tabla 3.5. Clasificación de telas poliéster acrílico
ArtículoComposición Peso
[gr/m2]Trama
[hilos/cm]Urdido
[hilos/cm]Poliéster [%] Acrílico [%]
3001 65±2% 35±2% 206±2% 21 24,0
Polykent 65±2% 35±2% 178 / 2% 18 18,9Delltex Industrial S.A., 2010
La tela 3001 se diferencia del Polykent por el tipo de tejido, es decir por la
cantidad de hilos que se tiene por centímetro en el urdido que se denomina al
largo de la tela, y en la trama que es el ancho. El tipo de tejido en Polykent es un
tafetán y en el 3001 es una sarga.
Existe un proceso previo a la tintura, el que consiste en el ingreso de la tela al
autoclave, para realizar un lavado con 1,00 % de Avolan a 60 °C por 15 minutos,
con la finalidad de eliminar el enzimaje de la tela, luego se realiza la termofijación
de la tela, proceso que consiste en someter a la tela a 180 ºC por 30 segundos en
la máquina llamada rama, con lo que se establece la estabilidad dimensional de la
tela y el porcentaje de encogimiento.
Para el proceso de tintura se prepara el baño entre 40 a 50ºC, ingresa la tela
termofijada y los aditivos necesarios en el siguiente orden:
! Ácido cítrico hasta alcanzar un pH entre 4,5 y 5,0
! 1 g/L de Dilatina Poe
! 1 g/L de Liogeno
! Colorante disperso
! Colorante catiónico
Cuando se tinturan las dos fibras, se añaden primero los colorantes de acrílico, se
espera que se adhieran a la fibra por 15 minutos a 60 °C, para en un siguiente
paso añadir los colorantes dispersos de poliéster y subir la temperatura con un
gradiente de 1,0 ºC/min hasta 90 ºC. En un segundo intervalo se sube la
temperatura hasta 110 ºC con un gradiente de 0,3 ºC/min a 0,5 °C/min. Se utiliza
54
Dilatina POE como carrier, lo que ayuda a tinturar la fibra poliéster, ya que
compensa el no tinturar a 130 °C. Una vez terminado el tiempo de agotamiento se
enfría el baño hasta los 80°C, sin contacto directo con agua fría, con el fin de
evitar quiebres en la tela.
Tratamiento posterior: Para mejorar el nivel de solidez, especialmente en húmedo,
se efectúa un lavado con hidrosulfito de sodio y carbonato de sodio por 15
minutos a 65ºC.
Para un efecto jaspeado se tintura ya sea solo la parte acrílica o la parte poliéster.
Si solo se tintura la parte acrílica se hace de manera similar a la que se tinturan
los hilos, diferenciándose por la adición de Persoftal (antiquiebre), y se elimina la
adición de retardante y migrador, ya que el poliéster actúa como retardante.
Cuando se tintura solo la parte poliéster, el proceso es similar a la tintura de
poliéster-acrílico, tan solo se elimina la adición de Liogeno que es el igualante de
la fibra acrílica.
3.1.2.4. Tintura de tela acrílica
La tintura de tela acrílica es similar a la tintura del hilo, diferenciándose en que la
tintura de la tela, tanto el baño como la tela se movilizan. Además, debido a la
movilidad de la tela, esta puede quebrarse para lo cual se utiliza un agente
antiquiebre, un auxiliar que permite que no se dé este inconveniente y que la tela
circule con facilidad dentro del baño, el mismo que se denomina PERSOFTAL. Se
elimina en este proceso la adición del retardante (Astragal).
3.2. AISLAMIENTO DE LA TUBERÍA DE LA LÍNEA DE VAPOR
Y CONDENSADO
La empresa Delltex Industrial S.A posee tres calderos, que operan
55
simultáneamente, para la generación de vapor y posterior distribución a las áreas
de estampación, hilatura y tintorería. El estudio se realizó en la sección de
tintorería, por lo tanto el análisis para el aislamiento de la tubería comprende tanto
la línea de vapor desde el ingreso a la sección de tintorería hasta la alimentación
a las respectivas máquinas, como la línea de condensado que va desde la salida
de las máquinas hasta el tanque de almacenamiento de condensado. El proceso
de tinturación se realiza diariamente en un promedio de 18 horas, en dos turnos
de trabajo, 264 días al año, razón por la cual es importante su estudio para la
minimización de pérdidas energéticas, además de brindar un mejor ambiente de
trabajo para los obreros, debido a la disminución de la temperatura ambiental de
trabajo y de la temperatura de pared de las tuberías con lo que se evita
accidentes dentro del área como son quemaduras en brazos y manos.
3.2.1. EVALUACIÓN TÉCNICA
Para el cálculo de las pérdidas energéticas tanto en la línea de vapor como la de
condensado en el área de tintorería, se consideró las pérdidas ocasionadas por
convección como por radiación al medio ambiente. Se tiene como resultado que el
calor total perdido en el proceso de tinturación de hilo y tela es de 25 082,15 W en
la línea de vapor y de 10 987,19W en la línea de condensado como se indica en
la Tabla 3.6.
Tabla 3.6. Calor total perdido en la línea de vapor y condensado
Calor Total [W]
Línea de vapor 25 082,15
Línea de condensado 10 987,19
Para el cálculo del calor perdido por convección y radiación se consideró como
temperatura de pared de la tubería de vapor y condensado de cada una de las
máquinas, al promedio de las temperaturas medidas con la pistola de infrarrojo
para cada una de las máquinas, un ejemplo se puede observar en el Anexo II, en
la Tabla AII.2.
56
Se consideró también la temperatura de pared constante a lo largo de la tubería,
debido a que no varía significativamente, lo que se refleja en una variación
máxima de 10 °C, ya que la longitud de la tubería, tanto en la línea de vapor como
de condensado, no es extensa.
La línea de vapor y de condensado se encuentran conectadas por el
intercambiador de calor de cada una de las máquinas de tintura. El vapor ingresa
al intercambiador de calor con la finalidad de transferir su energía hacia el baño
de tintura, una vez transferido el calor necesario, se produce un cambio de estado
de vapor a líquido, saliendo éste como condensado.
En la máquina OBEM 1 existe tubería en la línea de vapor que se encuentra
aislada, por lo cual se procedió a verificar el estado del aislante, para ello, se
calculó el calor perdido que resultó igual a 163,63 W; lo que en relación al calor
total perdido de la OBEM 1, el que se muestra en la Tabla 3.7, representa un
5,87 %, por lo que se comprueba que el aislamiento se encuentra en buenas
condiciones.
Tabla 3.7.Calor total perdido en la línea de vapor de las máquinas de tintura de hilo
Máquina Calor Total [W] Longitud [m]Diámetro
nominal [pulg]Temperatura de
pared [K]
OBEM 1 2 787,43 7,33 2,00 431,80
OBEM 2 3 990,46 10,20 2,00 431,80
OBEM 3 2 923,30 9,02 1,50 434,80
OBEM 4 1 619,72 5,09 1,50 435,90
OBEM 5 3 863,21 8,82 2,00 428,80
OBEM 6 3 485,53 8,81 2,00 433,30
Total 18 669,65
La Tabla 3.7 indica las pérdidas calóricas de la línea de vapor de las máquinas
de tintura de hilo, de marca OBEM; mientras que la Tabla 3.8 las pérdidas
calóricas de la línea de condensado.
En la Tabla 3.8 para la OBEM 2 se tiene un solo valor de temperatura de pared
57
para los diferentes diámetros nominales, esto se debe a que al realizarse las
mediciones no existe una variación significativa.
Tabla 3.8.Calor total perdido en la línea de condensado de las máquinas de tintura de hilo
Máquina Calor Total [W]Longitud
[m]Diámetro
nominal [pulg]Temperaturade pared [K]
OBEM 1 1 094,93 11,38 1,5 352,37
OBEM 2 1 366,143,88 2,0
370,855,25 1,5
OBEM 3 615,72 4,15 1,5 376,36
OBEM 4 438,94 5,4 1,5 347,08
OBEM 5 572,05 4,73 1,5 366,08
OBEM 6 1 157,77 8,81 1,5 368,24
Tubería retorno 3 643,77 61,8 2,0
Total 8 889,33
Analizando las Tablas 3.7 y 3.8 se tiene que las pérdidas calóricas de la tubería
de condensado son menores, debido a que el condensado transfiere al medio
ambiente solo calor sensible, mientras que el vapor, por ser sobrecalentado
transfiere al medio ambiente y al baño de tintura calor sensible y calor latente, no
por esto es innecesario el estudio de la perdidas energéticas de la tubería de
condensado.
Tabla 3.9.Calor total perdido en la línea de vapor en las máquinas de tintura de tela
MáquinaCalor Total
[W]Longitud
[m]Calor Total/m
[W/m]Diámetro
nominal [pulg]Temperatura de
pared [K]
ATYC 11 aislada 141,57 3,40 41,6 1,50 325,23
ATYC 11 313,62 2,00 156,8 0,50 430,00
ATYC 12 aislado 341,74 6,90 49,5 1,50 327,86
ATYC 12 340,22 2,80 121,5 0,50 415,76
ATYC 13 2 494,02 9,60 259,8 1,25 420,43
ATYC 13 1 739,72 9,60 181,2 1,50 383,73
ATYC 14 aislada 284,93 3,20 89,0 2,00 338,42
ATYC 14 1 142,21 4,10 278,6 2,00 400,43
ATYC 14 382,71 2,10 182,2 0,75 433,48
TOTAL 7 180,74
58
En la Tabla 3.9 y Tabla 3.10 se presenta el calor perdido de las máquinas de
tintura de tela, tanto en la tubería aislada como en la desnuda, con la finalidad de
analizar si es necesario el cambio de aislante para la disminución de la pérdida
energética hacia el medio ambiente.
En la línea de vapor de las máquinas de tintura de tela, el calor perdido en la
tubería de vapor equivale a 7 180,74 W, además se observa que el calor por
longitud, en la tubería aislada es menor en un 70,00 % comparada con la tubería
de la misma máquina aislada.
En la línea de condensado como se muestra en la Tabla 3.10 el calor perdido de
la tubería aislada equivale a 207,33 W, lo que significa el 9,00 % del calor total
perdido.
Tabla 3.10.Calor total perdido en la línea de condensado en las máquinas de tintura de tela
MáquinaCalor
Total [W]Longitud
[m]Calor Total
[W/m]Diámetro
nominal [pulg]Temperatura de
pared [K]
ATYC 11 aislada 13,57 4,55 2,98 1,50 302,78
ATYC 12 aislada 193,76 7,15 27,10 1,50 318,45
ATYC 13 909,17 14,45 62,92 1,50 337,67
ATYC 14 1 188,69 7,65 155,38 2,00 364,58
TOTAL 2 305,19
Del análisis de las tuberías aisladas tanto en la línea de vapor como la de
condensado de las máquinas de tintura de tela, se tiene que el calor perdido
representa un 10,00 %, siendo la máxima temperatura de pared registrada de
338 K, por lo que el presente estudio abarcará el aislamiento de las tuberías
desnudas, y de gerencia dependerá el cambio del aislante si creyera conveniente.
Se tiene según la Tabla 3.11 y Tabla 3.12, las pérdidas calóricas en las líneas de
vapor y condensado de las máquinas de tintura de tela que no se encuentran
aisladas, y son consideradas para la reducción en el consumo de búnker y para la
mejora en el ambiente de trabajo de la sección.
59
Tabla 3.11. Calor total perdido en la línea de vapor para las máquinas de tintura de tela
Máquina Calor Total [W]
ATYC 11 313,62
ATYC 12 340,22
ATYC 13 4 233,74
ATYC 14 1 524,92
TOTAL 6 412,50
Tabla 3.12. Calor total perdido en la línea de condensado de las máquinas de tintura detela
Máquina Calor Total [W]
ATYC 13 909,17
ATYC 14 1 188,69
TOTAL 2 097,86
Análisis del espesor y cantidad del aislante
Para el análisis del aislamiento más adecuado así como el espesor óptimo del
aislante, es importante conocer el funcionamiento del aislante, así como las
características que se deben evaluar, lo mismo que se puede observar en la
revisión bibliográfica en el ítem 1.3.
Para el aislamiento de la tubería tanto de la línea de vapor como la de
condensado de la empresa Delltex Industrial S.A se eligió vidrio celular o más
conocido como Lana de vidrio, ya que es un material completamente inorgánico,
no absorbe líquidos ni vapores, incombustible, su instalación es rápida,
completamente no tóxica, y poseen un coeficiente de conductividad térmica bajo.
Se cotizó el costo del aislante de material de lana de vidrio, más conocido por el
nombre de cañuelas, siendo el comerciante LA LLAVE el que ofertó el mejor
precio con un menor coeficiente de conductividad térmica, siendo este equivalente
a 0,035 W/K.m. Los cálculos correspondientes se detallan en el ANEXO III para el
aislamiento de la tubería de la línea de vapor y condensado, el mismo que tiene
60
una vida útil de 4 años. Mediante cálculos se obtiene que son necesarias 223
cañuelas, las mismas que tienen un costo de 1 476,95 USD.
En la Tabla 3.13 se observa de manera resumida la cantidad y el costo del
aislamiento, de acuerdo al diámetro nominal de la tubería.
Tabla 3.13. Cantidad y costo total del aislante para la tubería
Diámetro 2,00 [pulg] 1,50 [pulg] 1,25 [pulg] 0,50 [pulg] Total
Cañuelas totales [unidades] 123,00 85,00 10,00 5,00 223,00
Precio unitario [USD] 7,15 6,10 5,81 4,18 N.A
Precio total [USD] 879,45 518,50 58,10 20,90 1476,95
En la Tabla 3.14 se indica la cantidad de calor ahorrado con el aislamiento de la
tubería de la línea de vapor y condensado, el mismo que representa un 83,00 %
de ahorro en relación al calor total perdido (36 069,34 W); así también se
concluye que en menos de un año, el dinero invertido será reembolsado, y los
consecuentes 3 años se tendrá un ahorro tanto económico como en Búnker.
Tabla 3.14. Ahorro de calor y dinero con el aislamiento de la tubería
Calor ahorrado [W] Búnker ahorrado[gal/año] Ahorro [USD/año]
Línea de vapor OBEM 16 681,77 1 859,50 1 179,41
Línea de condensado OBEM 7 498,39 835,84 530,14
Línea de vapor ATYC 5 655,31 630,39 399,83
Línea de condensado ATYC 1 844,33 205,59 130,39
Total 31 679,79 3 531,32 2 239,77
Conjuntamente con el calor ahorrado con la instalación del aislante en la tubería
de la línea de vapor y condensado, se mejorarán considerablemente las
condiciones de trabajo, ya que de esta manera se disminuyen los riesgos de
quemaduras debido a que se registran temperaturas de pared en la línea de vapor
de aproximadamente 150 °C y en la línea de condensado de 90 °C; de igual
manera se vería disminuida la fatiga del obrero por la cantidad de calor recibido
por convección y radiación.
61
3.2.2. EVALUACIÓN ECONÓMICA
Los criterios que se tomaron en cuenta para la evaluación económica son:
! Valor actual neto (VAN)
! Tasa interna de retorno (TIR)
! Beneficio para la empresa
! Período de recuperación del capital invertido.
Como se observa en la Tabla 3.15, se considera como única inversión el costo del
aislante, ya que su instalación puede realizarse con el personal de mantenimiento
de la empresa en un período en el cual no se utilice vapor. Con la información se
realizó el flujo de fondos de la opción de mejora como se muestra en la Tabla
3.16.
