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Producción limpia en plantas vitivinícolas

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Producción limpia en plantas vitivinícolas Producción limpia en plantas vitivinícolas Document Transcript

  • ÍNDICE 1 INTRODUCCIÓN 4 2 ANTECEDENTES GENERALES ACERCA DE LA PRODUCCIÓN MÁS LIMPIA 7 2.1 Producción más limpia: Prevención de la generación de residuos y emisiones 7 2.2 El Acuerdo de Producción más Limpia en Chile 8 2.3 Implementación de la Producción más Limpia en la industria 9 2.3.1 Fase 1 de auditoría de desechos: La pre-evaluación 10 2.3.2 Fase 2 de auditoría de desechos: Balance de material e insumos 10 2.3.3 Fase 3 de auditoría de desechos: Síntesis 11 3 GENERACIÓN DE RILES VINÍCOLAS EN LOS PROCESOS DE VINIFICACIÓN 13 3.1 La Industria vitivinícola en Chile 13 3.2 Descripción del proceso de vinificación 14 3.2.1 Vinificación de Tintos 15 3.2.2 Vinificación de Blancos 18 3.3 Actividades generadoras de residuos líquidos durante la vinificación 21 3.3.1 Procesos de transferencia de calor 21 3.3.2 Procesos de Higienización 22 3.4 Características de los Riles vinícolas 23 3.5 Descripción de los procesos fuentes de aguas residuales con potenciales de reducción futura 25 3.5.1 Procedimiento nº1: Manejo de Barricas 26 3.5.2 Proceso nº2: Lavado de cubas 27 3.5.3 Proceso nº3: Lavados de filtros 28 3.5.4 Otras actividades 31 4 DIAGNÓSTICO DE OPERACIÓN DE PROCESOS DE LA PLANTA DE VINIFICACIÓN EN ESTUDIO 33 4.1 Cuantificación del agua de procesos 33 4.1.1 Procesos de Higienización 36 4.1.2 Aguas no cuantificadas de proceso 42 4.1.3 Registro de aguas a planta de tratamiento y sus características 42 2
  • 4.2 Balance másico generalizado 47 4.2.1 Construcción del balance de caudales 47 4.2.2 Obtención de los datos para el balance másico 50 4.3 Síntesis del balance de materiales de producción 52 5 SÍNTESIS DE LA AUDITORÍA DE DESECHOS 54 5.1 Alternativas de reducción de consumos de agua y aporte de contaminantes a riles en el lavado de cubas 54 5.1.1 Determinación de consumo óptimo de lavado de cubas 54 5.1.2 Reutilización de volúmenes de lavado de cubas 57 5.1.3 Lavado en seco 61 5.1.4 Cobertura de lavado y aumento en la presión de impacto 66 5.2 Alternativas de reducción en el aporte de contaminantes del lavado de filtros de tierra 68 5.3 Alternativas de reducción de consumo de agua en el lavado de barricas 69 5.4 Alternativas de reducción en volúmenes de pérdida 70 5.5 Evaluación de las alternativas de reducción de consumo y aporte de contaminantes 71 5.5.1 Lavado de cubas 72 5.5.2 Segregación de desechos: Lavado de filtro de tierras 76 5.5.3 Lavado de barricas 76 5.5.4 Construcción de registros de operación y capacitación del personal 78 5.6 Resumen de las alternativas propuestas 79 6 CONCLUSIONES 81 6.1 Propuesta de modificación a los procesos productivos 81 6.2 Comentarios generales al estudio realizado en la planta vitivinícola 82 6.2.1 Análisis del índice volumen de riles versus kilos de uva procesados 82 6.2.2 Comentarios generales 83 6.3 Análisis del escenario de aplicación de los principios de Producción más Limpia en Chile 84 6.4 Conclusiones finales 84 3
  • 1 INTRODUCCIÓN Toda actividad desarrollada en el ámbito de las sociedades humanas, sean éstas de carácter industrial, domiciliario u otro, se enfrenta inmediatamente a la necesidad de controlar sus residuos de forma que estos no generen daños al medio ambiente ni a terceros. Aunque la mayoría de las estrategias de manejo de residuos se enfocan al tratamiento y disposición final, existe un enfoque preventivo destinado al control de los residuos antes de su generación. Este concepto considera que los residuos, emisiones y pérdidas energéticas, representan recursos utilizados en forma ineficiente, y, por lo tanto, es posible minimizar su producción en el origen. En la industria, la cantidad y características de gran parte de los residuos y emisiones exigen tecnologías de tratamiento y disposición especializados. Los costos asociados a estas últimas son elevados y en muchos casos ponen en riesgo la eficiencia, competitividad y continuidad de la empresa. Con el objeto de promover la protección al medio ambiente sin perjudicar las actividades productivas desarrolladas por la sociedad moderna, durante la década del 80 se establece el concepto de “Producción más Limpia”, el cual se refiere a la aplicación permanente de estrategias de prevención ambiental durante los procesos productivos, con el objeto de minimizar los riesgos tanto para los seres humanos como para el medio ambiente. En este contexto, los principios de producción más limpia impulsan las prácticas de prevención de la contaminación generada por los procesos industriales, lo que implica una menor cantidad de residuos a tratar y disponer. De esta forma, es posible lograr una reducción en los costos tanto en la etapa de producción como en el tratamiento de los residuos, permitiendo una gestión ambiental más eficiente. La búsqueda de procesos óptimos, destinados a reducir los consumos de materiales y energía mediante un uso eficiente, implican ciertas modificaciones en las tecnologías utilizadas. Los conceptos de Producción más Limpia se enfrentan a la tendencia humana conservadora, que prefiere las técnicas conocidas a las innovadoras. Sin embargo, las amplias ventajas económicas y ambientales de este enfoque son respaldadas por los resultados obtenidos en países pioneros en el área ambiental, como Francia, Italia y Estados Unidos. 4
  • En nuestro país, los acuerdos comerciales suscritos en el último tiempo, crean un escenario de múltiples oportunidades al sector industrial. Dentro de los mercados internacionales la producción de vinos chilenos es reconocida como de gran prestigio y calidad, otorgando a la industria vitivinícola posibilidades de desarrollo comercial a escala mundial. Chile es un país cuyas exportaciones de vino alcanzan el 54% de su producción anual y posee numerosas ventajas de producción, como la destacada posición en el 5° lugar de exportadores y la 2ª mayor tasa de crecimiento industrial, condiciones sanitarias privilegiadas para el crecimiento de la vid y mayor diversidad de zonas de cultivo (Bordeu E. 2002). Bajo el anterior escenario, la industria vitivinícola chilena compite regulada por normativa ambiental internacional, cuya exigencia es cada vez mayor. Algunas viñas nacionales han invertido en sistemas de tratamiento aplicables a los residuos líquidos provenientes del proceso de vinificación, sin embargo, la gestión de estos últimos aún no ha sido abarcada con la profundidad necesaria y requerida de acuerdo a los principios de Producción más Limpia antes mencionados y que constituyen la tendencia mundial actual. Sin embargo, en el último tiempo, organismos públicos y privados unidos a un grupo piloto de empresas productora de vinos de exportación, se han dedicado al desarrollo de una metodología de gestión aplicable a este sector productivo, con el fin de cumplir con las normas internacionales ISO y optimizar el funcionamiento de sus plantas de producción y tratamiento de sus desechos. Dado que la generación de residuos durante el proceso de elaboración de vinos está estrechamente ligada al uso de agua, este estudio se enfoca fundamentalmente a la optimización del uso de dicho recurso y a la minimización de los residuos líquidos producidos. En el análisis se consideran los procesos de producción existentes en una planta de producción vitivinícola ubicada en la zona central de país, utilizando auditorías ambientales. El objetivo principal es elaborar una propuesta de modificaciones en los procesos de producción a través de la optimización del recurso agua, encontrando la forma de disminuir emisiones, contaminación y residuos. En el Capítulo 2 se menciona los principios de Producción más Limpia y los acuerdos realizados entre el sector industrial y las autoridades en Chile. En el desarrollo del Capítulo 3 se describe los procesos generales involucrados en la producción vitivinícola, descritos según la bibliografía utilizada. En el Capítulo 4 se expone las observaciones realizadas a los procesos de la planta de producción vitivinícola en estudio y el análisis de los residuos líquidos generados durante el periodo de producción 2003. 5
  • En el Capítulo 5 se analiza y discute las observaciones y posibles opciones tecnológicas a aplicar. Finalmente, en el Capítulo 6 se sugiere la propuesta de modificación al proceso productivo y se concluye respecto a la aplicabilidad de los principios de Producción más Limpia en la industria vitivinícola. Imagen 1.1 Viñedos en zona Central de Chile 6
  • 2 ANTECEDENTES GENERALES ACERCA DE LA PRODUCCIÓN MÁS LIMPIA 2.1 Producción más limpia: Prevención de la generación de residuos y emisiones Un residuo, sea éste sólido, líquido o gaseoso, se puede definir como cualquier elemento derivado del proceso productivo o de consumo que no tiene valor suficiente para retenerlo. No obstante, el elemento considerado un residuo por algunos, puede poseer algún valor de interés para un tercero, ya sea como material reciclable o reutilizable. Se considera utópico esperar que un proceso productivo no genere, en forma paralela, una línea de residuos. Acorde a la anterior premisa, se ha tomado conciencia que la disposición de residuos, sin un manejo adecuado, genera un daño al medio ambiente y, en consecuencia, a los seres humanos. Los lugares para disponer grandes volúmenes de residuos son escasos, los estándares de calidad ambiental se vuelven más exigentes y los costos de tratamiento y disposición, mayores. Por lo tanto, se debe encontrar una manera más efectiva para enfrentarse a esta problemática. Por una parte, cualquier actividad antropogénica genera desechos que pueden producir daños, y por otra, el desarrollo de las sociedades humanas depende de las actividades económicas que éstas realicen. En respuesta a lo anterior surge, a nivel de actividades domiciliarias, un programa de minimización de los desperdicios. El reciclaje y la reutilización, pasaron a ser parte activa de la gestión de residuos. De esta manera, se comienza a plantear en la industria la idea que es posible producir con menor volumen de desechos. Dicho cambio de actitud se ve respaldado por la declaración del concepto de Producción más Limpia, la cual se define como la aplicación continua de una estrategia ambiental preventiva, integrada para los procesos y los productos, con el fin de reducir los riesgos al ser humano y al medio ambiente (PNUMA, 1999). Producción más Limpia no es un concepto o término de carácter científico, en el cual se encuentren pasos definidos o estándares que se puedan aplicar. Bajo la premisa de lograr una producción con el menor impacto ambiental posible, es decir, un cambio de enfoque respecto a la forma en que se enfrenta la industria al medio ambiente, es posible lograr la minimización de sus residuos junto a una producción más eficiente y segura, utilizando la tecnología actual disponible y la experiencia del sector. 7
  • 2.2 El Acuerdo de Producción más Limpia en Chile Las prácticas de Producción más Limpia han ingresado en forma sistemática a las operaciones industriales. No obstante, en el ejercicio habitual de los procesos, se observa cierta reticencia en la implementación espontánea de esta política de gestión. La realidad es que la Producción más Limpia encuentra barreras a su aplicación. Ellas se encuentran asociadas a los enfoques conservadores de producción, poca motivación y a la falta de conciencia e información sobre las opciones existentes que logran productos con menor impacto ambiental. Se encuentra arraigada la creencia que producir sin contaminación implica, por parte de los productores, grandes inversiones que harían inviable el proceso. Es responsabilidad del Estado velar por la protección de los bienes de un país, dentro de ellos, su capital humano y sus recursos. Para ello, las autoridades cuentan con Instrumentos del tipo “Regulatorio”, como las prohibiciones y restricciones sobre el uso de ciertos materiales, los del tipo “Económico”, tales como los reembolsos por disposición avanzada de residuos, y los de tipo “Informativo”, como la obligatoriedad de entregar la información ambiental etiquetada en los productos (Torpe B., 1999). Otro instrumento que no se clasifica dentro de los anteriores son los “Compromisos voluntarios” o acuerdos entre la industria y la autoridad. Para ello se crean retribuciones a la industria si ésta logra cumplir los acuerdos comprometidos. Dichas retribuciones pueden ser el otorgamiento de certificados de cumplimiento ambiental, bonos de operatividad, facilidades en prestaciones económicas, entre otras. Protegiendo el cumplimiento del desarrollo sustentable, el gobierno de Chile ha emitido normas de carácter ambiental, como por ejemplo, el D.S. 609/1998 y el D.S 90/2000 donde los establecimientos cuyos residuos líquidos excedan los límites de carga contaminante, deben tratar o neutralizar estos residuos antes de su descarga. En materia de Producción más Limpia, desde el año 2001 se han adoptado políticas institucionalizadas mediante el D.S 414/1991 del Ministerio de economía. Sin embargo, se debe tener en cuenta que la aplicación de cualquier normativa, implica la fiscalización del cumplimiento de éstas. Aunque existan organismos destinados a verificar el cumplimiento de las normas, para su logro se requiere de una gran cantidad de esfuerzo, horas hombre y costos asociados. Por ello, y cada vez con mayor aplicación, se impulsa la creación de normas autofiscalizadoras; en otras palabras, se genera una actitud preventiva frente a la contaminación, extendiendo la responsabilidad de su origen a los productores. 8
  • Basándose en lo anterior, las políticas de Producción más Limpia cuentan con los “Acuerdos de Producción más Limpia” (APL), instrumento de carácter “Compromiso voluntario” consistente en la celebración de un convenio entre un sector productivo en particular y el sector público, mediante el cuál, se promueve la implementación del concepto de producción limpia a través de metas y acciones específicas en un plazo estipulado (Ruz X., 2004). Para dar inicio al proceso, el sector público necesita un diagnóstico del sector industrial considerado en el acuerdo. A su vez, el sector privado presenta una propuesta de acuerdo, que sirve de base a la mesa de negociación entre los sectores y se establecen las metas antes mencionadas. El acuerdo es firmado entre la Asociación Gremial y los representantes del sector público competentes en la materia del acuerdo. Posteriormente, las empresas del sector se adhieren voluntariamente, comprometiéndose en las implementaciones fijadas en el acuerdo. En la actualidad, Chile cuenta con el Consejo Nacional de Producción más Limpia, comité CORFO de carácter público-privado, encargado de la ejecución de ésta política. Hasta la fecha se han suscrito acuerdos de Producción más Limpia con la industria de fundición, química-envases y pintura, productores de cerdo, construcción, vitivinícola, entre otras. 2.3 Implementación de la Producción más Limpia en la industria Desde la definición del concepto de Producción más Limpia, los profesionales del área ambiental se han planteado la tarea de desarrollar mejores y más amplias herramientas con el objeto de lograr una gestión de residuos de carácter preventivo. Lograr la implementación de éste tipo de enfoque requiere, primordialmente, la identificación de los problemas ambientales a los cuales se enfrenta una determinada industria. Una herramienta analítica ampliamente utilizada para ello, es la auditoría de desechos, definida como el análisis detallado de las emisiones contaminantes que produce una industria, una planta, un proceso o una operación unitaria (PNUMA-ONUDI, 1990). La auditoría de desechos tiene como objetivo obtener la identificación de los residuos, su origen, cantidad, composición y potencial de reducción, tras la generación de los balances de materiales e insumos utilizados en la producción. Las fortalezas de esta herramienta son: destacar las ineficiencias del proceso y las áreas donde ellas ocurren, ayudar a establecer los objetivos para la Producción más Limpia, ampliar la conciencia sobre la importancia del trabajo en equipo y aumentar el conocimiento sobre el proceso productivo en todos los miembros de la industria. A continuación se detalla los procedimientos de este tipo de evaluación. 9
  • 2.3.1 Fase 1 de auditoría de desechos: La pre-evaluación En esta etapa se comienza la preparación de la auditoría, empezando por la organización de un equipo de análisis multidisciplinario, formado por delegados de cada una de las áreas de producción de la industria. Este equipo debe definir completamente el proceso de producción, dividiendo el proceso en operaciones unitarias, para luego construir un diagrama de flujo del mismo. De esta manera se logra identificar las áreas en las cuales existe el potencial de reducción de contaminantes. Preparación de la auditoría Diagrama 2.1: Pre-evaluación 2.3.2 Fase 2 de auditoría de desechos: Balance de material e insumos La generación de un balance de materiales tiene por objeto reunir la información de entradas y salidas al proceso de producción. En una primera auditoría, se consigue generar un balance preliminar, dado que, en general, pocas industrias cuentas con un detalle de sus gastos en insumos o materias primas. Tras evaluar este balance preliminar, es posible perfeccionar en la práctica la obtención de la información, logrando así, balances más detallados. Para lograr un balance íntegro es necesario analizar los insumos que entran al proceso y los resultados de éste. Específicamente, para determinar las entradas al proceso de producción, deben registrarse en cada una de las operaciones unitarias definidas con anterioridad: • Los tipos y cantidades de insumos utilizados en la producción; • Los gastos de agua; • Los niveles aplicados de reciclaje y/o reutilización de los residuos. A su vez, las salidas o resultados del proceso deben controlar: • Las cantidades de todos los productos y subproductos; • Volúmenes de aguas residuales a disposición o tratamiento; • Tipos de emisiones gaseosas; • Tipos y características de los residuos a disponer fuera de las inmediaciones de la planta de producción. 10
