Control Emisiones Ingenio2009

Propuesta de un Sistema de Limpieza de las Emisiones Generadas por un

Ingenio Azucarero.

Caso de Estudio: Ingenio San Cristóbal.

Por:

Augusto Geovanny Martínez Cortés

Propuesta de un Sistema de Limpieza de Emisiones Contaminantes para un Ingenio Azucarero.
Caso: Ingenio San Cristóbal.
Departamento de Ingeniería Química y Bioquímica.

Índice.
Resumen .......................................................................................................... 1

Abstract ........................................................................................................... 1

Planteamiento del Problema .......................................................................... 2

Hipótesis .......................................................................................................... 2

Justificación ..................................................................................................... 3

Objetivos.......................................................................................................... 3

a) Objetivo General. ................................................................................. 3
b) Objetivo Específico. ............................................................................. 3

Antecedentes. ................................................................................................. 4

1. Utilización del Bagazo. ......................................................................... 4
a) Ventajas. ........................................................................................ 4
b) Desventajas. ................................................................................... 5
2. Situación Actual del Bagazo como Combustible en México. ............... 5
3. Ingenios Azucareros más Productores del País. .................................. 7
4. Equipos de Control Adoptados por Ingenios Azucareros. ................... 7
5. Contaminación Ambiental Ocasionada por la quema de Bagazo. ...... 8
6. Generación de Partículas Sólidas. ........................................................ 9
7. Cantidad de Contaminantes Producidos por el Ingenio San Cristóbal. 9
8. Situación Actual del Ingenio San Cristóbal. ......................................... 10

Marco Teórico. ................................................................................................ 11

1. Control de Emisiones Atmosféricas. .................................................... 11
2. Técnicas de Control No Agregado........................................................ 13
a) Cambio de Procesos. ...................................................................... 13
b) Cambio de Combustibles. .............................................................. 14
c) Buenas Prácticas de Operación. .................................................... 15
d) Cierre de Plantas. ........................................................................... 15
3. Técnicas de Control Agregado. ............................................................ 15
a) Emisiones Gaseosas.
A. Combustión. ............................................................................. 15
B. Absorción. ................................................................................ 16
C. Adsorción. ................................................................................ 16
D. Condensación........................................................................... 16
b) Emisiones Sólidas. .......................................................................... 15

Por: Martínez Cortés Augusto Geovanny y Rojas Palacio Jorge


A. Colectores de Inercia. .............................................................. 17
B. Precipitadores Electrostáticos. ................................................ 17
C. Filtros de Mangas..................................................................... 17
D. Lavadores y Absorbedores Húmedos. ..................................... 18

Metodología. ................................................................................................... 19

1. Tecnologías para Limitar Emisiones de Partículas Sólidas................... 19
2. Control de Emisiones Gaseosas. .......................................................... 20
a) Control de Emisiones de SO2. ......................................................... 20
A. Tecnologías para Limitar Emisiones de SO2. ............................ 21
b) Control de Emisiones de NOX. ........................................................ 22
A. Tecnologías para Limitar Emisiones de NOX. ........................... 22

Cronograma de Actividades. ........................................................................... 23

Referencias. ..................................................................................................... 23

Anexos ............................................................................................................. 23

Tabla 1.Estados Productores y Número de Ingenios. ...................................... 5

Tabla 2.Ingenios Azucareros más Productores del País. ................................. 7

Tabla 3.Equipos de Control de Emisiones Adoptados por los Ingenios. ......... 7

Tabla 4.Cantidad de Contaminantes producidos por Ingenio San Cristóbal. 10

Tabla 5.Tecnologías para Limitar la Emisión de Partículas Sólidas. ................. 19

Tabla 6.Tecnologías para Limitar los SO2. ........................................................ 21

Tabla 7.Tecnologías para Limitar los NOX. ....................................................... 22

Diagrama Comparativo de Técnicas de Control de Emisiones Contaminantes.12



Propuesta de un Sistema de Limpieza de las Emisiones Generadas por un Ingenio Azucarero.

Caso de Estudio: Ingenio San Cristóbal.
Por:
Augusto Geovanny Martínez Cortés

Resumen:
El combustible que se utiliza en las diferentes calderas de los ingenios azucareros es el bagazo que
se obtiene en la molienda de la caña diariamente. En base a las visitas realizadas por los presentes
al Ingenio San Cristóbal en los pasados meses, se percató el interés que existe desde ya hace años
en el Departamento de Control Ambiental a cargo del Q.F.B. José Martínez Ramírez por
implementar un Sistema de Limpieza para dicho ingenio, actualmente es el número uno productor
de caña de azúcar en el país, y a pesar de ello sigue sin contar sin un sistema que regule dichas
emisiones, aún cuando otros ingenios que reportan menos azúcar producida ya cuenta con alguna
técnica regulatoria.
Para el control de emisiones contaminantes se tienen dos técnicas, técnicas de control no
agregado y técnicas de control no agregado, en primer lugar se tienen las de control no agregado.
En segundo lugar se tienen las técnicas de control agregado, las cuales se seleccionaran en base a
comparación de costo-beneficio, considerando que en las emisiones tenemos gases y partículas
solidas, se compararan cada una de ellas con respecto a un efluente solido de una corriente
gaseosa. Al final se propondrá a dicho ingenio tecnologías adecuadas en bases a estas
comparaciones de acuerdo a las condiciones de operación que cuentan hoy en día.

Abstract:
The fuel used in the different boilers of the sugar mills is the bagasse obtained in the milling of
sugar cane daily. It is considered the byproduct non-timber most important of the world and
stored the equivalent to about 1 ton of oil for each tonne of sugar produced. On the basis of visits
by the present to the Ingenuity San Cristobal in recent months, he realized the interest from years
ago in the Department of Environmental Control from the Q. F. B. Jose Martinez Ramirez to
implement a system of Cleaning for the ingenuity, currently is the number one producer of sugar
cane in the country, and in spite of this still does not count without a system that regulates such
emissions, even when other mills that reported less sugar produced already has some technical
regulatory oversight. For the control of pollutant emissions are two techniques, control techniques
not added and control techniques not added, however this requires an analysis of what is required
and needs in the ingenuity, first, it will have the control not added.