Tabla 3.15. Datos necesarios para el análisis económico de la opción de mejoraaislamiento de tubería
Indicador Valor
Tasa de inflación vigente* 4,77%
Tasa activa referencial* 8,17%
Tasa pasiva referencial* 4,53%
Vida útil de opción de mejora 4 años
Inversión 1 476,95
Flujo generado por la mejora (USD/año) 2 239,77*Banco Central del Ecuador, Noviembre 2012
Tabla 3.16. Flujo de fondos generados por la opción de mejora, aislamiento de tubería
Año de Operación 0 1 2 3 4
Ingresos [USD] --- 2 239,77 2 239,77 2 239,77 2 239,77
Egresos [USD] -1 476,95 0,00 0,00 0,00 0,00
Flujo neto [USD] -1 476,95 2 239,77 2 239,77 2 239,77 2 239,77
El flujo de fondos generado permite calcular los criterios financieros como VAN,
TIR, periodo de recuperación de la inversión y rédito económico como se muestra
62
en la Tabla 3.17, para evaluar la opción de mejora.
Tabla 3.17. Criterios Financieros. Aislamiento de tubería
Indicador Valor
Valor actual neto (VAN) 5 913,47
Tasa interna de retorno (TIR) 147,70%
Período de recuperación de la inversión 9 meses
Rédito económico [USD/4años] 5 913,47
La Tabla 3.17 indica que el valor actual neto (VAN) es positivo, mayor al 100,00%,
lo que significa que el capital es recuperable, además es mayor al de la inversión
por lo que representa un beneficio significativo para la empresa. El período de
recuperación de la inversión se da a los nueve meses lo que significa que el
retorno es a corto plazo.
El beneficio económico es considerable ya que representa un ahorro de
3 531,32 gal búnker/año, lo que equivale a 2 239,77 USD/año, como se observa
en la Tabla 3.14.
3.2.3. EVALUACIÓN AMBIENTAL
La implementación de la mejora permite la disminución del consumo de búnker
como indica la Tabla 3.14, consecuentemente se reduce la emisión de gases
tóxicos y partículas sólidas en suspensión, que causan efectos perjudiciales sobre
la salud de seres vivos. Se tiene entonces los kg de CO2 no emitido será:
17
8)
7)
1) 1
7
! 18
Según el Anexo VII se tiene que un kilogramo de vapor cuesta 0,0016 USD, por lo
63
que se tendría un ahorro en vapor y agua de:
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8
Debido a que los kg de vapor van a ser los mismos que los kg de agua que
ingresan al caldero se tiene:
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& :::! & <,91=,
8
3.3. REDUCCIÓN DEL CONSUMO DE VAPOR EN LAS
MÁQUINAS DE TINTURA
El análisis para la reducción del consumo de vapor se realizó en las máquinas de
tintura de hilo de tipo armario llamadas OBEM, ya que estas se encontraban con
incrustaciones en sus paredes e intercambiadores de calor.
3.3.1. EVALUACIÓN TÉCNICA ANTES DE IMPLEMENTAR LA MEJORA
El estudio para la reducción de las incrustaciones es de vital importancia ya que
estas afectan directamente en el funcionamiento de los equipos y en la
disminución de la transferencia de calor, ya que las incrustaciones intervienen
como aislantes por su baja conductividad térmica.
Además, a medida que ocurre la deposición de las incrustaciones tanto en las
paredes de la cabina de la máquina, como en los porta materiales (lugar donde se
carga las madejas a tinturar), la sección transversal de los orificios por donde
circula el baño de tintura se ve reducida. En el intercambiador, el baño de tintura
circula por el lado de la coraza, las incrustaciones por lo tanto se encuentran
presentes en las paredes de la coraza y en la superficie de los tubos del
intercambiador, lo que involucra un aumento en el consumo de energía.
64
A inicios del año 2011 los obreros se dispusieron a limpiar las máquinas, para
eliminar las incrustaciones que se tenía en los porta materiales, las mismas que
eran de 2 a 3 milímetros de espesor; para lo cual los trabajadores utilizaron
espátula por la dureza de las incrustaciones, lo que ocasionaba daños en el acero
inoxidable de las máquinas, disminuyendo la vida útil de las mismas.
Una vez señaladas las propiedades de cada ácido en la Tabla 2.2, se eligió como
sustitución para el ácido acético oxálico al ácido cítrico, ya que es el menos
peligroso para la seguridad de los trabajadores, además de no causar
contaminación a la vida acuática; siendo un ácido no corrosivo y que no forma
precipitaciones con el agua de pozo utilizada, no se tendría ningún problema; ni
disminución de la eficiencia, de la máquina de tintura y su intercambiador de calor,
por efecto de la deposición de oxalatos en su paredes como sucedía con el ácido
acético-oxálico. Adicionalmente se tiene como ventaja que al usar ácido cítrico la
manipulación de este es más fácil debido a que es granulado, tal como consta en
su ficha técnica, la cual se observa en el Anexo IX.
Se escogió entonces como cambio para la mezcla de ácido acético-oxálico el
ácido cítrico, se procedió al cálculo de la cantidad de ácido cítrico para alcanzar el
pH entre 4,5 y 5,0 mediante un ensayo en un litro, midiendo el pH mediante el uso
de un pHmetro en cada adición de 0,05 g.
Se determinó que para alcanzar el pH entre 4,5 y 5,0 se requiere 0,4 g/L de ácido
cítrico, entonces aproximadamente en un mes promedio de producción de
85 000 kg de hilo se consume:
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Entonces el consumo de ácido cítrico en un año sería:
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8
65
Tabla 3.18. Análisis del consumo y ahorro por el cambio de ácido
Descripción Ácido Acético-Oxálico Ácido Cítrico
Consumo [kg/año] 11158,67 9066,67
Costo [USD/kg] 1,10 1,30
Costo [USD/año] 12274,54 11786,67
Ahorro [USD/año] 487,87
En la Tabla 3.18 se tiene el análisis del cambio de ácido. Además de eliminar el
problema de las incrustaciones con el uso del ácido cítrico, se tiene la ventaja de
la reducción en el consumo de ácido, como se puede observar en la Tabla 3.18;
teniendo un ahorro de 487,87 USD/año.
Al mismo tiempo del cambio de ácido; se cotizó el lavado ácido de cada una de
las seis máquinas, similar al que se realiza a los calderos para la eliminación de
las incrustaciones. La cotización se realizó con la misma empresa que realiza el
lavado de los calderos. El costo del lavado de las OBEM se detalla en la Tabla
3.19. El lavado de la máquina comienza con la adición del ácido clorhídrico y
ácido fosfórico al tanque de distribución para subir la temperatura hasta los 70 °C,
permaneciendo en la misma alrededor de cuatro horas, posteriormente se realiza
un lavado y se adiciona el neutralizante, cuya composición no se conoce por
confidencialidad de la empresa contratada, subiendo nuevamente la temperatura
hasta 70 °C, donde permanece por alrededor de una hora; el neutralizante ayuda
a que los restos de ácido que podrían quedar se eliminen, con el fin de evitar
daños mecánicos en la máquina por corrosión.
Tabla 3.19.Costo del lavado para una máquina de 270 kg de capacidad
Ítem Cantidad [kg] P.Unitario [USD] P.Total [USD]
Ácido Clorhídrico 300 2,08 624,00
Ácido Fosfórico 30 9,46 283,80
Neutralizante 150 1,20 180,00
Subtotal 1 087,80
+12% iva 130,54
Total 1 218,34
66
Los intercambiadores de calor que posee el área de tintorería son de tubos y
coraza, donde por el interior de los tubos circula vapor, y por la coraza circula el
baño de tintura, por lo que las incrustaciones se producían en la parte exterior de
los tubos.
Los orificios por donde circula el baño de tintura dentro de la cabina son de un
diámetro de 6 milímetros, son pequeños ya que actúan como duchas con la
finalidad de disminuir el volumen muerto dentro de la cabina, asegurándose así la
disminución de baños manchados. Se puede observar según la Figura 3.9 que los
orificios del baño de tintura son similares tanto en el techo como en la parte baja
de la cabina.
Figura 3.9. Cabina de la máquina OBEM 6 y orificios por donde circula el baño
Las incrustaciones por lo tanto ocasionan que el volumen muerto dentro de la
máquina aumente, debido a que el diámetro de los orificios se ve disminuido por
la precipitación de oxalato de calcio.
Se espera que con la eliminación de las incrustaciones de las máquinas con el
lavado ácido y la sustitución del ácido acético-oxálico, se elimine la posibilidad de
67
obstrucción de la circulación del baño de tintura y posterior sobrepresión, lo que
representa un peligro para las personas que trabajan en el área, además se
aumentaría la vida útil de la máquina ya que se suprimiría la limpieza con
espátula, y el daño al acero inoxidable.
Para calcular el porcentaje de ahorro de vapor si se procediera a la
implementación de mejora, se calculó el coeficiente global de transferencia de
calor (U, W/m2.K) y el coeficiente global de transferencia de calor cuando el
intercambiador está sucio (Uf, W/m2.K); ya que este término varía en la ecuación
de transferencia de calor en un intercambiador, así (Mills, 1995, p. 763):
! ) ) ) [3.1]
Dónde:
LMTD: Temperatura media logarítmica.
A: Área de radiación.
U: Coeficiente global de transferencia de calor.
FT: Factor de traspaso.
Tabla 3.20. Coeficientes globales de transferencia de calor tanto sucio como limpio delintercambiador de calor
Coeficiente Global
U [W/m2.K] 138,75
Uf [W/m2.K] 135,46
Los cálculos correspondientes de U y Uf se los puede observar en el ANEXO V.
En la Tabla 3.20 se puede observar los coeficientes de transferencia de calor
limpio y sucio, con lo que se puede calcular la reducción en el consumo de vapor.
Relacionando los coeficientes de transferencia de calor sucio y limpio, como se
muestra en la Ecuación 3.2, se tiene una reducción en el consumo de vapor de
2,37 %, así según la Tabla 3.21 el análisis del ahorro en el consumo de vapor, se
refleja en la reducción del consumo de fuel oil y agua.
68
& # ) &:: ! A[3.2]
& #&<91?;
B
C,D E
&<>1=9B
C,D E
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Para el cálculo del consumo de vapor se tomaron los tiempos de apertura y cierre
de la válvula de vapor, además de la cantidad de condensado. Todo se detalla en
el ANEXO V.
Tabla 3.21. Ahorro en vapor esperado con la eliminación de incrustaciones de lasmáquinas de tintura de hilo
Parámetro Valor
Consumo [kg vapor/año] 4 500 632,52
Ahorro de vapor [%] 2,37
Ahorrado [kg vapor/año] 106 664,99
Ahorro [gal búnker/año] 274,03
Ahorro [USD/año] 173,80
Ahorro [L agua/año] 110 168,34
3.3.2. EVALUACIÓN ECONÓMICA ANTES DE IMPLEMENTAR LA MEJORA
Para el análisis económico se utilizaron los datos de las tasas de interés de la
Tabla 3.15 que se obtuvo de la fuente del Banco Central del Ecuador.
Para definir el período del flujo económico, se tiene que el uso del ácido acético-
oxálico se dio desde abril del 2008 y se programó un lavado para abril del 2011, si
se siguiera utilizando el ácido en mención, se tendría un gasto de 6 091,70 USD
cada tres años por las seis máquinas de tintura; pero con la implementación de
mejora del cambio de ácido, esto significa ahorro para la empresa.
El mantenimiento de las máquinas de tintura de hilo usualmente se realiza cada
69
año, y según las normas NIF (Normas de Información Financiera) se amortiza las
máquinas para 20 años. El flujo económico se lo realizará entonces para 20 años,
lo que se puede observar en Tabla 3.22.
En la Tabla 3.22, los egresos están representados por el costo del lavado de las
máquinas para la eliminación de las incrustaciones; mientras que los ingresos se
representan por el ahorro en el consumo de ácido y el consumo de fuel oil.
Tabla 3.22. Flujo económico generado por la opción de mejora
Año de Operación Ingresos [USD] Egresos [USD] Flujo neto [USD]
0 -6 091,70 -6 091,70
1 661,67 0,00 661,67
2 661,67 0,00 661,67
3 661,67 0,00 661,67
4 661,67 0,00 661,67
5 661,67 0,00 661,67
6 661,67 0,00 661,67
7 661,67 0,00 661,67
8 661,67 0,00 661,67
9 661,67 0,00 661,67
10 661,67 0,00 661,67
11 661,67 0,00 661,67
12 661,67 0,00 661,67
13 661,67 0,00 661,67
14 661,67 0,00 661,67
15 661,67 0,00 661,67
16 661,67 0,00 661,67
17 661,67 0,00 661,67
18 661,67 0,00 661,67
19 661,67 0,00 661,67
20 661,67 0,00 661,67
Al analizar la Tabla 3.23 se observa que la inversión para la opción de mejora,
tiene un rédito económico a largo plazo, pero además tiene beneficios técnicos
70
muy importantes.
Tabla 3.23. Criterios económicos para la evaluación de la opción de mejora (reducción delconsumo de vapor en las máquinas de tintura)
Indicador Valor
Valor actual neto (VAN) 323,31
Tasa interna de retorno (TIR) 8,88%
Período de recuperación de la inversión 18 años
Rédito económico [USD/20 años] 323,31
En la Tabla 3.23 se observa que el valor actual neto (VAN) es positivo lo que
representa que la inversión es recuperable, además se tiene una tasa interna de
retorno del 8,88 % lo que indica que la opción de mejora es aceptable, mientras
que el periodo de recuperación señala que es una opción de mejora cuyo rédito
económico es a largo plazo.
3.3.3. EVALUACIÓN AMBIENTAL ANTES DE IMPLEMENTAR LA MEJORA
La implementación de la mejora permite la disminución del consumo de Fuel Oil,
como se indica en la evaluación técnica, consecuentemente se reduce la emisión
de gases tóxicos como el CO2 el que se ve reducido en 2 849,99 kg CO2/año y
partículas sólidas en suspensión, que causan efectos perjudiciales sobre el medio
ambiente.
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La mejora permite la reducción del consumo de ácido con lo que se reduce la
contaminación en el agua, adicionalmente se disminuye los riesgos para el
trabajador por su manipulación; ya que tal como se puede observar en el Anexo
IX el ácido cítrico no es tóxico en peces y se lo utiliza con fines bactericidas. Una
71
de las mayores ventajas ambientales es la reducción en el consumo del recurso
agua de 110 168,34 litros por año.
3.3.4. IMPLEMENTACIÓN DE LA MEJORA, REDUCCIÓN DEL CONSUMO
DE VAPOR EN LAS MÁQUINAS DE TINTURA DE HILO
El beneficio de la opción de mejora no solo se ve reflejado en la reducción del
consumo de vapor, sino además en una transferencia de calor al baño de manera
uniforme y más efectiva, lo que desencadena en una reducción del porcentaje de
baños manchados, los cuales al ser reprocesados incrementan el consumo de
agua y productos auxiliares, y ya que se debe incrementar nuevamente la
temperatura también se incrementa el consumo de búnker y vapor.
Según la Tabla 3.24, con la opción de mejora se logró reducir el consumo de
vapor en 1,90 %, un valor inferior al que se calculó de manera teórica; esto se
debe a que las incrustaciones no son uniformes y en ciertos tramos de la tubería
del intercambiador de calor casi no existe incrustación.
