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Uso del agua y Residuos de Agua en Instalaciones Industriales

• Definición de Residuos de agua
• Uso Industrial del Agua
• Usos finales del agua: Cómo Se Utiliza el agua en las Instalaciones
• Instalaciones de medición Uso del agua: Medición y Submedición
• Costos Asociados con el Uso del Agua
• A Tener en Cuenta
• Notas al pie de página
• Toolkit Navigation

Definición de Residuos de agua

El agua es uno de los recursos más críticos del mundo y es necesario para todo tipo de industria. Se requiere agua en cantidades sustanciales para crear productos desde productos alimenticios hasta chips de silicio. En este conjunto de herramientas, el término «desperdicio de agua» se refiere al uso de agua más allá del punto que optimiza el valor para el cliente. Esto incluye el uso de agua sin valor agregado en todas las operaciones de la instalación y los procesos de apoyo, y desde la cadena de suministro hasta la producción, el uso del producto y la eliminación de desechos. El desperdicio de agua puede dañar la salud y el bienestar de las personas y los ecosistemas al desviar el agua de otras necesidades y usos beneficiosos. Reducir el desperdicio de agua puede ayudar a garantizar que las generaciones presentes y futuras tengan acceso a un suministro de agua sostenible.

Mejore la eficiencia del agua de su instalación al reducir el desperdicio de agua, no solo al reducir la ingesta de agua, sino al encontrar formas creativas de usar el agua de manera más eficiente. La eficiencia del agua, como se utiliza el término en este juego de herramientas, se refiere a las reducciones en la cantidad de agua utilizada por unidad de producción. La eficiencia del agua se refiere a la cantidad mínima de agua necesaria para realizar una tarea. (Tenga en cuenta que las mejoras en la eficiencia del agua no necesariamente significan que el uso total de agua de una instalación disminuya, ya que los aumentos en la producción pueden compensar las ganancias en la eficiencia del agua.) Ejemplos de residuos de agua incluyen:

• Pérdida de agua por fallas de materiales, como boquillas de manguera con fugas
• Desechar agua que podría reutilizarse, como agua de enjuague tratada
• Descargas de aguas residuales
• Agua utilizada por aparatos de alto flujo en lugar de alternativas más eficientes
• El uso de agua en exceso de necesidad, como el uso de demasiada agua para la limpieza de instalaciones o piezas

Comprender los muchos lugares donde se producen residuos de agua es un primer paso importante para identificar áreas de mejora.

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Uso industrial del agua

El uso del agua por las industrias, tanto en los Estados Unidos como en todo el mundo, representa una parte significativa del uso total del agua. Se estima que el uso de agua industrial en los Estados Unidos es de más de 18.2 mil millones de galones por día (de extracciones directas de agua, sin incluir el uso de agua del suministro público de agua)1. Mientras que las extracciones de agua industriales representan solo el cinco por ciento del total de extracciones de agua en los Estados Unidos, las extracciones de agua de energía termoeléctrica representan el 49 por ciento. Las empresas industriales y manufactureras también utilizan alrededor del 12 por ciento del suministro público de agua. Los usuarios de agua industrial incluyen instalaciones involucradas en sectores como productos químicos, alimentos y bebidas, papel y productos asociados, acero, electrónica y computadoras, acabado de metales, refinación de petróleo y equipo de transporte. En general, dos de los sectores de mayor consumo de agua de la economía son la agricultura y la energía termoeléctrica, aunque otras industrias pueden utilizar una proporción significativa del suministro público de agua en algunas zonas.

La proporción de uso de agua industrial puede ser mucho mayor en ciertas áreas geográficas, y estas áreas pueden experimentar presiones de suministro sustanciales. La figura 3, a continuación, muestra una distribución geográfica de la escasez de agua en todo el mundo. Las áreas propensas a la escasez de agua probablemente experimentarán una competencia continua por los recursos hídricos, lo que puede afectar su relación con la comunidad circundante. Tenga en cuenta la ubicación de su instalación en relación con la posible escasez de agua y considere la competencia por el agua al ubicar nuevas instalaciones o establecer relaciones con nuevos proveedores. En los Estados Unidos, el Sistema Nacional Integrado de Información sobre Sequías mantiene un portal web fácil de usar con información actualizada, pronósticos, mapas, informes y recursos que abordan las condiciones de sequía y la escasez de agua.