Por: Martínez Cortés Augusto Geovanny y Rojas Palacio Jorge 1


Planteamiento del problema:

En base a las visitas realizadas por los presentes al Ingenio San Cristóbal en los pasados meses, se
percató el interés que existe desde ya hace años en el Departamento de Control Ambiental a cargo
del Q.F.B. José Martínez Ramírez por implementar un Sistema de Limpieza para dicho ingenio,
interés originado por los últimos reportes que la empresa SEPIASA S.A. de C.V. ha obtenido, pues
en ellos se observa el incremento de las emisiones en los últimos años. El Ingenio San Cristóbal
actualmente es el número uno productor de caña de azúcar en el país1, y a pesar de ello sigue sin
contar sin un sistema que regule dichas emisiones, aún cuando otros ingenios que reportan menos
azúcar producida ya cuenta con alguna técnica regulatoria. Es entonces cuando el interés poco a
poco se ha estado convirtiendo en una necesidad. La Secretaría de Medio Ambiente y Recursos
Naturales (SEMARNAT) en su NOM-085-SEMARNAT-1994 hace referencia a las fuentes fijas que
utilizan combustibles fósiles sólidos, y recientemente ha estado haciendo hincapié en dicho
ingenio en controlar sus emisiones. Aunado a todo esto, las instalaciones del ingenio se ubican a
poco menos de 1 km de la población de Carlos A. Carrillo, en donde existe la molestia en tiempos
de zafra de la precipitación de cenizas a lo largo y ancho de la población, que trae como
consecuencia el mal aspecto de calles, banquetas y fachadas de casas ocasionado por las cenizas
de mayor tamaño que literalmente “tiñen” las mismas, sin olvidar también la obstrucción del
alcantarillado producto de la formación de una torta a base de acumulaciones de cenizas y
humedad; precipitación generada por la combustión de bagazo que no cuenta actualmente con
ninguna técnica de control.
En torno al contexto ambiental, se sabe que la problemática de control de emisiones
contaminantes a la atmósfera cada vez toma más importancia, especialmente en el Ingenio San
Cristóbal, el cual actualmente es el número uno productor de azúcar del país, es decir, la cantidad
de gases de invernadero que emite al día son la principal casusa de lluvia ácida que se reporta en
ese municipio. Entonces, la finalidad de nuestro proyecto es el proponer al ingenio San Cristóbal
un sistema de filtración de las emisiones contaminantes provenientes la combustión de bagazo del
Área de Calderas, emisiones que hasta ahora no están controladas en dicha planta.

Hipótesis.

Actualmente existen distintas técnicas para el control de emisiones contaminantes generadas por
la combustión de bagazo sin importar el uso que se le dé. Sin embargo, cada una de esas
tecnologías posee sus ventajas y desventajas de utilización que van desde relaciones costo-
beneficio, hasta dificultades de su operación y mantenimiento. Es por ello que parte de la solución

1,
Unión Nacional de Cañeros A.C.-CNPR



al problema planteado será hacer una comparación sobre estas técnicas y a partir de sus ventajas
y desventajas seleccionar una tecnología que se adecue a las condiciones del ingenio, para que en
base a esto se diseñe e implemente.

Justificación.

Se sabe entonces que por parte del dicho ingenio, contamos con el apoyo del Q.F.B. José Martínez
Ramírez, encargado del Departamento de Control Ambiental y que nos ha proporcionado
información acerca de las condiciones de operación de su Área de Calderas. El Ingenio San
Cristóbal recientemente presenta reportes de una empresa privada de análisis ORSAT los cuales
reflejan un incremento de sus emisiones. No existe un sistema de control de emisiones
atmosféricas en dicho ingenio a pesar de ser el número uno productor de azúcar del país, aún
cuando otros ingenios que reportan menos producción ya cuento con ello. La Secretaría de Medio
Ambiente y Recursos Naturales en su NOM-085-SEMARNAT-1994 establece los límites permisibles
de emisiones contaminantes y en cuanto inicie su etapa de auditorías ambientales, dejará
expuesto a dicho ingenio, lo cual no le resulta como buena imagen ante la sociedad, lo que
provoca que el interés de dicho ingenio poco a poco se traduzca en una necesidad a largo plazo.
Existe también un malestar permanente por parte de la sociedad por el tiznado del municipio y
por problemas respiratorios asociados a la precipitación de cenizas de gran tamaño. Las emisiones
de gases de invernadero como el SO2 y los NOX emitidas por el ingenio son la causa de las lluvias
ácidas que se han reportado en los campos de caña.

Objetivos.

Objetivo General

Proponer un sistema de Limpieza para las emisiones contaminantes producidas por un Ingenio
Azucarero en base a criterios de conveniencia.

Objetivos Específicos

 Realizar un Análisis Comparativo de las diferentes Técnicas de Control para emisiones
contaminantes y en base a ello,
 Proponer un captador de partículas para emisiones sólidas (cenizas) que se adecue a las
exigencias de dicho ingenio.
 Proponer un equipo para la depuración de gases contaminantes SO2, NOX



Antecedentes

“Bagazo: El combustible natural del Siglo XX”
Empresa CEPSA1, 2006

Para la propuesta de nuestro sistema de limpieza de gases contaminantes provenientes de
calderas que utilicen el bagazo como combustible para la generación de vapor como lo es un
ingenio azucarero, algunos aspectos importantes deberán ser considerados en el proyecto y,
mismo, en la selección de la tecnología a ser empleada.

