¿Qué indicadores de sostenibilidad (energía, CO2, agua) pueden reportarse de forma útil para los procesos de mezclado?
Para los procesos de mezclado industriales resultan especialmente adecuados los indicadores de sostenibilidad específicos y referidos al producto, complementados con valores absolutos de energía, emisiones y agua. Esta combinación permite clasificar los procesos a lo largo de periodos, formulaciones, instalaciones y ubicaciones, identificar potenciales de eficiencia e integrar los datos en sistemas de gestión y reporte reconocidos. Los requisitos previos para comparaciones fiables son un límite de sistema claramente definido, una unidad funcional clara —por ejemplo, una tonelada de producto vendible o un lote— así como métodos de medición y cálculo coherentes.
Para la evaluación energética de un proceso de mezclado, el consumo específico de energía es un indicador central. Habitualmente se expresa como energía eléctrica en kWh por tonelada, kilogramo o metro cúbico de producto vendible. En los mezcladores por lotes puede resultar útil además el consumo de energía por lote. Es decisivo no considerar únicamente el consumo de energía del accionamiento del mezclador, sino incluir también —según el límite de sistema elegido— los equipos auxiliares como los órganos de dosificación, la técnica de transporte, la generación de vacío, el aire comprimido, la extracción, la regulación de temperatura y la técnica de control. Solo así puede evaluarse de forma trazable la necesidad real de energía del paso de mezclado.
El consumo eléctrico de potencia del mezclador en kW, registrado en su evolución temporal, complementa el consumo específico de energía. Los perfiles de carga muestran los picos de arranque, las fases de marcha en vacío, las cargas inusuales y las variaciones de potencia derivadas del proceso. Resulta especialmente significativo analizar la proporción de energía de marcha en vacío, preparación, limpieza y espera (standby) respecto al consumo total de energía del paso de mezclado. Valores elevados pueden indicar tiempos de espera evitables, traspasos de turno desfavorables, cambios de producto prolongados, secuencias de formulación inadecuadas o parámetros de control ineficientes. En medios de alta viscosidad, procesos de dispersión o tareas de mezclado intensivas puede registrarse además la energía específica de agitación en kWh/kg o Wh/l.
Cuando un mezclador se calienta, se enfría, se seca o se emplea para procesos exotérmicos, la necesidad de energía térmica debería evaluarse también por separado. Indicadores útiles son, por ejemplo, la necesidad de calor o de frío en kWh o MJ por lote o por tonelada de producto. En este contexto pueden considerarse el vapor, el aceite térmico, la calefacción eléctrica, el agua de refrigeración, el agua fría u otros portadores de energía. Un indicador de recuperación de energía resulta especialmente útil cuando del aire de escape, los circuitos de refrigeración, los medios térmicos o el calor de proceso se recupera realmente energía aprovechable y se emplea en otro paso del proceso. En los procesos clásicos de mezclado de polvo en seco sin fuentes de calor relevantes, un indicador de este tipo suele tener una validez limitada.
En cuanto a las emisiones de CO₂ y de gases de efecto invernadero, el paso de mezclado debería diferenciarse claramente de la huella total del producto. Las emisiones directas procedentes de combustibles utilizados in situ para calor, vapor, aceite térmico o equipos de combustión directa se registran como Scope 1. Las emisiones indirectas procedentes de la electricidad, el vapor, el calor y el frío adquiridos se indican como Scope 2. El GHG Protocol distingue entre el método location-based, que trabaja con factores de emisión medios de la red eléctrica correspondiente, y el método market-based, que tiene en cuenta información contractual o específica del proveedor sobre el suministro. En mercados con instrumentos contractuales y datos adecuados, ambas perspectivas de Scope 2 deberían reportarse de forma trazable.
Un indicador central referido al producto es la intensidad de CO₂ del paso de mezclado, por ejemplo en kg CO₂e por tonelada de producto vendible, por kilogramo o por lote. Permite comparar distintos modos de operación, instalaciones o ubicaciones, siempre que coincidan el límite de sistema, la unidad funcional, el factor de emisión eléctrico, el periodo de reporte y el método de cálculo. Indicadores como kg CO₂e por hora de funcionamiento pueden resultar útiles como complemento, pero por sí solos son menos significativos, ya que no tienen en cuenta la cantidad realmente producida. Una huella de carbono de producto (Product Carbon Footprint) solo debería indicarse cuando su límite de sistema esté descrito con claridad. Un PCF gate-to-gate se refiere al paso de producción definido, mientras que un PCF cradle-to-gate puede incluir además emisiones previas relevantes procedentes de materias primas, aditivos, envases, materiales auxiliares y transporte. Precisamente en el caso de materias primas con emisiones intensivas, estas emisiones previas suelen ser más relevantes que el consumo de energía del propio mezclador.
