Recirculación costos (R.S. RAMALHO)

Contenido

• Enunciado del problema.

• Datos del problema.

• Resolución del problema (recirculación del 75%).– Balance de agua

– Balance de contaminantes

– Diagrama de flujo

– Costos

• Gráfica.

• Conclusiones.

Enunciado del problema

Una planta utiliza 40 m3 h-1 de agua de proceso con unaconcentración en contaminantes máxima de 0.1 kg m-3. Elsuministro de agua bruta tiene una concentración encontaminante de 0.05 kg m-3. Optimizar el sistemareutilización de aguas (R) para esta planta basándonos en uncosto de agua bruta de 10 pesos/m3.Utilizar los datos de la gráfica al estimar los costos de losprocesos de tratamiento que se deberían llevar a cabo. Elcontaminante no es volátil y la máxima descarga permitida almedio receptor debe ser inferior a 8 kg h-1. Suponga que serecicla el 75 % de la carga alimentada a la planta y que laspérdidas debido a evaporación son despreciables. Paraestimar los costos del tratamiento considere la gráfica1.

Datos de problema

Datos del problema

Resolución del problema (balance de agua)

• Se considera una recirculación del 75%

𝑅 = 0.75 𝑐𝑜𝑟𝑟𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 3 = 0.75 40𝑚3

ℎ𝑟= 30

𝑚3

ℎ𝑟

• La recirculación se identifica como corriente 2.

• Posteriormente, se calcula la alimentación de agua bruta (corriente 1).𝑐𝑜𝑟𝑟𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 1 = 𝑐𝑜𝑟𝑟𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 3 − 𝑐𝑜𝑟𝑟𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 2 = 40

𝑚3

ℎ𝑟− 30

𝑚3

ℎ𝑟= 10

𝑚3

ℎ𝑟

Resolución del problema (balance de agua)

• A continuación, se calcula el agua que sale de la planta (fabrica o proceso): 𝑐𝑜𝑟𝑟𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 4 = 𝑐𝑜𝑟𝑟𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 3 − 𝑐𝑜𝑟𝑟𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 8 𝑝𝑒𝑟𝑑𝑖𝑑𝑎𝑠 = 40

𝑚3

ℎ𝑟− 4

𝑚3

ℎ𝑟= 36

𝑚3

ℎ𝑟

• El paso siguiente consiste en calcular la corriente 6 y 5.

𝑐𝑜𝑟𝑟𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 6 = 𝑐𝑜𝑟𝑟𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 4 − 𝑐𝑜𝑟𝑟𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 2 = 36𝑚3

ℎ𝑟− 30

𝑚3

ℎ𝑟= 6

𝑚3

ℎ𝑟

– Se considera que la corriente 5 y la corriente 2 son iguales y que la corriente 11 es despreciable y no considera para este problema.

Resolución del problema (balance de contaminantes)

• Calculo de contaminantes para el agua bruta𝑐𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑛𝑡𝑎𝑚𝑖𝑛𝑎𝑛𝑡𝑒𝑠 ∗ 𝑓𝑙𝑢𝑗𝑜 𝑐𝑜𝑟𝑟𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 1 𝑎𝑔𝑢𝑎 𝑏𝑟𝑢𝑡𝑎

0.05𝑘𝑔

𝑚310

𝑚3

ℎ𝑟= 0.5

𝑘𝑔

ℎ𝑟

• Calculo de contaminantes para corriente 3 (agua bruta + recirculación )

𝑐𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑛𝑎𝑡𝑎𝑚𝑖𝑛𝑎𝑡𝑒𝑠 ∗ 𝑓𝑙𝑢𝑗𝑜 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑟𝑟𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 3

0.1𝑘𝑔

𝑚340

𝑚3

ℎ𝑟= 4

𝑘𝑔

ℎ𝑟

Resolución del problema (balance de contaminantes)

• Se calculan los contaminantes en la corriente 2 (corriente de reciclaje ). 𝑐𝑜𝑛𝑡𝑎𝑚𝑖𝑛𝑎𝑛𝑡𝑒 𝑐𝑜𝑟𝑟𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 3 − 𝑐𝑜𝑛𝑡𝑎𝑚𝑖𝑛𝑎𝑛𝑡𝑒 𝑐𝑜𝑟𝑟𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 1 =

4𝑘𝑔

ℎ𝑟− 0.5

𝑘𝑔

ℎ𝑟= 3.5

𝑘𝑔

ℎ𝑟

• Se calcula el contaminante de la corriente 4𝑐𝑜𝑛𝑡𝑎𝑚𝑖𝑛𝑎𝑛𝑡𝑒 𝑐𝑜𝑟𝑟𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 3 + 𝑐𝑜𝑛𝑡𝑎𝑚𝑖𝑛𝑎𝑛𝑡𝑒 𝑐𝑜𝑟𝑟𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 9 =

4𝑘𝑔

ℎ𝑟+ 40

𝑘𝑔

ℎ𝑟= 44

𝑘𝑔

ℎ𝑟

Resolución del problema (balance de contaminantes)