Tabla 3.24. Ahorro en consumo de vapor, búnker y agua
Parámetro Valor
Consumo [kg vapor/año] 4 500 632,52
Ahorro [%] 1,90
Ahorrado [kg vapor/año] 85 661,12
Ahorro [gal búnker/año] 220,07
Ahorro [usd/año] 139,58
Ahorro [L agua/año] 88 474,61
Para la confirmación de la reducción del consumo de vapor se midieron los
tiempos de apertura y cierre de las válvulas automáticas de vapor, además de la
cantidad de condensado después de lavar las máquinas, estos valores se
muestran en el ANEXO V y VII. Debido a que la transferencia de calor se la
realiza de manera más efectiva al eliminar las incrustaciones, se tiene una
72
reducción en el consumo de vapor saturado, tal como se observa en la Tabla
3.24, así como la reducción en el consumo de fuel oil y sobretodo en el recurso
agua. Realizando el análisis económico se tiene el flujo de caja como se muestra
en la Tabla 3.25.
Tabla 3.25. Flujo económico generado por la opción de mejora
Año de Operación Ingresos [USD] Egresos [USD] Flujo neto [USD]
0 -6 091,70 -6 091,70
1 627,45 0,00 627,45
2 627,45 0,00 627,45
3 627,45 0,00 627,45
4 627,45 0,00 627,45
5 627,45 0,00 627,45
6 627,45 0,00 627,45
7 627,45 0,00 627,45
8 627,45 0,00 627,45
9 627,45 0,00 627,45
10 627,45 0,00 627,45
11 627,45 0,00 627,45
12 627,45 0,00 627,45
13 627,45 0,00 627,45
14 627,45 0,00 627,45
15 627,45 0,00 627,45
16 627,45 0,00 627,45
17 627,45 0,00 627,45
18 627,45 0,00 627,45
19 627,45 0,00 627,45
20 627,45 0,00 627,45
Los ingresos de la Tabla 3.26 se ven representados por el ahorro en el consumo
del ácido que se encuentran detallados en el Anexo IV y el ahorro en el consumo
de fuel oil. Se puede observar que tanto la Tabla 3.24, Tabla 3.25 y la Tabla 3.26
tienen una ligera diferencia con el análisis teórico presentado en 3.4.1 y 3.4.2,
existiendo una desviación de 19,00 %, ratificando que se alcanzó lo esperado con
73
la opción de mejora.
Tabla 3.26. Criterios económicos para la evaluación de la opción de mejora (reducción delconsumo de vapor en las máquinas de tintura).
Indicador Valor
Valor actual neto (VAN) -8,46
Tasa interna de retorno (TIR) 8,15%
Período de recuperación de la inversión 20 años
Rédito económico [USD/20años] -8,46
Si bien la opción de mejora no tiene beneficios económicos, si tiene beneficios
ambientales, así una reducción en el consumo del recurso agua de 88 474,61
litros por año y la disminución de emisiones de CO2 en 2 288 kg CO2/año.
3.4. DISMINUCIÓN DEL STOCK DE COLORANTES SIN
MOVIMIENTOS EN BODEGA
La disminución de colorantes se centra en el análisis de colorantes dispersos,
reactivos y catiónicos, que no han tenido movimiento por más 130 días para su
consumo y/o venta.
3.4.1. EVALUACIÓN TÉCNICA ANTES DE IMPLEMENTAR LA MEJORA
Para analizar los colorantes sin movimiento en bodega, se realizó un inventario
en el que se puede observar los días que se encuentran en stock y la cantidad
disponible como se muestra en la Tabla 3.27.
74
Tabla 3.27. Colorantes sin consumo del área de tintorería.
Descripción ítem Cantidad [kg] Días Costo [USD] Fibra que tintura
ROJO LANASAN CF-A 155,57 1 058 2 722,53
Lana
AZUL ALIZARINA OCR 120% 133,92 750 1 245,47
ROJO BTE. SUPRANOL 3BW 112,85 267 564,25
BURDEOS LANASAN CF 109,00 553 1 765,80
ROJO SUPRAMIN 3B 103,60 267 279,72
NEGRO LANASYN SDL 100,00 245 1 710,00
AZUL BTE. LANASAN CF 114,17 1 434 3 653,49
ROJO SANDOLAN MF-2BL 69,70 1 434 2 035,24
AMARILLO ORO SANDOLAN MR 58,03 628 1 207,02
AMARILLO LANASYN S-2GL 45,00 723 720,00
PARDO LANASAN CF-A 40,34 1 434 734,14
AZUL LANASAN CF 40,00 855 1 164,00
AMARILLO BTE LANASAN CF 40,56 1 434 381,23
VERDE BTE SANDOLAN E-B 400% 32,52 1 184 458,49
ROJO BTE LANASAN CF 45,40 1 434 894,40
AZUL MNO SERILENE 2BFS 300,00 1 434 900,00
Poliéster
AZUL SHANGDARON M-2R 250,00 1 086 200,00
NARANJA SERILENE 3RLS 150% 149,10 1 434 149,10
AMARILLO DISPERSOL C-5G 100,00 1 434 110,00
AMARILLO BTE FORON RD-E 50,00 265 790,00
ROJO INTRASIL FTS 25,00 3 051 72,50
AZUL FORON RD-E 41,28 1 064 751,21
AZUL DISPERSO 56 150 18,32 1 745 115,43
AZUL MNO SERILENE VX-BL 14,00 1 745 33,60
AZUL MARINO PALANIL RN-88 43,80 1 745 70,08
NEGRO DIRESUL FV-4G 189,00 2 010 945,00
Algodón
TURQUESA PACIFIX H-A 100,00 3 316 240,00
AMARILLO DRIMAREN CL-3G 45,00 1 699 697,50
AZUL MNO DRIMAREN P-2R 54,00 1 077 270,00
NARANJA PACIFIX HE R 25,00 2 023 25,00
AMARILLO ORO DRIMAREN P 18,20 3 316 18,20
AZUL MNO. ERIOCROMO RN 140% 17,31 3 316 65,78
75
Tabla 3.27. Colorantes sin consumo del área de tintorería (continuación …)
Descripción ítem Cantidad [kg] Días Costo [usd] Fibra que tintura
AZUL BRTE DRIMAREN S-R 20,59 205 395,37
AlgodónTURQUEZA DRIMAREN CL-B 7,04 398 59,14
NARANJA CIBRACRON F-R 1,66 620 2,82
ROSA ATACRYL G 50,00 3 051 15,00
Acrílico
ROJO YORACRIL BGL GR 18 29,64 1 434 213,43
AZUL MNO YORACRIL BGS 22,99 1 745 57,48
ROJO X-GRL 250% WINACRYL 4,00 215 21,20
AZUL ASTRAZON BRL 200% 8,29 239 8,29
AZUL BASICO 41 300% 0,50 209 3,14
ROJO BTE FOROSYN 3B 45,29 1 434 964,70
Poliéster-Lana
AMARILLO FORSYN 4GL 25,00 1 434 437,50
AZUL MNO FOROSYN RL 25,00 1 434 20,00
ANARANJADO FOROSYN SE 48,78 1 745 988,25
AMARILLO FOROSYN 4GI 6,89 302 120,52
TOTAL BQCH Y BQCP 2 936,34 28 296,02
Al analizar los colorantes en stock, se observa que algunos se utilizan para la
tintura de algodón, como son los de nombre DRIMAREN, y existen otros que se
encuentran en desuso debido al grado de contaminación que representan en los
efluentes, como son los colorantes al CROMO. Cabe señalar que actualmente la
empresa ya no tintura fibra de algodón, por lo que se imposibilita el consumo de
los colorantes Drimaren y los que son con base en Cromo; lo único que resta por
realizar con dichos colorantes en stock es ponerlos en venta a empresas que
tinturan algodón, como podría ser Vicunha.
Se tiene entonces que los colorantes sin movimiento que se pude consumir en el
área de tintorería se reducirían a lo que se muestra en la Tabla 3.28.
76
Tabla 3.28. Colorantes que se encuentran sin movimientos y se los puede consumir en elárea
Descripción ítem Cantidad [kg] Costo [USD]
ROJO LANASAN CF-A 155,57 2 722,53
AZUL ALIZARINA OCR 120% 133,92 1 245,47
ROJO BTE. SUPRANOL 3BW 112,85 564,25
BURDEOS LANASAN CF 109,00 1 765,80
ROJO SUPRAMIN 3B 103,60 279,72
NEGRO LANASYN SDL 100,00 1 710,00
AZUL BTE. LANASAN CF 114,17 3 653,49
ROJO SANDOLAN MF-2BL 69,70 2 035,24
AMARILLO ORO SANDOLAN MR 58,03 1 207,02
AMARILLO LANASYN S-2GL 45,00 720,00
PARDO LANASAN CF-A 40,34 734,14
AZUL LANASAN CF 40,00 1 164,00
AMARILLO BTE LANASAN CF 40,56 381,23
VERDE BTE SANDOLAN E-B 400% 32,52 458,49
ROJO BTE LANASAN CF 45,40 894,40
AZUL MNO SERILENE 2BFS 300,00 900,00
AZUL SHANGDARON M-2R 250,00 200,00
NARANJA SERILENE 3RLS 150% 149,10 149,10
AMARILLO DISPERSOL C-5G 100,00 110,00
AMARILLO BTE FORON RD-E 50,00 790,00
ROJO INTRASIL FTS 25,00 72,50
AZUL FORON RD-E 41,28 751,21
AZUL DISPERSO 56 150 18,32 115,43
AZUL MNO SERILENE VX-BL 14,00 33,60
AZUL MARINO PALANIL RN-88 43,80 70,08
ROSA ATACRYL G 50,00 15,00
ROJO YORACRIL BGL GR 18 29,64 213,43
AZUL MNO YORACRIL BGS 22,99 57,48
ROJO X-GRL 250% WINACRYL 4,00 21,20
AZUL ASTRAZON BRL 200% 8,29 8,29
AZUL BASICO 41 300% 0,50 3,14
ROJO BTE FOROSYN 3B 45,29 964,70
AMARILLO FORSYN 4GL 25,00 437,50
AZUL MNO FOROSYN RL 25,00 20,00
ANARANJADO FOROSYN SE 48,78 988,25
AMARILLO FOROSYN 4GI 6,89 120,52
TOTAL 2 458,54 25 577,21
77
Es importante señalar también que la empresa tintura en su mayoría fibra acrílica,
con una producción mensual promedio de 85 000 kilogramos seguido de
poliéster-acrílico en un promedio de 6 200 kilogramos, luego se tiene las cobijas
en poliéster con un promedio de 2 000 kilogramos y finalmente la tela en
poliéster/lana en un promedio de 1 300 kilogramos.
Por lo tanto, los colorantes que se pueden consumir en su mayoría son los
catiónicos (para acrílico), seguidos de los dispersos (para poliéster) y finalmente
los ácidos (para lana).
Se observa las fórmulas desarrolladas en laboratorio con los colorantes sin
movimiento, desde la Tabla 3.29 a la Tabla 3.39. Debido a que los colorantes que
se encuentran en el stock de la bodega no permiten obtener una gama amplia de
colores, es necesario combinar con colorantes que se utilizan actualmente.
! Color: Azul Mno Cobija Cotopaxi
Tabla 3.29. Fórmula nueva azul marino para cobija Cotopaxi
Descripción Porcentaje de Colorante [%] Costo [USD/kg]
AZUL MNO SERILENE 2BFS 3,5 0,105
! Color: Rojo 318 Cobija Cotopaxi
Tabla 3.30. Fórmula nueva rojo 318 para cobija Cotopaxi
Descripción Porcentaje de Colorante [%] Costo [USD/kg]
AMARILLO DISPERSOL C5G 0,60 0,007
AZUL MNO SERILENE 2BFS 0,05 0,002
RUBI TERASIL 2GFL 2,40 0,181
TOTAL 3,05 0,189
78
! Color: Azul Mno Cobija Cotopaxi
Tabla 3.31. Fórmula nueva azul marino 2 para cobija Cotopaxi
Descripción Porcentaje de Colorante [%] Costo [USD/kg]
AZUL MNO SERILENE 2BFS 4,0 0,12
! Color: Verde 401 Cobija Cotopaxi
Tabla 3.32. Fórmula nueva verde 401 para cobija Cotopaxi
Descripción Porcentaje de Colorante [%] Costo [USD/kg]
AMARILLO DISPERSOL C5G 0,84 0,009
AZUL MNO SERILENE 2BFS 1,50 0,045
TOTAL 2,34 0,054
! Color: Naranja 129 Cobija Cotopaxi
Tabla 3.33. Fórmula nueva naranja 129 para cobija Cotopaxi
Descripción Porcentaje de Colorante [%] Costo [USD/kg]
NARANJA SERILENE 3RLS 150% 0,50 0,0050
AZUL MNO SERILENE 2BFS 0,01 0,0003
TOTAL 0,51 0,0053
! Color: Vino Cobija Cotopaxi
Tabla 3.34. Fórmula nueva vino para cobija Cotopaxi
Descripción Porcentaje de Colorante [%] Costo [USD/kg]
AZUL MNO SERILENE 2BFS 0,16 0,005
RUBI TERASIL 2GFL 2,00 0,151
TOTAL 2,160 0,156
79
! Color: Verde Cobija Cotopaxi
Tabla 3.35. Fórmula nueva verde para cobija Cotopaxi
Descripción Porcentaje de Colorante [%] Costo [USD/kg]
AMARILLO DISPERSOL C5G 0,30 0,003
AZUL MNO SERILENE 2BFS 1,50 0,045
TOTAL 1,80 0,048
! Color: Escarlata 1050 Nike
Tabla 3.36. Fórmula escarlata 1050 para cobija Cotopaxi
Descripción Porcentaje de Colorante [%] Costo [USD/kg]
AMARILLO DISPERSOL C-5G 0,40 0,0044
ROJO FORON RDE 0,40 0,0616
TOTAL 0,80 0,0660
! Color: Fucsia R32 (Hilo)
Tabla 3.37. Fórmula nueva verde para cobija Cotopaxi
Descripción Porcentaje de Colorante [%] Costo [USD/kg]
AZUL APOLLO GRL 300% 0,0165 0,0014
AMARILLO ORO APOLLO GL 200% 0,0155 0,0008
ROSA ATACRYL G 0,6500 0,0020
TOTAL 0,6820 0,0042
! Color: Vino 331 Cobija Cotopaxi
Tabla 3.38. Fórmula nueva verde para cobija Cotopaxi
Descripción Porcentaje de Colorante [%] Costo [USD/kg]
AMARILLO DISPERSOL C-5G 0,60 0,0066
AZUL MNO SERILENE 2BFS 0,07 0,0021
ROJO INTRASIL FTS 3,24 0,0940
TOTAL 3,91 0,1027
80
! Color: Habano 075 Cobija Cotopaxi
Tabla 3.39. Fórmula nueva verde para cobija Cotopaxi
Descripción Porcentaje de Colorante [%] Costo [USD/kg]
AMARILLO DISPERSOL C-5G 0,020 2,20E-04
RUBI TERASIL 2GFL 0,001 7,54E-05
TOTAL 0,021 2,95E-04
3.4.2. IMPLEMENTACIÓN DE LA MEJORA, DISMINUCIÓN DEL STOCK DE
COLORANTES SIN MOVIMIENTO EN BODEGA
En el laboratorio se formularon recetas de tintura para el consumo de colorantes
sin movimiento. Otros colorantes se pusieron a la venta; logrando una reducción
de 314,12 kilogramos equivalente a 3 667,53 USD. Las recetas de tintura
formuladas se pueden observar en el ANEXO VI. Los colorantes que se lograron
vender son el BurdeusLanasan CF, Negro Lanasyn SDL, Amarillo Oro Sandolan
MR y Azul BrteDrimaren S-R en las cantidades señaladas en la Tabla 3.40 a la
empresa Aromcolor. En la Tabla 3.40 se detalla la reducción en cantidad y costo
de los colorantes.
