7. Evaluación Económica Planta Tratamiento Aguas Oleosas BIOFACTOR S.A
7.1. Inversión
A partir de los antecedentes técnicos entregados a lo largo de este trabajo, los costos en el desarrollo de la planta de tratamiento son mayores en relación a su inversión que los asociados propiamente con su operación.
Como la planta de tratamiento será implementada en las instalaciones de la planta de BIOFACTOR S.A, la inversión se encuentra principalmente constituida por la adquisición e instalación de los equipos. Por lo cual a continuación se presenta la estimación de los costos de cada equipo.
Fuente: Chemical Engineering Design: Principles, Practice and Economics of Plant and Process Design”; Towler & Sinnott, 1° Ed (2007).
Tabla 30: Estimación costo Columna Stripping.
Fuente: “Chemical Engineering Design: Principles, Practice and Economics of Plant and Process Design”; Towler & Sinnott, 1° Ed (2007).
Tabla 31: Estimación costo Intercambiadores de Calor.
Fuente: “Coulson & Richardson’s Chemical Engineering: Chemical Engineering Design”; R. K. Sinnott’s, 3° Ed (1999).
Equipo S Rango S a b n [$] (2006) [$] (2017) Reactor WAO (R-1) 603 [kg] 90 - 124.000 [kg] -10000 600 0,6 17.953 22.244 Tanque Almacenamiento (T-1) 15,14 [m3] 10 - 4.000 [m3] 5700 700 0,7 10.390 12.989 Bomba (B-1) 1,69 [m3] Bomba (B-2) 1,69 [m3] Bomba (B-3) 0,84 [m3] 3.302 4.129 Soplador (P-1) 213,77 [m3/h] 200 - 5.000 [m3] 4,2 27 0,8 1.978 2.473 Potencia [kWh] Rango S [kWh] C [$] n [$] (1998) [$] (2017) 110,7 20 - 500 960 0,8 41.456 62.223
Volumen [m3] Vol (S-2)/Vol (R-1) [$] (2017)
0,04 0,01 310 Área Total [m2] [$] (2004) [$] (2017) 1.102 17.700 22.128 4.137 Compresor (P-2) Separador G-L (S-2) Humedal Artificial (R-2) 7,2 - 1.800 [m3] 3300 4,8 1,2 3.309 Equipo S Rango S [kg] a b n [$] (2006) [$] (2017) Stripping (S-1) 158 [kg] 150 - 69.200 -400 230 0,6 4.393 5.492
Volumen [m3] Tipo Material [$] (1998) [$] (2017) [$] (2017)
0,50 Pall (Raschig) 25 [mm] Cerámica 900 1350 6.843
Empaque Costo Total
Área Transf. Presión
[m2] [bar] Presión Tipo Material
E-1 1,64 1 BEM 5.258 7.892 E-2 7,3 30 BEM 10.980 16.480 E-3 1,42 1 BEM 5.035 7.558 Material Intercambiador de Calor A. Inoxidable 304 Factor 1,25 0,8 [$] (1998) [$] (2017) Tipo TEMA
Los cuales fueron actualizados a partir de los índices Marshall & Shift desde el año 1998 al 2017.
De esta forma en la Tabla 32 se presenta el resumen de la inversión.
Activos Fijos % Inversión Monto Equipos (adquisición) 40% $ 177.878
Equipos (instalación) 14% $ 62.257
Instrumentación y Control (instalado) 6% $ 26.682
Tuberías (instalado) 8% $ 35.576
Electricidad (instalado) 2% $ 8.894
Acondicionamiento Patio 4% $ 17.788
Construcción 3% $ 13.341
Inversión Activo Fijo 77% $ 342.415 Activos Intangibles
Control Calidad 10% $ 44.470
Ingeniería y Supervisión 3% $ 13.341
Utilidades del Contratista 3% $ 13.341
Contingencia 3% $ 13.341
Declaración Impacto Ambiental 4% $ 17.788
Inversión Activo Intangible 23% $ 102.280
Total Inversión 100% $ 444.695
Tabla 32: Resumen Estructura Inversión.
Fuente: Adaptado de “Plant Design and Economics for Chemical Engineers”; Peter M. S, 4° Ed (1991).
Junto con ello se tiene la Tabla 33, que presenta el capital de trabajo que toma en cuenta el primer mes de operación del año 1.