  • Entrada al Salidas del proceso proceso Obtención de un balance de material Diagrama 2.2: Balance de material 2.3.3 Fase 3 de auditoría de desechos: Síntesis La síntesis es el paso final de una auditoría de desechos. En esta etapa se identifican y evalúan las opciones de reducción de residuos y, finalmente, se diseña un plan de acción que conduzca a un proceso eficiente. Para identificar las opciones de reducción se comienza por aquellas medidas más evidentes, como, por ejemplo, el control de las pérdidas en redes de distribución. A continuación, se debe identificar y caracterizar aquellos desechos más problemáticos, indagar sobre la posibilidad de segregación de los residuos (separar sólidos de líquidos) e investigar las medidas a largo plazo que pueden usarse para la minimización. Una vez definidas las posibles medidas de reducción, es necesario iniciar la evaluación económica y ambiental de éstas, registrando aquellas opciones de mayor viabilidad. En este punto se está preparado para iniciar un plan de acción de reducción de desechos, imponiendo equipos de acción, metas y plazos de las mejoras. Identificar las opciones de reducción de desechos Evaluar las opciones de reducción de desechos Plan de acción de reducción de desechos Diagrama 2.3: Síntesis 11
  • Se destaca que una auditoría de desechos es un instrumento de carácter sistemático que permite la identificación y evaluación de las medidas ambientales adoptadas en una industria, admitiendo el inserto de las diferentes opciones de Producción más Limpia y las aplicaciones de nueva tecnología en forma permanente. Mediante la aplicación de esta metodología se genera un perfil ambiental, el cual se basa en los procesos de producción del área industrial en estudio. El análisis de éstos permite identificar el tipo de residuos y la razón por la cuál son generados. En el siguiente capítulo se muestra la aplicación de ésta a la industria vitivinícola. 12
  • 3 GENERACIÓN DE RILES VINÍCOLAS EN LOS PROCESOS DE VINIFICACIÓN La implementación de los conceptos de Producción más Limpia persigue la optimización de los procesos de producción. Son estos últimos quienes deben ser claramente definidos, permitiendo identificar sus potenciales de mejora. En el presente capítulo, se describe en términos generales los procesos de vinificación y las principales actividades que originan los residuos líquidos en ellos. 3.1 La Industria vitivinícola en Chile La elaboración de vinos en nuestro país cuenta con una larga trayectoria, comenzando con la llegada de los conquistadores españoles y el establecimiento de distintas ordenes religiosas durante el Siglo XVI. La industria vitivinícola mantiene, hasta el Siglo XX, un bajo perfil, orientado principalmente al mercado doméstico. A fines de la década de los Ochenta, tras una profunda crisis, el sector entra en transformación, motivado por el aumento internacional en la demanda de vinos finos, los altos precios y desabastecimiento del mercado Europeo, quienes orientaron sus consumos hacia los países productores del “Nuevo Mundo” (Bordeu E., 2002). En pocos años, la industria comienza a calificarse como una actividad altamente tecnológica y dinámica, destinando su producción a los mercados externos. En el Gráfico 3.1: Volumen anual de exportaciones de vino Chileno y su participación en el mercado mundial, se observa la tasa de crecimiento durante los años 90. Gráfico 3.1: Volumen anual de exportaciones de vino Chileno y su participación en el mercado mundial 4,5 3.000.000 4,01 4 3,74 2.500.000 Volumen de exportación [Hl] 3,42 Participación en el mercado 3,5 2.647.499 2.298.018 3 1.840.835 2.000.000 mundia [%] 2,5 2,07 1.500.000 2 1,63 1.079.040 1,5 1.000.000 0,96 1 0,38 500.000 0,5 740 185 430 0 0 1988 1990 1992 1994 1996 1998 2000 Año % participación mercado mundial Volumen exportación en Hl 13
  • Este crecimiento en la exportación del producto requiere una reestructuración en todos los planos: tecnologías de producción, desarrollo de productos, canales de distribución, envases, nuevas empresas productoras y alianzas internacionales. Uno de los cambios más significativos es el aumento de la superficie vinícola plantada, pasando de 50 mil a aproximadamente 100 mil hectáreas en poco más de 10 años. En la Tabla 3.1 se observa las hectáreas destinadas a plantación de uva destinadas a las producciones de vinificación, de mesa y pisquera. Uva de Uva Vinificación Uva de Pisquera Total vides Año Hás mesa Hás Hás Hás 1988 66770 44700 6204 117674 1990 65202 48218 6206 119626 1992 63106 49840 7744 120690 1994 55146 49305 9202 113653 1996 56003 50434 9725 116162 1998 75388 50200 10187 135775 2000 103876 50818 10076 164770 2001 106971 51669 9800 168440 Tabla 3.1: Evolución de la superficie de plantación de vides en Chile Durante la década de los noventa, Chile se posiciona rápidamente como proveedor de vino fino en el mercado internacional, obteniendo la mejor relación precio-calidad (Value for Money). En el año 1984, el volumen exportado alcanza los 8.000 Hectolitros, equivalentes a 10 millones de dólares en ventas. Las tasas de crecimiento del área logran que para el año 2002, el volumen de vino exportado alcance los 3,5 millones de Hectolitros, con una entrada de 602 millones de dólares al país. 3.2 Descripción del proceso de vinificación El proceso de producción del vino es uno de los más antiguos en el mundo. Respaldado por la gran tradición en su elaboración, el vino es uno de los licores más cotizados e importantes de la industria de bebidas alcohólicas. De manera concreta, la producción de vino se basa en la fermentación del mosto o jugo de uva. En ella, el azúcar presente en la uva es transformado en alcohol por la acción de las levaduras, liberándose anhídrido carbónico, glicerol, ésteres (o compuestos aromáticos) y temperatura. Las levaduras se encuentran en forma natural en el orujo o piel de la uva, sin embargo, se adicionan al proceso de manera seleccionada, con el objeto de mejorar la transformación de alcohol y obtener aromas de mayor fineza. Para obtener la textura y grosor característico del vino es necesario utilizar distintas técnicas de separación, eliminando pulpa, orujos, sales y todo sólido presente en el mosto. 14
  • Considerando los procesos que conforman la vinificación, es posible resumir las actividades anuales en las siguientes etapas: • Preparación a la vendimia; • Periodo de vendimia: recepción de la uva en tolvas, separación de granos, molienda y extracción del mosto; • Vinificación: primera fermentación o fermentación alcohólica, segunda fermentación o fermentación maloláctica, estabilización; • Trasiegos o descubes: remontajes, primer, segundo, tercer y cuarto trasiego; • Envejecimiento: maduración en barricas; • Filtraciones: Clarificación; • Embotellación. Aunque la elaboración de vino se estructura en los anteriores pasos, existen diferencias entre las etapas de elaboración de un vino blanco y un vino tinto. A continuación se describe cada una de ellas. 3.2.1 Vinificación de Tintos Las uvas tintas se recepcionan en tolvas y son enviadas a la máquina despalilladora, que extrae el palillo o escobajo de los racimos. De esta manera se evita que el vino tenga exceso de aporte de taninos o sabores herbáceos. A continuación, los granos son molidos ligeramente, facilitando la acción de las levaduras. El mosto obtenido tras la molienda es almacenado en cubas de hormigón, acero o madera, manteniéndose en contacto con el orujo. El proceso siguiente es la fermentación alcohólica, que tiene una duración aproximada de 5 a 7 días y se realiza a una temperatura de 30°C. Durante este proceso se aplica la técnica llamada remontaje, que consiste en la extracción del vino desde la base de la cuba y su ingreso por la escotilla superior, golpeando la capa de orujos flotantes en el vino. De esta manera se logra la mayor extracción de color y tanino posible que éste le pueda aportar. Al finalizar la primera fermentación, los orujos son extraídos y prensados para obtener el “vino prensa”, el cual tiene mayor color, dureza de sabor, astringencia y aspereza, y que se utiliza como aditivo al vino proveniente del mosto, con el fin de aportar cuerpo y color. En el caso de los vinos tintos ocurre una segunda fermentación o fermentación maloláctica, donde no intervienen las levaduras. El proceso es controlado por las bacterias malolácticas que consiguen hacer que el sabor del vino tinto sea más suave. Terminada la segunda fermentación se deja que el vino repose junto al orujo, proceso que recibe el nombre de maceración. 15
  • Finalizadas las fermentaciones, se procede al primer descube o trasiego, donde el vino es separado de los residuos sólidos más finos que se depositan en el fondo de las cubas. Antes de ser almacenado en un nuevo estanque, el vino es sometido a estabilización, proceso que utiliza la acción del frío combinada con un tratamiento con bentonita para lograr la precipitación de las sales disueltas y prevenir que se formen una vez que el vino sea embotellado. El proceso termina con la maduración en barricas de madera1, donde se mantiene durante dos, tres o más años2 (CCV, 1999), dependiendo de la calidad del vino. Antes de ser embotellado, y con la finalidad de mejorar su presentación final, el vino es sometido a filtración para eliminar todas aquellas partículas finas que aún contiene, como células de levadura, pigmentos, proteínas, cristales de tartrato y otros compuestos. En el Diagrama 3.1 se expone el diagrama de flujo del proceso de vinificación de vino tinto. 1 Este proceso es esencial en los vinos tintos, mientras, en los vinos blancos, depende de su variedad. 2 Aunque el tiempo de guarda depende de las prácticas enológicas aplicadas en la planta de vinificación y puede ser menor al señalado, es frecuente encontrar en la bibliografía un periodo de maduración no menor a 2 años. 16
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  • 3.2.2 Vinificación de Blancos A diferencia del vino tinto, la elaboración del vino blanco se realiza sin orujos, es decir, sólo con el jugo de uva, ya que es el orujo quien aporta los pigmentos colorantes rojos (antocianos) y los taninos necesarios para la elaboración de los vinos tintos. La uva blanca es recepcionada en tolvas y continúa el proceso con la extracción del mosto mediante prensas y su posterior decantación dentro de cubas de acero u hormigón. Con el fin de evitar la oxidación del mosto, se realiza la adición de anhídrido sulfuroso, que origina una capa de aislamiento entre la superficie y la posible presencia de oxígeno en el interior del equipo de vendimia. Con la adición de las levaduras seleccionadas, se comienza el proceso de la primera fermentación, que tiene una duración aproximada de 28 días. Posterior a ella se procede a la estabilización por frío, que, al igual que en el vino tinto, tienen el objeto de evitar formaciones cristalinas o sedimentos una vez que el vino sea embotellado. Dependiendo de la variedad del vino, pasa a maduración en barrica para, finalmente, ser trasladados a un nuevo estanque con el fin de filtrarlos y clarificarlos antes de su embotellación. A diferencia de los vinos tintos, los vinos blancos no se mezclan para adicionar cuerpo o astringencia. En el Diagrama 3.2: Proceso de vinificación de blancos, se esquematiza las etapas anteriormente descritas. De los anteriores puntos es posible argumentar que las técnicas de vinificación difieren según el tipo de vino, así como también, de un enólogo a otro. Sin embargo, es posible resumir las operaciones de manera generalizada. En el diagrama 3.3 se describe los procesos de vinificación de tintos y blancos en forma paralela. 18
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  • 3.3 Actividades generadoras de residuos líquidos durante la vinificación La industria vitivinícola se encuentra dividida en tres frentes de trabajo: Agrícola, Enología y Embotellación. Mientras la primera se desarrolla en los campos de cultivo, las dos últimas se concentran en las bodegas de vinificación, nombre que se le da a la planta de producción de vinos. Dentro de las actividades realizadas en la bodega, las tres grandes fuentes de residuos industriales líquidos (Secretaría ejecutiva de Producción más Limpia, 1998) se refieren a: • Aguas utilizadas en los procesos de transferencia de calor, ya sea para enfriamiento o calentamiento; • Las operaciones que utilizan agua como medio de transporte de arrastre de material, como las operaciones de limpieza, derrames, reacciones en medio acuoso, entre otras; • Los residuos provenientes de actividades domésticas, provenientes de baños y casinos de la planta. En general, aquellas operaciones de limpieza e higienización de los equipos y materiales utilizados en la producción del vino son las que aportan mayores volúmenes de consumos de agua (Corporación Chilena del vino, 1999). 3.3.1 Procesos de transferencia de calor La industria vitivinícola utiliza procesos de transferencia de calor durante el proceso de fermentación de los mostos. Dentro de los métodos para el control de la temperatura que requieren del recurso agua, se encuentra la “ducha”, que consiste en circular agua fría o caliente por los mantos exteriores del estanque, con el objeto de bajar o subir la temperatura en su interior, cuando se requiere gradientes no superiores a 2 o 3 °C. Otra utilización del agua en procesos de transferencia de calor es la generación de vapor para la alimentación de una red de agua caliente necesaria en los procesos de higienización. 21
  • 3.3.2 Procesos de Higienización Utilizar el agua como medio de arrastre en una bodega de vinificación es una práctica común. Gran parte de la higiene en bodegas y equipos vinícolas se realiza con agua. Pisos y muros deben soportar una limpieza y desinfección rigurosa. Cada una de las actividades realizadas durante el año tiene asociadas actividades que generan las aguas residuales del proceso. Es posible dividir las fuentes de Riles de la siguiente manera: • Preparación de la vendimia: Limpieza y desinfección del equipamiento; • Recepción de las vendimias: Lavado del equipamiento de recepción (Tolvas, despalilladoras, estrujadoras, escurridores y bombas de transporte), lavado de los suelos con o sin adición de productos de limpieza; • Vinificación: Lavado de las cubas de fermentación, lavado de las cubas de decantación, lavado de los suelos con o sin adición de productos de limpieza; • Trasiegos o descubes: Lavado de cubas después de los trasiegos, lavado de los suelos con o sin adición de productos de limpieza; • Filtraciones: Lavado de los filtros de diatomeas. La Tabla 3.2: Materiales vinícolas y su higienización, describe los materiales vinícolas utilizados durante la producción y que deben ser higienizados, así como la forma en que se lleva a cabo. Algunas actividades de mantención, no pertenecientes directamente a los procesos de vinificación, también generan una parte de los riles. Por ejemplo, para el uso de barriles nuevos en forma inmediata, existe un procedimiento de saturación con agua tibia con el objeto de verificar si el barril presenta goteo. Si el barril es viejo se debe enjuagar a presión hasta que el agua salga limpia (a juicio del observador). Si no se logra arrastrar todo el sedimento, es necesario remojar el barril durante 24 horas y repetir el proceso de lavado nuevamente. Las barricas pueden utilizarse por más de una vez, siendo práctica habitual la higienización de éstas antes de su reutilización. 22
  • MATERIAL VINÍCOLA USO DE AGUA EN EL PROCEDIMIENTO Material de cosecha: Sí, se recomienda un lavado con abundante Cajas plásticas agua a presión y escobillado una a dos veces Cajones (metálicos, madera, por día. plástico) En algunos casos se recomienda desinfección con solución de anhídrido sulfuroso u otros productos. Recipientes de transporte Sí, lavado frecuente interior y exterior con agua a presión para posterior desinfección. Materiales de extracción de jugo Sí, enjuague con abundante agua a presión y desinfecciones periódicas Canalizaciones (tuberías, codos, uniones): Sí, limpiar con agua a presión, desinfectar si Fijas (acero inoxidable, vidrio, ha estado en poco uso. etc.) Sí, limpiar diariamente con abundante agua y periódica e intensamente con detergentes y Móviles (goma, plástico, etc.) escobillado, para desinfectar y escobillar con agua clara. Transportadores de materia Sí, debe realizarse un lavado con agua y prima u otros productos escobilla cada vez que tenga una parada importante y por lo menos una vez al día. Cubas: Acero (revestido, inoxidable) y Sí, destartraje y desinfección. plásticas Se recomienda un enjuague adicional con Cemento ácido tartárico, a fin de evitar la depositación del tártaro en las paredes. Accesorios de cuba Sí, realizar limpieza y desinfección en forma periódica Tabla 3.2: Materiales vinícolas y su higienización (CCV, 1999) 3.4 Características de los Riles vinícolas La producción de la industria vitivinícola es una actividad estacional, donde el fuerte de la producción ocurre entre Febrero y finales de Mayo (hemisferio sur), comprendiendo las etapas de vendimia y fermentación. En la primavera, se realizan las etapas de trasiego y filtración, mientras que en los meses de invierno y verano, las labores de mantenimiento. La anterior condición genera descargas de emisiones líquidas con características estacionales. En industrias vitivinícolas de Europa, Torrijos y Moletta (2002) indican que el 60 al 70% de los residuos líquidos se producen en la época de la vendimia y fermentación. Por otra parte, los datos registrados en Chile indican que la cantidad de los efluentes producidos durante la vendimia corresponden, en promedio, a un 40% de los efluentes anuales (CCV, 1999). 23