Utilización Del Bagazo Como Combustible

El combustible que se utiliza en las diferente calderas de los ingenios azucareros es el bagazo que
se obtiene en la molienda de la caña diariamente, sin tener almacenamiento del bagazo, pre
secado, como tampoco ningún proceso de preparación (trituración, transporte neumático, secado)
del combustible sólido, por lo que la humedad promedio está en el orden del 50% en base
húmeda. Se considera el subproducto no maderable más importante del mundo, y tiene un alto
valor estratégico en el desarrollo energético del país. Sólo en bagazo y paja en los cañaverales se
almacena el equivalente a cerca de 1 ton de petróleo por cada tonelada de azúcar producida.

La necesidad de secar el bagazo está dada con vistas a su ahorro, para mejorar sus características
como materia prima y para su almacenamiento, ya que el mismo se requiere para una amplia
gama de procesos que van desde la industria de derivados hasta la generación de electricidad.

El correcto tratamiento y utilización del bagazo pueden proporcionar considerables beneficios, no
sólo desde el punto de vista ramal, sino también para sustituir importaciones.

Las ventajas y desventajas de utilizar bagazo como combustible se presentan a continuación:

Ventajas

La utilización del bagazo aporta beneficios al medio ambiente, ya que reduce la emisión de dióxido
de carbono, principal causa del calentamiento de la Tierra, y es una fuente renovable. También
crea empleos en el campo y genera recursos energéticos en forma local.

1
CEPSA. Central El Palmar S.A., Ingenio productora de azúcar refinada Montalbán® ganadora del galardón Empresa
Socialmente Responsable en 2006



Desventajas

La principal dificultad es su costo, ya que exige una inversión considerable. Por ello, sólo las
grandes centrales azucareras pueden competir en este mercado.

Además, la generación de electricidad no es continua, ya que el sector del azúcar no opera más
que seis meses al año.

Situación Actual de la Utilización del Bagazo como Combustible en México.

La Cámara Nacional de las Industrias Azucarera y Alcoholera (CNIAA) planteó utilizar el bagazo de
la caña como fuente de energía renovable intermitente, a fin de instalar plantas de cogeneración
que haga más rentables a los ingenios.1

La producción de caña de azúcar en México genera 440 mil empleos directos y 2.5 millones de
empleos indirectos. En México el consumo de azúcar por habitante oscila entre 44 kilogramos,
anualmente. Nuestro país en el contexto mundial del azúcar ocupa el 7mo lugar en producción de
azúcar centrífuga, 7mo lugar en el consumo de azúcar, 5mo lugar en la producción de caña de
azúcar, y entre el 4to y 5to lugar en la producción de azúcar por hectárea.

En tema de competitividad durante la zafra 2008/2009: El total de la caña molida de azúcar fue de
42.5 millones de toneladas. El rendimiento por hectárea en campo fue de 64.1 toneladas por ha.
La producción de azúcar fue de 5.0 millones de toneladas. El azúcar producido por hectárea fue de
7.5 toneladas. El rendimiento en fábrica fue de 11.67 por ciento. El consumo de petróleo fue de
3.4 litros por tonelada. 2

Estados Productores y Número de Ingenios:

Cantidad de Ingenios Azucareros de la República Mexicana

Estados Ingenios
Veracruz 19
Jalisco 6

1,2
Unión Nacional de Cañeros A.C.-CNPR



San Luis Potosí 4

Oaxaca 3
Michoacán 3
Tabasco 3
Sinaloa 3
Chiapas 2
Nayarit 2
Puebla 2
Tamaulipas 2
Morelos 2
Quintana Roo 1
Colima 1
Campeche 1
Tabla 1. Estados Productores de Azúcar y Número de Ingenios Azucareros en cada uno de ellos.
Fuente: Unión Nacional de Cañeros A.C, http://www.caneros.org.mx/ .México 2009

En la tabla siguiente se muestra diferentes ingenios a lo largo del país, con la relación de
cantidad de materia sólida emitida y la cantidad de combustible consumido en toneladas
por cada hora de trabajo.

Es importante notar cómo los Ingenios San Cristóbal y La Gloria a pesar de tener un
consumo de combustible semejante, difieren en gran cantidad la cantidad de materia
sólida emitida. El Ingenio La Gloria emite casi un 87 % menos materia suspendida que el
ingenio San Cristóbal.



Ingenios Azucareros más productores del país.

Combustible Materia
Tipo y
Ingenio Tipo de Sólida
Número de Consumo
Azucarero Tipo Contaminantes Emitida
Fuentes (ton/h) (kg/h)
Material
Ingenio San Cinco Calderas Bagazo de
93.69 Particulado, SO2, 36,159.00
Cristóbal Acuotubulares Caña
NOX.
CO, SO2, NOX. y
Ingenio La Tres Calderas Bagazo de
91.49 material 4,894.61
Gloria Acuotubulares Caña
particulado
Material
Ingenio San Tres Calderas Bagazo de
36.71 Particulado, SO2, 14,420.169
Nicolás Acuotubulares Caña
NOX.
Material
Ingenio El Dos Calderas Bagazo de
30.00 Particulado, SO2, 4,533.51
Potrero Acuotubulares Caña
NOX.
Ingenio Material
Dos Calderas Bagazo de No reportó No reportó
Emiliano Particulado, SO2,
Acuotubulares Caña Dato Dato
Zapata NOX.
Tabla 2. Información de Ingenios Azucareros
Fuente: Unión Nacional de Cañeros A.C, http://www.caneros.org.mx/ .México 2008

A continuación se muestra la información de Equipos de Control adoptados por dichos
ingenios:

Equipos de Control
Ingenio
Caudal de Gases Eficiencia (%) de los
Azucarero Tipo Localización 3
Depurados (m /h) equipos
Ingenio San No Poseen Equipos No Poseen Equipos No Poseen Equipos No Poseen Equipos
Cristóbal
Scrubber y
Ingenio La Gloria Chimeneas 144,415.92 82
Ceniceros
Ingenio San Reinyector,
Chimenea 220,871.40 68
Nicolás Secador Ciclónico
Ingenio El No Poseen Equipos No Poseen Equipos No Poseen Equipos No Poseen Equipos
Potrero
Ingenio Emiliano No Poseen Equipos No Poseen Equipos No Poseen Equipos No Poseen Equipos
Zapata
Tabla 3. Información de Ingenios Azucareros
Fuente: Unión Nacional de Cañeros A.C, http://www.caneros.org.mx/ .México 2008.