Las emisiones evitadas no deberían mezclarse con las emisiones contabilizadas de Scope 1, Scope 2 o Scope 3. Son adecuadas como indicador independiente de proyecto o de comparación, por ejemplo en un retrofit, una optimización de formulación, una mejora del vaciado residual o un cambio del portador de energía. El requisito previo es un escenario de referencia documentado de forma transparente, con la misma unidad funcional, límites de sistema idénticos, hipótesis claras, condiciones de funcionamiento comparables y factores de emisión trazables.
Los indicadores relacionados con el agua deberían distinguir entre la extracción de agua, el consumo de agua y el vertido de aguas residuales. El agua puede emplearse en el proceso de mezclado como componente de la formulación, medio de refrigeración, medio de limpieza o material auxiliar. La extracción de agua debería registrarse en m³ o litros al año y, adicionalmente, en relación con una unidad de producción, por ejemplo m³ por tonelada de producto. Una división razonable distingue entre el agua de proceso, el agua de limpieza, el agua de refrigeración y otros consumos. El consumo de agua describe la cantidad de agua que no se devuelve al mismo entorno o a uno comparable. En principio, puede determinarse como la extracción de agua menos el vertido de agua y las variaciones en los depósitos de agua. Por ello, la GRI 303 trata la extracción, el vertido y el consumo de agua como datos interrelacionados.
En caso de cambios de producto frecuentes o requisitos de higiene elevados, el consumo de agua de limpieza por limpieza o por cambio de producto resulta especialmente relevante. Puede expresarse en litros o metros cúbicos por ciclo de limpieza CIP, WIP o manual, así como adicionalmente en relación con la cantidad de producto producida. Además de la cantidad de agua, también debería registrarse el consumo de productos químicos de limpieza cuando estos sean relevantes para el impacto ambiental o los costes. El volumen de aguas residuales puede reportarse como m³ por tonelada de producto o por lote. Según el sector y las condiciones de vertido, resultan útiles adicionalmente parámetros de carga relevantes, como la demanda química de oxígeno, la demanda biológica de oxígeno, la carga de sólidos, el valor de pH, la conductividad u otros parámetros específicos del producto.
Puede indicarse una tasa de reutilización o reciclaje de agua cuando el agua tratada se emplea realmente de nuevo en aplicaciones permitidas. En ese caso debe especificarse claramente si se trata de una recirculación interna, un uso para limpieza, refrigeración u otros procesos auxiliares. La mera recirculación del agua de refrigeración no constituye automáticamente una reutilización en el sentido de un ahorro adicional de recursos. La importancia del consumo de agua debería considerarse además en el contexto de la ubicación. Las extracciones en regiones con riesgo de estrés hídrico pueden ser ecológicamente más relevantes que cantidades notablemente mayores en ubicaciones con abundancia de agua. Por ello, resulta útil una clasificación basada en indicadores de estrés hídrico reconocidos. La GRI 303 exige una consideración específica de las extracciones de agua en zonas con riesgo de estrés hídrico.
Indicadores de proceso complementarios ayudan a poner de manifiesto las causas de un elevado consumo de energía, CO₂ o agua. Entre ellos se encuentran el Overall Equipment Effectiveness (OEE), los tiempos de parada no planificados, las tasas de rechazo y reprocesamiento, las cantidades residuales tras el vaciado, la duración de la limpieza, la frecuencia de limpieza y la consistencia de lote a lote. Una baja disponibilidad de la instalación o lotes defectuosos aumentan el consumo de recursos por cantidad de producto vendible, ya que se emplean energía, agua y materias primas sin que se genere el correspondiente valor añadido. Un buen vaciado residual y una conducción del proceso estable pueden reducir las pérdidas de producto, el esfuerzo de limpieza y el reprocesamiento.