  • Así mismo, los volúmenes de riles generados difieren de una bodega a otra. Según Torrijos y Moletta (1997) una planta de vinificación con producción menor a 10.000 hectolitros anuales, presenta 1,09 litros de agua residual por litro de vino producido. Cifras expuestas por Labaronne Citaf (2003), muestran una relación de 0,8 litros de agua por kilo de uva procesado para los países vinícolas europeos, y una producción de 0,75 litros de vino por kilo de uva procesado. Los anteriores valores indican que la producción de residuos líquidos se encuentra del orden de 0,6 litros por litro de vino producido. Sin embargo, en Chile, según la Corporación Chilena del vino (1999), la misma relación supera los 2 litros de riles por litro de vino producido. El agua consumida en las operaciones de limpieza, fuente principal de los residuos líquidos totales de vinificación, arrastra partículas en suspensión y materia orgánica. Estos riles se caracterizan por poseer una alta carga orgánica generada por la presencia de azúcar, alcohol, ésteres, glicerol, ácidos orgánicos, (tartárico, málico, láctico, acético), sustancias fenólicas (materias colorantes y taninos) y una numerosa población de levaduras y bacterias. Se puede decir que la composición de los riles es básicamente la misma de los vinos, pero en distintas proporciones. Dependiendo de la etapa productiva de la cual provengan, los residuos líquidos contendrán dos tipos de contaminantes principales: • Las materias primas y los productos acabados: Orujos, semillas, pulpas, mostos, borras o incluso vinos arrastrados durante los lavados o derrames accidentales; • Los productos utilizados en las operaciones de estabilización, las filtraciones o para la limpieza y la eliminación del tartrato de las cubas. Los parámetros de DQO y SST medidos en distintas plantas demuestran que los niveles máximos de contaminación se producen tras la realización de los siguientes procesos (CEPIS, 1991): • Clarificación o separación del mosto, definida por la separación de la pulpa y el mosto tras la sedimentación; • Primer trasiego, luego del fin del proceso de fermentación alcohólica. Se traslada el vino a otra cuba de almacenamiento, eliminando orujos, semillas y borras; • Segundo trasiego, posterior a la estabilización. En él se separa el vino de las levaduras y residuos de la purificación, tales como borras, cristales y sales tartáricas, entre otros. Una alta concentración de materia orgánica, con valores medios de DQO entre los 15.000 a 20.000 mg/l, y concentraciones de DBO5 entre 5.000 a 10.000 mg/l, caracteriza los riles vinícolas. Estas concentraciones difieren entre bodegas, pues 24
  • dependen estrechamente de las cantidades de agua utilizada (Flanzy, 2003). Tienen una ausencia marcada de N y P con una relación DBO5/N/P cercana a 100/1/0,3. Respecto a la presencia de materia orgánica, está se encuentra esencialmente en forma soluble. Una decantación gravitacional tendrá, por lo tanto, poco efecto sobre la reducción de la concentración de materia orgánica de los efluentes. No obstante, el contenido de sólidos en suspensión, como semillas, sales tartáricas y tierras de filtración, es fácilmente decantable y puede ser separado de la línea de aguas efluentes. El pH en estos efluentes es normalmente ácido aunque con valores básicos puntuales durante las operaciones de limpieza con productos alcalinos u organo- clorados y durante las operaciones de eliminación química de tartrato. Los riles vinícolas se caracterizan por la ausencia de metales pesados y de elementos tóxicos. Sin embargo, por el gran contenido de materia orgánica, la descarga directa a cauces naturales produce una intensa multiplicación de los microorganismos que agotan el oxígeno disuelto y perjudican la flora y fauna del medio. Además, la materia en suspensión arrastrada en estos efluentes, impide el paso de la luz necesaria para el proceso fotosíntesis, que representa una fuente de oxigenación de las aguas. Considerando las anteriores características y los caudales relativamente altos descargados por algunas viñas, el área industrial se ve obligada a la instalación de unidades de tratamiento previa a la descarga a cauces naturales. Al definir estas últimas es necesario considerar que los efluentes son biodegradables en su mayoría, a excepción del contenido de polifenoles que son más difíciles de degradar. 3.5 Descripción de los procesos fuentes de aguas residuales con potenciales de reducción futura Como se hace mención en el punto 3.2, las actividades generadoras de riles se relacionan estrechamente con los procesos de higienización y limpieza realizados en las bodegas, los procesos de climatización y el uso doméstico de las aguas. Es necesario poner atención a las pérdidas producidas por derrames y por goteo debido a fugas y problemas en las conexiones de aguas. Para identificar las posibilidades de minimización de riles en bodegas, se describe, a continuación, los procesos de mayor recurrencia en el proceso productivo (CCV, 1999). 25
  • 3.5.1 Procedimiento nº1: Manejo de Barricas Las barricas son envases de madera, comúnmente de 225 litros, utilizadas en el proceso de envejecimiento. El objeto de su uso es dar una oxidación lenta y adicionar fenoles a la composición del vino, agregando bouquet y complejidad a su sabor. Para su fabricación se usan distintas clases de madera, siendo las más frecuentes la madera de roble francés y roble americano. En la vinificación, las barricas utilizan agua de proceso en los siguientes casos: • Manejo de barriles nuevos: Con el objeto de verificar la presencia de filtraciones; • Manejo de barricas usadas: Para la limpieza aplicada luego del trasvase de vino a embotellación. • Manejo de barriles nuevos Para comprobar la presencia de filtraciones en las barricas sin uso, es necesaria la saturación de la madera mediante los siguientes pasos: • Se ubican las barricas verticalmente, agregando 20 litros de agua entre 38ºC y 50ºC; • Se voltean las barricas y giran sobre su eje horizontal hasta empapar todas sus paredes. Se vuelve a la posición vertical, apoyando en el suelo la base inferior de la barrica; • 24 horas después, se voltea, vacía y luego llena con agua tibia entre 30ºC y 50ºC, dejando reposar entre 1 o 2 días. Si la barrica no tiene goteo, está lista para usarse. En caso contrario, se repite la operación y se desinfecta su interior mediante la combustión de una mecha de azufre. • Manejo de barriles usados Después de utilizada y vaciada la barrica, pueden permanecer dentro de ella entre 3 y 4 litros de vino. La manera de proceder es distinta según la utilidad inmediata que se le dará a la barrica. Si esta última será guardada vacía por un largo periodo, se utiliza el siguiente procedimiento: • Vaciar el contenido de la barrica dejándola boca abajo durante 5 minutos aproximadamente; • Enjuagar la barrica con agua tibia, evitando temperaturas altas. El ideal es usar un buen inyector con alta presión hasta que el agua salga limpia; • Se recomienda sacar todo sedimento revisando bien el interior de la barrica, ya sea con luz o mediante limpieza con un pequeño cepillo; • Si no se ha logrado su limpieza, dejar remojando con agua por 24 horas y proceder a lavar nuevamente; 26
  • • Luego, dejar secar boca abajo por 24 horas y azufrar el interior, manteniéndolo boca abajo por una o dos semana en un lugar fresco y ventilado; • Cuando esté seco, colocar el tapón, reazufrando si es necesario. Si la barrica ha de usarse inmediatamente, es necesario considerar la vida útil que posee el material, el cual se encuentra entre 5 y 6 años. La madera es un material de alta porosidad, por lo que someterla en forma excesiva al proceso de higienización afectará el tiempo de uso que pueda dársele. 3.5.2 Proceso nº2: Lavado de cubas Las cubas son grandes recipientes de materiales diversos como la madera, acero inoxidable y hormigón, en las cuales se almacena los mostos para ser sometidos a fermentación y a vinificación. Según el material de la cuba, se aplica distintos tipos de higienización, los cuales se realizan después de un trasiego3 o un remontaje, siendo aplicadas, también, las higienizaciones preventivas. La limpieza de las cubas se basa en el control de su integridad, destartraje y desinfección. El destartraje es un proceso químico, consistente en la aspersión recirculada de una solución alcalina, con el cuál se elimina el tartrato acumulado en las paredes de la cuba tras las etapas de fermentación. Un procedimiento al cual se aplica especial atención es a la higienización de cubas de acero, descrito por la Corporación Chilena del vino (1999): • Se debe abrir el portalón inferior del tanque y pulverizar con un equipo de alta presión para remover todas las semillas y orujos. Se recomienda el uso equipo de lluvia o challa si fuera necesario; • Unir mangueras y cuba a un recipiente o tina de lavado. Antes de comenzar, se recomienda verificar que el estanque esté limpio de semillas y orujos; • Se agrega el volumen de agua caliente de lavado a la tina o recipiente para disolver soda cáustica (hidróxido de sodio, NaOH). La cantidad depende de cuan sucio esté el estanque; • Cerrando todas las puertas del tanque y la válvula inferior, dejando la válvula de drenaje abierta se bombea la solución de carbonato de sodio dentro del tanque; • Después que toda el agua de solución en el interior del tanque, se recircula; 3 Trasiego corresponde al proceso donde el vino es trasladado a una cuba limpia utilizando mangueras y bombas. 27
  • • Al detener el proceso, se debe chequear si en el recipiente lavador se encuentran coágulos, de ser así, es necesario añadir más soda; • En la parte superior del tanque, usando una esponja de fregar se controla la limpieza del proceso; • La soda se bombea a la línea de riles fuera de la bodega o a un estanque auxiliar con mangueras de servicio; • Para finalizar el proceso, se debe eliminar la soda que puede adherirse a las paredes del tanque utilizando una solución ácida4. La presencia de soda en la cuba podría dañar la calidad del proceso de vinificación. Imagen 3.1 Cubas de acero inoxidable 3.5.3 Proceso nº3: Lavados de filtros La calidad de los vinos es juzgada principalmente por propiedades sensoriales. Por esta razón, su limpieza y claridad es controlada dentro de los procesos de vinificación. La eliminación de borras, cristales y sales debe realizarse sin alterar su sabor y aroma, por lo que se privilegia las separaciones físicas de los sólidos. El principio de todos los filtros vinícolas es retener las partículas en suspensión. Los distintos tipos de filtro difieren en su capacidad de retención, permitiendo el paso de ciertos elementos y retener otros, según el tipo de vino que se esté filtrando. Los más utilizados son los “Filtros por aluvionado”, conocidos como filtros de tierra, que utilizan capas de diatomeas (algas fosilizadas) con el objeto de adsorber levaduras y bacterias presentes en el vino luego del primer trasiego; y los filtros de placas, que retienen los microorganismos no eliminados en los filtros de tierra, además de algunos coloides. Cada uno de los tipos de filtros representa una técnica diferente, que combinadas permiten una clarificación de los vinos muy eficiente. Sin embargo, es importante 4 Es práctica común incluir un enjuague con agua antes de realizar la eliminación de la soda con una solución ácida. Sin embargo, este procedimiento bibliográfico podría cuestionar lo anterior. 28
  • recordar las deficiencias de cada uno de ellos. Mientras los filtros de tierra eliminan las diatomeas junto con las aguas residuales de lavado, aumentando la carga orgánica; las telas5 de los filtros de placa representan uno de los residuos sólidos a disponer por una bodega. • Lavado de filtros de placa El filtro de placa se utiliza en todos los tipos de vino producidos en la planta antes del proceso de embotellado. El lavado de filtro de placas se realiza antes de su uso para eliminar el olor a celulosa de las telas, que podría alterar el sabor del vino. A diferencia de la gran mayoría de los lavados, solo se utiliza agua y ácido cítrico. El procedimiento de lavado es el siguiente: • Se instalan dos filtros de placa en serie con una tina de acero de aproximadamente 200 lts; • El primer enjuague se realiza con agua blanda, vertida directamente a una canaleta, por un tiempo a criterio del operador; • Se realiza la circulación de una solución de agua caliente más ácido cítrico durante 15 minutos, que se descarta a una canaleta; • Un enjuague del ácido cítrico con agua blanda finaliza el proceso. En este proceso no existe recuperación de las telas. Es posible utilizarlas dos veces, si el vino a filtrar la segunda vez posee más color que el primero. Imagen 3.2 Filtro de placas 5 La tela se refiere al medio filtrante poroso utilizado en los filtros de placa para la eliminación de cristales y sales presentes en los vinos. 29
  • • Lavado de filtro de tierras El filtro de tierra se usa en el proceso de clarificación de vinos, en todos aquellos producidos en la planta. El lavado de este equipo sigue un procedimiento muy similar al lavado de cubas, utilizando agua tibia, soda y ácido cítrico. El agua es ingresada desde el estanque del filtro, que tiene una capacidad de 1000 litros. En el estanque de filtro de tierra se encuentran entre 18 y 22 kilos de tierra filtrante o de diatomeas, medio filtrante utilizado en el proceso, y que son arrojadas a las canaletas junto con el agua de descarte en el momento del lavado. Por esta razón, el proceso aporta una gran cantidad de sólidos suspendidos a los riles, pudiendo controlarse antes de su ingreso a las canaletas. Basándose en las normas restrictivas impuestas por Francia respecto a la eliminación de diatomeas a cauces naturales (Flancy, 2002), es posible considerar este proceso como uno de los aportes más importantes de carga orgánica en el agua residual. Imagen 3.3 Filtro de tierras • Lavado de filtro de vacío El filtro de vacío se utiliza en el proceso de extracción de borras de los vinos, principalmente los blancos. El tamiz se encuentra en la superficie de un tambor rotativo en contacto con el producto a filtrar más la tierra de diatomeas. Con un cuchillo se raspa la superficie del tambor constantemente, eliminando las borras unidas a las diatomeas, mientras el vino es succionado hacia el centro del tambor por medio de vacío. 30
  • El lavado sigue un procedimiento muy similar al lavado de cubas, usando agua caliente, soda y cítrico en el mismo orden. El agua es ingresada desde un estanque de 1000 litros, usando aproximadamente la mitad de su capacidad. En este proceso no existen aportes de carga orgánica por causa de las diatomeas, pues son separadas de la línea de aguas y dispuestas como residuos sólidos. Imagen 3.4 Filtro de vacío 3.5.4 Otras actividades Muchas otras actividades de higienización se realizan en una bodega que presentan una menor frecuencia de uso. Por ejemplo, aquellas relacionadas con la preparación de la vendimia y la higienización de equipos una vez terminada esta etapa. Además, se encuentran todas las actividades de refrigeración de las cubas y las pérdidas en las redes que transportan el agua de proceso. • Lavado de bins Los bins son contenedores plásticos que almacenan la uva a la llegada a la planta y permiten ingresarla a las tolvas de recepción. El lavado de bins se realiza sólo usando agua durante todo el proceso de vendimia y al finalizar ésta. Durante la vendimia se realiza de manera superficial a modo de enjuague, guardando los bins en el área de recepción de la uva. Al finalizar ésta, se lavan profundamente usando el hidrojet. La finalidad de este lavado es eliminar la suciedad que puedan tener, como orujos y tierra. Se utilizan dos operarios para realizar el procedimiento, sin más elementos que las mangueras a presión para extraer el polvo y suciedad acumulados. 31
  • • Lavado de pisos Debido a la eliminación accidental de ciertos residuos líquidos o sólidos, los pisos de la bodega deben higienizarse de manera ligera. Para ello, es práctica común usar el agua de las mangueras disponibles para el lavado de cubas y otras maquinarias, arrastrando suciedades con volúmenes no cuantificables de agua. • Baño de las cubas para refrigeración La ducha por los mantos exteriores de las cubas, descrita en el punto 3.3.1, es un procedimiento que ha sido desplazado por las chaquetas de refrigeración, donde se hace circular glicol por el cuerpo de la cuba, logrando el descenso de la temperatura. A pesar de lo anterior, las chaquetas de frío no representan una alternativa cómoda de manejar. Cuando los gradientes de temperatura a disminuir son pequeños, la mayoría de los operarios prefiere la aplicación de las duchas. El agua que circula por los mantos externos carece de control de volúmenes, tiempos de aplicación o presión, convirtiéndose en parte de los riles no cuantificados originados en bodega. No representan un aporte de carga orgánica, solo de caudal. • Lavado de la maquinaria de vendimia La maquinaria de vendimia es higienizada en forma poco profunda todos los días durante el periodo. Una limpieza profunda se realiza como parte de los preparativos a la vendimia y cada vez que la recepción cambia de cepa vinífera. Los lavados se realizan con agua sin aditivos químicos, arrastrando los rastrojos de la materia prima utilizada, parte del mosto y polvo. • Lavado de camiones Aquellas viñas que reciben aportes de producto vinificado en otras plantas para su embotellación, manejan dentro de sus operaciones la higienización de los camiones de transporte de vino. El estanque se estos camiones, de acero inoxidable, puede considerarse como una cuba de 10.000 litros y es sometida al mismo sistema de limpieza utilizado en ellas. 32
  • 4 DIAGNÓSTICO DE OPERACIÓN DE PROCESOS DE LA PLANTA DE VINIFICACIÓN EN ESTUDIO Una vez determinadas las fuentes teóricas de los consumos de agua en cualquier planta de vinificación, se prosigue con el análisis detallado sus usos en cada uno de los procesos, para el caso particular de la bodega analizada. Una correcta cuantificación de los materiales o insumos de la bodega, más los resultados del proceso, generan un balance de materiales que define el escenario en el cual la planta de producción debe comenzar el mejoramiento continuo de la producción. 4.1 Cuantificación del agua de procesos La cantidad de agua consumida por una planta vitivinícola depende en gran medida del tamaño de producción y la tecnología que posea. En Chile, la mayoría de las bodegas cuentan con una fuente propia de agua, lo que permite cuantificar fácilmente el total del consumo. Para la bodega en estudio, el agua es extraída desde pozo y utilizada en las operaciones de higienización, refrigeración y consumo doméstico. Se clasifica en tres tipos: • El agua dura, utilizada para la generación de aguas blandas y el consumo doméstico; • El agua blanda6, utilizada en las labores de higienización y refrigeración; • El agua a caldera, que alimenta la red de agua caliente necesaria en las labores de higienización. La bodega vitivinícola registra el agua de consumo durante todo el año, dando énfasis a los gastos realizados durante las vendimias. Es práctica usual en las industrias, comparar los gastos de agua con las materias primas procesadas. De esta manera, se obtiene un índice que describe la eficiencia de los procesos. De acuerdo a un estudio realizado por Labaronne Citaf (2003) en distintas viñas chilenas, la Razón generación de Riles/Kilos de uva procesado en nuestro país es de 8:1, mientras en Francia, es de 0,8:1. En cuanto a la DBO5 y DQO contenida en las aguas residuales, Chile presenta valores de 4.500 y 11.000 mg/l respectivamente, mientras Francia presenta valores de 7.500 y 15.000 mg/l. Aunque las etapas de vinificación en Chile y en Francia son de gran similitud, los procesos de higienización son distintos. En Francia los principios de Producción más Limpia se encuentran incorporados a las prácticas habituales de limpieza, 6 Eliminar la dureza del agua es necesario para evitar la corrosión de las redes y alimentar la red de agua caliente. 33