Contaminación Ambiental ocasionada por la quema de Bagazo.

En tiempos de zafra, todo ingenio como consecuencia del aprovechamiento sustentable del
bagazo para la generación de vapor, genera grandes emisiones de contaminantes. Uno de ellos
son las cenizas, que a pesar de su baja cantidad generada en comparación con los otros gases,
capaces de generar un malestar social hacia la población circundante en el mejor de los casos; sin
embargo en el municipio de Carlos A. Carrillo ya se han reportado casos de parte de la Secretaría
de Salud de problemas respiratorios en la población infantil como resultado de su inhalación,
enfermedades reportadas como pulmonar alérgicas. Sin embargo a pesar de todas estas
afectaciones, la población entiende a las cenizas como un “mal necesario”, pues ellos sólo ven a la
zafra como una época generadora de empleos, dejando a un lado la contaminación producida
también por gases como los óxidos de nitrógeno y dióxido de azufre.

Generalmente los quemadores de bagazo utilizan el tiro forzado (consta de un ventilador que
recoge del exterior el aire que utiliza para la combustión y envía los gases de combustión al
exterior) como mecanismo económico para obtener máxima turbulencia y mezcla en el quemado
del combustible, y que al llevarse a cabo la combustión de este último se obtienen gases como
dióxido de carbono (CO2), dióxido de azufre (SO2), óxidos de nitrógeno (NOx) y vapor de agua;
como el bagazo es un sólido fibroso que al llevarse a cabo la combustión genera restos de
composición en carbono que son llamados hollín y cenizas (conocido por los lugareños “tizne”),
este residuo se engloba como partícula sólidas totales (PST).

Para llevar a cabo una separación de las emisiones a la atmosfera de un ingenio azucarero, es
necesario conocer los componentes básicos de esta, si partimos que los procesos de la industria
son suministrados por una fuente de energía que es el bagazo proveniente de la caña de azúcar
(Saccharum officinarum) siendo este ultimo uno de los principales productos agrícolas de México.
Este producto agrícola es industrializado en los ingenios azucareros, girando su economía
alrededor de la producción de sacarosa cuya demanda decrece debido al surgimiento de
tendencias nutricionales en las que lo cotizado son los alimentos bajos en calorías.



Generación de Partículas Sólidas (Cenizas)

La calidad y la cantidad de los sólidos residuales oriundos de la quema del bagazo independen de
los sistemas de limpieza a ser empleados. Su calificación y cuantificación, aunque
extremadamente difíciles de ser previstas, son fundamentales para un adecuado proyecto de los
sistemas de limpieza.

De forma general, los sólidos residuales comprenden, además de ceniza de bagazo, grande
cantidad de material no quemado y residuos minerales oriundos del suelo (arena y arcilla).

El total de ceniza esperado puede ser relacionado directamente a la capacidad de generación de
vapor de la caldera. La cantidad de bagazo mal quemado depende de la eficiencia de quema de la
caldera, la cual depende del tipo y de las condiciones operacionales del equipo. Calderas más
modernas tienden a generar menos bagazo mal quemado. Los sólidos minerales dependen de los
procesos de cosecha y transporte de la caña, bien como, de la existencia y de los tipos de sistemas
de lavado de la caña en la industria. Con el aumento de la cosecha mecanizada, y la consecuente
reducción de la utilización de agua de lavado en la caña, mayor cantidad de esos sólidos viene
siendo admitida en las calderas. Todavía, es importante resaltar que cada un de los sólidos antes
mencionados presenta características diferentes de densidad y granulometría, las cuales afectan
mucho el comportamiento delante de los procesos usuales de separación.

Cantidad De Contaminantes Producidos Por El Ingenio San Cristóbal.

Los siguientes datos presentados fueron obtenidos por la empresa privada SEPIASA A.C, empresa
privada contratada para dicha finalidad por el Ingenio San Gabriel y que se nos proporcionó
gracias al Q.F.B. José Martínez Ramírez, actual jefe del Departamento de Control Ambiental.

La tabla siguiente muestra los datos recolectados por dicha empresa:



Parámetro Evaluado Corrida Resultado Valor Máximo Permisible

PST 1 224.63 mg/m3 350 mg/m3

PST 2 211.28 mg/m3 350 mg/m3
Exceso de Aire 1 22.32 % 25.00 %
Exceso de Aire 2 21.61 % 25.00 %
NOx Única 173.19 ppm 375 ppm
SO2 Única 404.00 ppm 2,200 ppm

Tabla 4. Resultados obtenidos por la empresa SEPIASA A.C. para la empresa Fideicomiso Ingenio San Gabriel
de los parámetros: PST, Exceso de Aire, Óxidos de Nitrógeno (NOx) y Dióxido de Azufre (SO2) Municipio de
Carlos A. Carrillo. SEPIASA A.C. (2008).

Situación Actual del Ingenio San Cristóbal.

El área de generación de vapor cuenta en la actualidad con 5 calderas alemanas de 45 t/h; 30 atm
y 410ºC, en la actualidad generan vapor a una presión de 26, 23 y 11 atm, debido al estado técnico
deteriorado de los domos de las calderas.

El sistema de agua de alimentar se compone de 4 bombas centrífugas multietápicas de 138 m3/h y
una de 77 m3/h con una presión de descarga de 61 atm y movidas por motores eléctricos. Además
se cuenta con una planta de tratamiento de agua de 120 m3/h y planta de tratamiento térmico
con estación des arenadora con 3 unidades alemanas instaladas con capacidad de 63 m3 cada una.