Capital de Trabajo Monto Cuentas por Pagar (1 mes)
Servicios e Insumos $ 440 Mantención y Limpieza $ 741 Control de Calidad $ 4.000
Del cual se desprende que el ahorro/beneficio obtenido durante el primer mes del año 1 es capaz de solventar los costos fijo y operacionales generados durante este periodo.
7.2.
Costos.
7.2.1.
Costos Variables.
Gracias a que la implementación de la planta de tratamiento estará dentro de las instalaciones de BIOFACTOR S.A, es que el costo variable en relación a su operación, a tener cuenta será la energía eléctrica requerida por las bombas (B-1, B-2 y B-3), soplador (P-1) y el compresor (P-2), y el combustible necesario para lograr la temperatura del aceite térmico requerida por el intercambiador de calor E-3. Ya en el año 2018 el precio unitario de la energía eléctrica es de 5 [¢ kWh⁄ ] junto a ello el precio unitario del combustible es de 40 [¢ gal⁄ ], vale destacar que este combustible es producido por BIOFACTOR S.A y presenta características similares al combustible diésel (diésel*). En la Tabla 34 y 35 se presenta el resumen de los respectivos consumos anuales. Equipo Potencia [kWh] Bomba (B-1) 0,05 Bomba (B-2) 1,55 Bomba (B-3) 0,05 Soplador (P-1) 3,69 Compresor (P-2) 110,70 Total 116,04 Total Anual 77.981
Tabla 34: Resumen Consumo Anual Energía Eléctrica. Fuente: Elaboración propia.
Consumo Combustible Diésel* PCS Diésel* 10.900 kJ/kg Eficiencia 0,8 Flujo AT 900 kg/h T entrada (E-3) AT 320 °C T salida (E-3) AT 255 °C Cp Diesel* 2,324 kJ/kg °C
Consumo Anual Diésel* 13,10 m3/año 3.460 gal/año
Tabla 35: Resumen consumo Anual Combustible Diésel. Fuente: Elaboración propia.
7.2.2.
Costos Fijos.
Con tal de lograr cumplir con la NTE exigida con respecto a los RILes, se debe realizar una correcta mantención y limpieza de los equipos como de realizar análisis físico-químico de las AO tratadas. Por lo cual cada mes se incurre en un costo fijo ya sea para la mantención y limpieza y para realizar a lo más 2 análisis físico-químico de dichas aguas.
Costos Fijos [$/año] Limpieza y Mantención 8.894
Control de Calidad 48.000
Tabla 36: Resumen Costos Fijos. Fuente: Elaboración propia.
7.3.
Depreciación.
Con tal de involucrar la pérdida de valor de los equipos adquiridos en relación a su uso y tiempo, es que se considerará que el tipo de depreciación será la exigida contablemente. Es por ello que la depreciación será lineal a 10 años.
7.4.
Flujo de Caja.
Tabla 37: Flujo de Caja Evaluación Económica Planta de Tratamiento AO. Fuente: Elaboración propia.
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Ingresos Operacionales
(+) Ahorro/Beneficio $ 180.000 $ 180.000 $ 180.000 $ 180.000 $ 180.000 $ 180.000 $ 180.000 $ 180.000 $ 180.000 $ 180.000
(=) Ingreso Operacionales Total $ 180.000 $ 180.000 $ 180.000 $ 180.000 $ 180.000 $ 180.000 $ 180.000 $ 180.000 $ 180.000 $ 180.000
Costo Variables
(-) Servicios e Insumos $ 5.283 $ 5.283 $ 5.283 $ 5.283 $ 5.283 $ 5.283 $ 5.283 $ 5.283 $ 5.283 $ 5.283
