"Nuevas metodologías y herramientas basadas en

simulación para la optimización de la gestión del agua en la

industria agroalimentaria"

Octubre 2017

• Agua y Salud

• Tecnologías de la Información y

comunicación (TIC)

Especialización

• Materiales y fabricación

• Transporte y energía

Datos relevantes www.ceit.es

• 223

• 110

• 15,9 M€

Ubicación

2 centros en Donostia-San Sebastian,

Parque C.-Tecnológico e Ibaeta

Organización

4 Divisiones y 22 Grupos

Materiales y Fabricación

Procesos Termomecánicos

Metalurgia de Polvos

Fabricación Aditiva y Láser

Ensayos Mecánicos

Tecnología de la Información y Comunicaciones

Electrónica Digital y Comunicación

Sensores y Electrónica Analógica

Transporte y Energía

Vehículo Eléctrico

Energía y Redes Inteligentes

Sistemas de Transporte Inteligente

Monitorización de Transporte y Energía

Agua Industrial

Agua y Salud

Agua Urbana

Monitorización del Agua

Biosensores y MEMs

Monitorización Industrial

Ensayos no Destructivos

Visión y Robótica

FerrocarrilModelado

Análisis de Datos y Gestión de la Información

Diseño Mecánico

Water and Health

La actividad de la División de Agua & Salud puede resumirse en su oferta tecnológica general:

• Diseño, operación y control de tecnologías de gestión ytratamiento de aguas, lodos y residuos sólidos en entornosurbanos e industriales. Análisis experimental, modelosmatemáticos y herramientas de gestión de datos y controlautomático.

• Diseño, fabricación e implementación de biosensores para lamonitorización de parámetros biofísicos en entornosindustriales y aplicaciones médicas.

Breve descripción. Oferta tecnológica

Nuevas metodologías y herramientas basadas en simulación para la optimización de la gestión del agua en la industria agroalimentaria

Contexto

Problemática en la gestión eficiente del agua en este sector

1. Amplia casuística, casos poco replicables. Consumo excesivamente variables segúnel subsector y los productos elaborados, tecnología de procesado, estacionalidad,etc.

2. Atomicidad, dado que el 99,1 % de las empresas son pymes.

3. Dificultad para la reutilización por cuestiones de seguridad alimentaria

4. Desconocimiento de consumos/calidades de agua en los diferentes puntos delcircuito, calidades requeridas…

Sector alimentario:Gran Consumidor de agua. 11% del consumo destinado a la industria. MAGRAMA, 2015

Soluciones tecnológicas en la gestión eficiente del agua

Nuevos procedimientos y herramientas que permitan:

Caracterizar del circuito de aguasExplorar alternativas en la

gestión del agua

• ¿Cuánta agua se consume en los diferentes usos: sanitario, enfriamiento y proceso?

• ¿Cuál es la calidad del agua a la entrada/salida de los procesos?

• ¿Cuáles son los requerimientos de calidad en los diferentes usos?

• ¿Cuáles son los consumos energéticos asociados a la gestión del agua?

• ¿Puedo reducir el consumo de agua en algún punto?

• ¿Puedo reutilizar/reciclar alguna corriente de agua?

• ¿Cuál es el efecto en la EDAR si cambia la producción y por tanto, la calidad del agua residual?

• ¿Puedo utilizar nuevas tecnologías de tratamiento para hacer un uso más eficiente del agua?

- Herramientas de captura y gestión de la información- Herramientas de simulación para la exploración de alternativas en la gestión del agua

Marco de trabajo

EU Project: (2008-2013)

EU Project: (2010-2014)

Desarrollo de nuevas tecnologías,herramientas y metodologías para lagestión sostenible del agua y lareducción del consumo de agua en 4sectores: papelero, textil, alimentario yquímico

Desarrollo de nuevas herramientas degestión de datos para la operaciónóptima en plantas depuradoras. Desdelos datos a la información

Marco de trabajo

EU Demonstration Project (2016-2019)

Reducir el impacto ambiental asociado a la gestión del agua en los 3 subsectores que másagua consumen de la industria alimentaria (cárnicas, conservas vegetales y zumos)mediante la demostración efectiva en 3 plantas industriales

• Implementación de novedosas tecnologías demonitorización inalámbrica de bajo coste, elsistema Plug&Lean

• Modelado matemático y simulación de los 3casos para facilitar la toma de decisionesreduciendo riesgos

• Integración específica de la gestión del agua enlos procesos de mejora continua de las 3empresas demostradoras

Caracterización del circuito de aguas

Procedimiento propuesto para la gestión óptima de circuitos de

agua en la industria

1. Captura de información

2. Gestión/tratamiento de datos

Exploración por simulación de estrategias en la gestión del circuito de aguas

3. Construcción del modelo de circuito de aguas

4. Análisis por simulación de estrategias óptimas de gestión del agua en la industria

Caracterización del circuito de aguas

1. Captura de información

• Monitorización de forma inalámbrica:• Eficiencia en la producción• Consumos de agua, energía y calidad del agua (DQO,

NH4, SST, pH, conductividad)• No interviene en los procesos productivos• No requiere capturar datos de los sistemas de información