En la actualidad la extracción de las cenizas se realiza de forma manual y ninguna de las calderas
existente cuenta con el sistema de separación de hollín. La extracción de los gases de escape se
efectúa a través de chimenea de hormigón con forro interior de ladrillos de 4880 mm de salida y
70 m de altura.



Marco Teórico

En las fábricas de azúcar y alcohol de la región, se emplea actualmente el bagazo de la
caña como combustible en las calderas que generan el vapor que necesitan las turbinas para el
accionamiento de generadores eléctricos, molinos de trapiches, bombas centrífugas, ventiladores,
etc. y el vapor de escape se destina a los procesos de fabricación. Las presiones y temperaturas del
vapor generado en estas calderas son relativamente bajas pero suficientes para lograr un
equilibrio energético entre fuerza motriz y vapor para procesos. Con calderas de presión y
temperatura de vapor más altas y mejor rendimiento se puede accionar una turbina con un
generador eléctrico de mayor potencia, que cubre las necesidades propias de la fábrica y queda un
importante excedente que se podría vender a la red de distribución pública sin que haya
incremento de costos en combustible.1
Sin embargo la contraparte de la existencia de un combustible utilizado como una fuente
de tecnología renovable intermitente, es la combustión, ya que genera gases contaminantes; “La
quema de bagazo en la producción de azúcar ha elevado la emisión de contaminantes en el
Ingenio… ya que no cuenta con calderas adecuadas para este proceso, sostuvieron ecologistas y
autoridades ambientales”. 2

CONTROL DE EMISIONES ATMOSFÉRICAS

Algunas técnicas para controlar la emisión de contaminantes del aire no requieren equipo
adicional, mientras que otras requieren control "agregado". El control agregado es aquel que se
añade a los procesos que generan contaminación con la finalidad de destruir o capturar los
contaminantes. La técnica elegida para controlar la emisión de contaminantes en una determinada
fuente depende de muchos factores; el más importante es si el contaminante es un gas o una
partícula. El siguiente diagrama engloba las técnicas que se consideran para la propuesta del
sistema

1
Diario Reforma, 28 de marzo del 2009.
2
Agüero, Carlos J, et al. “Consideraciones Sobre el Aprovechamiento Racional del Bagazo de Caña como
Combustible”, Revista CET: Investigación y Desarrollo, ISSN 1668-9178, 27: (2006)


Propuesta de un Sistema de Limpieza de Emisiones Contaminantes para un Ingenio
Azucarero.

Sistemas de
Combustión.

Sistemas de
Adsorción.
Emisiones
Gaseosas
Sistemas de
Absorción.

Sistemas de
Técnicas de Condensación.
Control
Agregado Colestores de
Inercia

Precipitador
Electrostático.
Emisiones
Control de Emisiones Sólidas
Contaminantes Filtro de Mangas
Cambio de
Procesos Lavadores y
Absorbedores
Cambio de Húmedos.
Combustibles
Técnias de
Control No
Agregado Buenas Prácticas
de Operación.

Cierre de
Plantas.

12


Las técnicas para limitar la emisión de contaminantes del aire sin el uso de control
agregado son:

a) Cambio de procesos
b) Cambio de combustibles
c) Buenas prácticas de operación
d) Cierre de plantas

Estos métodos de control se aplican tanto para los gases como para las partículas. “El método más
común de control de contaminantes gaseosos es la adición de dispositivos de control agregado
para destruir o recuperar un contaminante”.

a) Cambio de procesos

Alrededor del año 1885, se quemaba bagazo húmedo en calderos elementales y con el avance del
tiempo y la tecnología se ha introducido mejoras progresivas a los primitivos hornos y en la
actualidad se tiene variedad de hogares de combustión de bagazo y sistemas de alimentación y
aprovechamiento de combustibles sólidos y sus gases.

“La quema de bagazo en la producción de azúcar ha elevado la emisión de contaminantes en el
Ingenio… ya que no cuenta con calderas adecuadas para este proceso, sostuvieron ecologistas y
autoridades ambientales”.1

El combustible que se utiliza en las diferentes calderas de los ingenios azucareros es el bagazo que
se obtiene en la molienda de la caña diariamente, sin tener almacenamiento del bagazo, pre
secado, como tampoco ningún proceso de preparación (trituración, transporte neumático, secado)
del combustible sólido, por lo que la humedad promedio está en el orden del 50% en base
húmeda. Es necesario recordar que el secado es una operación unitaria que implica la
transferencia de masa y energía en forma dual y está gobernado por las leyes físicas de Fick y
Fourier (ley general del transporte) respectivamente, es decir de transporte de masa y calor, en
función de gradientes concentración de masa y temperatura, siempre de valores mayores a
menores.

1
Diario Reforma, 28 de marzo del 2009.



Con el secado de un producto se logra bajar los valores e humedad del mismo y
consecuentemente mejorar la producción de calor en la combustión de una unidad de masa de
combustible (bagazo).

El bagazo al tener una humedad promedio luego de la molienda de 50% en base húmeda, puede
ser secado hasta valores convenientes (> 30%) que procuren mejores condiciones térmicas en la
combustión y consecuentemente incremento en la eficiencia térmica de los calderos de bagazo,
además que el consumo de combustible en los calderos de bagazo es función del porcentaje de
humedad en base húmeda con que se presente el bagazo.

b) Cambio de combustibles

Los combustibles fósiles, el petróleo, el carbón y el gas contribuyen de manera muy importante al
calentamiento del planeta, que constituye un riesgo múltiple para la agricultura y otras actividades
humanas. Además, los expertos afirman que las reservas de combustibles fósiles sólo durarán
otros 40 o 50 años. Estos dos hechos por sí solos hacen la investigación en materia de fuentes
sustitutivas de energía más apremiante que nunca. El Coordinador de Energía de la FAO, Sr.
Gustavo Best, habló de los combustibles de biomasa y de otras fuentes de energía.