(=) Costos Variables Totales $ 5.283 $ 5.283 $ 5.283 $ 5.283 $ 5.283 $ 5.283 $ 5.283 $ 5.283 $ 5.283 $ 5.283
(=) Margen Bruto $ 174.717 $ 174.717 $ 174.717 $ 174.717 $ 174.717 $ 174.717 $ 174.717 $ 174.717 $ 174.717 $ 174.717 (=) Ingreso Total $ 180.000 $ 180.000 $ 180.000 $ 180.000 $ 180.000 $ 180.000 $ 180.000 $ 180.000 $ 180.000 $ 180.000
Costos Fijos
(-) Mantención y Limpieza $ 8.894 $ 8.894 $ 8.894 $ 8.894 $ 8.894 $ 8.894 $ 8.894 $ 8.894 $ 8.894 $ 8.894 (-) Control de Calidad $ 48.000 $ 48.000 $ 48.000 $ 48.000 $ 48.000 $ 48.000 $ 48.000 $ 48.000 $ 48.000 $ 48.000
(=) Costos Fijos Totales $ 56.894 $ 56.894 $ 56.894 $ 56.894 $ 56.894 $ 56.894 $ 56.894 $ 56.894 $ 56.894 $ 56.894 (-) Depreciación $ 172.094 $ 166.620 $ 161.145 $ 155.935 $ 151.145 $ 146.355 $ 141.565 $ 136.775 $ 131.985 $ 127.195
(=) Costo Total $ 234.271 $ 228.796 $ 223.322 $ 218.112 $ 213.322 $ 208.532 $ 203.742 $ 198.952 $ 194.162 $ 189.371
(-) Pérdida Ejercicio Anterior $ - $ -54.271 $ -48.796 $ -43.322 $ -38.112 $ -33.322 $ -28.532 $ -23.742 $ -18.952 $ -14.162
(=) Utilidad Antes Impuestos $ -54.271 $ -48.796 $ -43.322 $ -38.112 $ -33.322 $ -28.532 $ -23.742 $ -18.952 $ -14.162 $ -9.371 (-) Impuestos
IVA (12%) $ - $ - $ - $ - $ - $ - $ - $ - $ - $ -
(=) Utilidad Después Impuesto $ -54.271 $ -48.796 $ -43.322 $ -38.112 $ -33.322 $ -28.532 $ -23.742 $ -18.952 $ -14.162 $ -9.371 (+) Depreciación $ 172.094 $ 166.620 $ 161.145 $ 155.935 $ 151.145 $ 146.355 $ 141.565 $ 136.775 $ 131.985 $ 127.195
(+) Pérdida Ejercicio Anterior $ - $ 54.271 $ 48.796 $ 43.322 $ 38.112 $ 33.322 $ 28.532 $ 23.742 $ 18.952 $ 14.162
(-) Inversión en Activos Fijos $ 342.415
(-) Inversión Intangibles $ 102.280
(-) Capital de Trabajo $ -
(+) Valor Residual $ 1.649.808
(+) Recuperación del Capital de Trabajo $ -
(=) Flujo de Caja Neto $ -444.695 $ 117.823 $ 172.094 $ 166.620 $ 161.145 $ 155.935 $ 151.145 $ 146.355 $ 141.565 $ 136.775 $ 1.781.793 (=) Flujo de Caja Actualizado $ -444.695 $ 109.096 $ 147.543 $ 132.268 $ 118.447 $ 106.127 $ 95.247 $ 85.397 $ 76.483 $ 68.421 $ 825.315
(=) Flujo de Caja Actualizado Acumulado $ -444.695 $ -335.600 $ -188.057 $ -55.789 $ 62.658 $ 168.784 $ 264.031 $ 349.428 $ 425.911 $ 494.332 $ 1.319.647
Indicadores de Rentabilidad
Tasa de Descuento 8,00%
TIR 37,76%
VAN $ 1.319.647
8.
Conclusión y recomendación.
BIOFACTOR S.A año a año tiene como meta aumentar su producción de aceites lubricantes, es por ello de vital importancia tratar y disponer los 15.000 [gal/mes] promedio de aguas oleosas generadas según lo exigido por la NTE. Actualmente el tratamiento es externalizado a un costo entre los 20 y 60 [¢ gal⁄ ], y desde el mes de noviembre esta empresa dejo de recibir las aguas oleosas, por lo cual es vital encontrar una solución.
De esta forma se realizó un estudio técnico-económico sobre las alternativas de tratamiento, con respecto a la naturaleza de las aguas oleosas generadas por BIOFACTOR S.A. De esto se desprendió que la alternativa más adecuada es la Oxidación Húmeda con aire (WAO) a media temperatura (200 [°C] y 30 [bar]).