El uso industrial del agua varía según el sector, ya que las diferentes actividades requieren diferentes insumos de agua. El recuadro 6 enumera ocho industrias que requieren insumos sustanciales de agua.

El agua es un recurso muy importante para muchas industrias, y como resultado, hay muchas oportunidades para reducir el uso del agua. En el caso de la industria de alta tecnología, que utiliza cantidades considerables de agua para fabricar semiconductores y otros componentes, el agua es vital para las operaciones de la industria. La limpieza y el enjuague de los chips de silicio pueden requerir miles de millones de galones de agua al año; para producir un solo chip se pueden usar hasta 7,900 galónes2. Las prendas de vestir también ocupan un lugar destacado en la lista de industrias que consumen mucha agua, con la producción de algodón y el procesamiento de textiles que requieren insumos sustanciales de agua. Entre los fabricantes industriales, el sector de productos forestales es el tercer mayor consumidor de agua en los Estados Unidos, y requiere grandes volúmenes de agua para la fabricación de pulpa y papel. La industria de la energía eléctrica utiliza directamente el agua ampliamente para la refrigeración y la depuración de emisiones; las plantas de combustibles fósiles y las plantas de energía nuclear requieren cientos de litros de agua por cada kilovatio-hora de electricidad que producen3. La tabla 1 muestra las cantidades típicas de agua necesarias para producir una tonelada de varios productos manufacturados.

Hay mucha variación entre los sectores industriales en el uso relativo del agua, y la necesidad de agua varía mucho entre las etapas del producto o servicio cadena de valor, desde los proveedores hasta la producción y el uso del producto. Es importante saber en qué parte de la cadena de valor el uso de agua de su industria es más pesado, para que pueda orientar adecuadamente los esfuerzos de mejora. Por ejemplo, la industria de la confección utiliza grandes volúmenes de agua en la producción de materias primas, mientras que la industria biotecnológica y farmacéutica utiliza la mayor parte de sus recursos hídricos en operaciones directas. El cuadro 2 muestra la intensidad relativa del impacto del agua (que varía de cero a tres cuadrados) en diferentes segmentos de la cadena de valor para varios sectores industriales.

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Usos finales del agua: Cómo se utiliza el agua en las Instalaciones

Para reducir el desperdicio de agua en la industria, es importante comprender las muchas formas en que se utiliza el agua dentro de las instalaciones. Comprender los usos finales del agua es fundamental para identificar oportunidades de ahorro de agua. Si bien los usos finales del agua varían según la industria y la instalación, hay categorías de uso del agua presentes en la mayoría de las instalaciones industriales. El uso de agua en la mayoría de las industrias se puede clasificar en los siguientes usos finales generales:

• Procesamiento de producción y uso en el producto
• Procesos auxiliares (p. ej. control de la contaminación, laboratorios y limpieza)
• Refrigeración y calefacción (por ejemplo, torres de refrigeración y calderas)
• Uso doméstico en interiores (por ejemplo, baños, cocinas y lavandería)
• Riego de jardines

Estas amplias categorías abarcan muchas de las formas en que las instalaciones industriales utilizan el agua. Entre los clientes industriales de los Estados Unidos, las operaciones de enfriamiento (incluidas las torres de enfriamiento y los sistemas de enfriamiento abiertos) comprenden la categoría más grande de uso final de agua industrial, con más del 50 por ciento de la demanda de agua industrial y comercial combinada destinada al enfriamiento.4

La cantidad de agua requerida para los diversos usos finales difiere según la industria. Las instalaciones de servicio y fabricación requieren la mayor cantidad de agua para el lavado y procesamiento, mientras que las instalaciones de alimentos y bebidas utilizan la mayor parte de su ingesta de agua en la preparación de productos. La figura 4 muestra ejemplos de usos finales del agua en la industria de fabricación de computadoras y electrónica y en la industria de procesamiento de alimentos.