Tabla 3.40. Cantidad y costo reducida de los colorantes en 8 meses
DESCRIPCION ITEM CANTIDAD [kg] COSTO [USD]AZUL MNO SERILENE 2BFS 25,00 75,00
BURDEOS LANASAN CF 10,00 162,00
AMARILLO DISPERSOL C-5G 25,00 27,50
NEGRO LANASYN SDL 100,00 1 710,00
AMARILLO ORO SANDOLAN MR 58,03 1 207,02
ROSA ATACRYL G 50,00 15,00
ROJO INTRASIL FTS 25,00 72,50
AZUL BRTE DRIMAREN S-R 20,59 395,37
AZUL BASICO 41 300% 0,50 3,14
TOTAL 314,12 3 667,53
Con las fórmulas aprobadas que se indicaron anteriormente y en el ANEXO VI se
tinturó en su gran mayoría cobija Cotopaxi que está constituida al 100% poliéster,
81
con lo que se reduce el inventario de los colorantes en stock.
Se puede observar mediante el consumo de colorantes sin movimiento que el
stock en bodega se reduce, así como se tiene beneficios económicos al no
comprar colorantes nuevos para la tintura de los colores que se fabrica
comúnmente, por lo menos en el lapso de tiempo en el que se agoten los
colorantes señalados anteriormente.
Existen sin embargo colorantes que todavía están sin utilizar, con los mismos se
seguirá ensayando en el laboratorio y enviando a planta los colores aceptados por
el cliente.
3.5. DISMINUCIÓN DEL EXCESO DE COLORANTE EN
RECETAS DE FÓRMULAS SOBRESATURADAS
El estudio se concentra en la reducción de colorante en las recetas de tintura de
más uso, y en especial las que se encuentran sobresaturadas, es decir, el objetivo
de esta opción de mejora es que ingrese mayor porcentaje de colorante a la fibra
y no se lo desperdicie al descargarlos en el baño de tintura, con lo que se
presenta beneficio económico en el ahorro de colorante y beneficio ambiental al
reducir la contaminación en el recurso agua.
3.5.1. EVALUACIÓN TÉCNICA ANTES DE IMPLEMENTAR LA MEJORA
Para el estudio de las fórmulas a cambiar se realizó una investigación de los 15
colores que se tintura con mayor frecuencia, mediante un análisis estadístico de
tres meses en el año 2011 con una producción promedio de 85 000 kilogramos
por mes.
Así se tiene según la Tabla 3.41 los quince colores con mayor movimiento en
cada mes, lo que representa el 48,00 % de la producción total.
82
Tabla 3.41. Porcentaje de producción en relación al color del mes de marzo, abril y mayodel 2011
Código ColorMarzo Abril Mayo
kg % kg % Kg %
074 Negro 17 191,10 18,20 18 482,70 20,37 10 071,20 14,07
191 Azul Marino -- -- 4 971,17 5,48 8 139,90 11,37
F38 Café 5 678,90 6,01 4 333,30 4,78 3 028,00 4,23
432 Lila 3 013,10 3,19 1 173,20 1,29 956,40 1,34
191 Azul Marino 2 825,74 2,99 -- -- -- --
021 Plomo 2 740,40 2,90 2 665,50 2,94 1 361,70 1,90
006 Plomo 2 603,50 2,76 2 708,50 2,99 1 821,90 2,54
547 Habano 2 095,20 2,22 2 024,70 2,23 606,40 0,85
P22 Plomo -- -- -- -- 1 473,00 2,06
488 Verde 1 660,30 1,76 -- -- -- --
S52 Fucsia 1 515,10 1,60 685,30 0,76 966,90 1,35
572 Rojo -- -- 1 256,30 1,38 -- --
P40 Plomo -- -- -- -- 945,00 1,32
264 Café 1 209,70 1,28 748,00 0,82 1 080,70 1,51
Z03 Azul Marino -- -- -- -- 811,90 1,13
318 Rojo -- -- -- -- 811,70 1,13
070 Negro 1 003,58 1,06 -- -- -- --
H47 Habano 973,80 1,03 -- -- -- --
378 Verde 945,80 1,00 -- -- -- --
Z62 Azul Marino -- -- 889,90 0,98 -- --
587 Crema 888,90 0,94 -- -- -- --
814 Beige -- -- 844,70 0,93 -- --
V26 Verde 872,10 0,92 -- -- -- --
R02 Rojo -- -- 826,90 0,91 -- --
387 Habano -- -- 810,50 0,89 811,20 1,13
408 Verde -- -- 810,20 0,89 -- --
401 Verde -- -- -- -- 607,80 0,85
Para la reformulación de los colores se ingresaron las curvas de absorción versus
concentración de los diferentes colorantes, con lo que el programa Datacolor
indica la fórmula óptima de un determinado color deseado, el mismo que debe ser
comprobado en el laboratorio antes de su envío para la tintura en planta.
83
Una vez analizadas las fórmulas de mayor consumo, se procedió al análisis tanto
del factor de saturación, porcentaje de colorantes, así como de la clarificación del
baño al final de la tintura. Sabiendo que el porcentaje de colorante por su
respectivo factor de saturación (%*f) indica la saturación de la fibra, la finalidad de
los ensayos en laboratorio es la reducción de dicho valor.
Además de la disminución de colorante en las recetas de tintura también es
necesario el cambio del principal colorante que ocasiona baños manchados en la
tintura, que es el ROJO VIOLETA TRIACRYL 3RBN, ya que se caracteriza por
tener una velocidad de subida a la fibra bastante elevada, que aún adicionando
Retardante (Astragal), este se adelanta a los demás colorantes, por lo que resulta
indispensable retirarlo de la tricromía básica de formulación de un color.
Otro colorante que es indispensable retirar de la tricromía de algunos colores es el
VERDE MALAQUITA, ya que presenta baja solidez a la luz, lo que significa que el
color de la fibra tinturada con dicho colorante disminuye su intensidad, cuando se
expone a la luz del sol, tendiendo a hacerse amarillento.
Se procedió entonces al cambio de fórmulas, las mismas que se encuentran
detalladas desde la Tabla 3.42 hasta la Tabla 3.51 y en el ANEXO VI.
! Color: Lila 432.
Tabla 3.42. Fórmula antigua del color lila 432
DescripciónPorcentaje deColorante [%]
Saturación dela fibra [%*f]
Costo[USD/kg]
ROJO VIOLETA TRIACRYL 3RBN 0,140 0,140 0,015
AZUL APOLLO GRL 300% 0,158 0,032 0,013
AMARILLO ORO APOLLO GL200%
0,266 0,109 0,014
ASTRAGAL PAN 1,300 1,040 0,065
TOTAL 1,864 1,321 0,108
84
Tabla 3.43. Fórmula nueva del color lila 432
DescripciónPorcentaje deColorante [%]
Saturación dela fibra [%*f]
Costo[USD/kg]
AMARILLO ORO APOLLO GL 200% 0,137 0,056 0,007
AZUL APOLLO GRL 300% 0,150 0,030 0,013
ROJO BRILLANTE APOLLO GRL200%
0,265 0,082 0,019
ASTRAGAL PAN 1,180 0,944 0,059
TOTAL 1,732 1,112 0,098
! Color: Azul Z03.
Tabla 3.44. Fórmula antigua del color azul Z03
DescripciónPorcentaje deColorante [%]
Saturaciónde la fibra
[%*f]
Costo[USD/kg]
ROJO VIOLETA TRIACRYL 3RBN 0,135 0,135 0,015
AMARILLO ORO APOLLO GL 200% 0,223 0,091 0,012
VERDE MALAQUITA 0,152 0,076 0,015
ASTRAGAL PAN 1,580 1,264 0,079
TOTAL 2,090 1,566 0,120
Tabla 3.45. Fórmula nueva del color azul Z03
DescripciónPorcentaje deColorante [%]
Saturaciónde la fibra
[%*f]
Costo[USD/kg]
AMARILLO ORO APOLLO GL 200% 0,057 0,023 0,003
AZUL APOLLO GRL 300% 0,330 0,066 0,028
ROJO APOLLO GTL 200% 0,335 0,107 0,028
ASTRAGAL PAN 1,155 0,924 0,058
TOTAL 1,877 1,121 0,117
85
! Color: Verde 378.
Tabla 3.46. Fórmula antigua del color verde 378
DescripciónPorcentaje deColorante [%]
Saturación dela fibra [%*f]
Costo[USD/kg]
AZUL APOLLO FRL 100% 0,525 0,074 0,035
AMARILLO ORO APOLLO GL 200% 0,405 0,166 0,021
ROJO VIOLETA TRIACRYL 3RBN 0,045 0,045 0,005
ASTRAGAL PAN 1,110 0,888 0,056
TOTAL 2,085 1,173 0,117
Tabla 3.47. Fórmula nueva del color verde 378
DescripciónPorcentaje deColorante [%]
Saturación dela fibra [%*f]
Costo[USD/kg]
AMARILLO ORO APOLLO GL 200% 0,250 0,103 0,013
AZUL APOLLO GRL 300% 0,202 0,040 0,017
ROJO APOLLO GTL 200% 0,200 0,064 0,017
ASTRAGAL PAN 0,885 0,708 0,044
TOTAL 1,537 0,915 0,091
! Color: Azul Z62
Tabla 3.48. Fórmula antigua del color azul Z62
DescripciónPorcentaje deColorante [%]
Saturación de lafibra [%*f]
Costo[USD/kg]
AMARILLO ORO APOLLO GL 200% 0,546 0,224 0,029
ROJO VIOLETA TRIACRYL 3RBN 0,800 0,800 0,087
VERDE MALAQUITA 1,150 0,575 0,113
TOTAL 2,496 1,599 0,229
86
Tabla 3.49.Fórmula nueva del color azul Z62
DescripciónPorcentaje deColorante [%]
Saturación de lafibra [%*f]
Costo[USD/kg]
AMARILLO ORO APOLLO GL 200% 1,05 0,431 0,056
AZUL APOLLO GRL 300% 1,75 0,350 0,149
ROJO APOLLO GRL 200% 0,41 0,127 0,029
TOTAL 3,21 0,908 0,234
En el caso del color azul Z62 el costo de la fórmula nueva es superior a la fórmula
antigua, esto se debe a que los factores de saturación por el porcentaje de los
colorantes (%*f) en la fórmula nueva son menores que en la fórmula antigua, lo
que representa que el porcentaje que realmente ingresa a la fibra es menor en la
fórmula nueva, la única ventaja que se tiene al cambiar dicha fórmula es la
reducción de baños manchados debido a la presencia del colorante Rojo Violeta
Triacryl 3RBN; por lo que será decisión del jefe de planta el cambio de dicha
fórmula.
! Color: Negro 074.
Tabla 3.50.Fórmula antigua del color negro 074
DescripciónPorcentaje deColorante [%]
Saturación dela fibra [%*f]
Costo[USD/kg]
VERDE MALAQUITA 0,048 0,024 0,005
NEGRO APOLLO 2GH 3,770 1,320 0,204
TOTAL 3,818 1,344 0,208
Tabla 3.51.Fórmula nueva del color negro 074
DescripciónPorcentaje deColorante [%]
Saturación dela fibra [%*f]
Costo[USD/kg]
AMARILLO ORO APOLLO GL 200% 0,387 0,159 0,021
AZUL APOLLO GRL 300% 0,360 0,072 0,031
NEGRO TRIACRYL FBL 2,200 1,276 0,169
TOTAL 2,947 1,507 0,221
87
El costo prácticamente en las dos fórmulas para el color negro es el mismo,
ligeramente más caro con Negro Triacryl FBL, pero se tiene las siguientes
ventajas técnicas:
! Al utilizar la fórmula con Negro Triacryl FBL la rotación de inventarios es
menor debido a que el porcentaje de colorante utilizado disminuye.
! El pesaje con Negro Triacryl FBL es más sencillo ya que la cantidad a
pesarse para un baño de 270,000 kg sería de 5,940 kg mientras que con
Negro Apollo 2GH se tendría un peso de 10,179 kg y de igual forma el
empaste del mismo resultará más fácil por la cantidad pesada.
! Se requiere menos espacio físico para el almacenaje, así como el costo de
transporte con el Negro Triacryl FBL es menor, pues se requiere 40% menos
de colorante.
! La calidad final tanto en hilos como en telas es mucho mejor en solidez a la
luz con en Negro Triacryl FBL, ya que la fórmula con Negro Apollo 2GH tiene
el colorante Verde Malaquita que posee un bajo nivel de solidez a la luz.
En el ANEXO VII se pueden encontrar algunas fórmulas adicionales en las que se
modificaron los colorantes, ya sea por sobresaturación o por sustitución de los
colorantes Rojo Violeta Triacryl 3RBN y Verde Malaquita.
Tabla 3.52. Análisis del ahorro al cambiar de tricromía las fórmulas de mayormovimiento al mes
ColorAhorro
[USD/kg]Ahorro
[USD/mes]Ahorro[%/kg]
Ahorro[kg/mes]
Lila 432 0,010 16,49 0,132 2,18
Azul Z03 0,003 2,89 0,213 2,05
Verde 378 0,026 22,13 0,548 4,67
Negro 074 0,000 0,00 0,871 129,93
Total 41,51 138,83
88
En la Tabla 3.52 se observa la reducción del consumo de colorante y retardante;
se puede ver también que para el color Negro 074 el ahorro económico es cero,
esto se debe a que con el cambio de fórmula, se incrementó ligeramente su costo,
en 0,013 USD/kg, lo mismo que se verifica en la Tabla 3.50 y la Tabla 3.51.
3.5.2. IMPLENTACIÓN DE LA MEJORA
Una vez desarrollados los colores en el laboratorio antes señalados, y con la
aceptación del jefe de planta, se enviaron las recetas de tintura a la producción en
planta. La reproducibilidad en planta fue con un DE del color menor a 1; datos que
se verificaron en el espectrofotómetro, comparando los colores de los lotes
producidos en planta con el color estándar. La aplicación de los colores
desarrollados en planta se ratificó con una auditoría de cinco meses en los que se
obtuvo un ahorro de 207,55 USD lo que equivale a 694,15 kg de colorante.
3.5.3. EVALUACIÓN AMBIENTAL
La principal ventaja ambiental de la opción de mejora se presenta en la
disminución en el consumo de colorantes, lo que se ve representado en 138,83
kilogramos al mes, consecuentemente se tienen baños clarificados y reducción de
la contaminación en el recurso agua.
En la opción de mejora de la reducción de consumo de colorantes en fórmulas
sobresaturadas el ahorro económico no es relevante, representando
41,51 USD/mes, sin embargo los beneficios técnicos son mayores.