  • razón por la cuál gastan 10 veces menos agua y contaminan 5 veces menos que en Chile. El parámetro Litros Ril/Kilos uva procesada estima los consumos del recurso agua según la recepción de uva que tenga una bodega en particular. Un primer cálculo del parámetro utiliza la recepción de uva de un año determinado y el volumen de riles generado durante los meses en que ésta se produjo. En el Anexo A, se observa el registro de vendimia 2003 y 2004, de la cuál es posible calcular la razón generación de Riles en vendimia versus los kilos de Uva procesado por mes. La planta de vinificación estudiada está compuesta por dos bodegas que producen en forma separada. Es la bodega 1 la que cuenta con el proceso de embotellación, de esta manera, la bodega 2 debe trasladar sus vinos a la bodega 1 para terminar la cadena de producción. Si se comparan los gastos de agua en cada una de las bodegas, la bodega 2 gasta un 70% del total de la bodega 1. La Tabla 4.1: Razón Litros Ril vs. Kilos de uva procesados durante el periodo de vendimia, muestra los siguientes resultados. Uva Blanca Uva Tinta Caudal a Planta Riles Razón Ril/Uva kg/dia kg/día m3/dia Lt/Kg 2003 2004 2003 2004 2003 2004 2003 2004 5.480.540 5.309.750 7.297.950 7.400.560 43.079 43.462 3,37 3,42 Tabla 4.1: Razón Litros Ril vs. Kilos de uva procesados durante el periodo de vendimia La producción de vinos, al ser de carácter estacional, recibe cargamentos de uva solo durante el periodo de vendimia, sin embargo, los procesos de vinificación descargan sus residuos líquidos continuamente durante todo el año. Es por eso que el parámetro Litros Ril/Kilos uva procesados debe analizarse para el volumen anual recibido por la planta de tratamiento. En la Tabla 4.2: Registro histórico caudales de riles y kilos de uva procesados, se observa el registro de caudales afluentes a la planta de tratamiento y la recepción de uva anual para los años 2002 y 2003. 34
  • AÑO MES Q Riles Recepción uva Relación m3/mes Kg/mes Lts Ril/Kg uva Enero 3.888 - Febrero 3.696 425.770 Marzo 13.165 5.170.159 Abril 12.432 7.549.770 Mayo 7.423 251.040 2002 Junio 4.679 - Julio 6.885 - Agosto 6.528 - Septiembre 4.017 - Octubre 6.950 - Noviembre 5.632 - Diciembre 6.516 - TOTAL 2002 81.811 13.396.739 6,1 Enero 7.021 - Febrero 6.910 590.190 Marzo 11.103 4.721.080 Abril 14.640 5.989.360 Mayo 11.600 1.477.860 2003 Junio 8.330 - Julio 8.940 - Agosto 6.572 - Septiembre 4.342 - Octubre 5.464 - Noviembre 2.410 - Diciembre 3.960 - TOTAL 2003 91.292 12.778.490 7,1 Tabla 4.2: Registro histórico caudales de riles y kilos de uva procesados Considerando los caudales anuales de residuos líquidos, el índice varía considerablemente respecto al cálculo realizado en periodo de vendimia. Los valores encontrados para el año 2002 y 2003 son de 6,1:1 y 7,1:1 respectivamente, acercándose a los índices promedios del sector indicados por Labaronne Citaf. El registro de consumo representa una primera aproximación al balance de agua en la planta. Sin embargo, debe realizarse un análisis detallado de los gastos en cada una de las operaciones consideradas como las principales fuentes de riles. 35
  • 4.1.1 Procesos de Higienización Las prácticas de higienización realizadas en terreno por las bodegas, difieren de los procedimientos teóricos descritos en el Capítulo 3. Los factores principales son las condiciones de operación de cada bodega, las prácticas de los operarios y las exigencias establecidas por el área de enología, entre otros puntos. Es así como cada procedimiento anteriormente descrito, debe ser observado en la práctica, obteniendo un valor aproximado de los consumos de agua en cada uno de ellos. • Lavado de Barricas Depende en gran parte del número de barricas utilizadas en el proceso, la cantidad y experiencia de los trabajadores y las tecnologías adoptadas en la planta de producción. En el caso de las últimas, se observa diferentes tipos de lavado entre las bodegas 1 y 2. En la bodega 1 se realiza el lavado manual de barricas. El proceso se aplica en dos barricas en forma simultánea, utilizando una presión de red de 2,5 a 3 Kg/cm2 y es descrito en los pasos siguientes: • Ubicando la barrica en posición horizontal, se deja escurrir los residuos de vino o borra en una tina de acero; • En la misma posición, la barrica es conectada al pistón de agua, lavando su interior con agua caliente y haciéndolo girar en torno a su eje vertical con el objeto de barrer todas sus paredes. La operación dura aproximadamente 30 segundos; • Se deja escurrir el agua caliente; • Se procede a enjuagar con agua fría, bajando la temperatura de la madera, durante aproximadamente 1 minuto; • Se deja que el agua fría escurra; • El proceso completo tiene una duración de 1,5 a 3,5 minutos dependiendo de la experiencia del operador. 36
  • Imagen 4.1 Lavador de barricas manual Para cuantificar el volumen de agua utilizado durante el proceso, se ha realizado para este estudio, dos tipos de mediciones, usando aforos volumétricos y flujómetro infrasónico. De los datos observados en la Tabla 4.3: Consumo promedio utilizado en el lavado manual de barricas, se determina que el volumen promedio utilizado es en promedio de 46,1 litros y un tiempo de lavado de 1 minuto 41 segundos por barrica. Agua Total Tiempo Tiempo Tiempo total Tipo agua Agua Fría Caliente agua agua escurrimiento proceso Medición [L] [L] [L] [seg] [seg] [min] 1 33,0 33,0 66,0 60,6 58,00 1,98 2 13,1 24,6 37,7 35,00 60,00 1,58 3 13,1 18,5 31,5 30,00 75,00 1,75 4 17,4 24,6 42,0 40,00 49,00 1,48 5 10,4 17,2 27,7 36,00 56,00 1,53 6 16,5 18,5 35,0 34,00 85,00 1,98 7 48,6 27,2 75,8 35,00 48,00 1,38 Promedio 21,7 23,4 45,1 38,7 61,57 1,67 Tabla 4.3: Consumo promedio utilizado en el lavado manual de barricas Aunque el caudal de lavado esté definido por la presión existente en la red, el volumen final de los lavados de barrica está determinado por el tiempo empleado por el operador, convirtiendo el consumo de agua en una variable de poca exactitud y bajo control. Debe considerarse, además el alto porcentaje de rechazo en la calidad de la higienización de las barricas. Es práctica común que el lavado se repita entre un 80 y 100% de las veces. 37
  • El lavado de barricas en la bodega 2 se realiza mediante una máquina automática de lavado fijo de dos posiciones, donde el operador se encarga de posicionar las barricas para el lavado utilizando una grúa horquilla. Esta máquina debe conectarse a la red de agua caliente o fría según la etapa de lavado utilizado, siendo programable el tiempo de recorrido del agua en la barrica. Lo recomendado en el medio alcanza a los 2 minutos, sin embargo, para asegurar un buen lavado, se observa el uso de 5 minutos. La presión utilizada para el lavado es de 0,5 bar. • Lavado de cubas Este procedimiento es el que se realiza más veces por día y por periodo. Para la realización del proceso se forman cuadrillas de lavado de cubas que trabajan en dos turnos, integradas por 5 operadores en periodo de vendimia y 2 a 3 operadores en periodo normal. Cada operador de la cuadrilla puede lavar entre 6 a 7 cubas por día, las que cuentan con tamaños variables entre 5.000 litros y 200.000 litros. Imagen 4.2 Vista superior de cuba de 50.000 litros La existencia de un procedimiento escrito permite que el lavado sea aplicado sin grandes variaciones entre los operadores. Los puntos descritos a continuación definen un lavado de cuba aplicado en terreno: • Primer enjuague con agua a pérdida por un tiempo definido por el operador, presión de red entre 2,5 a 3 bar; • Circulación de agua y soda, mezclada en tina de acero con capacidad de 500 a 600 lts. Se agregan 25 kilos de soda. Se recircula durante 15 minutos aproximadamente; • Enjuague de la soda residual en la cuba con agua caliente, ingresada desde la misma tina de acero. 38
  • • Circulación de agua y ácido cítrico, mezclado en tina de acero de 500 a 600 lts una cantidad de 25 kilos. La recirculación se realiza durante 15 minutos aproximados; • Enjuague del ácido cítrico residual con agua caliente. El agua ingresa desde la misma tina de acero; • Enjuague final con agua fría desde la misma tina de acero. Imagen 4.3 Tina de lavado de acero inoxidable Como el proceso se realiza utilizando tinas de acero inoxidable, es posible aforar los volúmenes utilizados en cada lavado. En la Tabla 4.4: Medición del volumen utilizado en el lavado de cubas, se observan las mediciones realizadas para dos lavados de cuba provenientes del primer trasiego. 39
  • Lavado de cubas Cuba 1 Cuba 2 Primer enjuague: • Caudal estimado [l] 554 • pH - 12.1 • Temperatura salida [°C] 48 Soda + agua caliente: • Caudal estimado [l] 531 525 • pH 12.2 8.1 • Temperatura salida [°C] 47 23 Enjuague de soda: • Caudal estimado [l] 561 555 • pH 11.2 11.6 • Temperatura salida [°C] 50 48 Cítrico + agua caliente: • Caudal estimado [l] 520 523 • pH 2.6 2.5 • Temperatura salida [°C] 49 44 Enjuague de cítrico • Caudal estimado [l] 513 528 • pH 4.3 3.4 • Temperatura salida [°C] 29 34 Enjuague final: • Caudal estimado [l] 552 • pH 7.6 - • Temperatura salida [°C] 7 Tabla 4.4: Medición del volumen utilizado en el lavado de cubas Utilizando la anterior medición se estima que los volúmenes de lavado dependen de las tinas utilizadas en el proceso, calculando el promedio de gastos de la Tabla 4.5: Consumo promedio utilizado en el lavado de cubas. Valores promedios observados en lavado de Cubas Volumen por operación [l] 550 n° operaciones 5 Volumen parcial [l] 2750 Caudal [l/s] 0,61 Tiempo enjuague inicial aproximado [min] 20 Volumen enjuague inicial [l] 733,3 Volumen total operación [l] 3483 Volumen aproximado [l] 3500 Tabla 4.5: Consumo promedio utilizado en el lavado de cubas 40
  • La existencia de cubas de distintos tamaños permite manejar los volúmenes de lavado según cual de ellas se necesite higienizar. Es razonable pensar que una cuba de 10.000 litros puede higienizarse con menor volumen de agua que una cuba de 50.000 litros. Sin embargo, los procedimientos escritos son poco claros al respecto y es posible observar que los operarios prefieren lavar con volúmenes ya conocidos y mantener las concentraciones de soda y ácido cítrico. Ateniéndose a los procedimientos escritos, es frecuente que los operarios agreguen 25 kilos de soda y ácido cítrico a tinas con capacidades que varían entre 500 y 1000 litros, obteniendo concentraciones de solución mayores a 2,5% y 3%. Es así como se observa que el concepto de concentración de solución no es comprendido, lo que se traduce en consumos mayores de soda y ácido cítrico a los requeridos según los procedimientos establecidos por la bodega. • Lavado de filtros El lavado de filtros, aunque no es un proceso que se realice en forma periódica, aporta un volumen de riles de consideración que contienen una alta carga de sólidos suspendidos, originados por la presencia de las tierras filtrantes. No se observa ningún lavado de filtro de vacío o de tierras, pero se consideran los volúmenes descritos en los procedimientos del Capítulo3 para caudales de 0,6 L/s. Igualmente, para el lavado de filtro de placas, se observa que el procedimiento aplicado es semejante al anteriormente descrito en el punto 3.4.3, registrando los volúmenes de agua expuestos en la Tabla 4.6: Consumo promedio utilizado en el lavado de filtros. Filtro de Filtro de Filtro de tierras placas Vacío [l] [l] [l] Enjuague inicial 1000 900 500 Solución Soda 1000 - 500 Enjuague 1000 - 500 Solución Cítrico 1000 200 500 Enjuague 1000 540 500 Total 5000 1640 2500 Tabla 4.6: Consumo promedio utilizado en el lavado de filtros En el caso de este procedimiento, se observa que más importante que la reducción de volumen consumido, lo central es la disminución de sólidos suspendidos, que pueden ser eliminados como residuos sólidos desde la bodega. 41
  • En la Tabla 4.7: Resumen de consumos por operación cuantificada, es posible definir en forma aproximada los siguientes volúmenes de agua: Nombre del Proceso Volumen de gasto Tiempo operación Caudal [L] [min] [L/s] Lavado de Barricas Manual 53 1,5 0,6 Lavado de cubas hasta 50.000 litros 3500 60 0,6 Lavado de cubas 100.000 litros 8000 60 Lavado de Filtos Filtro de Tierras 5000 Filtro de Vacío 2500 Filtro de placas 1640 40 0,7 Tabla 4.7: Resumen de consumos por operación cuantificada 4.1.2 Aguas no cuantificadas de proceso Los procesos donde no es posible medir el consumo, como: Lavado de bins, maquinaria de vendimia, suelos y refrigeración a pérdida, son clasificados como “Procesos no Cuantificados”. Adicionalmente, de todos los procesos cuantificados, es posible identificar un porcentaje de agua que no es utilizada y es eliminada directamente a una canaleta o al piso. Para una correcta higienización de los equipos de bodega, es necesario que la red de agua caliente cubra las instalaciones en las cuales se necesita aplicar. La falta de tomas de agua caliente en parte de la bodega, implica el uso de mangueras de gran longitud. De este modo, las pérdidas de agua dependen del estado en que éstas se encuentren y la distancia a la cuál esté la toma de agua, sufriendo pérdidas de temperatura y tiempo del operador cuando debe dar término al consumo de agua. 4.1.3 Registro de aguas a planta de tratamiento y sus características Cuando las bodegas de vinificación cuentan con una planta de tratamiento de riles, es posible llevar un registro acabado de volúmenes de agua residual y sus características. Los parámetros físico químicos medidos para el análisis de aguas entregan un perfil de las características principales de un agua residual. Se controlan como valores de entrada el caudal diario, pH, Temperatura, DBO compuesta, DQO compuesta y SST. 42
  • En Anexo B.1, se observa el registro llevado por la Planta de Tratamiento de riles para la vendimia 2003, mientras en Anexo B.2, se observa el registro de parámetros para el periodo normal del año 2003. Se debe recordar que la DBO y DQO medida en la planta representa las muestras compuestas durante 24 horas. El registro se realiza cada siete días siguiendo un calendario definido en forma aleatoria, evitando que una posible periodicidad en las actividades en la planta influencie de alguna manera los promedios. Un breve análisis de los anteriores datos nos entrega valores promedios, máximos y mínimos para caudales de ingreso a la planta, DBO y DQO, indicados en la Tabla 4.8: Caudales afluentes, DQO y DBO medidas en Planta de tratamiento de riles vitivinícolas. Mes Caudal m³/d DQO mg/L DBO mg/L Promedio Máximo Mínimo Promedio Máximo Mínimo Promedio Máximo Mínimo Feb-03 246,8 440,0 100 1781,3 2600,0 1160 1795,0 2560,0 920 Mar-03 333,0 578,0 13 5226,7 6635,0 4070 4066,7 4500,0 3700 Abr-03 486,4 757,1 170 5693,0 8740,0 3980 2635,0 3600,0 740 May-03 371,7 587,9 18,53 3333,4 3900,0 2494 2220,0 3100,0 1400 Jun-03 276,8 468,4 30 4215,3 4490,0 3820 2983,3 3550,0 2000 Jul-03 256,0 479,9 10 3790,0 5240,0 2340 2554,5 3700,0 1409 Ago-03 242,5 537,0 3 3480,0 6280,0 2000 2293,8 5132,0 1120 Sep-03 167,0 481,0 10 3715,0 5740,0 2600 1402,5 3246,0 106 Oct-03 188,3 410,0 10 3660,0 4550,0 2730 2547,8 3302,0 1596 Nov-03 86,1 240,0 10 2646,7 2920,0 2380 1973,3 2900,0 1500 Dic-03 127,7 250,0 10 2830,0 3620,0 1630 2058,0 2810,0 1180 Ene-04 135,9 230,0 10 3160,0 3660,0 2480 2575,0 2900,0 1900 Tabla 4.8: Caudales afluentes, DQO y DBO medidas en Planta de tratamiento de riles vitivinícolas En el Gráfico 4.1: Caudales afluentes a Planta de Tratamiento, se muestra la variación de los parámetros antes indicados: Gráfico 4.1 Caudales afluentes a Planta de Tratamiento 800,0 Q Promedio 700,0 Q Máximo 600,0 Caudal m³/d 500,0 400,0 300,0 200,0 100,0 0,0 Feb-03 Mar-03 Abr-03 May-03 Jun-03 Jul-03 Jul-03 Ago-03 Sep-03 Oct-03 Nov-03 Dic-03 Mes 43
  • Las curvas Q promedio y Q máximo exponen que el periodo de mayor consumo de aguas se encuentra exactamente en el periodo de vendimia, entre los meses de Febrero a Junio. Aunque existe un caudal superior a los 500 m3/d en el mes de Julio, solo representa un valor puntual, pues el valor promedio en este mes es decreciente en relación al anterior. Los valores de máximo aporte en residuos líquidos se encuentran en el orden de los 750 m3/d, mientras el aporte promedio máximo alcanza los 500 m3/d. El valor promedio del aporte de riles en vendimia es de 360 m3/d, mientras en el periodo normal, alcanza un valor de 185 m3/d. El caudal de riles en el periodo normal es cercano al 50% del promedio en vendimia. De igual manera, el caudal promedio anual representa un 50% del caudal máximo. En particular, para el Gráfico 4.2: Caudal de riles Abril 2003, mes donde se encuentra el mayor caudal de riles, la razón Q promedio/Q máximo es de un 63%. Si se observa los caudales diarios de este mes, cuyo promedio se encuentra en 486 m3/d, existen 15 valores sobre el promedio. Es decir, el 50% de los días se encuentran sobre el promedio de gasto del mes. Gráfico 4.2 Caudal de riles Abril 2003 800 700 600 Caudales m³/d 500 400 300 200 100 0 03 03 03 03 03 03 03 03 03 03 03 03 03 03 03 4- 4- 4- 4- 4- 4- 4- 4- 4- 4- 4- 4- 4- 4- 4- -0 -0 -0 -0 -0 -0 -0 -0 -0 -0 -0 -0 -0 -0 -0 01 03 05 07 09 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 Fecha Los valores bajo el promedio se encuentran localizados en los fines de semana y los días feriados de semana santa, donde las actividades de la planta de producción disminuyen respecto a un día regular de vendimia. 44
