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INCREMENTAR LA PRODUCCIÓN DE AGUA ULTRAFILTRADA IMPLEMENTANDO UN SISTEMA DE RECIRCULACIÓN AUTOMATIZADO EN LAS PLANTAS SANTA MAR

Por: Yvonne Lomparte, Carlos Uriol, Omar Bendezu, Fidel Basurto, Luis León, Yoci Pinedo, Jhonnathan Muñoz y Edgar Machuca, Compañía Minera Poderosa. 


Introducción

Los campamentos mineros de Cedro y Santa María en la unidad de producción Santa María, cuentan con trabajadores que realizan labores de operación mina, planta y servicios; quienes como necesidad básica requieren agua para el desarrollo de sus actividades de campamentos y alimentación. En el periodo 2017 – 2019 el área de Gestión Ambiental mejoró el abastecimiento de agua potable a través de la implementación de tres plantas de ultrafiltración en los campamentos mineros.

Estas plantas bajo el diseño original, consideran la etapa de retrolavado de las membranas, la que se realiza con el 20% de agua tratada, siendo esta agua rechazada por la planta de ultrafiltración, generando un mayor volumen de captación, efluentes industriales y mayor costo de operación por tratamiento de agua que será usada para el retrolavado y tratamiento del efluente producido por la planta.

El proyecto considera el reaprovechamiento del 85% del agua de rechazo de la planta de ultrafiltración a través de un circuito de recirculación automatizado, incrementando la eficiencia de 80% a 96%, lo que permitirá un mayor tratamiento del recurso para el suministro a los trabajadores.

Perfil del proyecto

Objetivos

ν Incremento de producción de agua en 17.6%. De 72,576 m3 a 88,107 m3 anualmente.

ν Reducción de agua residual de 85.6%. De 18,144 m3 a 2,612 m3, manejado como lodo para deshidratación.

ν Reducción de costo de 0 a 11.3%.

ν Reducción de tiempo de exposición a riesgos relacionaos a la operación de 22 a 20 horas.

Alcance

ν Sistema de recirculación automatizado en las plantas de ultrafiltración de Santa María y Cedro.

Metodología

La metodología empleada en el desarrollo del proyecto fue “Los 7 pasos de la solución de problemas”.

Principales actividades

ν Reorganización del equipo de trabajo.

ν Capacitación al equipo de trabajo en la metodología de los 7 pasos.

ν Lluvia de ideas para, a partir de esta, elaborar nuestra matriz de priorización.

ν Monitoreo de calidad de agua de todas las etapas de la planta de ultrafiltración.

ν Balance de masa en cada componente de la planta de filtración.

ν Pruebas de sedimentación y diseños de sedimentador.

ν Adquisición e instalación de circuito de recirculación.

ν Modificación de lógica de operación de la planta de ultrafiltración.

ν Monitoreo de componentes de la planta con circuito de recirculación incorporado.

Método de solución de problemas y herramientas de la calidad 

Método de solución de problemas 

El procedimiento empleado para la solución de problemas fue: “La metodología de solución de problemas de los 7 pasos”, que nos permitió utilizar una serie de herramientas de la gestión de la calidad.

Una de las claves de la solución de problemas, al estilo del Control Total de la Calidad, es adiestrarse en sus fundamentos.

Esta metodología es el procedimiento básico que permite resolver problemas de manera científica, racional, eficiente y efectiva a cualquier individuo o grupo de trabajo. 

El secreto de mejorar nuestras habilidades para solucionar problemas es conocer el método y aplicarlo tal como es:

ν Fijar sistemáticamente una metodología que permita la identificación y solución ordenada de los problemas u oportunidades de mejora para los procesos en las diferentes áreas de la empresa.

ν La historia debe quedar registrada como fuente educativa a otros miembros.

ν La solución no sirve si no se estandariza la medida de respuesta a los problemas de fondo o de raíz.

El desarrollo del proyecto se basó también en el método del PHVA o círculo de Deming y se desarrolló en cada etapa de acuerdo a lo indicado a continuación:

νPlanificar: se dio con la definición de los objetivos del proyecto y la elaboración del nuevo diseño del sistema de recirculación automatizado.