Los principales usos finales del agua a menudo ofrecen las mayores oportunidades para reducir el desperdicio de agua y mejorar la eficiencia. Por ejemplo, en muchas compañías de alimentos, bebidas y productos farmacéuticos, los equipos de proceso de limpieza pueden representar entre el 50 y el 70 por ciento del uso total de agua de una instalación, y representan una oportunidad sustancial para ahorrar agua5. La Figura 5 ilustra cómo el agua fluye a través de varios usos finales diferentes en una instalación industrial; tenga en cuenta que este diagrama no incorpora todas las opciones de reutilización. Piense en cómo se vería un diagrama similar que muestre el uso de agua en su instalación.

Más allá de estas categorías de uso final del agua, las industrias específicas tienen procesos que requieren cantidades significativas de agua. Por ejemplo, en la industria textil, una máquina típica de gama continua de lejía de tela puede consumir 11,000 galones de agua por hora6.

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Uso del agua en las instalaciones de medición: Medición y Submedición

Para obtener una mejor comprensión de los patrones de uso del agua en su instalación, casi siempre es útil usar contadores de agua. Muchos métodos Lean se basan en la disponibilidad de información oportuna y precisa sobre métricas de rendimiento clave. Al medir el uso y los caudales de agua a nivel de instalación y / o proceso, resulta mucho más fácil identificar oportunidades de eficiencia hídrica. Como dice el refrán, no puedes manejar lo que no mides. Hay dos tipos de medidores de agua: los medidores de fuente miden la cantidad de agua que se suministra a la instalación, mientras que los submetros miden el uso para actividades específicas, como torres de enfriamiento, uso de procesos o uso de agua del paisaje.

Los contadores de agua pueden ser portátiles o fijos en equipos específicos. Use medidores de agua portátiles para medir los flujos de agua para procesos u operaciones en su instalación, como parte de esfuerzos magros, como caminatas gemba, mapeo de flujos de valor y eventos kaizen (estrategias discutidas en los Capítulos 3 y 4). Puedes atar un medidor de agua acústico de mano a una tubería en algunos lugares donde creas que podría haber un uso excesivo de agua. Compare los datos de agua del medidor maestro con el agua que fluye a través de las tuberías en el proceso para confirmar dónde hay oportunidades potenciales de ahorro de agua. Estos datos pueden ayudarle a desarrollar un balance hídrico (descrito en el Capítulo 3). Consulte el Apéndice B para obtener recursos que lo ayudarán a determinar las tasas de uso de agua, incluidos cálculos y conversiones de unidades.

Medir con precisión el uso del agua puede ayudarlo a identificar áreas para reducciones específicas y rastrear el progreso de las actualizaciones de eficiencia del agua. Los submetros también pueden ayudar a identificar fugas e indicar cuándo el equipo está funcionando mal. En algunos casos, también puede ser útil medir la presión del agua; una caída de presión puede indicar la presencia de una fuga. Sin embargo, especialmente para instalaciones más pequeñas, no necesariamente tendrá sentido usar medidores en todas partes. Considere el uso de medidores cuando necesite realizar un seguimiento detallado de los datos; por ejemplo, antes y después de un evento de mejora de procesos en un proceso con uso intensivo de agua. Puede usar los datos proporcionados por los medidores para comparar el uso del agua y ver cómo sus esfuerzos han mejorado la eficiencia del agua de su instalación. Las instalaciones más grandes también pueden integrar contadores en sistemas de gestión de edificios centralizados, lo que facilita el seguimiento electrónico del consumo de agua, genera informes y activa alertas cuando se detectan fugas o anomalías. Para obtener consejos adicionales sobre cuándo usar los contadores de agua, consulte a su empresa local de suministro de agua o a los recursos del Apéndice A.

Instalar el contador correcto y asegurarse de que funcione correctamente es fundamental para una medición precisa del agua. Hay muchos tipos y tamaños de medidores destinados a diferentes usos, por lo que es importante elegir el correcto. El tamaño o el tipo de medidor incorrectos pueden causar problemas. Por ejemplo, un medidor de agua de tamaño insuficiente puede causar una pérdida de presión excesiva, un flujo reducido y ruido. Los medidores de gran tamaño no son económicos y no miden con precisión los caudales mínimos7. También es importante garantizar que los contadores de agua estén calibrados correctamente de acuerdo con las recomendaciones del fabricante y que se sigan las prácticas de mantenimiento adecuadas en los equipos de medición. La mayoría de los medidores tienen partes mecánicas internas y comenzarán a registrar la cantidad de agua utilizada a medida que el medidor envejezca y las partes mecánicas se desgasten. Cuando se detecten mediciones anormales de agua, verifique el equipo de medición para asegurarse de que los resultados no se deban a fallas del equipo de medición.