En base a esta alternativa se diseñó la planta de tratamiento con una capacidad 25.000 [gal/mes] (95 [m3/mes]), la cual está compuesta de una etapa de pre tratamiento a través
de una columna empacada stripping, una etapa de tratamiento por medio del reactor WAO y una etapa de post tratamiento compuesto por un humedal artificial. Para finalmente lograr cumplir con la NTE, ya que se obtiene una remoción de 99,98% y 99,81% de DQO y DBO respectivamente.
La implementación de esta planta requiere de una inversión de $ 444.695, que gracias al ahorro/beneficio generado, se recupera a los 3 años y 11 meses de evaluación, presentando un VAN de $ 62.658 y un TIR de 13,89%, además al finalizar el periodo de evaluación (10 años) se tiene un VAN de $ 1.319.647 y un TIR de 37,76%. Desde el punto de vista económico esta implementación presenta se rentable, más aún cuando le proporciona a BIOFACTOR S.A la independencia sobre el tratamiento de las aguas oleosas generadas. Lo cual de forma global ofrece sustentabilidad en la producción de aceites lubricantes, más aún cuando el próximo año su producción aumentará en un 50%.
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Anexo.
A1. Informe del Análisis Físico – Químico Agua Oleosas
BIOFACTOR S.A.
El día 03/10/16 se envió una muestra de aguas oleosas “con previo Stripping” al laboratorio de la empresa GRÜNTEC Environmental Services. Consecuentemente el día 12/10/16 la empresa envió los respectivos resultados.
Los cuales se presentan a continuación (Tabla 38):
Físico Químico Conductividad [μS cm⁄ ] 2.920 Aniones y No Metales Cloruro [mg L⁄ ] 24 Parámetros Orgánicos Aceites y Grasas [mg L⁄ ] 203
DBO (Demanda Bioquímica de Oxígeno) [mg L⁄ ] 842
DQO (Demanda Química de Oxígeno) [mg L⁄ ] 60.500
Hidrocarburos totales de petróleo (C8-C40) [mg L⁄ ] 10
Tabla 38: Análisis Físico-Químico Aguas Oleosas "con previo stripping". Fuente: Elaboración propia.
A lo que se presentan la Tabla 39 y 40, como sigue:
Descarga Sistema Alcantarillado Público NTE
Parámetro Agua Oleosa Límite Máximo Unidad
Descarga Cuerpo Agua Dulce NTE
Parámetro Agua Oleosa Límite Máximo Unidad
Aceite y grasas 203 30,0 mg/L
DBO 842 100,0 mg/L
DQO 60.500 200,0 mg/L
Hidrocarburos Totales de Petróleo 10 20,0 mg/L
Cloruros 24 1.000 mg/L
Tabla 40: Comparación Resultados Análisis Físico-Químico AO con la NTE "Descarga Cuerpo Agua Dulce". Fuente: NTE Recurso Agua 2015.
Si bien no es una caracterización de las aguas oleosas muy completo, se rescata que los principales parámetros a tener en cuenta son la concentración de DQO y DBO, y que además se encuentran muy por sobre la NTE.
El día 19/12/17 se envió una muestra aguas oleosas “sin previo stripping” al laboratorio de la empresa GRÜNTEC. Consecuentemente el día 05/01/18 la empresa envió los respectivos resultados.
La finalidad de estos resultados es caracterizar de mejora manera las aguas con miras al diseño de la planta de tratamiento, de tal forma de cumplir con la NTE (Norma Técnica Ecuatoriana) sobre la descarga de aguas residuales. Según la NTE existen tres formas de descargar los residuos líquidos, las cuales son:
- El sistema de alcantarillado público.
- Los cuerpos de agua dulce (hace referencia a ríos, lagos, entre otros).
- Los cuerpos de agua marina.
Vale destacar que la NTE que hace mención a lo descrito anteriormente, no presenta un límite máximo permisible sobre ciertos parámetros analizados. Por lo que para estos casos puntuales se consideró la NTE asociada a aguas empleadas para otros fines.
A continuación, se presenta la interpretación sobre los resultados entregados por GRÜNTEC ENVIORENMENTAL SERVICES segmentando según el tipo de análisis:
A1.1. Análisis Físico-Químico.