Se puede observar un ahorro de 138,83 kg/mes, que representa menos del
1,00 % en la reducción en el consumo de colorantes y auxiliares en el proceso de
tintura, lo que implica una disminución poco significativa en la contaminación del
recurso agua y aire, pero representa un menor riesgo en la exposición y esfuerzo
del trabajador que pesa los productos químicos.
89
4. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
4.1. CONCLUSIONES
1. El aislamiento de la tubería de vapor y condensado en el área de
tintorería permite un ahorro del 83,00 % en la disipación de energía, con
lo que se obtiene un ahorro energético de 31 679,79 W, lo que equivale a
3 531,32 gal/año de búnker, representando 2 239,77 USD/año.
2. Con el aislamiento de la tubería y al reducir el consumo de búnker, se
redujo la emisión de carga contaminante al medio ambiente lo que se ve
representado en 36 726,75 kg CO2/año no emitido al aire.
3. Al eliminar las incrustaciones de las máquinas de tintura de hilo se logró
un ahorro de 85 661,12 kg vapor/año, lo que en combustible representa
220,07 gal búnker/año, es decir un capital de 139,58 USD/año.
4. La reducción en el consumo de búnker al eliminar las incrustaciones de
las máquinas de tintura de hilo en madejas permite no emitir una carga
contaminante al aire equivalente a 2 288,79 kg CO2/año
5. La eliminación de incrustaciones de las máquina de tintura de hilo permite
el ahorro de 88 474,61 L agua/año, lo que equivale al consumo de agua
de 15 baños de tintura de 270 kg.
6. Al cambiar el ácido acético oxálico, el cual por reacción con el agua de
pozo de dureza media causaba las incrustaciones en las maquinas tipo
armario, por el ácido cítrico, se logra un ahorro de 487,87 USD/año
7. La reformulación de las recetas sobresaturadas permitió un ahorro de
694,13 kilogramos de colorante en ocho meses, lo que equivale a
207,59 USD en dicho periodo.
90
8. Se logró una reducción en 8 meses de 314,12 kilogramos de colorantes
en stock, equivalente a 3 667,53 USD.
9. Se dispone de mayor espacio físico en la bodega de colorantes, debido a
que disminuyó el stock de colorantes sin movimiento y se redujo la
cantidad requerida de colorante negro Triacryl FBL en la formulación del
color negro 074.
4.2. RECOMENDACIONES
1. Aplicar el aislamiento de la tubería de vapor y condensado en las
máquinas de tintura de hilo y tela del área de tintorería.
2. Evaluar los accesorios y equipos de control de las máquinas de tintura
para la verificación de su correcto funcionamiento.
3. Aplicar producción más limpia a las áreas de estampación e hilatura de la
empresa Delltex Industrial S.A.
91
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95
ANEXOS
96
ANEXO I
ESQUEMA DE LA LÍNEA DE VAPOR Y CONDENSADO EN LAS
MÁQUINAS DE TINTURA DE HILO Y TELA
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DE
VA
PO
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UIN
A 13
SA
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A D
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DE
NS
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O M
ÁQ
UIN
A 13
Vista
lateral
Vista
superior
Vista
frontal
Vista
lateral
Vista
superior
Vista
frontal
1,45
MÁ
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13
Ingre
sod
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apor
Pared
Piso
5,5MÁ
QU
INA
13
Pared
Piso
5,3
3,6
2,4
0,6
1,5
Salid
a deco
nd
ensado
MÁ
QU
INA
13
Pared
5,31,5
0,9
0,60
,55
Salid
a deco
nd
ensado
0,4
0,25
5,5
MÁ
QU
INA
13
Ingre
sod
e V
apor
Pared
1,2
1,450,8
0,25
1,2
0,4
MÁ
QU
INA
13
Pared
Piso
Ingre
sod
e V
apor
3,6
2,4
0,15
MÁ
QU
INA
13
Pared
Piso
Salid
a deco
nd
ensado
0,55
0,17
0,9
Escu
ela
Polité
cnica
Nacio
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Pro
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vio a
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el titu
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e in
geniería quím
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rón
ica C
. Villacrés S
.C
on
tiene:
Escala:
1:1
00F
ech
a:E
ne
ro 2013
Tubería
de va
por y
condensa
do M
áquin
a 1
3R
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10
6
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: Las m
agnitu
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entra
n en m
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14
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DE
NS
AD
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UIN
A 14
Vista
lateral
Vista
superior
Vista
frontal
Vista
lateral
Vista
superior
Vista
frontal
MÁ
QU
INA
14
Pared
Piso
Salid
a deco
nd
ensado
MÁ
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14
Pared
Piso
MÁ
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14
Pared
Salid
a deco
nd
ensado
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0,4
1,7
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14
Pared
MÁ
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14
Piso
Salid
a deco
nd
ensado
2,8
0,45
1,7
1,6
Pared
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1,3
0,7
0,8
MÁ
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14
Piso
Pared
Ingre
sod
e V
apor
Ingre
sod
e V
apor
Ingre
sod
e V
apor
Escu
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Polité
cnica
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el titu
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e in
geniería quím
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do
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Ve
rón
ica C
. Villacrés S
.C
on
tiene:
Escala:
1:1
00F
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a:E
ne
ro 2013
Tubería
de va
por y
condensa
do M
áquin
a 1
4R
evisa
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Ing
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onilla
10
7
Nota
: Las m
agnitu
des se
encu
entra
n en m
.
108
ANEXO II
CÁLCULO DE LAS PÉRDIDAS ENERGÉTICAS EN LA TUBERÍA
DE VAPOR Y CONDENSADO DEL ÁREA DE TINTORERÍA
Pérdidas por convección natural
La Ecuación AII.1 permite el cálculo de la energía perdida por convección natural
(Incropera y DeWitt, 1999, p. 285)
=! " "# - $ [AII.1]
Dónde:
! % Coeficiente de convecciónW
m2&K
% Área de convección m2
% Temperatura de pared 'K(
% Temperatura ambiente 'K(
Los cálculos para las pérdidas energéticas en la tubería difieren en el coeficiente
de convección ya que la longitud característica varía para la tubería vertical y
horizontal. En la tubería vertical la longitud característica es la longitud y en la
horizontal es el diámetro externo.
Para el cálculo del coeficiente de convección se utilizó la Ecuación AII.2
(Incropera y DeWitt, 1999, p. 314)
! )**
[AII.2]
Dónde:
109
% Número adimensional, Nusselt.
% Conductividad térmica del aireW
m &K*% Longitud característica [m]
Para el cálculo del número adimensional Nusselt (Nu), se utilizan las Ecuaciones
AII.3, AII.4, AII.5 y AII.6 (Holman, 1998, pp. 235,236).
Tuberías verticales:
) +,-. # * $ /+ 0 * 0 /+ [AII.3]
) +,+1/ # * $ /+ 0 * 0 /+ [AII.4]
Tuberías horizontales:
) +,-2 # * $ /+ 0 * 0 /+ [AII.5]
) +,/2 # * $ /+ 0 * 0 /+ [AII.6]
Dónde:
% Número adimensional Grashof.
% Número adimensional Prandtl.
Para el cálculo del número adimensional Gr (Grashof) se tiene la Ecuación AII.7
(Incropera y DeWitt, 1999, p. 320):
)* * 3 * * * [AII.7]
110
Dónde:
3 ) # 4 $ ' (
%556celeración gravitacional; 9,8m
s2
% Coeficiente de dilatación volumétrica;1
7K-1
% Densidad del airekg
m3
% Viscosidad del airekg
m&s
Se debe tomar en cuenta que todas las propiedades se evalúan a la temperatura
film, la misma que se detalla en la Ecuación AII.8
)8
1
[AII.8]
Los valores de μ, k, Cp ( Capacidad calórica) y Pr (Prandtl) no son fuertemente
dependientes de la presión, por lo que se puede utilizar en un amplio rango de
presiones, (Holman, 1999, p. 446), no así la densidad del aire la cual varía según
la presión atmosférica así se tiene según la ecuación AII.9:
) [AII.9]
Despejando la ecuación AII.9 se tiene:
)* [AII.10]
Dónde:
111
% Densidad [kg/m3]
% Peso molecular [kg/kmol]
% Presión absoluta; 0,72 [atm]
%Temperatura film [K]
% Constante de los gases ideales; 0,082l.atm
K&mol
Debido a que la temperatura de pared de la tubería difiere entre una máquina y
otra y a su vez el diámetro de la tubería es diferente, el ejemplo de cálculo de las
propiedades físicas del aire así como del calor total perdido (convección más
radiación), se realiza en la tubería de vapor de la máquina OBEM 5.
Tabla AII.1. Datos de la tubería de vapor de OBEM 5
Tubería Longitud [m] MaterialDiámetro nominal
[pulg]Cédula
Horizontal 3,47Acero al carbono 2 40
Vertical 5,35
Los datos de temperatura de pared de la tubería de vapor a diferentes distancias
se los encuentra en la Tabla AII.2para la OBEM 5 y ya que su variación no es
significativa, se considera una temperatura de pared promedio de 428,8 K para
los cálculos de las pérdidas de calor por convección y radiación.
Tabla AII.2. Temperatura de pared de la tubería de vapor de la OBEM 5
TS[K] 437,6 429,6 422,4 412,6 431,2 430,0 432,8 432,4 425,8 433,6
El cálculo del número adimensional Gr se lo realiza según la ecuación [AII.7], con
el uso de los datos de la Tabla AII.3.
112
Tabla AII.3. Propiedades de la tubería de la OBEM 5 y del aire a temperatura film
T∞ [K] 298,0
TS[K] 428,8
Tf [K] 363,4
L* [m]L [m] 5,35
De [m] 0,060
k [W/m.K]* 0,031
∆T [K] 130,8
β [K-1] 0,0028
ρ [kg/m3] 0,697
μ [kg/m.s]* 2,141E-05
Cp [kJ/kg.K]* 1,01
Pr* 0,697*(Holman, 1999, p. 446)
Para el cálculo del área de convección de las tuberías se tiene la Ecuación AII.11:
Ac=π*De*L [AII.11]
Dónde:
% Área de convección [m2]
% Diámetro externo [m]
% Longitud de la tubería [m]
Tabla AII.4. Datos necesarios para el cálculo del calor perdido por convección natural enla tubería de vapor de la OBEM 5
Propiedades Tubería Vertical Tubería Horizontal
Gr 5,72E+11 8,26E+05
Gr*Pr 3,99E+11 5,76E+05
Un 917,61 14,60
hc [W/m2.K] 5,32 7,49
De [m] 0,06 0,06
Ac [m2] 1,02 0,66
113
En la Tabla AII.4 se presentan los números adimensionales, el coeficiente de
convección natural, y el área de convección para el cálculo del calor perdido por
convección natural.
Sustituyendo los datos de la Tabla AII.3 y Tabla AII.4 en la Ecuación AII.1, se
obtiene el valor del calor perdido por convección natural así:
Tabla AII.5. Calor por convección natural perdido en la tubería de vapor de la OBEM 5
Componente Calor Perdido [W]
Tubería Vertical 707,05
Tubería Horizontal 645,73
Total 1 352,78
Pérdidas por radiación
Las pérdidas por radiación se definen por la Ecuación AII.12 (Holman, 1999,
p.294):
) * * * # 4 $
[AII.12]
Dónde:
% Área superficial de la tubería.
% Emisividad cuyo valor está entre 0 y 1.
% Constante de Stefan Boltzmann (5.67×10-8 W/m2.K4)
114
Tabla AII.6. Datos necesarios para el cálculo del calor perdido por radiación para laOBEM 5
Propiedad Valor
σ [W/m2K4] 5,67E-08
Ar [m2] 1,68
� 0,80
TS [K] 428,8
T∞ [K] 298,0
Se tiene entonces que el calor por radiación para la OBEM 5 es igual a:
) /,9: * +,: * -,9; 4 +: * #<1:,: 4 1.: $
) / .9.,-:
Se tiene que el calor total perdido es igual a la suma del calor perdido por
convección natural más el calor por radiación así se puede observar según la
Ecuación AII.13.
) 8 [AII.13]
Tabla AII. 7. Calor total perdido en la tubería de vapor de la máquina OBEM 5
Propiedad Valor
qC [W] 1 352,78
qR [W] 1 969,58
qT[W] 3 322,36
115
ANEXO III
CÁLCULO PARA LA EVALUACIÓN TÉCNICA Y ECONÓMICA DE
LA OPCIÓN DE MEJORA. AISLAMIENTO DE LA LÍNEA DE
VAPOR Y CONDENSADO
Se evalúa el espesor óptimo del aislante, según el calor perdido y el costo del
aislante.
Así se tiene que el calor por conducción y convección a través del aislante es
igual a la Ecuación AIII.1 (Kern, 1999, p. 35):
)4
8,
=>? 8,
=>? 8
[AIII.1]
Dónde:
% Temperatura interna del aislante, K.
%Temperatura externa del aislante, K.
! % Coeficiente de convección del vapor,W
.K&
! % Coeficiente de convección del aire,W
.K&
% Coeficiente de conductividad térmica del acero (pared del tubo$,W
m.K&
% Coeficiente de conductividad térmica del aislante,W
m&K&
% Longitud del aislante, m.
% Diámetro de la pared interna del tubo, m.
% Diámetro de la pared externa del tubo, m.
% Diámetro de la pared externa del aislante, m.
116
Como se analizó en el Capítulo 1, las primeras dos resistencias de la Ecuación
AIII.1 son despreciables, es decir la resistencia de la condensación del vapor y la
resistencia de la pared del tubo, se tiene entonces la Ecuación AIII.2:
)# 4 $
,=>? 8
[AIII.2]
Como ejemplo de cálculo se toma la tubería de vapor de la OBEM 5 y los datos
del aislante según el comerciante LA LLAVE.
Se cotizó el aislante en diferentes casas comerciales, siendo La Llave el
proveedor de mejores características y precio, así se tiene:
Figura AIII.1. Especificaciones técnicas de las cañuelas
117
CAÑUELAS CON FOIL DE ALUMINIO.
Tabla AIII.1. Precio de las cañuelas proporcionado por el comerciante La Llave
Descripción P.Unit [USD]
Cañuela 2¨x 1 x 91 cm con foil de aluminio. 7,15
Cañuela 1 1/2¨x 1 x 91 cm con foil de aluminio. 6,10
Cañuela 1 1/4¨x 1 x 91 cm con foil de aluminio. 5,81
Cañuela 1/2¨x 1 x 91 cm con foil de aluminio. 4,18
Tabla AIII.2. Datos necesarios para el cálculo del número de capas del aislante
Propiedad Valor
Kais [W/m°K] 0,035
L [m] 0,91
r3 [m] 0,0556
r2 [m] 0,0302
e [m] 0,0254
Ts [K] 446
Ta [K] 308e= espesor del aislante
Podría parecer que mientras mas grueso el aislante, menor la pérdida total de
calor; lo que es verdadero siempre en aislantes planos, pero no en aislantes
curvos. “En un aislamiento cilíndrico, a medida que el grueso del aislante se
aumenta, la superficie de la que el calor debe ser removido por el aire aumenta y
la pérdida total de calor puede aumentar si el área aumenta más rapidamente que
la resistencia” (Kern, 1999, p. 36).