Para un reporte de sostenibilidad fiable, los valores absolutos anuales y los indicadores específicos de producto deberían indicarse conjuntamente. Los valores absolutos muestran el impacto ambiental total de una ubicación o de una empresa. Los valores específicos hacen visibles los cambios de eficiencia, incluso cuando varían la cantidad de producción, la combinación de productos o las horas de funcionamiento. Por ello, una base de indicadores práctica comprende como mínimo el consumo total de energía y la intensidad energética por tonelada de producto, las emisiones de Scope 1 y Scope 2, la intensidad de CO₂e del paso de mezclado delimitado, la extracción de agua, el consumo de agua, el volumen de aguas residuales, el agua de limpieza por cambio de producto, así como los indicadores relevantes de rechazo, reprocesamiento y vaciado residual.
El registro de datos debería realizarse, en la medida de lo posible, de forma automatizada mediante contadores de electricidad, calor, agua y, en su caso, aguas residuales adecuados y calibrados de forma trazable. La vinculación con el sistema de control de procesos, el sistema de gestión de la energía, los sistemas de control y producción de nivel superior, el ERP o el software de mantenimiento facilita la asignación a lotes, formulaciones, cantidades de producción y causas de parada. Para disponer de datos coherentes y auditables deberían documentarse los límites de sistema, las unidades funcionales, los periodos de reporte, los métodos de medición, las lagunas de datos, los factores de emisión, los métodos de cálculo y las responsabilidades. La clasificación puede orientarse por el GHG Protocol, la ISO 50001, la ISO 14064, la GRI 302, la GRI 303 y la GRI 305, así como —en el caso de empresas sujetas a la obligación de reportar— por los requisitos correspondientes de la ESRS E1 para el clima y la ESRS E3 para el agua y los recursos marinos.
Así resuelve amixon® esta tarea
Para amixon®, la sostenibilidad significa considerar conjuntamente el uso de energía, el rendimiento de las materias primas, el esfuerzo de limpieza, el mantenimiento y la vida útil. No obstante, el impacto ambiental y económico real depende siempre del producto, la formulación, el tamaño de lote, el grado de llenado, la tarea de mezclado, los requisitos de higiene y el modo de operación. Por ello, amixon® evalúa los parámetros de proceso esenciales de la forma más orientada posible a la aplicación, por ejemplo mediante ensayos con producto original en el centro de ensayos o mediante mediciones en el funcionamiento posterior.
La eficiencia energética de un mezclador viene determinada esencialmente por el principio de mezclado, la geometría de la herramienta, la velocidad de giro, el grado de llenado y el tiempo de mezclado necesario. Los mezcladores amixon® funcionan en muchas aplicaciones con velocidades periféricas bajas de las herramientas de mezclado. Esto puede permitir un trasiego de producto cuidadoso y limitar el aporte mecánico de energía. No obstante, la velocidad de giro óptima y la necesidad real de potencia se ajustan siempre a la tarea de mezclado concreta. En el mezclador Gyraton® GM para lotes grandes, el objetivo principal es una tarea de mezclado precisa, cuidadosa con el producto y realizable con una potencia de conexión comparativamente baja. La potencia de conexión concreta, así como el consumo específico de energía por lote o tonelada de producto, dependen del producto, el grado de llenado, la formulación, el tiempo de mezclado y la homogeneidad requerida.
Unos tiempos de mezclado cortos pueden reducir el consumo de energía por lote, siempre que la calidad de mezcla requerida se alcance de forma reproducible. En el mezclador KoneSlid® KS, amixon® indica una calidad de mezcla óptima tras unas 20 a 30 revoluciones de la herramienta. Este dato es específico del producto y no es directamente trasladable a otros tipos de mezclador, formulaciones o grados de llenado. Por ello, para una evaluación fiable, el consumo específico de energía debería determinarse mediante ensayos en el centro de ensayos o mediciones en funcionamiento. Indicadores significativos son, por ejemplo, los kWh por lote, los kWh por tonelada de producto y el consumo de potencia en su evolución temporal.
Una palanca central para el uso eficiente de las materias primas es un vaciado del mezclador lo más completo posible. Unas cantidades residuales bajas pueden reducir las pérdidas de producto, el esfuerzo de limpieza adicional y, en los cambios de producto, también los riesgos de contaminación cruzada. Según el producto, el tipo de mezclador y la ejecución, los mezcladores amixon® pueden alcanzar grados de vaciado altos. Con la tecnología ComDisc®, en condiciones adecuadas son posibles grados de vaciado de hasta el 99,997 % o superiores. No obstante, el vaciado residual alcanzable debe evaluarse con el producto original correspondiente, ya que el comportamiento de flujo, la humedad, el tamaño de partícula, la densidad aparente y la tendencia a la adherencia tienen una influencia esencial.