νHacer: se dio con la adquisición e instalación del sistema de recirculación automatizado.

νVerificar: se dio con el monitoreo de la planta de ultrafiltración. 

νActuar: se elaboró el procedimiento escrito de trabajo seguro de la operación de plantas de ultrafiltración.

A continuación, se detalla la manera como se desarrolló el proyecto aplicando la metodología de solución de problemas de los 7 pasos:

Paso 1: selección del tema

Listado de los problemas 

Para realizar la selección del tema, los integrantes del Círculo de Mejoramiento Continuo (CMC) Gestores Ambientales listaron todos los problemas que se presentaban en la operación de recursos hídricos relacionados a la operación, medio ambiente y seguridad de la unidad de producción Santa María. Para ello empleó la herramienta de la calidad denominada Lluvia de ideas (Brainstorming).

Selección del problema

Luego de agrupar los problemas se determinaron los criterios de selección para elegir el asunto a resolver. Estos criterios fueron:

ν Viabilidad para inversión.- Considera el alcance que tiene el CMC dentro de sus posibilidades de resolver determinado problema tomando en cuenta la variable de inversión estimada (ver Tabla 1). 

ν Viabilidad para beneficio económico.- Considera el alcance que tiene el CMC. Se evaluó la proyección de ahorro económico de los proyectos, según los criterios de la Tabla 1. 

ν Viabilidad para tiempo de ejecución.- Considerando que el abastecimiento de agua es imprescindible para el personal, se consideró el tiempo de ejecución en la mejora, tomando en cuenta los criterios de la Tabla 1.

ν Viabilidad para espacio disponible.- Debido a la topografía de la zona un limitante en cualquier proyecto es la disponibilidad de espacio, por ello un criterio a evaluar es el espacio.

Definición del problema 

El problema seleccionado que el CMC Gestores Ambientales consideró como prioritario fue que las plantas de ultrafiltración producto de su sistema operativo generan un 20% de agua de retrolavado, lo que debe contar con tratamiento, permiso para vertimiento y punto de monitoreo, elevando así los costos operativos y reduciendo la capacidad de abastecimiento.

Paso 2: comprender la situación y establecer objetivos

Comprender la situación

Operación de la planta de ultrafiltración.- Los campamentos mineros de Cedro y Santa María, captan agua subterránea de taladros diamantinos en interior mina, la que a través de tubería de polietileno es conducida a las plantas de ultrafiltración.

El recurso hídrico es almacenado en los tanques de agua cruda, para abastecimiento a la planta de manera continua. A través de la operación de una bomba de impulsión de 60 PSI, es impulsada a las membranas de ultrafiltración. Previo al ingreso de agua a las membranas, se dosifican reactivos al interior de la tubería para posibilitar la coagulación de metales, que serán retenidos en las membranas.

Posterior al ciclo de operación de la planta, se aprecia un alza de presión en las membranas, lo que a través del ciclo de retrolavado permite retirar los elementos retenidos en las membranas.

El ciclo de retrolavado consiste en el bombeo de agua tratada del tanque de almacenamiento, en sentido inverso del flujo normal, para retira los elementos retenidos, evacuando agua con alto contenido de sólidos y metales pesados.

El ciclo de retrolavado de la planta utiliza el 20% del agua tratada para dicho proceso, la que es retirada del circuito por alto contenido de sólidos y metales.

Calidad de agua.- El agua de rechazo de la planta de ultrafiltración, producto del ciclo de retrolavado presenta alta concentración de sólidos suspendidos y metales (ver Tabla 3). 

Agua de rechazo.- Anualmente se capta 90,720 m3 de agua para el abastecimiento a los campamentos Cedro y Santa María, sin embargo, debido al ciclo de retrolavado, no se aprovecha 18,144 m3, lo que representa el 20% del agua tratada, generando una eficiencia de la planta de 80% (ver Figura 5).

Costos.- El agua de rechazo del ciclo de retrolavado al presentar alta concentración de sólidos suspendidos y metales para el vertimiento requiere un tratamiento previo a la descarga, lo que implicaría un costo de US$ 13,227.11 anuales (ver Figura 6).