Los resultados se presentan a continuación:Parámetro Físico-Químico Valor Unidad
pH 6,5 -
Color Aparente 780 APHA PtCo
Color Real 780 APHA PtCo
Dureza Cálcica 7.8 mg L⁄
Dureza Magnésica 0,94 mg L⁄
Dureza Total 8,7 mg L⁄
Oxígeno Disuelto 0,7 mg L⁄
Oxígeno Saturación 8,8 %
Sólidos Suspendidos Totales 9 mg L⁄
Sulfito (SO3−2) <0,1 mg L⁄
Turbidez 9 FAU/NTU
Tabla 41: Resultados Parámetros Físico-Químicos AO “sin previo stripping”.
Fuente: Adaptado de Informe Resultados Análisis Físico-Químicos GRÜENTEC Environmental Services.
Según la NTE en relación la “Descarga en los Sistemas de Alcantarillado Público”, en “Cuerpos de Aguas Marinas y en Cuerpos de Aguas Dulces”, tanto el pH y los Sólidos Suspendidos Totales deben cumplir con el límite máximo de 6 – 9 y 130 [mg L⁄ ] respectivamente, donde las características que presenta el agua oleosa cumplen con lo dicho. En base a la NTE sobre el Agua Potable exige un límite máximo permisible de 15 [APHA PtCo] y 5 [NTU] sobre el color y la turbidez respectivamente, esto evidencia el no cumplimiento con el aspecto visual de las aguas oleosas en comparación a los 780 [APHA PtCo]y 9 [NTU] respectivamente.
En base a la NTE ya mencionada no relaciona la concentración de Oxígeno Disuelto o el porcentaje de Saturación de Oxígeno, pero considerando la NTE “Sobre la Calidad Admisible para la Preservación de la Vida Acuática y Silvestre en Aguas Dulces, Marinas y de Estuarios”, el criterio de calidad exige que la Saturación de Oxígeno sea >80%. En comparación al 8,8% el agua oleosa se encuentra por debajo por lo que su disponibilidad para
El valor obtenido de Dureza Total corresponde principalmente a Dureza Cálcica siendo esta de 8,7 [mg L⁄ ]. Según lo señalado por la empresa AQUASAIN la cual se dedica al tratamiento de agua, la Dureza Total se clasifica como sigue:
- Agua blanda: 0-50 [mg L⁄ ]
- Agua moderadamente blanda: 50-100 [mg L⁄ ]
- Agua ligeramente dura: 100-150 [mg L⁄ ] - Agua moderadamente dura: 150-200 [mg L⁄ ] - Agua dura: 200-300 [mg L⁄ ]
- Agua muy dura: <300 [mg L⁄ ]
Más aún la NTE sobre el Agua Potable exige cómo máximo una concentración de 300 [mg L⁄ ]. De donde el agua oleosa presenta ser un agua blanda.
Vale destacar que la dureza del agua relaciona su capacidad de generar incrustaciones principalmente de calcio, sobre las tuberías y/o recipientes que los contienen. A mayor dureza mayores incrustaciones.
A1.2. Análisis Aniones y No Metales.
Los resultados se presentan a continuación:Tipo Anión y No Metal Valor Unidad
Amonio (NH4+) 1.550 mg L⁄ Nitrógeno Amoniacal (NH3) 1.462 mg L⁄ Fluoruro (F−) <5,0 mg L⁄ Nitrato (NO3−) 413 mg L⁄ Nitrito (NO2−) 38 mg L⁄ Sulfato (SO4−2) 602 mg L⁄ Cianuro Libre 2,1 mg L⁄ Cianuro Total (CN−) 2,5 mg L⁄
Cloro Total Residual <0,1 mg L⁄
Sulfuro (S−2) <0,013 mg L⁄
Tabla 42: Resultado Aniones y No Metales AO “sin previo stripping”.
En las aguas residuales el contenido de nitrógeno se presenta en cuatro formas distintas, es decir, como Nitrógeno Orgánico, Amoniaco (NH3), Nitrito (NO2−) y Nitrato (NO3−), donde la transformación del nitrógeno sigue el orden anterior señalado:
- Nitrógeno Orgánico: El nitrógeno se encuentra asociados a moléculas orgánicas como las proteínas, los ácidos nucleicos o metabolitos finales como la urea y el ácido úrico. No tiene un efecto químico característico, como materia orgánica está sujeto al consumo por parte de microorganismos, los cuales eventualmente procesarán y transformarán el nitrógeno en amoniaco.
- Amoniaco (𝐍𝐇𝟑): El nitrógeno presente en forma de amoniaco se denomina