La resistencia es un mínimo y la pérdida de calor un máximo, cuando las
derivadas de la suma de la resistencia R de la Ecuación AIII.3 con respecto al
radio r3 se hace igual a cero, la misma que se muestra en la Ecuación AIII.4 (Kern,
1999, p. 36):
118
)/
18
/
! 1
[AIII.3]
Figura AIII.2. Radio Crítico
) + )/
18
/
! 1
/ [AIII.4]
/
14
/
! 1) +
A la máxima pérdida de calor r3=rc, radio crítico:
)
/)
/
!
)!
) )!
Para el cálculo del coeficiente de convección del aire se tiene la Figura AIII.3
rc
r2
r3
119
Figura AIII.3. Figura para el cálculo del coeficiente de convección y radiación del aire(Kern, 1999, p. 34)
)+,+2-
*
//,2-*
) +,++2+
Se desea mantener el radio crítico tan pequeño como sea posible, de manera que
la aplicación del aislante proporcione una reducción y no un aumento en la
pérdida de calor por una tubería. Esto se puede lograr usando una material
aislante de baja conductividad, de manera que el radio critico sea menor que el
radio de la tubería, o rc<r3 (Kern, 1999, p. 37)
Comparando el r3 que se encuentra en la Tabla AIII.2 y el rc, obtenido, se tiene
entonces que con una capa de aislante se logra mantener una reducción en la
pérdida de calor.
120
Las cañuelas que se cotizaron en el mercado son de 0,9100 m de largo y
0,0254 m de espesor. Así para aislar la tubería de la línea de vapor de la OBEM 5
se necesita 10 cañuelas de 2,00 pulg de diámetro nominal así:
) /+ @ *;,/-
@) ;/,-+
Cálculo del calor ahorrado por aislamiento:
Calor perdido con aislamiento para la OBEM 5:
)# 4 $
,
* *=>? 8
*
)#<<9 4 2+:$ A
,
, * * ,*
,
,8
, * , * ,
) 2;/,2< ) 2/.,2-!
Por lo tanto el calor ahorrado para la OBEM 5 es:
) 4
) 2 :92,1/ 4 2;/,2< ) 2 <./,:; ' ( ) 2 ++2,+!
Cálculo del dinero ahorrado por aislamiento para la OBEM 5:
Costo de generación de energía
121
) +,/;2 */
/+ +++) /,;2 4 +-
Calor ahorrado con la implementación del aislante en la OBEM 5:
2 ++2!
* /,;2 4 +- */: !
/*19<
/ @) 1<9,:;
@
Cálculo del ahorro del Fuel Oil No.6:
1<9,:;@
*/
+,92<1-.) 2:.
@
122
ANEXO IV
CAMBIO DE ACIDO POR PROBLEMAS DE INCRUSTACIONES EN
LAS MÁQUINAS
El ácido ocupado era una mezcla de ácido acético-oxálico, el mismo que
ocasionaba la formación de oxalatos por la utilización de agua dura.
Se cambió por ácido cítrico el que no ocasiona incrustaciones en las máquinas.
Se tiene así los consumos de los ácidos:
Tabla AIV.1. Consumo de ácido en el año 2010-2011
MES ÁCIDO [kg] AC. CÍTRICO [kg]
Octubre 1118,70 0,00
Noviembre 920,47 0,00
Diciembre 983,10 0,00
Enero 822,48 0,00
Febrero 804,70 0,00
Marzo 483,05 377,40
Abril 111,06 680,15
Mayo 8,65 571,70
Junio 7,35 675,98
Julio 0,00 771,98
Agosto 0,00 750,85
Septiembre 0,00 704,80
PROMEDIO 929,89 742,54
Analizando el costo de cada ácido se tiene que:
Tabla AIV.2. Consumo y costo de ácido en el mes
DESCRIPCIÓN ÁCIDO COMERCIAL ÁCIDO CÍTRICO
Consumo [kg/mes] 929,89 742,54
Costo [USD/kg] 1,10 1,30
Costo [USD/mes] 1022,88 965,30
AHORRO [USD/mes] 57,57
123
ANEXO V
LAVADO DE MÁQUINAS DEBIDO A INCRUSTACIONES Y
ANÁLISIS DEL AHORRO DE CONSUMO DE VAPOR
Tabla AV.1. Tiempos de apertura y cierre de la válvula de vapor antes del lavado demáquina OBEM 5 (23/marzo/2011)
Hora de apertura Hora de cierre Tiempo abierta Temp Agua [ºC]
0:00:00 0:02:33 0:02:33 33,3
0:02:38 0:06:06 0:03:28 39,0
0:06:13 0:09:42 0:03:29 49,0
0:09:49 0:13:18 0:03:29 54,0
0:13:25 0:15:18 0:01:53 60,0
0:24:45 0:25:30 0:00:45 61,0
0:26:18 0:27:11 0:00:53 64,3
0:27:56 0:30:24 0:02:28 65,7
0:31:57 0:32:40 0:00:43 67,0
0:33:24 0:34:20 0:00:56 71,0
0:35:02 0:37:25 0:02:23 74,0
0:38:49 0:39:40 0:00:51 78,4
0:40:20 0:41:20 0:01:00 80,8
0:42:03 0:44:36 0:02:33 82,7
0:47:53 0:48:24 0:00:31 84,6
0:50:12 0:51:27 0:01:15 85,9
0:54:39 0:55:13 0:00:34 87,9
0:56:37 0:57:39 0:01:02 89,1
1:00:18 1:00:54 0:00:36 90,4
1:02:20 1:02:52 0:00:32 91,7
1:04:36 1:05:41 0:01:05 92,5
1:08:15 1:08:49 0:00:34 93,5
1:10:13 1:10:30 0:00:17 93,9
1:10:41 1:10:47 0:00:06 94,3
1:12:14 1:13:25 0:01:11 96,0
1:15:51 1:16:27 0:00:36 96,4
124
Tabla AV.1. Tiempos de apertura y cierre de la válvula de vapor antes del lavado demáquina OBEM 5 (23/marzo/2011)(continuación…)
Hora de apertura Hora de cierre Tiempo abierta Temp Agua [ºC]
1:17:45 1:18:53 0:01:08 96,9
1:21:34 1:22:14 0:00:40 97,6
1:23:34 1:24:12 0:00:38 98,0
1:26:06 1:27:31 0:01:25 97,9
1:30:05 1:30:33 0:00:28 98,1
1:35:39 1:36:14 0:00:35 98,5
1:41:00 1:42:00 0:01:00 98,9
1:52:00 1:52:33 0:00:33 99,3
1:57:17 1:57:53 0:00:36 99,7
2:00:29 2:01:20 0:00:51 100,0
2:04:58 2:05:31 0:00:33 100,3
2:07:43 2:08:46 0:01:03 100,9
2:12:57 2:13:33 0:00:36 101,4
2:16:18 2:17:24 0:01:06 101,7
2:21:32 2:22:40 0:01:08 102,3
2:26:25 2:27:04 0:00:39 102,5
2:29:22 2:30:24 0:01:02 102,6
2:34:10 2:34:50 0:00:40 102,4
2:37:33 2:38:33 0:01:00 102,4
2:46:15 2:46:55 0:00:40 102,3
2:51:30 2:52:30 0:01:00 102,9
3:00:30 3:01:06 0:00:36 102,4
3:06:08 3:07:07 0:00:59 102,4
3:14:57 3:15:31 0:00:34 102,0
3:20:56 3:21:43 0:00:47 102,3
Total 0:56:00
125
Tabla AV.2. Tiempos de apertura y cierre de la válvula de vapor antes del lavado demáquina OBEM 4 (1/abril/2011)
Hora de apertura Hora de cierre Tiempo abierta Temp Agua [ºC]
0:00:00 0:02:40 0:02:40 32,0
0:02:46 0:06:11 0:03:25 35,0
0:06:18 0:09:41 0:03:23 40,5
0:09:48 0:13:12 0:03:24 48,5
0:13:19 0:16:35 0:03:16 53,8
0:18:26 0:19:48 0:01:22 59,5
0:21:21 0:22:15 0:00:54 61,7
0:23:02 0:23:43 0:00:41 63,4
0:23:51 0:23:57 0:00:06 64,5
0:27:08 0:27:14 0:00:06 67,5
0:27:22 0:28:21 0:00:59 67,6
0:29:03 0:30:10 0:01:07 69,2
0:30:52 0:33:26 0:02:34 71,1
0:34:36 0:35:34 0:00:58 74,9
0:36:18 0:37:40 0:01:22 76,4
0:38:26 0:40:20 0:01:54 78,6
0:43:00 0:43:42 0:00:42 80,8
0:45:18 0:46:23 0:01:05 81,5
0:48:58 0:49:29 0:00:31 83,0
0:50:57 0:51:33 0:00:36 83,6
0:53:30 0:54:33 0:01:03 84,3
0:56:57 0:57:33 0:00:36 85,8
0:59:00 0:59:59 0:00:59 86,3
1:01:33 1:03:17 0:01:44 87,6
1:04:51 1:05:30 0:00:39 88,5
1:07:12 1:08:24 0:01:12 89,2
1:10:52 1:11:30 0:00:38 90,7
1:13:03 1:14:06 0:01:03 91,3
1:16:27 1:17:10 0:00:43 92,5
1:18:36 1:19:15 0:00:39 93,3
1:20:59 1:22:10 0:01:11 94,2
1:24:24 1:26:03 0:01:39 95,4
126
Tabla AV.2. Tiempos de apertura y cierre de la válvula de vapor antes del lavado demáquina OBEM 4 (1/abril/2011) (continuación …)
Hora de apertura Hora de cierre Tiempo abierta Temp Agua [ºC]
1:30:44 1:31:20 0:00:36 95,4
1:37:23 1:38:02 0:00:39 95,4
1:43:35 1:44:16 0:00:41 95,6
1:44:25 1:44:27 0:00:02 96,8
1:51:21 1:52:03 0:00:42 95,5
1:54:24 1:54:45 0:00:21 96,1
1:54:51 1:54:59 0:00:08 96,7
1:57:26 1:58:16 0:00:50 96,4
1:58:21 1:58:26 0:00:05 97,9
2:01:36 2:01:43 0:00:07 97,2
2:01:51 2:02:42 0:00:51 97,2
2:06:21 2:06:58 0:00:37 97,8
2:09:10 2:10:05 0:00:55 98,3
2:13:41 2:14:20 0:00:39 99,0
2:16:39 2:17:38 0:00:59 99,3
2:21:08 2:21:44 0:00:36 100,3
2:24:06 2:25:04 0:00:58 100,5
2:28:26 2:29:02 0:00:36 101,2
2:32:04 2:33:00 0:00:56 101,5
2:40:44 2:41:20 0:00:36 101,4
2:47:20 2:47:58 0:00:38 101,5
2:53:20 2:54:03 0:00:43 101,4
2:54:08 2:54:17 0:00:09 102,5
3:01:49 3:02:25 0:00:36 101,4
3:08:13 3:08:53 0:00:40 102,4
3:14:31 3:14:57 0:00:26 101,4
3:15:03 3:15:17 0:00:14 102,3
Total 0:58:31
127
Para el cálculo del coeficiente global de transferencia de calor se utilizó las
Ecuaciones AV.1 y AV.2 (Mills, 1995, pp. 755,756).
/)/8
[AV.1]
/)
/
! * 1 * *8=B# C $
1 * *8
/
! * 1 * *
[AV.2]
Dónde:
U: Coeficiente global de transferencia de calor [W/m2.K].
Uf: Coeficiente global de transferencia de calor correspondiente al intercambiador
sucio [W/m2.K].
hci: Coeficiente interno de transferencia de calor. (interior de los tubos) [W/m2.K].
hco: Coeficiente externo de transferencia de calor(lado de la coraza) [W/m2.K].
P: Perímetro externo de los tubos del intercambiador [m].
k: Conductividad térmica de la pared del tubo [W/m.K].
r1: Radio interno [m].
r2: Radio externo [m].
En la parte interna de los tubos circula vapor, para el cálculo del coeficiente de
convección interna, hci, se tiene la Ecuación AV.3 (Mills, 1995, p. 273):
! )* [AV.3]
Dónde:
NuD: Número de Nusselt.
Para analizar si la convección se trata de un fluido laminar o turbulento, se analiza
el número de Reynolds (ReD), con la Ecuación AV.4 (Mills, 1995, pp. 273, 280):
128
)* [AV.4]
Teniendo que:
)D [AV.5]
) *
Dónde:
G: Velocidad de másica.
µ: Viscosidad [kg/m.s].
D: Diámetro interno [m].
D : Flujo másico [kg/m2.s].
Ac: Área trasversal del tubo [m2].
Tabla AV.3. Datos de las propiedades físicas del tubo
Parámetro Valor
r1[m] 0,0051
r2[m] 0,0057
Ac [m2] 0,000082
Para obtener el flujo másico del vapor se midió el condensado, obteniendo
1,219 m3 en 3,43 h y teniendo la densidad del condensado a la temperatura de
353 K, se tiene:
/,1/.
2,<2 !*.9:,1
*/ !
2 9++*<+
) +,++1<
)+,++1<
+,++++:1) 1.,/-
&
129
Con la viscosidad del vapor a la temperatura de saturación igual a 1,468E-05
kg/m.s obtenida del Manual del Ingeniero Químico, Perrry, de la página 2-314:
)1.,/- * +,+/+1
/,<9: 4 +- C) 1+ 2+-,<1
Según el número de Reynolds se tiene para el cálculo del número de Nusselt las
Ecuaciones AV.6 y AV.7 (Mills, 1995, p. 281):
)# C:$ * # 4 / +++$ *
/ 8 /1,; * # C:$ , * # C 4 /$E 2 +++ 0 0 /+
[AV.6]
) #+,;.+ * =B 4 /,9<$ E /+ 0 0 /+ [AV.7]
Dónde:
f: Factor de fricción.
Pr: Número de Prandtl.
Se analiza las propiedades a la temperatura de 446K que es la temperatura de
saturación del vapor teniendo:
Tabla AV.4. Propiedades del vapor a la temperatura de saturación
Propiedad Valor
Pr 1,057
K [W/m.K] 0,032
Se procede entonces al cálculo del coeficiente de convección interno:
) #+,;.+ * =B#1+ 2+-,<1$ 4 /,9<$ ) +,+19
)#+,+19C:$ * #1+ 2+-,<1 4 / +++$ * /,+-;
/ 8 /1,; * #+,+19C:$ , * #/,+-; C 4 /$) 99,.1
130
! )+,+21
&* 99,.1
+,+/+1) 1/1,-;
&
En la parte externa de los tubos circula agua, para el cálculo del coeficiente
externo de convección, hco se tiene:
El cálculo del hco se lo realizó mediante la ayuda de la Figura AV1.
Para la utilización de la figura, es necesario tener la velocidad másica del agua
( D ), por lo tanto:
D )9 +++
2,<2 !*
/!
2 9++) +,<:9
El área externa es igual a:
) 1 * * * * *
) 1 * * +,++-; * /,9+ * <+ * 1 ) <,9+
Entonces el flujo será:
+,<:9
<,9+) +,/+-9
&
Debido que, para el uso de la Figura AV.1 es necesaria la velocidad másica en
otras unidades se procede al cambio:
+,/+-9 *1,1+<91
/*#+,2+<: $
#/ $) +,+11
131
Flujo másico/área, lb/s.pie2
Coeficiente de transferencia de calor para fluidos en la coraza de un intercambiador decalor. Dibujo basado en tubos de una pulgada en paso de 1 ¼ pulg2.