Definición de los indicadores (ítems de control)

Para poder definir los indicadores de nuestro proyecto hemos creído conveniente listar todos los elementos involucrados en la operación de las plantas de ultrafiltración, como se muestra en la Tabla 4.

Paso 3: planear las actividades

Después de analizar la situación actual, se determinaron las actividades para el desarrollo del proyecto en base a la metodología de los 7 pasos. 

Para cumplir con las actividades se empleó la herramienta de Diagrama de Gantt, tal como se muestra en Figura 7.

Paso 4: análisis de causas 

Para este análisis se usó el diagrama causa y efecto, herramienta que representa la relación entre un efecto (problema) y todas las posibles causas que lo ocasionan. 

Es denominado también Diagrama de Ishikawa o Diagrama de Espina de Pescado por ser parecido con el esqueleto de un pescado. Se utiliza para clarificar las causas de un problema y hallar la causa raíz.

El CMC Gestores Ambientales utilizó esta técnica a partir del problema ya identificado como: “Baja producción de agua tratada por pérdida de agua de rechazo de las plantas UF Cedro y Santa María” (ver Figura 8).

Paso 5: considerar e implementar contramedidas

Planificación de contramedidas

Para definir las contramedidas, se procedió a listar las causas raíces determinadas en el paso anterior agrupándolas luego mediante el Diagrama de afinidad.

Para determinar la forma de implementar las contramedidas, nos apoyamos en la herramienta de la calidad de 5W + 1H, determinando el plan de acción de contramedidas presentado en la Tabla 5.

Resumen de las actividades de mejoras realizadas

En la Figura 9, se muestra el resumen de la ejecución de las mejoras:

a. Monitoreo.- Con el personal de CMC Gestores Ambiental se realizó el monitoreo a los componentes de las plantas de ultrafiltración, para determinar la calidad de agua en cada sección.

b. Realizar comparativo.- Se comparó la calidad de agua de ingreso, rechazo y producto con la calidad del recurso de consumo, observando que el agua de ingreso solo incumple en concentración de arsénico mientras que el agua de retrolavado presenta un alto contenido de As, Fe, Pb y SST.

También debido al contenido del reactor el agua de retrolavado sedimenta muy rápido, por ello se tomó muestras sin decantar y decantado, observándose la reducción de parámetros al sedimentar la solución.

También el agua de retrolavado posterior a la sedimentación presenta características similares al agua de alimentación y todos los parámetros se encuentran por debajo del límite de especificaciones de diseño de la planta, corroborando que podría utilizarse. 

c. Balance de masa.- Con la información del monitoreo se realizó el balance de masa en los componentes de la planta de ultrafiltración (ver Figura 11).

d. Determinación de volumen de agua de retrolavado.- considerando el caudal de tratamiento y el 20% de agua de retrolavado, se determinó que el volumen de tanque es de 1.44 m3.

e. Dimensionamiento del sistema de recirculación.- Se requiere realizar pruebas de sedimentación para determinar el tiempo necesario que el agua se encontraría en el circuito (ver Figura 12).

También con el cálculo de volumen de agua generado en el retrolavado se dimensionó el sedimentador (ver Figura 13).

f. Construcción e instalación del sistema de recirculación.- Con las pruebas realizadas, se concluyó que era necesario un tanque sedimentador de 1.5 m3 y se requería un tiempo de sedimentación de 20 minutos para separar los lodos del agua. Posterior a este tiempo el agua de retrolavado retornaría al circuito a través de una recirculación.

Esta especificación fue brindada a Accuaproduct para la construcción e instalación del circuito de recirculación (Figura 14).

g. Modificación del circuito automatizado.- Se realizó la modificación del circuito para la purga del tanque sedimentador y recirculación de agua a los tanques de almacenamiento de agua cruda de manera automática.

Paso 6: verificación de resultados

Verificación de los resultados en las mejoras

Implementación del sistema de recirculación automatizado.- Los resultados obtenidos pueden verificarse en la Tabla 10.

Sustento económico de VAN y TIR.- El monto de US$ 54,786.72 es la inversión realizada para la mejora y US$ 13,227.11 es lo que se deja de gastar (ver Figura 16).