  • Respecto a los parámetros DQO, DBO y SST, se observan valores promedios anuales de 3.600 mg/l, 2.500 mg/l y 700 mg/l respectivamente. Los valores máximos de DQO oscilan entre 8.700 mg/l y 2.600 mg/l, mientras que los máximos de DBO, se encuentran entre 5.200 mg/l y 2.500 mg/l. Los anteriores valores se observan en el Gráfico 4.3: DQO y DBO promedio y máximo mensual en Planta de Tratamiento. Gráfico 4.3 DQO y DBO promedio y máximo mensual en Planta de Tratamiento 10000,0 DQO prom 9000,0 DQO max DBO prom 8000,0 DBO max 7000,0 Caudal m³/d 6000,0 5000,0 4000,0 3000,0 2000,0 1000,0 0,0 Feb-03 Mar-03 Abr-03 May-03 Jun-03 Jul-03 Jul-03 Ago-03 Sep-03 Oct-03 Nov-03 Dic-03 Fecha La DQO promedio respecto a DQO máxima se encuentra en una razón de 77%. De igual manera, la DBO promedio representa un 71% de la DBO máxima registrada. A su vez, la relación DBO promedio/DQO promedio se encuentra en un 69%. Comparando los valores promedios de estos parámetros con los obtenidos por bibliografía, se encuentran valores con diferencias de un orden de magnitud. Mientras en Francia los parámetros de DQO se encuentran del orden de 15.000 a 30.000 mg/l, en Chile los promedios no superan los 5.000 mg/l. Se debe recordar que ambos parámetros se encuentran medidos en términos de concentración y que el índice litros de riles versus kilos de uva procesados es 10 veces menor en Francia que en nuestro país. Llevando los parámetros a términos de carga orgánica, en la Tabla 4.9: Cargas de DQO, DBO y SST en Planta de Tratamiento de riles, se calcula un promedio anual de 1138 Kg/d de DQO, 730 Kg/d de DBO y 207 Kg/d de SST. 45
  • DQO DBO SST Kg/d Kg/d Kg/d Feb-03 379,1 370,5 67,1 Mar-03 2213,4 1707,7 297,2 Abr-03 3407,0 1634,9 440,5 May-03 1358,3 892,4 185,4 Jun-03 1243,7 902,3 208,0 Jul-03 897,0 600,0 332,5 Ago-03 1068,9 694,9 274,8 Sep-03 961,1 381,8 187,6 Oct-03 856,2 605,9 183,9 Nov-03 206,2 134,6 47,8 Dic-03 461,8 339,5 85,2 Ene-04 603,8 492,0 175,8 Promedio vendimia 1839,5 1151,4 247,6 Promedio normal 787,3 518,9 186,9 Promedio anual 1138,0 729,7 207,2 Tabla 4.9: Cargas de DQO, DBO y SST en Planta de Tratamiento de riles Como los periodos de producción son distintos en cuanto a actividades y a aportes de carga, se calculan los valores promedios para el periodo de vendimia y el periodo normal. El periodo de vendimia chileno presenta una DQO promedio de 1840 Kg/d, DBO promedio de 1151 Kg/d y SST de 248 Kg/d. El periodo normal presenta 787 Kg/d de DQO, 519 Kg/d de DBO y 187 Kg/d de SST. La razón entre DBO y DQO es aproximadamente un 65%. Considerando que la recepción de uva del año 2003 es de 12.778.490 Kilos de uva, y que en Francia el aporte de residuos es de 0,8 litros por kilo de uva, se tendría una descarga de riles de 10.222.792 litros en el año. Usando las concentraciones máximas y mínimas en Francia, en la Tabla 4.10: Carga de DQO, DBO y SST en escenario francés, se calcula la carga contaminante con un consumo 10 veces menor al actualmente utilizado. Concentración mg/lt Cargas Kg/d DQO DBO DQO DBO Mínimo 15.000 5.000 420,1 140,0 Máximo 30.000 10.000 840,2 280,1 Tabla 4.10: Carga de DQO, DBO y SST en escenario Francés Las cargas obtenidas en Francia para la misma recepción de uva es una DQO mínima de 420 Kg/d y una DQO máxima de 840 Kg/d. Los valores obtenidos para las cargas contaminantes chilenas y francesas de una misma cantidad de uva procesada, confirman que las diferencias en los procesos de higienización pueden marcar una diferencia en las características de los residuos líquidos descargados no solo en términos de volumen, si no que también en términos de carga orgánica. 46
  • 4.2 Balance másico generalizado Realizar un balance másico mediante registros incompletos o poco detallados, entregará como resultado un perfil de la planta de poca exactitud. Sin embargo, concientes del alcance de construir un balance mediante los datos observados en terreno, es posible establecer los pasos necesarios para perfeccionar las técnicas de registro. Hasta ahora se ha logrado un perfil general de la planta de producción, determinando un promedio de los caudales de riles. Para construir un balance másico, es necesario determinar con exactitud los caudales aportantes de cada uno de los procesos de producción y sus cargas contaminantes aportadas al afluente a la planta de tratamiento. Como las operaciones difieren de un periodo a otro, será necesario especificar la época en que el dato es registrado. 4.2.1 Construcción del balance de caudales En las observaciones realizadas en terreno se obtienen valores promedios para los consumos de cada una de los procesos de producción. Debe destacarse que los riles producidos en el lavado de cubas difieren según el volumen a higienizar. La razón principal de ello es que las cubas de más de 100.000 litros tienen una altura determinada que al recircular un volumen de 600 litros, la bomba de lavado comienza a extraer aire de la cuba, produciendo cavitación. Es práctica común en la bodega doblar el volumen de lavado en cada una de las etapas, de forma de evitar problemas en la bomba. En el Anexo C se observan la distribución de las cubas, cantidad, material de construcción y los gastos promedios considerados para su higienización. Para construir un balance generalizado del proceso de vinificación, es necesario determinar la periodicidad los procesos y determinar cuales son los contaminantes principales aportados. A manera de ejemplo, es frecuente observar lavados de cubas en todos los meses de la vinificación, al igual que lavados de barricas. Menos frecuentes son los lavados de filtros, utilizados en los momentos en que existe vino listo para embotellar. La actividad de menor frecuencia es la relacionada con los lavados de la maquinaria de vendimia. En la Tabla 4.11.A y Tabla 4.11.B: Balance volumétrico en bodega de vinificación, se describe la cantidad de procesos promedio realizados por día en los periodos de vendimia y normal. 47
  • Periodo Operación n° operaciónes Consumo Aporte riles % agua por dia unitario [l] [m³/d] aporte Vendimia Lavado de cubas hasta 50.000 Litros 60 3.500 242 70,1% desde 100.000 Litros 8.000 Camiones 10 3.500 35 10,1% Lavado de barricas 150 53 8,0 2,3% Lavado de Filtro de tierras 0,5 5.000 2,5 0,7% de vacío 0,2 2.500 0,5 0,1% de placas 5 1.640 8,2 2,4% Maquinaria de vendimia 0,2 20.000 4,0 1,2% Otras operaciones 45 13,0% Total teórico aporte bodega 346 Consumo Promedio vendimia 360 Tabla 4.11.A: Balance volumétrico en bodega de vinificación, periodo de vendimia Periodo Operación n° operaciónes Consumo Aporte riles % agua por dia unitario [l] [m³/d] aporte Normal Lavado de cubas hasta 50.000 Litros 20 3.500 81 47,8% desde 100.000 Litros 8.000 Camiones 15 3.500 53 31,1% Lavado de barricas 80 53 4,2 2,5% Lavado de Filtro de tierras 0,8 5.000 4,0 2,4% de vacío 0,2 2.500 0,5 0,3% de placas 7 1.640 11,5 6,8% Maquinaria de vendimia 0 20.000 0,0 Otras operaciones 15 9,1% Total teórico aporte bodega 169 Consumo Promedio normal 185 Tabla 4.11.B: Balance volumétrico en bodega de vinificación, periodo normal Se observa que existe un porcentaje de error entre el gasto teórico de la bodega y el promedio recibido en la planta de tratamiento, pero esta diferencia no asciende al 5% en el caso de la vendimia, y es menor al 7% en el periodo normal. Como el balance volumétrico está construido en base a estimaciones, el porcentaje de error encontrado es relativamente bajo. Del balance de caudales se obtienen valores señalados en el Diagrama 4.1: Porcentaje de aporte de caudal a los residuos líquidos. 48
  • 49
  • 4.2.2 Obtención de los datos para el balance másico Es posible realizar un balance másico tomando un muestreo en puntos seleccionados de la planta, de manera que éstos registren el aporte específico de ciertas operaciones. En el Diagrama 4.2: Esquema de bodega de vinificación, se observa un ejemplo de la distribución de una bodega vitivinícola tipo. Se destacan las áreas destinadas a los procesos de lavado de barricas, el filtro de vacío y los filtros de tierras. El Filtro de placas es un equipo móvil que se ubica en la zona de las cubas destinadas a vinos listos para entrar en la cadena de embotellación, por lo tanto, su higienización es generalmente realizada en dicha zona. Las cubas se encuentran ubicadas en distintas bodegas, por lo general, agrupadas por su capacidad. Lo anterior no implica que los vinos en la misma etapa de producción, o de la misma variedad, sean distribuidos por zonas. Las cubas son utilizadas de acuerdo a la disponibilidad de la bodega y su distribución se encuentra bajo la organización del área de enología. Son los enólogos quienes llevan un registro de las cubas que son lavadas. Es dato conocido el tipo de vino que se encontraba en la cuba y que etapa de vinificación se está finalizando. Diagrama 4.2 Esquema de bodega de vinificación 50
  • Tras un muestreo en el cual se registre Caudal, DBO, DQO, SST, Temperatura y pH en las cámaras 1 y 3, es posible obtener los aportes de los procesos de producción en forma individual. La cámara 1 identifica los caudales y concentraciones de los lavados de cubas de la bodega a la izquierda del diagrama, más los aportes de la higienización de la maquinaria de vendimia, realizada a principios de Febrero y a fines de Mayo. Extrapolando los valores obtenidos para los lavados de cuba a las bodegas a la derecha, es posible cuantificar los aportes de las operaciones de lavado de barricas y filtros mediante el análisis de los datos registrados en la cámara 3, que recibe el total de la planta de producción. Imagen 4.4 Tipo cámara 1 Imagen 4.5 Tipo cámara 3 Utilizando el registro de actividades de bodega, es posible comparar el efecto de ellas en el resultado de los muestreos. Estos últimos deben ser de 24 horas continuas, distribuyendo las fechas de manera que se obtengan la mayor cantidad de datos posibles. Mientras más muestreos se realicen, más detallado será el balance másico obtenido. Sin embargo, este es un procedimiento largo y de costos poco económicos, por lo tanto, es óptimo escoger un día a comienzos (Febrero), uno a mediados (Abril) y otro a fines del periodo de vendimia (Mayo). El periodo normal, debe ser analizado en forma separada, pues los aportes en cuanto a materia orgánica y caudales muestran diferencias al periodo de vendimia. Un muestreo en el mes de Julio y otro en Noviembre completan el perfil de la planta. En la Tabla 4.12: Contaminantes que ingresan a la línea de aguas residuales, se describen los contaminantes aportados en cada uno de los procesos y los productos utilizados para su higienización: 51
  • Maquinaria o equipo Productos de de producción Origen de la contaminación Contaminantes higienización Lavado de zona de Maquinaria de recepción de uva Orujos , pepas y escobajos Soda, A.cítrico, agua vendimia Lavado de prensas Orujos Soda, A.cítrico, agua Lavado de bins Azúcar y barro Agua Cubas Lavado de cubas de: Restos de vino, tartratos Pre envase borras , sedimentos y Estabilizacion por frío orujos Soda, A.cítrico, agua Clarificacion por bentonita Mezcla Primer trasiego Fermentacion Barricas Lavado Restos de vino, borras Agua fria y caliente Sellado Cañerías de vino Lavado Restos de vino Soda, A.cítrico, agua Mangueras y Bombas Filtros Lavado de filtros de: Tierra filtrante , borras y Tierras restos de vinos Soda, A.cítrico, agua Vacío Placas Pisos Lavado Orujos, pepas, escobajos, restos de vino, agua con cloruro de Mg y Ca Agua, limpiadores Calentamiento y Agua caliente y enfriamiento de cubas agua fria con agua a pérdida Calentamiento de vinos Agua fria por intercambiador Tabla 4.12: Contaminantes que ingresan a la línea de aguas residuales 4.3 Síntesis del balance de materiales de producción Una vez realizado el balance de caudales y el balance másico, se está en condiciones de determinar las entradas y salidas del proceso de producción. En la Tabla 4.13: Resumen de balance de materiales de producción, se observa los aportes estimados de cada uno de los procesos de higienización. Operación % Aporte agua Contaminantes aportados a la linea de Vendimia Normal aguas Lavado de cubas hasta 50.000 Litros Restos de vino, tartratos, borras, sedimentos, 70,1% 47,8% Desde 100.000 Litros orujos, soda, ácido cítrico Camiones 10,1% 31,1% Restos de vino, soda, ácido cítrico Lavado de barricas 2,3% 2,5% Restos de vino, borras Lavado de Filtro Tierras 0,7% 2,4% Tierra filtrante, borras, restos de vino, soda y Vacío 0,1% 0,3% ácido cítrico Placas 2,4% 6,8% Lavado de maquinaria de Orujos , pepas, escobajos, azúcar y barro vendimia 1,2% 0,0% Otras operaciones Lavado de pisos Lavado de bins Orujos, pepas, escobajos, restos de vino, agua 13,0% 9,1% Lavado de cañerías de vino, con cloruro de Mg y Ca mangueras y bombas Tabla 4.13: Resumen de balance de materiales de producción 52
  • Según los valores indicados, los mayores aportes de residuos líquidos están dados por el lavado de cubas y otras operaciones, cuyo total es de un 83% en periodo de vendimia y un 57% en periodo normal. De los aportes de contaminantes a la línea de aguas, se observa también, que las anteriores operaciones, más el lavado de filtros, son las de mayor aporte de materia orgánica. Lo anterior se confirma con la teoría anteriormente expuesta, donde los niveles máximos de contaminación se producen luego de las etapas de clarificación, primer y segundo trasiego, que involucran la mayor cantidad de lavados de cubas y filtros registrada en el año productivo. Son estas operaciones, entonces, las que requieren de identificación y evaluación de las opciones de reducción de riles, para, posteriormente, proponer la alternativa más óptima en la modificación en sus procesos. 53
  • 5 SÍNTESIS DE LA AUDITORÍA DE DESECHOS Después de observar los procesos generadores de riles, se comienza a identificar las alternativas de minimización para cada uno de ellos, y finalmente, analizar la viabilidad en la aplicación de estas medidas. A lo largo del desarrollo de este trabajo se observa que uno de los objetivos principales a los cuales se enfrenta la empresa al realizar las optimizaciones requeridas, es lograr el control de las variables de cada una de las operaciones de producción. Para este objeto, en algunos casos la alternativa al proceso se encuentra en la aplicación de nueva tecnología, en otros, en la modificación de aquellos utilizados hasta la fecha. Para los procesos de mayor significancia en el aporte de volúmenes de residuos líquidos, entre los que se encuentran el lavado de cubas, lavado de camiones, lavado de filtros y lavado de barricas, existen diversas alternativas que permiten la reducción de volúmenes de agua de procesos y el aporte de materia orgánica a las aguas efluentes. A continuación se ordenan las opciones encontradas para cada uno de ellos. 5.1 Alternativas de reducción de consumos de agua y aporte de contaminantes a riles en el lavado de cubas 5.1.1 Determinación de consumo óptimo de lavado de cubas • Cubas de hasta 50.000 litros Del análisis del proceso de lavado de cubas, llama la atención los volúmenes de agua utilizados en cubas de distinta capacidad. A pesar que las cubas son de tamaños en extremo variables, existe la práctica de lavar todas aquellas desde 50.000 litros y menos con aproximadamente 3.500 litros de agua en total, usando soluciones que contienen 25 kilos de soda y ácido cítrico. Lo anterior permite cuestionar el volumen y la cantidad de insumos utilizados en el proceso. Para verificar el consumo óptimo de lavado de cubas, es posible experimentar utilizando menores cantidades de agua en el proceso. El objetivo final es la menor utilización de insumos y obtener la misma calidad en la higienización y desinfección de la cuba. 54
  • • Ensayo “Determinación consumo óptimo de lavado de cubas” Como hipótesis se plantea que si una cuba de 50.000 litros es correctamente higienizada con al menos 500 litros de agua por etapa, ¿Es posible que una cuba de 10.000 litros sea higienizada con menor cantidad de agua? Para ello se ha considerado los insumos en la Tabla 5.1: Insumos del ensayo de volúmenes de lavado de cubas. Volumen de agua Peso de Soda y Ácido Peso de Soda y Ácido cítrico cítrico [L] Solución al 3% Solución al 2,5% [Kg] [Kg] 500 15 12,5 400 12 10 300 9 7,5 Tabla 5.1: Insumos del ensayo de volúmenes de lavados de cubas Se experimenta lavando dos cubas de segundo trasiego de 10.000 litros, la primera con un volumen de 400 litros de agua por etapa de proceso y la segunda, con un volumen de 300 litros. Las soluciones a utilizar en ambas cubas se encuentran a una concentración del 2,5%. Se comienza el proceso pesando la cantidad exacta de insumos para obtener la concentración deseada de 2,5%. Para obtener el volumen de agua definido en el ensayo, se cubica la tina de lavado, determinando la altura a la cual debe encontrarse la superficie del agua de manera que se obtengan la cantidad de litros requeridos. El proceso de lavado se realiza siguiendo el procedimiento habitual. Se recomienda aplicar el ensayo utilizando cubas en distintas etapas de producción, por ejemplo, descube y destartraje. Al finalizar la experiencia, las cubas se someten a la prueba de calidad microbiológica aplicada comúnmente en las bodegas vitivinícolas. Los materiales requeridos para el ensayo se encuentran en el Anexo D.1. • Cubas desde 100.000 litros Al comparar los lavados de cuba según sus tamaños, se observa que existen problemas en el control de volumen de lavado de cubas de más de 100.000 litros. La altura que poseen estas cubas exige que sean higienizadas con mayor cantidad de agua de la usualmente utilizada en los demás lavados, triplicando, en algunos casos, los volúmenes promedio. 55
  • Esta situación se produce por la capacidad de la bomba utilizada en los lavados, que comienza a succionar aire desde el interior de la cuba si el volumen en la tina de lavado es inferior a los 1.000 litros, elevando su consumo de energía para compensar la presión de empuje. Una solución práctica a este problema es la construcción de cazueletas en las bases de las cubas. El objetivo de esta práctica es mantener un nivel de agua mínimo de forma que se evite la inducción de aire dentro de las mangueras de lavado. • Tinas de lavado La succión de aire por las bombas es común en todos los lavados de cuba debido a la forma de las tinas de lavado. Observando la toma de agua de las tinas de lavado, se observa que cuando el agua en su interior tiene menos de 8 centímetros de altura, comienza la inducción de aire dentro de las mangueras de lavado. Imagen 5.1 Desagüe tina de lavado Imagen 5.2 Operario levanta tina para evitar succión de aire Esta situación es posible de evitar cambiando la salida de agua de la tina a la base de ella, o cambiando la base de forma que exista un volumen de agua para el bombeo. 56