Figura AV.1. Gráfico para el cálculo del coeficiente convección por el lado de la corazade un intercambiador de calor
(Universidad de Trujillo, 2009, p. 7.18)
Utilizando la Figura AV.1 y analizando a la temperatura media del agua de
71ºC=160ºF se tiene que el coeficiente de convección externo es igual a:
! ) <-!
! ) <-!
*/,<::/:.
F */
+,2+<:*+,:9
* /,< ) 2-;,9;
132
El k de la pared de los tubos se tomó de la Tabla A.1a de Mills,1995, p. 853; para
el cobre puro.
Una vez que obtenidos todos los datos para el cálculo del coeficiente global de
transferencia de calor y según la Ecuación AV.2 se tiene:
/)
/
1/1,-; * 1 * * +,++-/8=B#+,++-;C+,++-/$
1 * * -1 C
8/
2-;,9; * 1 * * +,++-;
/) +,11-
) 1 * * /
) +,+21 ' (
/) +,++;1
) /2:,;-
Para el cálculo del Uf se toma como referencia la resistencia de ensuciamiento de
la Tabla 17.38 del libro cuyos autores son R. K. Shah* and D. R Sekulib, p17.148.
Teniendo un Rf de /,;- 4 +< &
/) +,++;1 8 /,;- 4 +<
/) +,++;2:
) /2-,<9
133
ANEXO VI
DISMINUCIÓN DE PORCENTAJE DE COLORANTES EN
FORMULAS SOBRESATURADAS Y CAMBIO DE COLORANTES
QUE OCASIONAN MANCHADOS Y MALA SOLIDEZ A LA LUZ
! Color: Gris 600 Jaspeado
Tabla AVI.1. Fórmula antigua gris 600
DescripciónPorcentaje decolorante [%]
Saturación dela fibra [%*f]
Costo[USD/kg]
AZUL MAXILON GRL 300% 1,574 0,346 0,318
AMARILLO ORO APOLLO GL 200% 1,642 0,673 0,087
ROJO APOLLO GTL 200% 0,381 0,122 0,032
TOTAL 3,597 1,141 0,437
Tabla AVI.2. Fórmula nueva gris 600
DescripciónPorcentaje decolorante [%]
Saturación dela fibra [%*f]
Costo[USD/kg]
AMARILLO ORO APOLLO GL 200% 1,200 0,492 0,064
AZUL APOLLO GRL 300% 0,660 0,132 0,056
ROJO APOLLO GRL 200% 0,065 0,020 0,005
TOTAL 1,925 0,644 0,124
134
! Color: Lila 4015 (Hilo)
Tabla AVI.3. Fórmula antigua lila 4015
DescripciónPorcentaje decolorante [%]
Saturación dela fibra [%*f]
Costo[USD/kg]
ROJO VIOLETA TRIACRYL 3RBN 0,010 0,010 0,0011
AMARILLO ORO APOLLO GL 200% 0,002 0,001 0,0001
AZUL APOLLO FRL 100% 0,070 0,010 0,0046
ASTRAGAL PAN 1,590 1,272 0,0795
TOTAL 1,672 1,292 0,0853
Tabla AVI.4. Fórmula nueva lila 4015
DescripciónPorcentaje decolorante [%]
Saturación de lafibra [%*f]
Costo[USD/kg]
AZUL APOLLO GRL 300% 0,016 0,003 0,001
ROJO BRILLANTE APOLLO GRL 200% 0,019 0,006 0,001
ASTRAGAL PAN 1,470 1,176 0,074
TOTAL 1,505 1,185 0,076
! Color: Rojo R09
Tabla AVI.5. Fórmula antigua rojo R09
DescripciónPorcentaje decolorante [%]
Saturación de lafibra [%*f]
Costo[USD/kg]
ROJO VIOLETA TRIACRYL 3RBN 0,461 0,461 0,050
AMARILLO ORO APOLLO GL 200% 0,917 0,376 0,049
ROJO APOLLO GTL 200% 0,726 0,232 0,060
ASTRAGAL PAN 1,180 0,944 0,059
TOTAL 3,284 2,013 0,218
135
Tabla AVI.6. Fórmula nueva rojo R09
DescripciónPorcentaje decolorante [%]
Saturación de lafibra [%*f]
Costo[USD/kg]
AMARILLO ORO APOLLO GL 200% 0,450 0,185 0,024
ROJO BRILLANTE APOLLO GRL 200% 4,160 1,290 0,295
AZUL APOLLO GRL 300% 0,025 0,005 0,002
ASTRAGAL PAN 0,300 0,240 0,015
TOTAL 4,935 1,719 0,336
! Color: Verde 373
Tabla AVI.7. Fórmula antigua verde 373
DescripciónPorcentaje decolorante [%]
Saturación de lafibra [%*f]
Costo[USD/kg]
AMARILLO ORO APOLLO GL 200% 0,096 0,039 0,005
VERDE MALAQUITA 0,091 0,046 0,009
ASTRAGAL PAN 1,470 1,176 0,074
TOTAL 1,657 1,261 0,088
Tabla AVI.8. Fórmula nueva verde 373
DescripciónPorcentaje decolorante [%]
Saturación de lafibra [%*f]
Costo[USD/kg]
ROJO APOLLO GTL 200% 0,012 0,004 0,001
AZUL ASTRAZON BG 200% 0,220 0,068 0,036
AMARILLO FARACRYL 5GL 0,135 0,034 0,021
ASTRAGAL PAN 1,240 0,992 0,062
TOTAL 1,607 1,098 0,120
136
! Color: Azul 0515
Tabla AVI.9. Fórmula antigua azul 0515
DescripciónPorcentaje decolorante [%]
Saturación de lafibra [%*f]
Costo[USD/kg]
AMARILLO ORO APOLLO GL 200% 0,120 0,049 0,006
ROJO VIOLETA TRIACRYL 3RBN 0,054 0,054 0,006
AZUL MARINO APOLLO 2BL 100% 2,080 0,749 0,081
ASTRAGAL PAN 2,500 2,000 0,125
TOTAL 4,754 2,852 0,218
Tabla AVI.10. Fórmula nueva azul 0515
DescripciónPorcentaje decolorante [%]
Saturación de lafibra [%*f]
Costo[USD/kg]
AMARILLO ORO APOLLO GL 200% 0,37 0,152 0,020
AZUL APOLLO GRL 300% 0,81 0,162 0,069
ROJO BRILLANTE APOLLO GRL 200% 0,28 0,087 0,020
ASTRAGAL PAN 0,96 0,768 0,048
TOTAL 2,420 1,169 0,156
! Color: Azul Z76
Tabla AVI.11. Fórmula antigua azul Z76
DescripciónPorcentaje decolorante [%]
Saturación de lafibra [%*f]
Costo[USD/kg]
AMARILLO ORO APOLLO GL 200% 0,358 0,147 0,019
ROJO VIOLETA TRIACRYL 3RBN 0,644 0,644 0,070
VERDE MALAQUITA 0,907 0,453 0,089
TOTAL 1,909 1,244 0,178
137
Tabla AVI.12. Fórmula nueva azul Z76
DescripciónPorcentaje decolorante [%]
Saturación de lafibra [%*f]
Costo[USD/kg]
AMARILLO ORO APOLLO GL 200% 0,91 0,373 0,048
AZUL APOLLO GRL 300% 1,75 0,350 0,149
ROJO APOLLO GRL 200% 0,35 0,109 0,025
TOTAL 3,010 0,832 0,222
! Color: Vino 331 en 3001
Tabla AVI.13. Fórmula antigua vino 331
DescripciónPorcentaje decolorante [%]
Costo[USD/kg]
AZUL MAXILON GRL 300% 0,065 0,026
ROJO VIOLETA TRIACRYL 3RBN 0,277 0,030
AMARILLO ORO APOLLO GL 200% 0,385 0,020
AZUL SHANGDARON M-2R 0,158 0,001
RUBI TERASIL 2GFL 0,814 0,061
AMARILLO TERASIL 4G 0,120 0,015
TOTAL 1,819 0,154
Tabla AVI. 14. Fórmula nueva vino 331
DescripciónPorcentaje decolorante [%]
Costo[USD/kg]
AMARILLO TERASIL 4G 0,162 0,020
AZUL MNO TERASIL NFR 0,29 0,030
RUBI TERASIL 2GFL 1,25 0,094
AMARILLO ORO APOLLO GL 200% 0,105 0,006
AZUL APOLLO GRL 300% 0,056 0,005
ROJO BRILLANTE APOLLO GRL 200% 0,28 0,020
TOTAL 2,143 0,175
138
! Color: Morado M13
Tabla AVI. 15. Fórmula antigua morado M13
DescripciónPorcentaje decolorante [%]
Saturación dela fibra [%*f]
Costo[USD/kg]
ROJO VIOLETA TRIACRYL 3RBN 0,091 0,091 0,010
AZUL APOLLO FRL 100% 0,905 0,127 0,060
ROJO APOLLO GTL 200% 0,636 0,203 0,053
ASTRAGAL PAN 1,100 0,880 0,055
TOTAL 2,732 1,301 0,177
Tabla AVI.16. Fórmula nueva morado M13
DescripciónPorcentaje decolorante [%]
Saturación dela fibra [%*f]
Costo[USD/kg]
AMARILLO ORO APOLLO GL 200% 0,330 0,135 0,017
AZUL APOLLO GRL 300% 0,375 0,075 0,032
ROJO BRILLANTE APOLLO GRL 200% 0,490 0,152 0,035
ASTRAGAL PAN 1,080 0,864 0,054
TOTAL 2,275 1,226 0,138
139
ANEXO VII
IMPLEMENTACIÓN DEL LAVADO DE MÁQUINAS DEBIDO A
INCRUSTACIONES
Después del lavado de la máquina se tomó los siguientes datos:
Tabla AVII.1. Aperturas y cierres de la válvula de vapor después del lavado de máquinaOBEM 5 (27/abril/2011)
Hora de apertura Hora de cierre Tiempo abierta Temp Agua [ºC]
0:00:00 0:01:42 0:01:42 28,0
0:01:49 0:03:18 0:01:29 30,0
0:05:24 0:07:52 0:02:28 35,7
0:09:00 0:10:28 0:01:28 41,0
0:12:35 0:15:05 0:02:30 46,6
0:17:11 0:18:40 0:01:29 51,5
0:20:47 0:22:50 0:02:03 56,5
0:25:48 0:26:23 0:00:35 60,2
0:28:05 0:29:55 0:01:50 62,1
0:30:55 0:31:45 0:00:50 66,0
0:32:41 0:33:36 0:00:55 67,7
0:34:51 0:36:04 0:01:13 69,8
0:37:59 0:39:35 0:01:36 72,8
0:40:17 0:41:13 0:00:56 75,2
0:41:22 0:42:13 0:00:51 76,8
0:43:00 0:43:30 0:00:30 78,0
0:46:57 0:47:33 0:00:36 80,4
0:49:31 0:50:19 0:00:48 81,0
0:52:35 0:53:16 0:00:41 82,2
0:54:59 0:55:35 0:00:36 83,2
0:57:28 0:58:17 0:00:49 84,0
1:00:18 1:00:58 0:00:40 85,0
1:02:35 1:02:47 0:00:12 86,0
1:02:54 1:03:32 0:00:38 86,1
1:05:40 1:06:19 0:00:39 86,8
1:06:28 1:06:35 0:00:07 88,0
140
Tabla AVII.1. Aperturas y cierres de la válvula de vapor después del lavado de máquinaOBEM 5 (27/abril/2011)(continuación …)
Hora de apertura Hora de cierre Tiempo abierta Temp Agua [ºC]
1:08:14 1:08:46 0:00:32 87,8
1:10:13 1:11:10 0:00:57 88,6
1:13:38 1:14:22 0:00:44 89,7
1:15:52 1:16:32 0:00:40 90,6
1:18:16 1:19:22 0:01:06 91,2
1:21:23 1:22:06 0:00:43 92,3
1:23:35 1:24:14 0:00:39 93,1
1:25:49 1:26:53 0:01:04 93,9
1:28:55 1:29:38 0:00:43 95,0
1:33:17 1:34:05 0:00:48 95,4
1:39:55 1:40:39 0:00:44 95,4
1:46:39 1:47:23 0:00:44 95,4
1:52:30 1:52:44 0:00:14 95,4
1:52:51 1:53:15 0:00:24 95,8
1:56:58 1:57:33 0:00:35 95,7
1:59:59 2:00:49 0:00:50 96,2
2:04:08 2:04:43 0:00:35 96,7
2:07:06 2:07:59 0:00:53 97,0
2:11:11 2:11:46 0:00:35 97,7
2:14:25 2:15:19 0:00:54 98,3
2:18:56 2:19:34 0:00:38 98,9
2:22:26 2:23:27 0:01:01 99,5
2:26:50 2:27:32 0:00:42 100,1
2:30:03 2:31:00 0:00:57 100,4
2:33:53 2:34:30 0:00:37 101,1
2:37:56 2:38:55 0:00:59 101,4
2:44:45 2:45:38 0:00:53 102,6
2:51:31 2:52:23 0:00:52 102,4
2:57:49 2:58:40 0:00:51 101,4
3:03:21 3:03:37 0:00:16 102,4
3:03:46 3:04:11 0:00:25 101,9
3:08:42 3:09:17 0:00:35 102,2
3:13:30 3:14:16 0:00:46 101,4
3:19:46 3:20:36 0:00:50 102,3
Total 0:52:57
141
Tabla AVII.2.Aperturas y cierres de la válvula de vapor después del lavado de máquinaOBEM 4 (4/mayo/2011)
Hora de apertura Hora de cierre Tiempo abierta Temp Agua [ºC]
0:00:00 0:02:18 0:02:18 27,9
0:02:26 0:05:51 0:03:25 33,1
0:06:00 0:09:25 0:03:25 41,1
0:09:34 0:12:59 0:03:25 48,0
0:13:07 0:16:01 0:02:54 55,4
0:19:46 0:20:04 0:00:18 60,3
0:20:14 0:20:47 0:00:33 61,0
0:21:51 0:23:04 0:01:13 62,2
0:24:11 0:25:04 0:00:53 64,5
0:25:52 0:26:54 0:01:02 66,2
0:27:48 0:29:13 0:01:25 68,1
0:30:15 0:30:45 0:00:30 70,5
0:30:54 0:31:23 0:00:29 71,3
0:32:03 0:33:02 0:00:59 72,4
0:33:43 0:34:18 0:00:35 73,9
0:34:27 0:35:09 0:00:42 75,2
0:36:04 0:37:32 0:01:28 75,2
0:38:35 0:39:26 0:00:51 76,3
0:40:58 0:41:23 0:00:25 78,8
0:41:33 0:41:35 0:00:02 80,1
0:43:14 0:44:01 0:00:47 80,9
0:46:22 0:46:58 0:00:36 80,7
0:49:02 0:49:49 0:00:47 81,8
0:52:18 0:52:54 0:00:36 82,7
0:54:33 0:55:06 0:00:33 84,0
0:56:50 0:57:38 0:00:48 84,8
0:59:36 1:00:13 0:00:37 85,6
1:01:40 1:02:24 0:00:44 86,6
1:04:12 1:05:12 0:01:00 87,4
1:07:17 1:07:58 0:00:41 88,2
1:09:30 1:09:42 0:00:12 89,3
1:09:51 1:10:23 0:00:32 90,2
142
Tabla AVII.2.Aperturas y cierres de la válvula de vapor después del lavado de máquinaOBEM 4 (4/mayo/2011)(continuación …)
Hora de apertura Hora de cierre Tiempo abierta Temp Agua [ºC]
1:12:24 1:13:14 0:00:50 90,3
1:13:22 1:13:26 0:00:04 90,9
1:15:14 1:15:53 0:00:39 92,3
1:17:30 1:18:31 0:01:01 92,1
1:20:43 1:21:26 0:00:43 92,8
1:23:01 1:23:41 0:00:40 94,0
1:26:59 1:27:18 0:00:19 95,0
1:27:28 1:27:42 0:00:14 95,4
1:32:59 1:33:43 0:00:44 95,9
1:41:11 1:41:22 0:00:11 95,4
1:41:32 1:41:56 0:00:24 95,9
1:46:53 1:47:42 0:00:49 95,6
1:52:14 1:52:59 0:00:45 95,4
1:55:50 1:56:24 0:00:34 96,5
1:58:29 1:58:55 0:00:26 97,0
2:01:18 2:02:07 0:00:49 97,5
2:04:59 2:05:33 0:00:34 98,0
2:08:11 2:09:01 0:00:50 98,4
2:11:54 2:12:31 0:00:37 98,9
2:15:13 2:16:06 0:00:53 99,6
2:18:46 2:19:24 0:00:38 100,0
2:22:03 2:22:56 0:00:53 100,5
2:25:56 2:26:34 0:00:38 101,0
2:29:13 2:30:15 0:01:02 101,6
2:35:16 2:36:03 0:00:47 102,4
2:41:01 2:41:46 0:00:45 103,3
2:46:39 2:47:12 0:00:33 101,4
2:51:48 2:52:18 0:00:30 102,3
2:58:09 2:58:18 0:00:09 101,4
2:58:28 2:58:53 0:00:25 102,3
3:03:50 3:04:23 0:00:33 102,0
Total 0:53:44
143
Después de la toma de tiempos de apertura de las válvulas se tiene que:
Tabla AVII.3. Ahorro de vapor con el lavado de la máquina de tintura de hilo de 270 kg
MáquinaTiempo
apertura [min]Tiempo
promedio [min]Ahorro de
vapor [min]Ahorro
[min vapor/día]
Conincrustaciones
56,0057,26
3,92 56,5758,52
Sinincrustaciones
53,7353,34
52,95
Un día de producción promedio es de 3 900 kg por las seis máquinas, teniendo un
ahorro de 56,57 min en la apertura de la válvula de vapor por día como se
muestra en la Tabla AVII.3.