Comparar los resultados con los objetivos trazados

La comparación entre los objetivos trazados y los resultados obtenidos con la implementación de un sistema de recirculación automatizado en las plantas de ultrafiltración se puede apreciar en la Tabla 11.

Paso 7: estandarizar y establecer control 

A continuación, se presenta la estandarización de los buenos resultados obtenidos:

Actualización los procedimientos

Para uniformizar o estandarizar los resultados obtenidos con la implementación de nuestro proyecto de mejora, se actualizó el PETS de Operación de la Planta de Ultrafiltración de Santa María y Cedro, además se incorporó programas de trabajo (ver Figura 17 y Tabla 12).

Monitoreo de componentes

Se realizó monitoreo de calidad de agua en los componentes de la planta para ser analizada por un laboratorio externo y bríndanos información acreditada. 

Diseño de sistema

Se realizaron pruebas de sedimentación a través del método jarra (ver Figura 19). 

Resultados

Resultados de orientación hacia el cliente interno/externo

Los resultados obtenidos que benefician a nuestro cliente interno se presentan en la Tabla 13.

Resultados financieros 

Para una inversión de US$ 22,002 y un periodo de evaluación de un año, se obtuvieron los siguientes beneficios económicos:

ν VAN: US$ 54,375.72.

ν TIR: 99%.

ν Periodo de recuperación: 1 año.

Resultados de la eficiencia organizacional

La Tabla 14 muestra los resultados obtenidos por categorías:

Productividad

ν Incremento de eficiencia de la planta de 80% a 97.6%.

ν Producción de agua de todas plantas de ultrafiltración de 201.6 m3/día a 244 m3/día.

ν Eliminación de efluente de agua de retrolavado de 0 a 85%.

ν Reducción de costo de 0 a 11.3%.

Calidad

ν Abastecimiento a 280 trabajadores adicionales con la misma capacidad de planta.

Medio Ambiente

Reducción de descarga de efluente por agua de rechazo de planta de ultrafiltración de 18,144 m3/año a 0.

Seguridad

Reducción de tiempo de exposición a riesgos relacionados a la operación de 22 a 20 horas.

Sostenibilidad y mejora Sostenibilidad

El CMC ha analizado e identificado los posibles peligros para la sostenibilidad del presente proyecto utilizando la herramienta ¿Qué pasa sí?, siendo los peligros encontrados los siguientes:

ν Falla de sistema de recirculación

Revisión por el área de mantenimiento mecánico y eléctrico.

Generación de requerimiento de material de ser necesario.

ν Incumplimiento en el abastecimiento

Verificación diaria de los parámetros de operación y mantenimiento mensual de los componentes.

Las actividades definidas por el equipo de trabajo para dar sostenibilidad en el tiempo al proyecto de mejora fueron:

ν Evaluación continua

Evaluación periódica de los indicadores de gestión que se han definido a lo largo de los diferentes hitos del proyecto con el fin de corregir alguna desviación u oportunidad de mejora que se pueda presentar en el camino (PHVA).

ν La estandarización 

El equipo a la fecha tiene el PETS de operación de las plantas de ultrafiltración Cedro y Santa María. Además programas de monitoreo de calidad de agua y de mantenimiento de los componentes.

ν Capacitación

Se continuará con el desarrollo de capacitación al personal que forma parte del CMC y trabajadores involucrados en las actividades de operación de las plantas de ultrafiltración, en las áreas de calidad y técnica relacionadas al proyecto de innovación.

Metas e indicadores para evaluar el desempeño futuro y asegurar la continuidad de la mejora

ν Recirculación de agua de retrolavado (100%)

El agua de retrolavado debe recircular de manera total para su decantación y posterior uso.

ν Disponibilidad Mecánica 

El mantenimiento del sistema será una vez por mes.

 ν Tiempo de entrenamiento del operador (1 mes)

Reducir el tiempo actual de entrenar un operador. 

Bibliografía

Sorangel Rivas-Romero; Gerardo Menés-Vuelta; Aimet Rómulo Rodríguez. Centro de Investigaciones del Niquel (Cediniq). Cuba. 

https://www.accuaproduct.com/


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