Unas cámaras de mezclado con pocos espacios muertos y fácilmente accesibles, junto con una limpieza adecuada al producto, pueden reducir la necesidad de agua, productos químicos de limpieza e intervenciones manuales. En aplicaciones con incorporación de líquidos, una dosificación finamente distribuida y adaptada al producto puede contribuir a limitar las adherencias locales. Si de ello resultan tiempos de limpieza menores o un consumo reducido de producto de limpieza depende de la formulación, los requisitos de higiene, la frecuencia de cambio y el procedimiento de limpieza correspondiente. En el caso de polvos sensibles a la temperatura, un principio de mezclado cuidadoso puede ayudar a limitar un aporte de temperatura no deseado. Si con ello se puede ahorrar realmente energía de refrigeración debería evaluarse mediante mediciones para el proceso concreto.
Una larga vida útil económica puede contribuir asimismo al ahorro de recursos. Las construcciones robustas, los materiales adecuados, una buena accesibilidad para el mantenimiento, el suministro de repuestos y las opciones de retrofit ayudan a operar las instalaciones de mezclado durante muchos años y a adaptarlas a requisitos cambiantes. amixon® apoya a los operadores con mantenimiento, suministro de repuestos, modernización y retrofit. Según los datos de amixon®, los repuestos se almacenan, entre otros lugares, en ubicaciones de Alemania, Estados Unidos y Japón, con el fin de limitar en la medida de lo posible los tiempos de parada. Las modernizaciones pueden afectar, por ejemplo, a los accionamientos, los controles, la sensórica, las funciones de seguridad, la técnica de dosificación, la limpieza o la documentación del proceso.
Para un reporte de sostenibilidad trazable son decisivos los indicadores relacionados con la aplicación. Entre ellos se encuentran, en particular, el consumo específico de energía por lote o tonelada de producto, el consumo de potencia a lo largo del proceso, la cantidad residual tras el vaciado, la tasa de pérdida de producto, el consumo de agua y producto de limpieza por limpieza o cambio de producto, el consumo de piezas de desgaste, así como la vida útil de la instalación. Según el concepto de automatización, los datos operativos y de proceso correspondientes pueden registrarse y documentarse de forma específica del proyecto, y emplearse para análisis de energía, CO₂, recursos u OEE.
Antes de una inversión, la tarea de mezclado concreta puede probarse en el centro de ensayos de amixon® con producto original. En la sede central de Paderborn se dispone para ello de más de 30 instalaciones de prueba en distintos tamaños constructivos. Además, amixon® cuenta con centros técnicos en Estados Unidos, China, Japón, India, Tailandia y Corea del Sur. Los ensayos pueden realizarse con grados de llenado y tamaños de lote cercanos a la aplicación, así como con los rangos de temperatura y presión previstos. Se evalúan, entre otros aspectos, la calidad de mezcla, la protección del producto, el aporte de energía, la capacidad de vaciado, la limpiabilidad y la reproducibilidad. Los resultados documentados ayudan a los operadores a seleccionar una ejecución adecuada y a evaluar los riesgos técnicos y económicos antes de una inversión.
Un tiempo de mezclado corto no es el objetivo prioritario en todas las aplicaciones. Cuando la calidad del producto, la protección del producto y una potencia de conexión eléctrica baja son el centro de atención, una homogeneización más larga y deliberadamente lenta puede resultar ventajosa. El silo mezclador Gyraton® sigue este principio: la herramienta de mezclado puede trabajar a una velocidad de giro muy baja y hacer circular el producto a granel de forma cuidadosa. Con ello, la potencia de accionamiento necesaria puede mantenerse baja en relación con el gran tamaño de lote. Los mezcladores Gyraton® están disponibles para tamaños de lote de hasta 100 m³ y son adecuados para productos a granel secos, húmedos y mojados. El tiempo de mezclado y la potencia del motor concretos se dimensionan en cada caso en función del producto, el tamaño de lote, el grado de llenado y la calidad de mezcla requerida.