  • Diagrama 5.1 Forma propuesta para tina de lavado 5.1.2 Reutilización de volúmenes de lavado de cubas En la Tabla 4.4: Medición del volumen utilizado en el lavado de cubas, del Capítulo 4, se observa la calidad de los efluentes en cada una de las etapas, identificando caudales con posibilidades de recuperación inmediata en el lavado de otra cuba. Entonces, el agua de un lavado de cubas es posible utilizarlo inmediatamente en otra. Sin embargo, la práctica indica que el color extraído en ciertas etapas de un lavado hace imposible su reutilización en la misma etapa de lavado de otra cuba. La anterior dificultad no se presenta si fuera posible reutilizar los caudales de enjuague de soda y ácido cítrico con una etapa de desfase. En otras palabras, el agua de enjuague de soda en una cuba puede utilizarse como agua del primer enjuague en otra, mientras el enjuague del ácido cítrico es posible utilizarlo como enjuague de soda en la segunda. El sistema “Clean in Place” o CIP, aplicado en el área industrial, consiste en la recuperación de las aguas de lavado, aplicando la estabilización de pH y/o temperatura con el fin de no alterar el proceso en la reutilización. El sistema a diseñar se basa en el lavado CIP de camiones conocido por la planta vitivinícola en estudio, que recupera las aguas de solución, desechando las aguas de enjuague. Para reutilizar las aguas de enjuague, las cubas a lavar deben ser cercanas, es decir, encontrarse en la misma bodega. De esta manera es posible evitar el transporte de soluciones por distancias que provoquen pérdidas de calor e impliquen la presencia de contenedores que dificulten el proceso. 57
  • • Ensayo “Recuperación de aguas lavado de cubas” El sistema propuesto cuenta con dos estanques de acumulación de solución: uno de soda al 3% y otro de ácido cítrico al 3%. En estos estanques se chequea la concentración y temperatura de la solución cada vez que esta retorna después de su utilización. Se espera que las soluciones puedan ser usadas en todos los lavado realizados por el turno de una cuadrilla, es decir, en 6 o 7 cubas. Para la reutilización de las aguas de enjuague, se realizan dos lavados de cubas simultáneos procediendo de la siguiente forma: • Paso 1: La cuba nº1 se enjuaga con agua fría descargada a una canaleta directamente; Imagen 5.3 Manguera de lavado en entrada superior de cuba • Paso 2: Se aplica la solución de soda al 3% a la cuba nº1, recirculando durante 15 minutos. Una vez terminada la recirculación, la solución es almacenada en estanques de acero inoxidable donde se rectifica la concentración y temperatura de la solución; • Paso 3: Se procede al enjuague de la solución de soda en la cuba nº1. Cerrando el portalón y conectando una manguera a la válvula de inferior de la cuba nº1, el agua de enjuague de soda se desviará a la cuba nº2 para ser utilizada como agua de primer enjuague. El portalón de la cuba nº2 se encuentra abierto, de manera que esta agua es descargada a una canaleta; 58
  • • Paso 4: Se aplica la solución de cítrico al 3% a la cuba nº1, recirculando durante 15 minutos. Una vez terminada la recirculación, la solución se almacena en estanques de acero inoxidable donde se rectifica la concentración y temperatura de la solución; • Paso 5: Se aplica la solución recuperada de soda a la cuba nº2, recirculando durante 15 minutos. Al igual que en las recirculaciones anteriores, la solución se almacena en estanques de acero inoxidable donde se rectifica su posible reutilización en un próximo lavado; • Paso 6: Se procede a enjuagar la solución de ácido cítrico de la cuba nº1. El portalón de la cuba se encuentra cerrado mientras el agua de enjuague es extraída por la válvula inferior y desviada a la cuba nº2 para ser utilizada como agua de enjuague de la solución de soda. El portalón de la cuba nº2 se encuentra abierto, descargando esta agua a canaleta; • Paso 7: Se procede a la aplicación de la solución recuperada de ácido cítrico en la cuba nº2, recirculando durante 15 minutos. Al igual que en las recirculaciones anteriores, la solución es almacenada en estanques de acero inoxidable donde se rectifica su posible reutilización en un próximo lavado; • Paso 8: Se realiza el enjuague final de la cuba nº1. El portalón se encuentra cerrado y el agua de enjuague es conducida a través de la válvula inferior a la cuba nº2 para ser utilizada como agua de enjuague de la solución de ácido cítrico. El portalón de la cuba nº2 se encuentra abierto de manera que el agua reutilizada se descargue a canaleta; • Paso 9: La cuba nº1 ya se encuentra lista para realizar la muestra microbiológica y verificar su higienización. Utilizando agua desde la red, se procede a realizar el enjuague final de la cuba nº2. Una vez terminado el procedimiento, se realiza la toma de muestra microbiológica de la cuba nº2 para verificar su higienización. 59
  • Diagrama 5.2 Sistema de reutilización de aguas de lavado de cubas Para implementar esta variación en el proceso es necesario comprobar su efectividad en la higienización de las cubas. En el Anexo D.2 se describen los materiales requeridos en el ensayo. De este ensayo se obtienen 14 muestras para el cultivo microbiológico, una de cada etapa del proceso en cada una de las cubas. Las muestras para obtención de pH y temperatura se toman cada 2 minutos, obteniendo entre 5 y 7 muestras de cada etapa del proceso de lavado. Con ellas se construye las curvas pH vs. Tiempo de etapa de lavado y Temperatura vs. Tiempo de lavado. En forma adicional, se propone controlar, en forma continua, el pH y temperaturas de las soluciones y aguas de enjuague durante el proceso, de forma de registrar las variaciones ocurridas. Para verificar la efectividad del sistema CIP de lavado simultáneo de cubas es necesario verificar la calidad de higienización de la cuba nº2 mediante cultivos microbiológicos para cada una de las etapas. Los resultados 60
  • obtenidos de los cultivos microbiológicos determinan la posible calidad a obtener si el sistema CIP de lavado simultáneo fuera adoptado en un futuro. 5.1.3 Lavado en seco Una de las formas de reducción de residuos líquidos más propuesta por los organismos encargados de la promoción de la Producción más Limpia, es la limpieza en seco. En la Tabla 5.2: Composición química de los mostos de uva, podemos observar los porcentajes de los principales compuestos de los mostos, que son, a su vez, los principales contaminantes adheridos en las maquinarias de vinificación. % rango Agua 70 – 85 Azúcar 17 – 25 Ácidos orgánicos 0,3 – 1,5 Extracto seco 0,3 – 1,0 Tabla 5.2: Composición química de los Mostos de uva El porcentaje de agua en los residuos de la maquinaria es mínimo, sin embargo, el azúcar, los ácidos orgánicos (málico, cítrico y tartárico) y los extractos secos (proteínas, aminoácidos, ésteres, alcoholes, polifenoles y minerales), más las sustancias colorantes y antocianidinas, forman parte importante de los contaminantes presentes en los residuos líquidos. Si las borras, sales tartáricas y sedimentos adheridos a los muros de los equipos de vinificación son eliminados por arrastre de agua, por ser contaminantes altamente solubles en un medio acuoso, aumentan la carga orgánica de los riles. Eliminando estos contaminantes mediante arrastre mecánico, es posible traspasarlos a los residuos sólidos, disminuyendo la carga orgánica de los riles, y, en consecuencia, los costo de tratamiento y disposición. En la Tabla 4.13: Resumen de balance de materiales de producción, se observa que los aportes de mayor volumen son los provenientes de los procesos “Lavado de cubas” y “Otras operaciones”, como son: Lavado de maquinaria de vendimia, cañerías de vino, mangueras, bombas y pisos. “Lavado de cubas”, que aporta una gran cantidad de contaminantes (Capítulo 4, Tabla 4.3), representa un 70% del caudal total de riles en el periodo de vendimia, y un 48% en el periodo normal. “Otras operaciones” representa un 13% del caudal total durante el periodo de vendimia, y un 9% en el periodo normal. Las cargas de aporte de contaminantes de los procesos pueden obtenerse mediante el muestreo propuesto en el punto 4.2.2. En este análisis, se calcula el resultado que tiene usar 61
  • limpieza en seco durante los procesos de higienización, en la carga contaminante registrada en la planta de tratamiento. • Escenarios en la reducción de aporte de contaminantes en el lavado de cubas Suponiendo que el porcentaje de la carga de contaminantes de los procesos “Lavado de cubas” y “Otras operaciones” está definido por tres escenarios, durante el periodo de vendimia y el periodo normal, es posible simular el efecto de la reducción de contaminantes en cada caso. La Tabla 5.3: Porcentaje de aporte a la carga total de contaminantes por escenarios, propone que la carga contaminante de “Lavado de cubas” representa entre un 60 a un 80% de la carga contaminante total del periodo de vendimia medida en la planta de tratamiento, y entre un 50 a un 70% de la carga total en el periodo normal. Igualmente, para “Otras operaciones”, su carga contaminante representa entre un 1 y un 10% de la carga total en el periodo de vendimia, y entre un 5 y un 15% en el periodo normal. % Aporte de carga contaminante Escenario 1 Escenario 2 Escenario 3 Lavado de Otras Lavado de Otras Lavado de Otras cubas operaciones cubas operaciones cubas operaciones Vendimia 60% 10% 70% 5% 80% 1% Periodo normal 50% 15% 60% 10% 70% 5% Tabla 5.3: Porcentaje de aporte a la carga total de contaminantes por escenarios Mediante balance másico, la carga total es la suma de las cargas aportadas por la totalidad de los procesos (Ec. 5.1), por lo tanto los aportes de cada uno de los procesos es un porcentaje de la carga total tratada (Ec. 5.2): C arg aTOTAL = ∑ C arg aproceso (Ec. 5.1) C arg ai = %Ci C arg aTOTAL (Ec. 5.2) ⇒ C arg ai = %Ci ⋅ C arg aTOTAL 62
  • La Cargai representa la carga contaminante aportada por el proceso i. Considerando “Lavado de cubas” como el proceso 1 y “Otras operaciones” como el proceso 2, se obtiene: n C arg aTOTAL = C arg a1 + C arg a2 + ∑ C arg ai i =3 n (Ec. 5.3) ∑ C arg ai = C arg aTOTAL ⋅ (1 − (%C1 + %C2 )) i =3 Donde %C1 y %C2 son los porcentajes de aporte de contaminantes descritos en la Tabla 5.3: Porcentaje de aporte a la carga total de contaminantes por escenarios. Con los valores en la Tabla 4.9: Cargas de contaminantes de DQO, DBO y SST en planta de tratamiento de riles (Capítulo 4), y los porcentajes de aporte de la Tabla 5.3: Porcentaje de aporte a la carga total de contaminantes por escenarios, se calcula los valores de la Tabla 5.4.A y Tabla 5.4.B: Cargas contaminantes de DQO y DBO aportadas para distintos escenarios. Aporte de carga Kg DQO/d Escenario 1 Escenario 2 Escenario 3 Lavado de Otras Lavado de Otras Lavado de Otras cubas operaciones cubas operaciones cubas operaciones Vendimia 1103,7 184,0 1287,7 92,0 1471,6 18,4 Periodo normal 393,7 118,1 472,4 78,7 551,1 39,4 Tabla 5.4.A: Cargas contaminantes de DQO aportadas para distintos escenarios Aporte de carga Kg DBO/d Escenario 1 Escenario 2 Escenario 3 Lavado de Otras Lavado de Otras Lavado de Otras cubas operaciones cubas operaciones cubas operaciones Vendimia 690,8 115,1 806,0 57,6 921,1 11,5 Periodo normal 259,5 77,8 311,3 51,9 363,2 25,9 Tabla 5.4.B: Cargas contaminantes de DBO aportadas para distintos escenarios La carga total, luego del uso del lavado en seco, usando la ecuación 5.3, queda definida por lo siguiente: ′ ′ ′ C arg aTOTAL = C arg aTOTAL ⋅ (1 − (%C1 + %C2 )) + C arg a1 + C arg a2 (Ec. 5.4) 63
  • El primer término de la ecuación considera que los aportes de los procesos donde no se incluye lavado en seco continúan sin cambios respecto a la situación actual. Los términos Carga1’ y Carga2’ representan las cargas contaminante aportada por los procesos 1 y 2 luego de la reducción por el lavado en seco. Para calcular el efecto de la aplicación del lavado en seco en la reducción de la carga total, se supone tres escenarios en los cuales se logra reducir el aporte de carga contaminante en un 40, 60 y 80% en ambos procesos analizados. En el Anexo E, se observa los valores de carga contaminante aportada por “Lavado de cubas”, obtenidos para los escenarios descritos anteriormente en las Tablas 5.3.A y 5.3.B: Cargas contaminantes de DQO y DBO aportadas para distintos escenarios, luego de utilizar el lavado en seco. Los valores se indican en el Gráfico 5.1: Carga de DQO aportada por lavado de cubas en periodo de vendimia y Gráfico 5.2: Carga de DBO aportada por lavado de cubas en periodo de vendimia. Gráfico 5.1: Carga de DQO aportada por lavado de cubas en Periodo de vendimia Aporte actual 1600,0 1471,6 Carga con 40% reducción 1400,0 1287,7 Carga con 60% reducción 1200,0 1103,7 Carga con 80% reducción DQO [Kg/d] 1000,0 883,0 772,6 800,0 662,2 588,6 600,0 515,1 441,5 400,0 294,3 220,7 257,5 200,0 0,0 60% 70% 80% Escenarios % de aporte de carga contaminante Gráfico 5.2: Carga DBO aportada por Lavado de cubas en Periodo de vendimia Aporte actual 1000,0 921,1 Carga con 40% reducción 900,0 806,0 Carga con 60% reducción 800,0 690,8 Carga con 80% reducción 700,0 DBO [Kg/d] 600,0 552,7 483,6 500,0 414,5 368,4 400,0 322,4 276,3 300,0 161,2 184,2 200,0 138,2 100,0 0,0 60% 70% 80% Escenarios % de aporte de carga contaminante 64
  • Usando la ecuación 5.4 se obtienen los valores para las cargas recibidas en la planta de tratamiento. La Tabla 5.5: Cargas totales durante el periodo de vendimia aplicando lavado en seco en “Lavado de cubas”, indica los valores de carga total recibida en la planta de tratamiento en el caso que el lavado en seco sea usado solo en “Lavado de cubas”, mientras la Tabla 5.6: Cargas totales durante el periodo de vendimia aplicando lavado en seco en “Lavado de cubas” y “Otras operaciones”, los valores en el caso que sea utilizado en “Lavado de cubas” y “Otras operaciones”. Carga total con reducción en aporte "Lavado de cubas" DQO [Kg/d] DBO [Kg/d] Escenario 1 Escenario 2 Escenario 3 Escenario 1 Escenario 2 Escenario 3 % reducción aporte "Lavado de 60% 70% 80% 60% 70% 80% cubas" Sin reducción 1839,5 1151,4 (Carga actual) 40% 1398,0 1324,4 1250,9 875,1 829,0 783,0 60% 1177,3 1066,9 956,5 736,9 667,8 598,7 80% 956,5 809,4 662,2 598,7 506,6 414,5 Tabla 5.5: Cargas totales durante el periodo de vendimia aplicando lavado en seco en “Lavado de cubas” Carga total con reducción en aporte "Lavado de cubas" y "Otras operaciones" DQO [Kg/d] DBO [Kg/d] % reducción Escenario 1 Escenario 2 Escenario 3 Escenario 1 Escenario 2 Escenario 3 "Lavado de cubas" 60% 70% 80% 60% 70% 80% "Otras operaciones" 10% 5% 1% 10% 5% 1% Sin reducción (Carga 1839,5 1151,4 actual) 40% 1324,4 1287,7 1243,5 829,0 806,0 778,3 60% 1066,9 1011,7 945,5 667,8 633,3 591,8 80% 809,4 735,8 647,5 506,6 460,6 405,3 Tabla 5.6: Cargas totales durante el periodo de vendimia aplicando lavado en seco en “Lavado de cubas” y “Otras operaciones” 65
  • Finalmente, en la Tabla 5.7: Porcentaje de reducción de carga orgánica usando lavado en seco, se calcula el porcentaje de reducción sobre las cargas recibidas actualmente para los nueve escenarios descritos: % reducción de carga contaminante total recibida en planta de tratamiento Escenarios de aporte de Lavado Cubas y Escenarios de aporte de Lavado cubas Otras operaciones % reducción de Escenario 1 Escenario 2 Escenario 3 Escenario 1 Escenario 2 Escenario 3 cargas aportantes 40% 24% 28% 32% 28% 30% 32% 60% 36% 42% 48% 42% 45% 49% 80% 48% 56% 64% 56% 60% 65% Tabla 5.7: Porcentaje de reducción de carga orgánica usando lavado en seco Aplicar el lavado en seco mediante el uso de cepillos y escobillones a la eliminación de tartratos y borras en las cubas, sedimentos en las barricas, orujos, barro y escobajos en la maquinaria de vendimia, disminuye parte de los aportes de sólidos solubles a los riles de estos procesos. 5.1.4 Cobertura de lavado y aumento en la presión de impacto Otra alternativa en la reducción de los volúmenes de lavado de cubas es la disminución del tiempo de enjuague, durante el cual, el agua de proceso es descargada directamente a una canaleta y cuyo volumen depende del criterio del operador. La higienización del proceso de enjuague se realiza por arrastre de los contaminantes a través de un medio acuoso, aumentar la presión de impacto en el lavado ahorra gran parte del volumen necesario en el proceso. El agua utilizada en el proceso de higienización debe cubrir completamente las paredes internas del equipo. En el caso de las cubas de vinificación, su gran tamaño impide que la challa alcance la cobertura del manto interno, debiendo aumentar los tiempos de lavado de manera que se asegure una higienización de calidad. 66
  • Consiente de esta dificultad, el mercado dedicado al lavado industrial introduce nueva maquinaria7 que logra la cobertura completa del tanque y aumenta la presión de impacto en el lavado. Imagen 5.4 Cloud inc. Modelo 360 Imagen 5.5 Cloud inc. Modelo 360 Doble inyector Triple inyector El giro del inyector se produce por la presión de entrada, obteniendo rangos de revolución de 0,5 a 14 revoluciones por minuto. Ensayos del fabricante definen que con el modelo de triple inyección y 60 revoluciones, se logra la cobertura completa del estanque. Imagen 5.6: Cobertura de los modelos utilizando distintas revoluciones con el modelo de triple inyector Estos implementos requieren un rango de presión de entrada de agua de 2,8 a 24 bar, temperaturas de operación hasta 121°C y radio de cobertura hasta 22,4 7 Ambos modelos pertenecen a la línea “Tank cleaning machines” de la empresa Cloud inc. www.wineservice.cl 67