El cambio climático está muy íntimamente ligado a las pautas de utilización de la energía. La
primera forma de reducir el cambio climático es modificar las fuentes de energía que utilizamos y
es aquí donde vienen al caso los energéticos renovables y la energía de biomasa en particular.

Con la caña de azúcar, ya sea el azúcar o el bagazo se pueden aprovechar como fuente de energía.
El bagazo es lo que queda una vez exprimida la caña, y resulta muy útil como combustible, forraje
y material para construcción. Los ingenios azucareros utilizan el bagazo como fuente de energía,
para obtener calor durante el proceso de elaboración del azúcar. La tecnología moderna permitiría
aprovechar el bagazo con mucha más eficiencia, de modo que sobra mucho que se puede utilizar
para generar electricidad mediante una central normal de combustión y generación de energía.

La Cámara Nacional de las Industrias Azucarera y Alcoholera (CNIAA) planteó utilizar el bagazo de
la caña como fuente de energía renovable intermitente, a fin de instalar plantas de cogeneración
que haga más rentables a los ingenios. “No se puede concebir una industria azucarera moderna



que no contemple la cogeneración de energía eléctrica, el etanol y la producción de azúcar. En
México nada más producimos azúcar. Hay que movernos hacia el modelo de ingenio moderno que
existe en otros países”, Presidente de la CNIAA, Juan Cortina Gallardo1

c) Buenas prácticas de operación

Secador de bagazo

Cada tonelada de bagazo contiene 500 litros de agua que se evaporan durante la combustión. En
presencia del bióxido de azufre generado por combustóleo se produce ácido sulfúrico que corroe
las partes internas de la caldea, ductos y ventiladores. Un sistema de secado de bagazo traería
ahorros por 400,000 USD.1

d) Cierre de plantas

La contaminación del aire puede causar trastornos tales como ardor en los ojos y en la nariz,
irritación y picazón de la garganta y problemas respiratorios. La contaminación del aire también es
causante de neblina, la cual reduce la visibilidad en los parques nacionales y otros lugares y, en
ocasiones, constituye un obstáculo para la aviación. Lo cual es uno de los principales motivos para
el cierre de una planta productora de azúcar.

Técnicas de control agregado para Emisiones Contaminantes.

1. Emisiones Gaseosas

a) Combustión. Los dispositivos de combustión incluyen equipos tales como incineradores
termales y catalíticos, quemadores, calderos y calentadores industriales.

1
Utilizar el bagazo de la caña como fuente de energía, MÉXICO, D.F; 6 junio 2007, Notimex
Experiencias de proyectos de ahorro de energía y cogeneración. Comisión Nacional para el Uso Eficiente de
Energía CONAE, México 2007.



La combustión es la rápida oxidación de una sustancia producto de la combinación del
oxígeno con un material combustible en presencia de calor.
b) Procesos de Absorción. Basan su funcionamiento en el hecho de que los gases residuales
están compuestos de mezclas de sustancias en fase gaseosa, algunas de las cuales son
solubles en fase líquida. En el proceso de absorción de un gas, el efluente gaseoso que
contiene el contaminante a eliminar se pone en contacto con un líquido en el que el
contaminante se disuelve. La transferencia de materia se realiza por el contacto del gas
con el líquido en lavadores húmedos o en sistemas de absorción en seco.
c) Procesos de Adsorción. Una alternativa a los sistemas de absorción por líquido lo
constituye la adsorción de los contaminantes sobre sólidos. En los procesos de adsorción
los gases, vapores y líquidos se retienen sobre una superficie sólida como consecuencia de
reacciones químicas y/o fuerzas superficiales. Se produce una difusión desde la masa
gaseosa hasta la superficie externa del sólido y de las moléculas del gas dentro de los
poros de sólido seguida de la adsorción propiamente dicha de las moléculas del gas en la
superficie del sólido. Los sólidos más adecuados para la adsorción son aquellos que tienen
una elevada porosidad y área superficial para facilitar el contacto sólido-gas.
Periódicamente, es necesaria la sustitución o regeneración del adsorbente para que su
actividad no descienda de determinados niveles.
d) Los condensadores remueven contaminantes gaseosos mediante la reducción de la
temperatura del gas hasta un punto en el que el gas se condensa y se puede recolectar en
estado líquido. La condensación se puede lograr mediante un incremento de la presión o
la extracción de calor de un sistema. La extracción de calor es la técnica que más se
emplea. Los condensadores se usan generalmente para recuperar los productos valiosos
de un flujo de desechos. Usualmente se usan con otro dispositivo de control donde los
gases remanentes del flujo contaminante pueden destruirse en un incinerador.

2. E misiones Sólidas.

A continuación se mencionan las distintas tecnologías que se cuentan con respecto a la
captación de emisiones sólidas.



a) Colectores de Inercia (Ciclones).

Los ciclones son los equipos de separación inercial que poseen una mayor eficacia en la captación
de partículas. Están formados básicamente por un recipiente cilíndrico vertical donde se introduce
tangencialmente el gas portador, cargado de partículas de polvo. La corriente se desvía en círculo
y por efecto de la fuerza centrífuga, las partículas se lanzan al exterior al formar la mezcla gaseosa
un remolino vertical descendente. Esta corriente en espiral del gas cambia de dirección al llegar al
fondo del recipiente y sale por el conducto situado en el eje.

Los ciclones son dispositivos útiles y baratos para la captación en seco de polvo ligero o grueso. Sin
embargo, la eficiencia de captación de estos equipos es muy baja, sobre todo, en la eliminación de
partículas pequeñas, por lo que su utilización se reduce, por lo general, a desempolvado previo al
paso de los gases por un sistema más eficaz.

b) Precipitadores Electrostáticos.