Al medir el uso de agua en las instalaciones y los niveles de proceso, el personal de las instalaciones puede recopilar datos para informar los esfuerzos de mejora Lean. Estos son algunos consejos prácticos para usar medidores de agua como parte de los esfuerzos magros:

• Use medidores de flujo y estándares de calidad o limpieza del agua para establecer un trabajo estándar para el uso del agua, el flujo y los niveles de presión, teniendo en cuenta los «puntos de ajuste» recomendados por las especificaciones del equipo y los procedimientos operativos de la instalación. Estos niveles de referencia dan un contexto importante de lo que representa los parámetros operativos «normales» con los que se pueden evaluar las mejoras y las nuevas pérdidas de agua.
• Utilice los datos que proporcionan los medidores para determinar la frecuencia adecuada para agregar y notificar medidas de agua (p. ej. horario, diario o semanal) que mejor se adapte a las necesidades de su instalación.
• Muestre a los empleados cómo leer y usar contadores de agua como parte de actividades Lean, como caminatas gemba, mapeo de flujos de valor y eventos kaizen, para que puedan identificar oportunidades de ahorro de agua.
• Publique los objetivos de reducción del uso de agua y la información sobre el uso de agua en la planta de la fábrica en tableros de control de producción ajustada o en otros lugares accesibles para crear conciencia sobre el uso y la eficiencia del agua entre los empleados.
• Rastree los datos de los contadores de agua a lo largo del tiempo. Portfolio Manager, una herramienta de evaluación comparativa de rendimiento de edificios en línea disponible en el programa ENERGY STAR, puede ayudarlo a rastrear y comparar los datos de consumo de agua. Para obtener más información sobre el Gestor de Cartera, consulte el Apéndice A.

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Costos del desperdicio de agua

Como se indica en el capítulo 1, los costos asociados con el uso del agua incluyen más que los costos directos que usted paga por el suministro de agua, pero también los costos del agua a medida que se desplaza a través de procesos y operaciones (consulte la Figura 7). En el recuadro 7 se ofrecen ejemplos de los costos del agua, como la energía, el control de la contaminación, el cumplimiento normativo y los costos de las materias primas.

La estimación de los muchos componentes del costo total del agua para una instalación puede comenzar con el costo del agua comprada a los servicios públicos, pero también debe incluir el costo de los pasos necesarios para procesar, usar y descargar el agua. Estos costos pueden ascender a mucho más de lo que aparece en una factura de servicios públicos. Al estimar los costos de agua, es importante considerar estos y otros costos indirectos en todas las funciones de una instalación. Asegúrese de utilizar tarifas futuras estimadas al evaluar los costos del agua, para proyectar el nivel de ahorro que será posible cuando se realicen mejoras.

Los costos totales asociados con el uso del agua a menudo superan ampliamente los costos directos. El costo directo de comprar agua a una empresa de servicios públicos puede no parecer lo suficientemente significativo como para merecer el esfuerzo de reducir el uso de agua, pero cuando se evalúa el costo total del agua, los ahorros financieros pueden ser sustanciales. El cuadro 3 muestra un ejemplo de los diversos costos del agua en un proceso industrial. En este ejemplo, los ahorros estimados de implementar mejoras utilizando solo los costos directos de agua y alcantarillado son solo el 56 por ciento de los ahorros estimados utilizando el costo total del agua. Se estima que el ahorro de costos flexible del agua conservada es del 40 por ciento del costo total del tratamiento. Los costos de tratamiento flexibles se refieren a los gastos que varían según el volumen de agua tratada (por ejemplo, energía utilizada para bombear y tratar el agua, productos químicos de tratamiento); los costos fijos (por ejemplo, equipo de capital utilizado para el tratamiento) no suelen variar a medida que cambia el caudal de las aguas residuales.