  • metros. Los portalones de las cubas deben ser mínimo 15,56 cm en el caso del modelo de doble inyector, y de 22,86 cm en el caso del modelo de triple inyector. Otra manera de aumentar la presión de impacto en la etapa del primer enjuague de cubas es el uso de hidrolavadoras: Maquinas destinadas al lavado con alta presión, que logran reducir el volumen de agua utilizado en el arrastre de contaminantes. Aunque los implementos descritos tienen gran éxito en la reducción de volúmenes de lavado, no existe ningún efecto en la disminución de la carga orgánica final de los residuos líquidos. 5.2 Alternativas de reducción en el aporte de contaminantes del lavado de filtros de tierra Como se menciona anteriormente, el lavado de los filtros es un proceso que se divide según las características de equipo a higienizar. La utilización del filtro de vacío considera la eliminación de las tierras filtrantes junto a sales y borras extraídas como residuos sólidos, aportando como contaminantes solo las soluciones de soda y ácido cítrico utilizados para su lavado. En contradicción, el lavado de filtro de tierras aporta una cantidad considerable de sólidos suspendidos debido a que las tierras filtrantes no son separadas del ril. Eliminar los sólidos del efluente de esta operación presenta una alternativa de control de la contaminación. • Ensayo “Verificación de sedimentabilidad en los efluentes de lavado de filtro de tierra” Para verificar la factibilidad de reducción de sólidos suspendidos presentes en el efluente obtenido del lavado de filtro de tierra, se proponen dos pruebas: Una de sedimentación simple y la segunda utilizando el clásico test de jarra. A través de la primera prueba es posible obtener la velocidad de sedimentación, comprobando si para lograr una buena sedimentación es necesaria la adición de coagulantes. A través de la segunda prueba se determina la velocidad de sedimentación de las partículas luego de la adición de coagulantes como el cloruro férrico o el sulfato de aluminio. Ambas pruebas obtienen los datos necesarios para el posible diseño de un sedimentador, que retenga la tierra filtrante sin que pase a formar parte de los riles. El test de jarra es un método de simulación de los procesos de coagulación y floculación, realizado en laboratorio, con el objeto de determinar las variables 68
  • físicas y químicas como la selección del coagulante, gradientes y tiempos de mezcla rápida y correlación de las velocidades de sedimentación y la eficiencia de remoción. Los materiales requeridos para el desarrollo de las experiencias se describen en el Anexo D.3. Al finalizar ambos ensayos, es posible analizar la calidad del efluente obtenido, proyectando el efecto final que tendrá la eliminación de los sólidos en el efluente enviado a la planta de tratamiento. 5.3 Alternativas de reducción de consumo de agua en el lavado de barricas El lavado de barricas es un proceso que tiende a la automatización, debido a la falta de control sobre parámetros como la presión de lavado y el tiempo empleado de los operadores, que influyen directamente sobre el volumen de agua utilizado en el proceso. En el mercado se dispone de lava barricas automáticos de acero inoxidable, los cuales cuentan con 1, 2, 3 y 4 posiciones de lavado en forma simultánea. Esta máquina se encuentra diseñada para el lavado interior profundo de las barricas. Su estructura permite una fácil introducción de la barrica y cuentan con ruedas de manera que la máquina sea portátil y de cómodo manejo. Imagen 5.7: Lavador de barricas automático de cuatro posiciones Para el lavado interior de la barrica, dispone de dos sistemas de rotación multidireccional por los que sale el chorro de agua producido por las máquinas de alta presión que deben acoplarse al lava barricas. En la Tabla 5.8: Tiempo y volumen de operación Lavabarricas automático, se describen las características de lavado de la maquina. El agua recorre en 1 minuto y 45” segundos (aproximadamente) todos los puntos de la barrica, si se cuenta con hidrolavadora 69
  • de 15 l/min y caña de 1 orificio de salida. Con una máquina de 30 l/min y 2 orificios de salida el tiempo de lavado se reduciría a la mitad Descripción maquinaria Tiempo proceso Volumen utilizado [min] [l/barrica] Máquina de 15 l/min, 1 orificio 1,75 26,25 de salida Máquina de 30 l/min, 2 0,88 26,40 orificios de salida Tabla 5.8: Tiempo y volumen de operación Lavabarricas automático Calculando volúmenes de lavado con este tipo de tecnología es posible obtener volúmenes de 26,25 Litros por barrica lavada y tiempos de lavado entre 1 minuto con 45 segundos y 1 minuto. 5.4 Alternativas de reducción en volúmenes de pérdida Toda planta de producción industrial presenta pérdidas en menor o mayor nivel. Una de las primeras propuestas realizadas por gran parte de la bibliografía se refiere a la reducción de pérdidas en las operaciones. Observando cada una de las operaciones de producción, es posible notar que estas pérdidas no se limitan a volúmenes de agua, sino también a pérdidas de los productos de higienización. Un ejemplo de pérdidas en los procesos de operación es producido en el sobre llenado de las tinas de lavado. Las lejanías de las tomas de agua a más de dos minutos de camino del operador, se traducen en tiempos en los cuales los recipientes de lavado siguen recibiendo agua más allá de su capacidad, gastándose litros de agua limpia que pasan directo a pérdida. Imagen 5.8 Tina de lavado en proceso de llenado 70
  • Es de gran dificultad construir una red donde las llaves de salida se encuentren a corta distancia desde cualquier punto. A esta situación existe la alternativa de los pitones auto estrangulantes, mediante los cuales el operario puede controlar el paso del flujo de agua en el lugar donde se realice la operación. Para su instalación, es necesario verificar que las mangueras utilizadas resistirán la presión en su interior, de no ser así, el cambio de las antiguas mangueras por mangueras de alta presión se hace necesario. Imagen 5.9 Salida de manguera de agua fría La presión de agua en la red es un asunto de importancia. Si se analizan las operaciones de higienización, la totalidad de ellas utilizan el arrastre por presión de contacto. Aumentando la presión de lavado, el arrastre de la totalidad de los contaminantes se realizará en menor cantidad de tiempo. Aunque una operación óptima requiera de alta presión, aumentarla en la red de circulación requiere de una mantención constante, aumentando los costos en bombas y su control. En algunos casos, es posible lograr un aumento de presión a través de la instalación de boquillas y salidas especiales, como en el caso de challas de lavado interiores de cubas y pistones de lavado de barricas analizados en los puntos 5.1.4 y 5.3. 5.5 Evaluación de las alternativas de reducción de consumo y aporte de contaminantes Según lo indicado en los Capítulos 3 y 4, es posible definir que el principal problema de los procesos en Chile no es solo el alto volumen de agua utilizado, sino también, los aportes de carga orgánica de sus operaciones productivas. 71
  • Apoyándose en los principios de Producción más Limpia, todas las alternativas descritas en este capítulo están orientadas a la optimización del recurso agua. Sin desmedro de lo anterior, lograr una reducción en las cargas contaminantes implica ahorros en el tratamiento de riles, representando la opción más óptima para la industria. 5.5.1 Lavado de cubas El cálculo de consumos promedios de las operaciones en la Tabla 4.7: Resumen de consumos por operación cuantificada, y la frecuencia de operaciones en las Tablas 4.11.A y 4.11.B: Balance volumétrico en bodega de vinificación, permiten definir el lavado de cubas como la operación de mayor volumen de aporte. A continuación se evalúa la viabilidad de las alternativas para este proceso, indicadas en el punto 5.1. • Consumo óptimo de agua de lavado Estimar el consumo óptimo de lavado de las cubas de vinificación con tamaños menores a 50.000 litros, no requiere de grandes inversiones por parte de la industria. La planificación del ensayo “Determinación consumo óptimo de lavado de cubas” debe considerar experimentar en una cuba que no sea utilizada para vinificación hasta obtener los resultados microbiológicos del ensayo, que pueden demorar hasta tres días. Debe tenerse en cuenta que aunque los costos de agua no sean de gran magnitud para la industria, usar volúmenes superiores a los realmente necesarios implica mayor cantidad de productos de higienización, que si representan costos importantes. La construcción de “cazueletas” en las cubas de más de 100.000 litros, representa una mayor inversión, no solo por los costos asociados a materiales y obras civiles, sino también, a la pérdida de volúmenes destinados a vinificación y tiempo empleado en los trabajos. Sin embargo, según los registros de volúmenes de cubas, se está hablando del 12% del total de estos equipos. El anterior ajuste en el interior de las cubas puede ser de mayor viabilidad que un cambio por nuevos estanques. Considerando que la mayor parte de las cubas de más de 100.000 litros son cubas de hormigón epoxicado, que presentan múltiples dificultades en el lavado, debe estudiarse con atención la posibilidad de cambiar éstas por cubas de acero inoxidable. En el mercado de proveedores vitivinícolas se encuentran cubas de gran tamaño, diseñadas pensando en los problemas hidráulicos que podrían presentarse en los procesos de lavado. 72
  • • Reutilización de volúmenes de lavado de cubas El ensayo “Recuperación de aguas lavado de cubas”, al igual que el ensayo “Determinación consumo óptimo de lavado de cubas”, requiere apartar las cubas a ensayar del proceso de vinificación hasta obtener los resultados de las pruebas microbiológicas. No existen grandes inversiones asociadas a la aplicación de este ensayo, el cuál representa una alternativa al sistema CIP, que si representa un cierto costo para la industria. En la Tabla 5.9: Ahorros de consumo reutilizando aguas de enjuague y solución, se observan los porcentajes de ahorro luego de aplicar las aguas de lavado en dos cubas en forma simultánea. Consumo de Consumo por Consumo en Consumo en % aporte % aporte % aporte % aporte agua lavado etapa de lavado enjuagues soluciones ahorrando ahorrando enjuagues + enjuague + de cubas soluciones soluciones soluciones soluciones lt lt lt lt 3500 500 1500 1000 71% 43% 36% 21% Tabla 5.9: Ahorros de consumo reutilizando aguas de enjuague y solución Aplicando la reutilización de las soluciones de lavado en dos cubas, se alcanza una reducción de caudales de aporte del 20%, reutilizando las aguas de enjuague, se alcanza una reducción de un 35%. En cuanto a ahorro de productos químicos, lavar dos cubas con el mismo volumen de solución, reduce el consumo de soda y ácido cítrico al 50%. El costo de la soda y el ácido cítrico es de 1US$/Kg y 3 US$/Kg respectivamente. Considerando que en cada lavado se utilizan 25 Kg de cada uno de los solutos, se calcula un costo de 100 US$/cuba. Reutilizar las aguas de solución implica reducir a 50 US$/cuba el costo de productos químicos. • Lavado en seco Debido a la aplicación del lavado por arrastre con agua, muchos contaminantes se encuentran en los residuos líquidos. Cambiar la anterior técnica por el lavado en seco, permite eliminar contaminantes como residuos sólidos, antes de que estos se solubilicen en el agua de lavado. En particular llama la atención los procesos “Lavado de cubas” y “Otros procesos”, cuyos contaminantes aportados: Restos de vino, borras, tartratos, orujos, sedimentos y polvo, aumentan la carga orgánica total de los riles y, en consecuencia, los costos de tratamiento. 73
  • Los escenarios de aportes de contaminantes descritos en el punto 5.1.3 suponen la reducción de la carga orgánica afluente a la planta de tratamiento. Se describe que los costos de tratamiento de riles dependen de la ecuación 5.5:  $  Costo tratamient o ($ ) = Costo fijo ($ ) + f1   Kg DBO  ⋅ Kg DBO  (Ec. 5.5)   Con una reducción en los kilos de DBO afluentes a la planta de tratamiento, se tendrá una reducción en los costos indicada en la ecuación 5.6:  $  Costo tratamient o' ($ ) = Costo fijo ($ ) + f1   Kg DBO  ⋅ (1 - % reducción ) ⋅ Kg DBO (Ec. 5.6)    Donde % reducción está dado por los valores en la Tabla 5.6: Porcentaje de reducción de carga orgánica usando lavado en seco. Entonces el ahorro que la planta vitivinícola realiza en concepto de tratamiento de residuos líquidos está dado por la resta de las ecuaciones 5.5 y 5.6:  $  (Costo tratamient o - Costo tratamient o' ) ($ ) = f1 ⋅   Kg DBO  ⋅ % reducción ⋅ Kg DBO (Ec. 5.7)    Es decir, el porcentaje de ahorro es igual al porcentaje de reducción de la carga total afluente a la planta de tratamiento. • Cobertura de lavado y aumento en la presión de impacto Aunque el consumo promedio del lavado de cubas se estima en 3.500 litros en la Tabla 4.7: Resumen de consumos por operación cuantificada, cuando la cantidad de sedimentos, tartratos y borras adheridos a las paredes y piso de la cuba se encuentra en gran cantidad, los tiempos del enjuague inicial para comenzar el lavado se prolongan a criterio del operador, transformándose en una variable no controlada. Como se menciona en el punto 5.1.4, esta dificultad encuentra solución mediante un pre enjuague a presión, utilizando una hidrolavadora o inyectores de alta presión. Usando inyectores de alta presión en todo el proceso, el tiempo de lavado de cubas, estimado entre 60 minutos, podría reducirse a 5 o 6 minutos por etapa de lavado, que significan un 62% del tiempo actualmente utilizado. El lavado de cubas a alta presión se asocia a un tiempo estimado de aproximadamente 40 74
  • minutos. Una cuadrilla formada por 6 operarios, lava en promedio 30 a 35 cubas por día en turnos de 8 horas. Es decir, cada operario lava en promedio 5 a 6 cubas al día lavando entre 0,6 y 0,7 cubas por hora. Si el tiempo de lavado se reduce a un 62% del tiempo actual y considerando un cierto tiempo muerto entre lavados, se puede aumentar el número de cubas lavadas a 9 o 12, • Otras observaciones Se advierte la falta de rigurosidad en cuanto al cumplimiento de las concentraciones de las soluciones de lavado. Por los procedimientos escritos, se declara que la concentraciones de solución de soda y ácido cítrico son del 2,5% al 3%. La mayor parte de las tinas de lavado tienen 600 litros de capacidad volumétrica, y no son llenadas a su capacidad máxima, sin embargo, la cantidad de soda y ácido cítrico por solución utilizada es un saco de 25 kilos cada uno. Mediante un simple cálculo se observa la cantidad de producto que se gastan por sobre los procedimientos estandarizados. Volumen Masa de Concentración de lavado soluto [l] [Kg] [%] En terreno 25 4 Por procedimiento 600 15 2,5 escrito 18 3 En terreno 25 5 Por procedimiento 550 13,75 2,5 escrito 16,5 3 Tabla 5.9 Gasto de solutos para lavado de cubas Como se indica anteriormente, el costo de mercado de la soda es de aproximadamente 1 US$/kilo, mientras que el valor del ácido cítrico es de aproximadamente 3 US$/kilo. Suponiendo que la concentración adoptada para los lavados será del 3%, el promedio de agua para el lavado por etapa es de 600 litros, los lavados se realizan durante los 5 días hábiles de la semana, el uso de la concentración correcta genera un ahorro en los costos de soda de 4.200 US$/mes, mientras que para el gasto de ácido cítrico se alcanza un ahorro de 12.600 US$/mes, alcanzando un total de ahorro mensual de 16.800 US$ solo en el lavado de cubas. 75
  • 5.5.2 Segregación de desechos: Lavado de filtro de tierras Dentro de los aportes de sólidos suspendidos más importantes, se encuentran los efluentes provenientes del lavado de filtros de tierras. La eliminación del efluente de este proceso a una cámara de decantación evitaría la presencia de la tierra de diatomeas en el aporte a la planta de tratamiento. Para el diseño de la cámara de decantación o sedimentador, se propone los ensayos de sedimentación simple y el test de jarra, con el fin de eliminar la mayor cantidad posible de este soluto en aportes del proceso. Imagen 5.5 Eliminación de efluente de filtro de tierra directo a canaleta Aunque esta medida implique costos de construcción, es necesario tener en cuenta que la normativa francesa controla la descarga de tierras de diatomeas en los efluentes de la planta de vinificación, por lo que, es posible que en el futuro la norma chilena también la considere. Además, la tierra de diatomeas genera daños en las canaletas de conducción y equipos de la planta de tratamiento, por lo que, eliminarla de los efluentes se asocia a beneficios cuantificables a largo plazo. 5.5.3 Lavado de barricas En el estudio de este proceso se analizan tres tipos de lavado con ventajas y desventajas para cada uno de ellos. El sistema manual de lavado es de gran simplicidad, sin embargo, el consumo de agua es variable debido a la dependencia del tiempo de lavado que se emplee. Aunque el proceso exige una gran resistencia física por parte de los operarios, no existen problemas notorios con su rendimiento. No obstante, al existir zonas de 76
  • lavado de barricas fijas, se requiere de múltiples traslados que en algunas áreas de la bodega deben realizarse sin ayuda de maquinaria. Esto suma a las faenas de la planta un tiempo muerto no despreciable, llegando a constatarse hasta más de una hora en el solo traslado de las barricas. Consideremos que el desgaste de energía de los operarios aminora el ritmo de lavado, disminuyendo el rendimiento del proceso. Además, si la tarea consiste en el lavado de un número menor de barricas, el rendimiento presentado es notoriamente menor. Los lavabarricas automáticos, en contraste, presentan dos grandes ventajas respecto a los comentarios anteriores. Los tiempos muertos de traslado se hacen prácticamente nulos, se aminora el desgaste físico y se disminuye en cantidades considerables los volúmenes de agua utilizados en el proceso. Una desventaja no despreciable observada en terreno, es el efecto de la alta presión de agua en el interior de la barrica, la cual provoca el desgaste paulatino de las paredes y disminuyendo su vida útil. Un lavabarricas fijo automático es un proceso que presenta una situación intermedia entre los dos anteriores. A pesar que existe el traslado de barricas, este se realizaría con maquinaria de carga a la zona de lavado. Como existe un área determinada al proceso, es posible adicionar sistemas de recuperación de calor, o retención de sedimentos en el efluente. Sin embargo, este sistema de lavado exige un espacio no despreciable para maniobrar barricas con el uso de la grúa horquilla. Estos dos últimos sistemas, al controlar de manera más eficaz las variables del proceso, como tiempos, rendimientos y caudales, plantean la posibilidad de mejoras continuas a medida que las necesidades de la planta lo requieran. En la Tabla 5.10: Consumos en el lavado de barricas, se observan los volúmenes empleados en el lavado de las barricas utilizando el sistema manual y el automático. Lavado Volumen Tiempo empleado barricas lt seg Manual 46 101 Automático 26,25 105 Tabla 5.10: Consumo en el lavado de barricas El volumen de lavado utilizando el lavabarricas automático representa un 55% del consumo actual, sin considerar que los lavados manuales se rectifican un 80 a 100% de las veces, lo que reduciría los consumos al 30% del valor actual. Si se escoge el modelo transportable, los tiempos de traslado de barricas se reducen en un 100%, aumentando el rendimiento de lavado por día de los operadores. 77