Los precipitadores electrostáticos basan su principio de funcionamiento en el hecho de cargar
eléctricamente las partículas, para una vez cargadas someterlas a la acción de un campo eléctrico
que las atrae hacia los electrodos que crean el campo, depositándose sobre ellos. Los
precipitadores más utilizados a escala industrial son los de diseño de etapa única, por su gran
capacidad de tratar gases con concentraciones de polvo muy altas. Estos precipitadores pueden
separar cualquier tipo de sustancia en forma de partículas, alcanzando eficacias superiores al 99%,
siempre que la resistividad eléctrica de las partículas no sea demasiado alta, en este caso será
necesario acondicionar la corriente gaseosa con la adición de determinados productos.

c) Filtro de Mangas.

El sistema de filtros consiste en hacer pasar una corriente de gases cargados con partículas de
polvo a través de un medio poroso donde queda atrapado el polvo. El filtro de mangas ha sido uno
de los más utilizados durante los últimos años, ya que pueden tratar grandes volúmenes de gases
con altas concentraciones de polvo. Con este tipo de equipos pueden conseguirse rendimientos
mayores del 99%, independientemente de las características de gas, haciendo posible la
separación de partículas de un tamaño del orden de 0.01 micras. Conforme pasa el gas, la capa de



polvo depositado sobre el material filtrante, que colabora en el proceso de interceptación y
retención de partículas de polvo, se va haciendo mayor, aumentando la resistencia al flujo y la
pérdida de carga, lo que obliga a disponer de mecanismos para la limpieza automática y periódica
del filtro.

d) Lavadores y Absorbedores húmedos.

Los lavadores y absorbedores húmedos son equipos en los que se transfiere la materia suspendida
en un gas portador a un líquido absorbedor en la fase mezcla gas-líquido, debido a la colisión entre
las partículas de polvo y las gotas de líquido en suspensión en el gas. El absorbedor de columna de
relleno contiene una sustancia inerte (no reactiva), como plástico o cerámica, que aumenta la
superficie del área líquida para la interfaz líquida/gaseosa. El material inerte ayuda a maximizar la
capacidad de absorción de la columna. Además, la introducción del gas y líquido en extremos
opuestos de la columna permite que la mezcla sea más eficiente debido al flujo contra corriente
que se genera. Los absorbedores pueden alcanzar una eficiencia de remoción mayor de 95 por
ciento.



Metodología.
Para el control de emisiones contaminantes se tienen dos técnicas, técnicas de control no
agregado y técnicas de control no agregado, sin embargo para ello se debe de realizar un análisis
de lo que se requiere y necesita en dicho ingenio, en primer lugar se tienen las de control no
agregado:

a) Cambio de Procesos, el secado del bagazo aun siendo una vía para la disminución de la
contaminación a la atmosfera conlleva a un proceso que requiere de grandes espacios, por
lo que no se cuenta con los almacenes suficientes para llevar a cabo el proceso, sin
embargo es posible seguir quemando bagazo húmedo en las calderas bagaceras.
b) Cambio de Combustible, es difícil proponer un nuevo combustible natural renovable y
sustentable para el ingenio azucarero como lo es el bagazo, siendo que es un residuo que
se combustión y se aprovecha en su totalidad para la producción de azúcar.
c) Buenas prácticas de operación, La eliminación de agua del bagazo es una técnica que
ayuda a disminuir los daños ocasionados por la acidez de los gases que corroe a las partes
internas de la caldera, ductos y ventiladores.
d) Cierre de la planta, es una opción de un tanto drástica debido a que la estabilidad
económica del municipio como de la sociedad, basada en el número de empleos directos e
indirectos, y el ingenio en este momento se encuentra dentro de los límites de emisiones a
la atmosfera.
En segundo lugar se tienen las técnicas de control agregado, las cuales se seleccionaran en
base a comparación de costo-beneficio. Y considerando que en las emisiones tenemos gases y
partículas solidas, por lo que se compararan a continuación cada una de ellas con respecto a
un efluente solido de una corriente gaseosa.

Tecnologías para limitar la Emisión de Partículas Solidas

Características Colectores de Inercia Precipitadores Filtro de Mangas Lavadores Tipo
(Ciclones) Electrostáticos Venturi
Agente de Separación Fuerza Inercial Campo Eléctrico Medio Filtrante Transferencia de masa
Principio de Diferencia de Carga de Partículas Diámetro de Partícula Diferencia de
Separacion densidades solidas densidades
Diámetro de la >2.5 µm >1 µm >2.5 µm >0.1 µm
partícula
Eficiencia 90-99% 95-99% 95-99.99% 99%

Temperatura Máxima 1000ºF[540ºC] 700ºF[371.11ºC] 500ºF[260ºC] 750ºF[400ºC]

Flujos de Aire 3
0.5-12 m /s 3
0.5-50 sm /s 0.1-50 0.2-47 m3/s

Costo de Capital $4,600 a $7,400 por $42,000 a $260,000 por $13,000 a $55,000 por $5,300 a $45,000 por
m3/s sm3/s m3/s m3/s
Costo de Operación y $1,500 a $18,000 por $8,500 a $19,000 por $11,000 a $50,000 por $9,300 a 254,000 por
Mantto. m3/s sm3/s m3/s m3/s
Tabla 5. Se construyo en base a las Hojas de Datos - Tecnología de Control de Contaminantes del Aire.



Realizando el análisis de costo-beneficio y con el tamaño de partícula a separar podemos
seleccionar el colector de inercia (ciclón), porque su costo de capital y mantenimiento es el menor
de los 4, y considerando que la temperatura de salida de la caldera esta dentro del margen
permisible, mientras que el tamaño de la partícula va aumentando (en los rangos), la eficiencia del
ciclón va aumentado considerablemente.

Control De Emisiones Gaseosas

Emisión de SO2

Ahora comparando las técnicas de control de emisiones gaseosas sabemos que son:
combustión, absorción, adsorción y condensación, de las cuales puede descartarse la
combustión porque las emisiones contaminantes que se tienen del ingenio azucarero no
son gases que puedan ser quemados para que disminuya su reactividad y/o efecto
contaminante, y si se someten a combustión se consideran mas peligrosos como es el SO 3
que tiende a ser mas reactivo que el SO2.