• Contaminantes en corrientes 5 y 6𝐶𝑜𝑛𝑡𝑎𝑚𝑖𝑛𝑎𝑛𝑡𝑒 𝑐𝑜𝑟𝑟𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 5 = 𝑅𝑒𝑙𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑒𝑛𝑡𝑟𝑒 𝑙𝑜𝑠 𝑓𝑙𝑢𝑗𝑜𝑠 𝑑𝑒 𝑙𝑎𝑠 𝑐𝑜𝑟𝑟𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒𝑠 5 𝑦 4 ∗ 𝑐𝑜𝑛𝑡𝑎𝑚𝑖𝑛𝑎𝑛𝑡𝑒𝑠 𝑐𝑜𝑟𝑟𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 4

30𝑚3

ℎ𝑟

36𝑚3

ℎ𝑟

44𝑘𝑔

ℎ𝑟= 36.67

𝑘𝑔

ℎ𝑟

𝑐𝑜𝑛𝑡𝑎𝑚𝑖𝑛𝑎𝑛𝑡𝑒 𝑐𝑜𝑟𝑟𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 6 = 𝑐𝑜𝑛𝑡𝑎𝑚𝑖𝑛𝑎𝑛𝑡𝑒 𝑐𝑜𝑟𝑟𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 4 − 𝑐𝑜𝑛𝑡𝑎𝑚𝑖𝑛𝑎𝑛𝑡𝑒 𝑐𝑜𝑟𝑟𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 5 =

44𝑘𝑔

ℎ𝑟− 36.67

𝑘𝑔

ℎ𝑟= 7.33

𝑘𝑔

ℎ𝑟

• Contaminante en corrientes 10 y 7

𝑐𝑜𝑟𝑟𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 10 = 0𝑘𝑔

ℎ𝑟

𝑐𝑜𝑟𝑟𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 7 = 7.33𝑘𝑔

ℎ𝑟; 𝑙𝑜 𝑐𝑢𝑎𝑙 𝑒𝑠 𝑚𝑒𝑛𝑜𝑟 𝑎 𝑙𝑜𝑠 8

𝑘𝑔

ℎ𝑟𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑛𝑡𝑎𝑚𝑖𝑛𝑎𝑛𝑡𝑒𝑠 𝑎𝑐𝑒𝑝𝑡𝑎𝑑𝑜𝑠 𝑝𝑜𝑟 𝑙𝑎 𝑛𝑜𝑟𝑚𝑎.

• Contaminante en corriente 11𝑐𝑜𝑛𝑡𝑎𝑚𝑖𝑛𝑎𝑛𝑡𝑒 𝑐𝑜𝑟𝑟𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 5 − 𝑐𝑜𝑛𝑡𝑎𝑚𝑖𝑛𝑎𝑛𝑡𝑒 𝑐𝑜𝑟𝑟𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 2 =

36.67𝑘𝑔

ℎ𝑟− 3.5

𝑘𝑔

ℎ𝑟= 33.17

𝑘𝑔

ℎ𝑟

Diagrama de flujo

• El diagrama de flujo queda con los siguientes caudales de agua y de contaminantes:

36m3/hr44kg/hr

30m3/hr3.5kg/hr

10m3/hr

30m3/hr36.67kg/hr

6m3/hr7.33kg/hr

-- m3/hr33.17kg/hr

Costos

• Eficiencias de remoción de contaminantes.𝑐𝑜𝑛𝑡𝑎𝑚𝑖𝑛𝑎𝑡𝑒𝑠 𝑐𝑜𝑟𝑟𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 11

𝑐𝑜𝑛𝑡𝑎𝑚𝑖𝑛𝑎𝑛𝑡𝑒𝑠 𝑐𝑜𝑟𝑟𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 5∗ 100 =

33.17𝑘𝑔

ℎ𝑟

36.37𝑘𝑔

ℎ𝑟

= 91.2%; 𝑠𝑒 𝑟𝑒𝑑𝑜𝑛𝑑𝑒𝑎 𝑎 90%

• Calculo de costos (se usa la gráfica de costos, que se encuentra en los datos del problema).

• No se considera el costo del tratamiento del agua que se descarga, ya que la carga de contaminantes no supera a o especificado por la norma que se menciona en le enunciado del problema.

– Costo agua bruta

10𝑚3

ℎ𝑟24ℎ𝑟 10

$

𝑚3= $2,400.00

– Costo de agua recirculada

30𝑚3

ℎ𝑟24ℎ𝑟 11.25

$

𝑚3= $8,100.00

• Total = $10,500.00

Gráfica

$9,500.00

$10,000.00

$10,500.00

$11,000.00

$11,500.00

$12,000.00

$12,500.00

50 55 60 65 70 75 80 85 90

Co

sto

($

)

% de reciclaje

% de reciclaje vs costo

costo

Conclusiones

• Se descubrió que el punto óptimo derecirculación de agua es del 75%, ya que coneste caudal se evita el tratamiento del agua enla descarga final; debido a que la cargacontamínate no supera los limites máximospermisibles.