  • La inversión de un lavabarricas automático, más dos hidrolavadoras de agua caliente y fría, se estima en 32.500 US$, valor que se compensa al ahorrar una gran cantidad de horas hombre. Suponiendo que un 50% de la jornada laboral se utiliza en el traslado de las barricas y que el 80% de las barricas está siendo lavado por segunda, lo que significa emplear un 40% en la repetición de una actividad, utilizar un lavabarricas automático disminuirá el tiempo de la operación en un 90%. 5.5.4 Construcción de registros de operación y capacitación del personal A pesar que el concepto de balance másico es simple de entender, requiere de una gran cantidad de datos de difícil obtención para ser construido. Sin embargo, el sentido común nos indica que en términos de administración y control de una planta de producción, un mejor monitoreo implica un mejor manejo. Para facilitar la tarea de recolección de datos de construcción del balance másico es de gran utilidad un registro de consumo de materiales. Las bitácoras generadas por los mismos operarios y los datos de registro de materias primas entregan información para los balances y reducen la necesidad de muestreos constantes en la planta. A manera de ejemplo, si los operarios del lavado de barricas registraran el tiempo empleado en la faena y la cantidad de barricas lavadas, conociendo el caudal de salida de la red, se tendrá una aproximación del caudal efluente generado en el proceso. En el lavado de cubas, el cálculo de la concentración exacta de solución de lavado, necesariamente requiere de la determinación del volumen de lavado en la tina. Para el control de lo anterior, una medida simple es marcar una regleta de cubicación en el interior de la tina, indicando a que altura de agua se obtiene el volumen de lavado deseado. De esta manera, el operario podrá registrar la cantidad de agua y los productos utilizados en cada etapa del lavado. Con el tiempo, estas medidas generan un registro lo suficientemente completo para determinar los consumos promedios en cada una de las operaciones. En forma adicional, el registro de los materiales utilizados en las operaciones de producción ayuda a establecer un control sobre las pérdidas en la planta. El éxito de las medidas adoptadas para alcanzar las metas de Producción más Limpia no recae en los planes adoptados por especialistas ambientales o consultoras externas. Los principales actores de este proceso son aquellos relacionados directamente con la producción, es decir, todo el personal de la planta. Son estas personas quienes pueden poner mayor atención a las falencias de los procedimientos, aportando medidas más asertivas de optimización de los mismos. Integrar estos aportes a las medidas de optimización será de gran ayuda para el personal técnico de la planta de producción. 78
  • Es en este punto donde las prácticas de la gerencia canalizan la acción del equipo de trabajo. Se debe tomar en cuenta que al momento de generar cambios en los métodos establecidos de producción, 65% de las barreras que se producen en el proceso tienen que ver con problemas de motivación y actitud del personal. La creatividad y el aporte de los individuos involucrados en la producción se ve limitado por el miedo a cometer errores, ser criticado, no ser tomado en cuenta y modificar lo tradicional perdiendo la seguridad de lo ya conocido. Si la gerencia estimula la participación mediante incentivos, capacitación, bonos, y otros tipos de programas, es posible lograr que los operarios procuren, en forma conciente, reducir la generación de desechos. Es posible que en el caso de las plantas de vinificación, donde la mayoría de los operarios son de carácter estacional, la capacitación sea más difícil de lograr. Sin embargo, el 70% del personal contratado en la etapa de vendimia, vuelve a trabajar en la planta al año siguiente. Todo el personal de la viña, sea estacional o permanente, tiene una alta capacitación en los procesos aplicados actualmente, entonces, instruirlos en los procesos optimizados no representa ningún tipo de costo adicional a lo que hasta ahora se ha aplicado. Para tener un mejor resultado de las capacitaciones, se debe tener presente que su objetivo es desarrollar habilidades prácticas más que conocimientos técnicos. Los adultos aprenden mejor cuando son involucrados en forma activa en el proceso educativo. Según PNUMA (1991) los adultos recuerdan un 20% de lo que escuchan, 40% de lo que ven y un 80% de lo que descubren por si mismos. Para lograr óptimos resultados en las modificaciones orientadas a la producción limpia, es preferible escoger técnicas de aprendizaje como ejercicios de trabajo, estudio de casos reales y solución de problemas de grupo, en lugar de optar por exposiciones, charlas y conferencias. Otra forma de incentivar la creatividad del equipo es la promoción de reuniones de “Lluvia de ideas”, donde integrantes de todas las áreas de trabajo de la planta se discuten, sin limitaciones de jerarquía, para generar las opciones de optimización de los procesos. 5.6 Resumen de las alternativas propuestas En el desarrollo de este capítulo, se describen y evalúan las alternativas de modificación a los procesos involucrados en la vinificación. Según el punto 2.3.3, en el Capítulo 2, las opciones de reducción de residuos pueden agruparse como: Medidas evidentes, procesos problemáticos, posibilidad de segregación de desechos y medidas de largo plazo. La Tabla 5.11: Resumen 79
  • de alternativas para implementación de la Producción más Limpia, clasifica y resume los puntos tratados anteriormente. Clasificación Objetivo Descripción de alternativa Operación Disminución de pérdidas Lavado de cubas mediante Instalación de pitones y de pisos autoestrangulante Aumento de la presión de lavado con inyectores de alta Reducción de Lavado de cubas presión e hidrolavadoras en pre caudal de riles enjuague Cambio en la tecnología de Lavado de Medidas evidentes lavado: Lavabarrica automático barricas Lavado de Bins, Uso de hidrolavadora tolvas de recepción y pisos Reducción de Lavado en seco: Eliminación de carga tierra, orujos, tartrato, Lavado de pisos, contaminante sedimentos y borras usando cubas y bins aportada a riles escobillas y escobillones Reutilización de aguas de Lavado de cubas lavado: Implementación del y camiones sistema de lavado CIP o lavado Reducción de Determinación de volumen de caudal a riles lavado óptimo en las cubas de Lavado de cubas Procesos Construcción de cazueletas problemáticos para cubas de más de 100.000 Reducción de Verificación de la concentración consumos en de solución de soda y ácido Lavado de cubas materiales de cítrico según volumen utilizado higienización Reducción de Sedimentación de tierras de Segregación de carga Lavado de filtro diatomeas: Eliminación como desechos contaminante de tierras residuo sólido aportada a riles Construcción de registros de Mejora continua caudal y carga mediante Medidas a largo Todas las de las muestreos, bitácora de plazo operaciones operaciones operarios y registro de insumos Capacitación del personal Tabla 5.11: Resumen de alternativas para implementación de Producción más Limpia 80
  • 6 CONCLUSIONES 6.1 Propuesta de modificación a los procesos productivos En el anterior capítulo se exponen las opciones técnicas y administrativas a seguir para implementar los conceptos de Producción más Limpia. De estas alternativas es posible distinguir aquellas que pueden ser integradas rápidamente a las operaciones de la bodega, las que requieren de una mayor evaluación y aquellas que logran mayores beneficios económicos a la industria. En la Tabla 6.1: Comparación de las alternativas para implementar la Producción más Limpia, se observan el nivel de inversión estimado, ventajas y desventajas de cada una de ellas. Nivel de inversión Alternativa Ventajas Desventajas Bajo Medio Alto Disminución de Rápida Costos en cambio de pérdidas de agua implementación equipamiento Aumento presión de lavado: Reduce gran parte del Cubas No reduce carga orgánica caudal de riles Barricas Otros equipos Reutilización agua de lavado: Múltiple reuso de Inversión de nuevos CIP soluciones, ahorro de equipos, implica químicos capacitación Reuso más Aplicable en algunos Lavado paralelo económico casos, requiere ensayos Optimización agua de lavado Reduce consumo de Cubas hasta 50.000 lt. Implica ensayos químicos Alternativa al cambio Cubas desde 100.000 lt. Costos muy altos de equipamiento Reduce carga aporte Tiempo de procesos Lavado en seco contaminantes aumenta Sedimentación tierras Requiere trabajos en la Reduce SST en riles filtrantes bodega Tiempo involucrado es Medidas de largo plazo Mejora continua largo Tabla 6.1: Comparación de las alternativas para implementar la Producción más Limpia Las propuestas asociadas a una baja inversión representan cambios rápidamente implementables a las actividades de la bodega de producción, sin embargo, los beneficios asociados a ellas no son del todo significativos. 81
  • Es en las alternativas asociadas a un nivel medio de inversión donde se encuentran los mayores beneficios para la planta vitivinícola. Se destacan, en especial, la implementación del lavado en seco y la segregación de las tierras filtrantes, que reducen las cargas orgánicas afluentes a la planta de tratamiento, y, por lo tanto, los costos asociados al tratamiento de los riles. Directamente relacionadas con los principios de Producción más Limpia se encuentran las opciones destinadas a la reducción de los caudales de riles: Disminución de pérdidas, aumento en la presión de lavado, reutilización y optimización de aguas de lavado. De las anteriores, atención especial requiere el cambio de tecnología del lavado de barricas que presenta un alto nivel de inversión, sin embargo, las ventajas asociadas, como la importante reducción en caudales de lavado y tiempos de operación, exigen un análisis en profundidad antes de ser descartada. La propuesta final a la planta vitivinícola en estudio se divide en tres etapas asociadas a los periodos de tiempo en que la bodega debiera incorporar las modificaciones: • Medidas a corto plazo: Disminución de pérdidas en lavado de cubas y otras operaciones, aumento en la presión de lavado en otras operaciones y lavado en seco en lavado de cubas y otras operaciones. • Medidas a mediano plazo: Aumento de presión en el lavado de cubas y barricas, optimización de los volúmenes de lavado de cubas de hasta 50.000 litros, reutilización de aguas de lavado de cubas mediante sistema CIP o lavado paralelo y segregación de las tierras filtrantes del efluente proveniente del lavado de filtros. • Medidas de largo plazo: Construcción de balances másicos y capacitación del personal con miras a la mejora continua. 6.2 Comentarios generales al estudio realizado en la planta vitivinícola 6.2.1 Análisis del índice volumen de riles versus kilos de uva procesados El índice de contaminación utilizado por la empresa vitivinícola, razón de riles generados versus uva procesada, es un parámetro ampliamente utilizado para medir la eficiencia de los procesos. Comparar los volúmenes de residuos generados con la cantidad de materia prima recibida es una práctica común en todas las industrias. Al respecto, se advierte que existen industrias vitivinícolas de gran envergadura que no solo reciben uva como único aporte a la producción de vino. La mayoría de las bodegas que poseen una línea de embotellación reciben un importante 82
  • volumen de vino ya procesado en otras bodegas para finalizar con su proceso. Recibir vino externo en la etapa de pre envase genera un caudal de riles proveniente del lavado de camiones y de cubas de pre embotellación que aumentan los gastos de agua proyectados para la uva recibida en la etapa de vendimia. Lo anterior nos indica que el cálculo correcto del índice de contaminación debiera considerar los litros de vino procesado recibidos por la bodega de vinificación, sumados a los litros de vino producidos en la bodega. La razón cambiará a litros de riles generados versus litros de vino procesados, dando una mejor aproximación de la contaminación generada por la industria. 6.2.2 Comentarios generales Cuando una operación aporta caudales y cargas de difícil cuantificación y los procesos son de baja automatización, se agregan dificultades para desarrollar una producción eficiente y orientada a la mejora continua. Eliminar aquellas variables fuera de control, modificando los procesos de manera que todas las entradas a él sean cuantificables, facilita la vía hacia el logro de una Producción más Limpia. Respecto a la introducción de nueva tecnología a las operaciones de vinificación, un punto de gran importancia es la barrera al cambio observada en los operarios. Existe poco interés de su parte ante al cambio de maquinaria, justificando ciertas dificultades en la utilización de nuevos equipos. Esta situación puede traducirse en un problema al momento de optar por cambios tecnológicos, llegando, incluso, al fracaso de la modificación. Es predecible que la optimización de los procesos haga esperar sus resultados. Una política de reducción de los desechos origina cambios en las prácticas laborales, generando un periodo de ajustes, donde algunos conflictos pueden surgir. Respaldándose en la experiencia de países donde ya se ha implementado el concepto de Producción más Limpia, se puede argumentar que estos ajustes tendrán sus recompensas en un futuro no muy lejano. Empresas de Los Estados Unidos han llegado a una reducción del 50% de la contaminación producida solo mejorando las prácticas de sus operaciones y aplicando algunos cambios en los procesos. Se debe recordar que el implementar la Producción más Limpia en una empresa requiere del constante trabajo del equipo. Estas propuestas comenzarán a implementarse y, sobre la marcha, se ajustarán a las prácticas de los operarios. Optimizar en forma constante, conocer el proceso en su totalidad, observar los progresos y retrocesos es tarea en la cual se comienza a producir de manera más exigente y de mejor calidad. 83
  • 6.3 Análisis del escenario de aplicación de los principios de Producción más Limpia en Chile Los acuerdos de Producción más Limpia promueven la mejora de los sistemas de producción. Bajo esta motivación, muchas de las empresas vitivinícolas en el país han suscrito el acuerdo, comenzando a trabajar en la optimización de sus técnicas de producción. En este sentido, los APL significan un gran avance en materia ambiental en nuestro país. Sin embargo, se debe plantear la siguiente situación, ¿Se detendrá el avance en materia ambiental una vez que los certificados de cumplimiento del APL sean entregados? La Organización de las Naciones Unidas, a través de PNUMA, cuestiona esta entrega de certificados de cumplimiento por parte de los gobiernos. De alguna forma esta práctica crea una dependencia, por parte de las empresas, a las políticas ambientales regulatorias, produciendo que las herramientas de gestión ambiental se utilicen solo para cumplir con la normativa y no para mejorar el desempeño en la producción. El cumplimiento de los APL está orientado a ser un paso para el cumplimiento de los estándares ISO 14.000, que implican la aplicación de mejoras continuas en la producción. Así, la obtención de la ISO 14.000 deja de convertirse en el objetivo principal, siendo el camino a la obtención de un objetivo aún más grande. Si se logra que el objetivo principal de las industrias sea la no contaminación del medio ambiente mediante la optimización de sus procesos de producción, se habrá obtenido una de las principales características de la Producción más Limpia, la cual es conveniente solo por los beneficios que conlleva a las empresas y a la comunidad en general. 6.4 Conclusiones finales La presente investigación realizada en un área industrial importante en nuestro país, aplicando las teorías encontradas en la bibliografía y los datos observados en terreno, llevan a cuestionarse la importancia que tiene en Chile la aplicación de técnicas “end of pipe” para evitar la contaminación del medio ambiente. El tratamiento de efluentes y técnicas de reciclaje tienen una importancia fundamental en los criterios de protección ambiental, no obstante, la reducción de los desechos en el origen representa una herramienta de gestión ambiental de mucha mayor eficacia. Es un concepto erróneo clasificar las tecnologías de 84
  • tratamiento de residuos de carácter terminal como técnicas pertenecientes al concepto de Producción más Limpia. La Producción más Limpia representa en si una buena propuesta de negocios. Los principales medios para lograrla son el uso eficiente de los materiales y la optimización de los procesos. La combinación de ambas metas implica la menor generación de residuos y un aumento en la productividad de los trabajadores con la consecuente disminución de los costos operativos de la planta de producción. Es creencia generalizada que la disminución de las emisiones contaminantes implica grandes inversiones en nueva tecnología por parte de la industria. Lo cierto es que en muchos casos donde se ha comenzado la implementación de la Producción más Limpia, son los cambios simples en los procesos ya existentes lo que han conseguido el objetivo. Aunque la nueva tecnología suele ser de gran ayuda para prevenir la generación de desechos, esto no implica que no se pueda avanzar en la materia sin su presencia. De esta manera es posible cuestionar la postura de muchas empresas antiguas que se sienten en desventaja con respecto a las nuevas industrias, que pueden comenzar a operar desde un comienzo bajo la nueva tecnología. Aunque una industria de años de trayectoria tuviera que invertir en nueva tecnología, siguen existiendo suficientes beneficios económicos como para modificar o cambiar los procesos existentes por unos que promuevan la minimización en la generación de residuos. Para terminar, es posible decir que la implementación de la Producción más Limpia requiere de nuevos conocimientos, mejoramiento de las tecnologías y, en especial, un cambio de actitud frente a los cambios y análisis críticos que pueden hacerse frente a las metodologías de producción. Adoptar la Producción más Limpia no solo llevará a la industria a un mejor desempeño, también llevará al país a una mejor postura frente a temas tan relevantes como la protección de sus recursos y la salud de sus habitantes. 85