Para analizar el costo de la generación de un kgvapor/h y sabiendo la potencia de
los calderos real se tiene:
-++ *2<,-
/*
/
1,1+<) ; :1<,<:
!
Para los tres calderos existentes en Delltex se tiene:
Tabla AVII.4. Potencia de calderos
Caldero Potencia (BHP) Potencia (kgvapor/h)
1 500 7824,48
2 350 5477,13
3 300 4694,69
Total 1150 17996,30
Además se sabe que los calderos se mantienen prendidos las 24 horas del día y
mediante registros de los calderistas se tiene que:
144
Tabla AVII.5. Costo y consumo de fuel oil
Parámetro Valor
Consumo de Fuel Oil [gal/h] 46,23
Costo Fuel Oil* [USD/gal] 0,63* Fuente: Facturas pagadas a Petro Ecuador.
Con lo que se puede calcular el costo de la producción de un kg de vapor, se
tiene entonces:
<9,12!
*+,92
/*
!
/; ..9,2+) +,++/9
Mediante la medición del condensado, se tiene que en un día con producción
promedio de 3900 kg el condensado es de 17,61 m3/día antes de la
implementación de la mejora y de 17,27 m3/día una vez implementada la mejora,
con temperatura de 80 °C y densidad de 968,2 kg/m3. Con lo que se tiene que:
/;,9/*.9:,1
) /; +<;,:-
/;,1;*.9:,1
) /9 ;12,2:
Cálculo del consumo de ahorro de vapor:
/; +<;,:- 4 /9 ;12,2: ) 21<,<;
Tabla AVII.6. Ahorro de vapor
Ahorro Valor
Ahorro [kgvapor/día] 324,47
Ahorro [kgvapor/mes] 7138,43
Ahorro [kgvapor/año] 85661,12
145
Cálculo del ahorro de Fuel Oil:
:- 99/,/1@
* <9,12!
*!
21<,<;) 9+-,;
@
9+-,;@
*+,92<1-.
/) /2.,-:
@
Además del ahorro de vapor y Fuel Oil, se tiene ahorro en el consumo de aguaasí:
:- 99/,/1@
*.9:,1
) ::,<;@
1<2,-+@
*/ +++
/) :: <;<,9/
@
146
ANEXO VIII
PROPUESTA DE MEJORAMIENTO
PRODUCCIÓN MÁS LIMPIA EN EL ÁREA DE TINTORERÍA
Empresa: Delltex Industrial S.A
Ejecutor: Verónica Cristina Villacrés Salazar
Área Técnica: Gestión de Calidad. Producción más Limpia
Interlocutor: Ing. María Eugenia Urgilés
Objetivo:
Reducir costos de materia prima y energía en el área de tintorería de la empresa
Delltex Industrial S.A.
Reducir la contaminación de agua y aire.
Opciones de mejora y alcances
Entre las opciones de mejora analizadas tenemos:
1. Evaluar técnica y económicamente el aislamiento de la tubería de la línea
de vapor y condensado en las máquinas de tintura de hilos y telas
Mediante el estudio de la línea de vapor y condensado, se tiene como resultado
que el calor total perdido en el proceso de tinturación de hilo y tela es de:
25 082,15 W en la línea de vapor y de 10 987,19 W en la línea de condensado, lo
que representa aproximadamente a tener 360 focos normales de luz prendida.
Una vez analizadas las pérdidas energéticas y considerando como mejor
ofertante la casa comercial La Llave para la compra de aislante, se tiene según
laTabla AVIII.1el detalle de la inversión que se necesita para la puesta en marcha
de la mejora.
147
Tabla AVIII.1. Cantidad y costo total del aislante para la tubería
Diámetro 2,00 [pulg] 1,50 [pulg] 1,25 [pulg] 0,50 [pulg] Total
Cañuelas totales [unidades] 123,00 85,00 10,00 5,00 223,00
Precio unitario [USD] 7,15 6,10 5,81 4,18 N.A
Precio total [USD] 879,45 518,50 58,10 20,90 1476,95
En la Tabla AVIII.2 se indica la cantidad de calor ahorrado con el aislamiento de la
tubería de la línea de vapor y condensado, el mismo que representa un 83% de
ahorro en relación al calor total perdido (36 069,34 W); así también se concluye
que en menos de un año, el dinero invertido será reembolsado, y los
consecuentes 3 años se tendrá un ahorro tanto económico como en Fuel Oil.
Tabla AVIII.2. Ahorro de calor y dinero con el aislamiento de la tubería
Calor Ahorrado [kcal/h] Fuel Oil ahorrado[gal/año] Ahorro [USD/año]
Línea de vapor OBEM 16681,77 1 859,50 1 179,41
Línea de condensado OBEM 7 498,39 835,84 530,14
Línea de vapor ATYC 5 655,31 630,39 399,83
Línea de condensado ATYC 1 844,33 205,59 130,39
Total 31679,79 3 531,32 2 239,77
La inversión que se genera en la opción de mejora se verá reembolsada en 9
meses, por lo que es una opción bastante atractiva desde el punto de vista
económico, así se muestra en la Tabla AVIII.3; además es importante la
instalación de aislante para la mejora del ambiente de trabajo de los obreros, ya
que se elimina las quemaduras que suelen ocurrir en especial en brazos y manos,
al momento de la operación de las máquinas.
La implementación de la mejora permite la disminución del consumo de Fuel Oil
como indica la Tabla AVIII.2 consecuentemente se reduce la emisión de gases
tóxicos y partículas sólidas en suspensión, que causan efectos perjudiciales sobre
la salud de seres vivos. El beneficio económico es considerable ya que representa
un ahorro de 3 531,32 gal/año de fuel oil, con lo que se ve reducido también en el
consumo de vapor, y consecuentemente el recurso agua.
148
Tabla AVIII.3. Criterios Financieros. Aislamiento de tubería
Indicador Valor
Valor actual neto (VAN) 5 913,47
Tasa interna de retorno (TIR) 147,70%
Período de recuperación de la inversión 9 meses
Rédito económico [USD/4años] 5 913,47
Las ventajas de la instalación del aislante son todas positivas, ya que se tiene
beneficios económicos, ambientales y de confort para el obrero.
2. Reducir el consumo de vapor en las máquinas de tintura de hilos
Las máquinas de tintura de hilo se encontraban con incrustaciones tanto en las
paredes de la cabina, como en las paredes de las tuberías de los
intercambiadores de calor. El problema se manifestaba debido al consumo de un
ácido comercial en cuya composición se tenía una mezcla de ácido fórmico y
oxálico; el ácido oxálico al entrar en contacto con agua de pozo con una dureza
media reaccionaba con los carbonatos presentes en el agua, dando lugar a la
formación de oxalatos, los mismos que precipitaban y formaban las
incrustaciones.
Tabla AVIII.4. Análisis del consumo y ahorro por el cambio de ácido
Descripción Ácido Acético-Oxálico Ácido Cítrico
Consumo [kg/año] 11158,67 9066,67
Costo [USD/kg] 1,10 1,30
Costo [USD/año] 12274,54 11786,67
Ahorro [USD/año] 487,87
Detectado el problema se cambió la utilización del ácido comercial por ácido
cítrico, con lo que además de eliminar el problema, se veía reducido el consumo,
se tiene así según la Tabla AVIII.4.
149
Además de cambiar de ácido se realizó el lavado de las máquinas para la
eliminación de las incrustaciones, cuyo costo asciende alrededor de
6 091,70 USD, para las seis máquinas de tintura de hilo.
Una vez eliminadas las incrustaciones, se tiene una mejor transferencia de calor,
ya que las incrustaciones actúan como aislante al poseer un bajo coeficiente de
conductividad térmica, y consecuentemente se tiene un ahorro de vapor, búnker y
sobre todo agua, como se puede observar según la Tabla AVIII.5.
Tabla AVIII.5. Ahorro en consumo de vapor, búnker y agua
Parámetro Valor
Ahorrado [kg vapor/año] 85 661,12
Ahorro [búnker/año] 220,07
Ahorro [USD/año] 139,58
Ahorro [L agua/año] 88 474,61
Al poseer una transferencia de calor al baño de manera uniforme y más efectiva,
desencadena en una reducción del porcentaje de baños manchados, los cuales al
ser reprocesados incrementa el consumo de agua y productos auxiliares, además
que el hilo se vuelve débil provocando mayores desperdicios en el proceso
posterior a la tintura
La opción de mejora debido a la inversión producida para el lavado de las
máquinas, tiene un periodo de recuperación del capital a largo plazo como se
puede observar al analizar la Tabla AVIII.6.
Si es verdad que el aspecto económico no es atractivo se tiene beneficios
técnicos y sobre todo ambientales con el lavado de las máquinas. Así, la mejora
permite la disminución del consumo de Fuel Oil como indica en la evaluación
técnica, consecuentemente se reduce la emisión de gases tóxicos y partículas
sólidas en suspensión, que causan efectos perjudiciales sobre el medio ambiente.
Conjuntamente la mejora permite la reducción del consumo de ácido con lo que
se reduce la contaminación en el agua.
150
Tabla AVIII.6. Criterios económicos para la evaluación de la opción de mejora (reduccióndel consumo de vapor en las máquinas de tintura)
Indicador Valor
Valor actual neto (VAN) -8,46
Tasa interna de retorno (TIR) 8,15%
Período de recuperación de la inversión 20 años
Rédito económico [USD/20años] -8,46
Una de las mayores ventajas ambientales es la reducción en el consumo del
recurso de agua de 88 474,61 litros por año.
3. Disminuir el stock de colorantes sin movimiento
Se tiene en la bodega, colorantes sin consumo por más de 150 días que
ascienden a un total de 2 936,34 kg equivalentes a 28 296,02 USD.
Mediante ensayos en el laboratorio se formularon recetas de tintura para el
consumo de colorantes sin movimiento y otros colorantes se pusieron a la venta;
logrando una reducción de 314,12 kg equivalente a 3667,53 USD en 8 meses, los
mismos que se detallan en la
Tabla AVIII.7.
Tabla AVIII.7. Colorantes consumidos en 8 meses
DESCRIPCION ITEM Cantidad [kg] Costo [USD]AZUL MNO SERILENE 2BFS 25,00 75,00
BURDEOS LANASAN CF 10,00 162,00
AMARILLO DISPERSOL C-5G 25,00 27,50
NEGRO LANASYN SDL 100,00 1 710,00
AMARILLO ORO SANDOLAN MR 58,03 1 207,02
ROSA ATACRYL G 50,00 15,00
ROJO INTRASIL FTS 25,00 72,50
AZUL BRTE DRIMAREN S-R 20,59 395,37
AZUL BASICO 41 300% 0,50 3,14
TOTAL BQCH Y BQCP 314,12 3 667,53
Existen sin embargo colorantes que todavía están sin utilizar, con los mismos se
151
seguirá ensayando en el laboratorio y enviando a planta los colores aceptados por
el cliente.
La opción de mejora presenta como beneficio ambiental el consumo de colorantes
antiguos, ya que si se los diera de baja, éstos representarían una carga
contaminante al medio ambiente al incinerarlos.
4. Disminuir el exceso de colorantes en las recetas de las fórmulas
sobresaturadas
La finalidad de la opción de mejora, es tener baños clarificados, sin mayor
descarga contaminante en los efluentes y la disminución en el consumo de
colorante. Se tiene entonces según la Tabla AVIII.8 el ahorro logrado al cambiar
las formulas sobresaturadas de mayor consumo al mes.
Tabla AVIII.8. Análisis del ahorro tanto en kg como monetario al cambiar de tricromíalas fórmulas de mayor movimiento al mes
ColorAhorro
[USD/kg]Ahorro
[USD/mes]Ahorro[%/kg]
Ahorro[kg/mes]
Lila 432 0,010 16,49 0,132 2,18
Azul Z03 0,003 2,89 0,213 2,05
Verde 378 0,026 22,13 0,548 4,67
Negro 074 0,000 0,00 0,871 129,93
Total 41,51 138,83
Además de la reducción de colorante, se realizó la eliminación del colorante Rojo
Violeta Triacryl 3RBN, debido a que posee una velocidad de subida a la fibra
bastante elevada, lo que ocasiona baños manchados y consecuentemente
devolución y reproceso.
Se puede observar un ahorro menor al 1,00 %, en la reducción en el consumo de
colorantes y auxiliares en el proceso de tintura, lo que implica una disminución
pequeña en la contaminación del recurso agua y aire; y un menor riesgo en la
152
exposición del trabajador que pesa los productos químicos.
La principal ventaja ambiental de la opción de mejora se tiene en la disminución
en el consumo de colorantes, lo que se ve representado en 138,83 kg/mes,
consecuentemente se tiene baños clarificados y reducción de la contaminación en
el recurso agua.
Si se observa los beneficios económicos y ambientales no son muy significativos
en la opción de mejora, pero los beneficios técnicos ayudan de manera importante
a la disminución de baños manchados.
153
ANEXO IX
FICHA TÉCNICA ÁCIDO CÍTRICO