A continuación se presenta una Tabla Comparativa de las Tecnologías actuales para limitar
los SO2 de procesos de combustión:



Tecnologías para limitar los SO2 de Combustión Externa
Inyección de
a. dolomita o
Lavado, absorción
Técnica CaCO3(B.S.) Carbón Activado Catálisis
de gases
b. Ca(OH)2 /
CaCO3(B.H.)
a. Eliminación de gases obtención de
Ocurre con un
ácidos por reacción, del subproductos que
líquido Alternativa frente a la
polvo en suspensión pueden ser
absorbente, donde elevada generación de
Descripción b. El sistema húmedo es empleados como
existe la productos sin posibilidad de
el mas eficaz para la materia prima en
transferencia de reutilización
remoción de gases otros procesos
masa.
ácidos industriales
Eextracción de solventes y
purificación de aire
Reducción de 50% a. 50% de Sulfitos y
procedente de aparatos de
Azufre Pirítico sulfatos
Ventajas aire acondicionado y de Alta Remoción de SO2
30% del Azufre b. 90% en la eliminación
campanas extractoras,
total del SO2
tratamiento de gases
producidos por el humo.
a. Aumento de Cenizas
Para la regeneración
volantes en la salida y
requiere la inversión
Oxida el sulfito y recolección con Costo de capital muy
considerable de calor en
precipitan sulfatos Ciclones alto, alto costo de
Desventajas cualquier horno de multiple-
ácidos de difícil b. Las sales generadas operación, Ubicación
calor y causa altas pérdidas
eliminación aumenta la extensión del catalizador,
de carbón
de su acción
contaminante
No evita la producción
Genera aguas
de residuos sólidos y
residuales que
genera aguas residuales A alas temperaturas
Impactos deben someterse a Mínimos por reutilización
que deben someterse a reacciona
un tratamiento de
un tratamiento de
depuración
depuración

La selección de la mejor tecnología se hará en base al mismo criterio anterior (análisis
costo-beneficio), donde en el cuadro comparativo tenemos que la inyección de hidróxido
de calcio y carbonato de calcio, es el idóneo por bajo costo de capital y mantenimiento,
sin embargo el tratamiento puede ser manipulado para reducir grandes transferencia de
contaminantes (gaseosa-liquido), y obtener con la reacción partículas que pueden
precipitarse y utilizarse como material de construcción.



Emisión de NOx

La selección de la mejor tecnología para el control de NOx debe tomarse en cuenta que puede
usarse la misma tecnología de comparación que para el control de los SOx donde se utilizaba un
absorbente para retirar los componentes no deseados de la corriente gaseosa.

Tecnologías para limitar los NOx de Combustión Externa
Uso de Sorbentes
Reducción no catalítica (tecnología de adición)
Reducción Catalítica Selectiva(RNCS) a. Combustión
Re-quemado de
Técnica Selectiva (RCS) Tecnología Tecnología de adición: b. Ducto a la casa de
combustible
de adición a. Urea bolsas
b. Amoniaco c. Ducto al precipitador
electrostático
Utilizar una sustancia
Catalizador Localizado en el Inyectar
química para absorción
flujo de aire, promueve la Inyectar reactivo para combustible
Descripción de NOx o un
reacción entre el amoniaco reaccionar con NOx para reaccionar
adsorbente para
y el NOx con NOx
atraparlo
a. Bajo costo capital,
remoción moderada de Costo
Puede atrapar otros
NOx, sustancia química moderado,
contaminantes así
Ventajas Alta Remoción de NOx no toxica Reducción
como NOx, costo de
b. Bajo costo de moderada de
operación moderados
operación, remoción NOx
moderada de NOx
a. Dependiendo de la
temperatura, menor
Costo de capital muy alto,
reducción de NOx a
alto costo de operación, Costo de manejo del
cargas mas bajas Extiende el
Ubicación del catalizador, sorbente, Espacio para
Desventajas b. Costo de capital tiempo de
Aumento en la caída de almacenamiento y
moderadamente alto, residencia
presión, Puede requerir manejo del sorbente
Almacenaje, manejo,
enjuague con agua
sistema de inyección del
amoniaco
Requisitos de espacio, a. Geometría del horno,
Perfil de
deslizamiento del Perfil de la temperatura
Impactos Tecnología de adición temperatura del
amoniaco, Residuos tóxicos b. Geometría del horno,
horno
de desecho Perfil de la temperatura
Tolos los
combustibles
Aplicabilidad Todos los combustibles Todos los combustibles Todos los combustibles
(sólidos
pulverizados)



Cronograma de Actividades

Semestre
Periodo de Semestre Agosto-
Actividad/Periodo Febrero-Julio
Verano 2010 Diciembre 2010
2010

Conocer el área física en donde se tiene pensado
•
instalar dicho sistema
Investigar las composiciones y flujos másicos de las
•
corrientes de gas.
Obtener los balances de materia para determinar las
•
cantidades generadas de cada contaminante
Realizar una investigación de campo para determinar el
•
mejor sistema de separación para cada caso.

Calcular y determinar las mediciones y especificaciones
•
de cada equipo

Llevar a cabo un análisis económico para determinar la
•
inversión total

Determinar si el proyecto es viable o no lo es • •

En caso de ser viable proponerlo al ingenio •
En caso de no serlo, replantear los objetivos específicos. •

Referencias:

Glynn, J. H., & Escalona García, H. J. (1999). Ingeniería ambiental. Barcelona, España:
Pearson Education.

SEMARNAT. (2 de Marzo de 2006). Secretería del Medio Ambiente y Recursos Naturales.
Recuperado el 9 de Diciembre de 2009, de
http://www.semarnat.gob.mx/leyesynormas/Pages/normasoficialesmexicanasviges.aspx


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