El apéndice B contiene una Calculadora de Costos de agua que proporciona una plantilla para calcular los costos comunes asociados con el uso de agua en instalaciones industriales. También puede ser útil estimar el ahorro potencial de agua y dólares que resultaría de implementar medidas de eficiencia del agua en su instalación; consulte el Apéndice C para ver algunas ecuaciones que puede usar para guiar estas estimaciones.

En algunas zonas con estrés hídrico, las instalaciones industriales pueden enfrentarse a la posibilidad de un coste relacionado con el agua aún mayor, el de la pérdida de ingresos por la necesidad de reducir la producción en caso de interrupciones del suministro de agua. La competencia por el agua a través de las necesidades residenciales, agrícolas, industriales y ambientales durante los períodos de escasez de agua puede llevar a los administradores locales de agua a imponer límites al uso industrial del agua. Comprender la vulnerabilidad a la interrupción de los suministros locales de agua puede ser una consideración importante al evaluar los costos reales del uso del agua al expandir o desarrollar nuevas instalaciones.

El siguiente capítulo trata sobre estrategias para comprender cómo se utiliza el agua en su instalación e identificar oportunidades para reducir el uso del agua y mejorar las operaciones.

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Para considerar

• ¿Cuáles son los usos finales de agua primaria en su instalación?
• ¿Qué procesos y operaciones de instalaciones utilizan más agua?
• ¿Qué costos están asociados con el uso de agua de su instalación? ¿Qué costos indirectos pueden no contabilizarse?

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Notas al pie de página

1 Kenny, Joan F. et. al. Uso estimado del agua en los Estados Unidos en 2005. USGS. 2009. Los datos del Servicio Geológico de los Estados Unidos no incluyen el uso industrial del agua extraída de los sistemas de agua municipales, solo las extracciones directas de fuentes superficiales y subterráneas. El uso industrial real del agua es probablemente mayor. Para obtener información sobre el uso del agua fuera de los Estados Unidos, véase AQUASTAT, Organización de las Naciones Unidas para la Agricultura y la Alimentación, «Water Withdrawal by Sector, Around 2003.»Obsérvese que los datos de la FAO incluyen las extracciones de agua de refrigeración termoeléctrica en sus totales de agua industrial.

2 Uphadyay, Sanjay, » Microelectrónica-Fomento de Oportunidades de Crecimiento en el Mercado de Agua Ultrapura.»Frost & Sullivan. 19 de agosto de 2011.

3 CERES and Pacific Institute, «Water Scarcity & Cambio climático: Riesgos crecientes para las empresas & Inversores, » febrero de 2009.

4 Vickers, Amy. Manual de Uso y Conservación del Agua. Prensa de agua. 2001.

5 General Electric Company Water & Process Technologies, «Solutions for Sustainable Water Savings: A Guide to Water Efficiency», 2007.

6 Departamento de Medio Ambiente y Recursos Naturales de Carolina del Norte, Manual de Eficiencia del Agua para Instalaciones Comerciales, Industriales e Institucionales, mayo de 2009.

7 Smith, Timothy A. Sistemas de fontanería y diseño. Selección y Dimensionamiento del Contador de Agua. 2008.

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Navegación del kit de herramientas

• Contenido & Agradecimientos
• Resumen ejecutivo
• Prefacio
• Capítulo 1: Introducción
• Capítulo 2: Uso y Desperdicio de Agua en Instalaciones Industriales
• Capítulo 3: Búsqueda de Desperdicio de agua en la Planta de producción
• Capítulo 4: Estrategias de Mejora de la Eficiencia Hídrica y del Agua
• Capítulo 5: Eficiencia Hídrica y del Agua Más allá del Suelo de la Fábrica
• Capítulo 6: Conclusión
• Apéndice A: Recursos de Eficiencia Hídrica y Proveedores de Asistencia Técnica
• Apéndice B: Calculadora de Costos de agua
• Apéndice C: Conversiones y Cálculos de Unidades de Agua
• Apéndice D: Lista de Verificación de Oportunidades de Eficiencia del agua
• Apéndice E: Glosario de Términos de Agua

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