Dispositivo de monitorización. Plug&Lean

Caracterización del circuito de aguas

2. Gestión y tratamiento de datos

• Herramienta de muestreo, filtrado y reconstrucción de datos

• Reconciliación de datos

Gestor de datos para EDAR

De los datos a la información

Exploración por simulación de estrategias en la

gestión del agua

3. Construcción del modelo matemático

Unidades separaciónsólido-líquido

Decantador

DAF (dissolved air flotation)

MF, UF

NF, RO

3FM (flexible fibre filter module)

Evapoconcentrador

CapDI

FACT (filtration assisted crystallization technology)

Electrodialisis

Procesos químicos

Oxidación avanzada

Desinfección (Cl2, UV)

Coagulación-floculación

Procesos biológicos

Fangos activados

MBR

MBBR

Reactor anaerobio(UASB)

Denutritor

Procesos producción

Lavado productos

Escaldado

Lavado recipientes…

Unidad intercambioenergia

Intercambiador calor

Torre refrigeración

Librería de modelos de procesos de consumo o tratamiento de aguas

Alcance de modelos

- Calidad del agua (DQO, SST, pH, T, conductividad..)

- Requerimientos energéticos

- Costes operacionales

Herramienta software

Exploración por simulación de estrategias en la

gestión del agua

3. Construcción del modelo de circuito de aguas

4. Exploración por simulación de alternativas óptimas en la gestión del agua en la industria

• Reducción del consumo de agua (industrias más competitivas)

• Nuevas soluciones de reutilización/reciclaje con objetivo de cierre de circuitos

• Efectos de cambios en la producción o gestión del agua en la DAR

• Implantación de nuevas tecnologías de tratamiento de aguas residuales eficientes

• Evaluación de calidad de vertidos y costesoperacionales

• Evaluación de recuperación de recursos (energía, bioproductos, fertilizantes..)

Ejemplo: Caso de aplicación

Exploración por simulación de alternativas óptimas en la gestión del

agua en una industria agroalimentaria

Water Use

Washing/Blanching

Factory cleaning

Potato production

Other uses

• Localizada en España• Vegetales en conserva• Amplia variedad de productos• Producción estacional

EMPRESA SECTOR ALIMENTARIO

CONSUMO DE AGUA

• 449 - 482 m3/10 Ton

PRINCIPALES PROCESOS DE CONSUMO DE AGUA

• Lavado/escaldado (18%)• Limpieza de equipos y fábrica (30%)• Producción de patata (29%)

Ejemplo: Caso de aplicación

Caracterización del circuito de aguas

Ejemplo: Caso de aplicación

Construcción del modelo

• Mediante la selección de los modelos de consumo y tratamiento de aguasrequeridos

Ejemplo: Caso de aplicación

Validación experimental del modelo

TSS (mg/l) COD (mg/l)

Flow (m3/d) Experimental Simulated Experimental Simulated

Chlorination 482 0 0.003 <100 45

Softener 67 0 0.003 <100 45

Reverse osmosis 33 0 0.003 <100 45

Cleaning mill 126 --- 19.88 --- 45

Washing vegetables 69 111 119 321 338

Blanching 89 59 60 1750 1669

Potato processing 131 135 297 1737 1703

Rotating sieves 0.5 108000 109020

Equalization tank 467 410 5.7 617 758

Effluent 467 373 537 455 587

• El modelo es capaz de describir el circuito de aguas y reproducir los datos experimentales

• El modelo permite detectar medidas experimentales erróneas o incoherentes

Ejemplo: Caso de aplicación

4. Exploración por simulación de alternativas de gestión eficiente del agua

1. Situación actual en la fábrica

69 m3/d126 m3/d

2. Reducción del consumo de agua de lavado de vegetales

? m3/d126 m3/d

800 gCOD/m3

69 m3/d126 m3/d

20 gCOD/m3

3. Reutilización del agua de lavado de vegetales

69 m3/d57 m3/d

69 m3/d126 m3/d

NKQNQQTSS

NOPCOST FWwww

treati

i ·365···411.1·365··1510

··200·365·

6

Scenario 1 Scenario 2 Scenario 3

OP (€/y) OP (€/y) OP (€/y)

MBBR 11.600 11.550 11.200

Ozonization --- --- 2.800

Membrane

filtration--- --- 1.000

Sludge production 6.600 6.000 5.200

Drinking water 240.000 228.000 220.000

Total cost (€/y) 258.200 €/y 245.550 €/y 240.200 €/y

-5% -8%

4. Exploración por simulación de alternativas de gestión eficiente del agua

• Minimización de una función de coste:• Costes operacionales del tratamiento de aguas• Costes por fangos producidos• Costes por consumo de agua fresca

Ejemplo: Caso de aplicación

4. Exploración por simulación de alternativas de gestión eficiente del agua

• Estudio de la estrategia de aireación en la EDAR de esta fábrica minimizando costes operacionales

• En base a un modelo matemático que describe calidad de agua y consumo energético considerando tarifas eléctricas

Operación en continuo: 24h/d

Ejemplo: Caso de aplicación

Operación en discontinuo:8h/d(noches) + fin semana

Ejemplo: Caso de aplicación

Operación en discontinuoOperación en continuo

Ahorro en la operación discontinua

Coste de vertido (€/semana) 0%

Coste eléctrico (€/semana) 19%