Los objetivos del trabajo de título son: a) desarrollar el diseño básico de una unidad prototipo de separación de componentes de baterías de plomo-ácido, b) caracterizar físicamente el proceso de lavado de fragmentos de baterías de plomo-ácido, c) caracterizar mecánicamente el proceso de destrucción de baterías de plomo-ácido y d) rediseñar el lay-out de la planta en base a los equipos diseñados.

En los últimos años se ha producido en el Perú un cambio en la matriz de producción de Plomo metálico; tal es así que a partir del año 2010, después del cierre de la Refinería de la Oroya, la producción nacional de plomo metálico pasó de ser aproximadamente 114,000 TM en el año 2008 a ser aproximadamente de tan sólo 12,000 TM en el año 2016; debido a que se dejó de producir plomo primario (plomo refinado a partir de concentrados minerales); y en cambio se incrementó la producción de plomo secundario (plomo refinado a partir del reciclaje de baterías y chatarras de plomo); como respuesta a la necesidad de satisfacer la demanda nacional por utilizar plomo metálico como materia prima en la industria local; al punto que a finales del 2016 en el Perú se habría alcanzado una tasa de reciclaje de baterías usadas de plomo mayor al 82%; y que probablemente estaría alcanzando tasas mayores al 97% en los próximos dos o tres años. Como resultado del estudio, se entiende que el principal mercado consumidor del plomo en el Perú y el mundo es la industria automotriz, cuyo consumo equivale al 80% de la demanda mundial de plomo; que estaría asegurada en las próximas décadas; debido a que el parque automotor mundial continuaría creciendo, como resultado del incremento de la población mundial; y que además los vehículos de combustión interna (principal consumidor de las baterías de ácido plomo), que actualmente representa aproximadamente el 99% del parque automotor, no tendría competencia importante en ese mismo período de tiempo. Frente a este escenario, la propuesta del presente estudio es instalar una planta de producción de plomo refinado a partir del reciclaje de baterías, que estará ubicado en el distrito del Callao, específicamente en el corredor industrial de Gambetta, con un área aproximada de 13,410 m2. El abastecimiento de la materia prima deberá asegurarse mediante la importación de baterías usadas de otros países, tales como Chile, Guatemala, República Dominicana, Estados Unidos, etc. y también del abastecimiento local. La planta trabajará 24 horas al día en tres turnos, y su producción estará principalmente orientada a la exportación al mercado mundial; además la empresa contará con 75 trabajadores entre obreros y empleados. Para este proyecto se requiere una inversión inicial de S/. 42´260,179.06 de los cuales el 60% será financiado con capital de los accionistas en base a un COK de 10.26% obteniéndose un VAN de S/. 335,879.39 un IR (índice de rentabilidad) de 1.0132 y una TIR de 10.40%. Sin embargo al considerar como una segunda alternativa, que parte de la producción sea plomo aleado (para conseguir ingresos adicionales por drawback) se obtendría un VAN de S/. 7´225,192.03 un IR de 1.2849 y una TIR de 13.30%. Resultados que indican que el proyecto es financieramente viable en ambos casos, pero mucho más rentable en la segunda propuesta que incluye producir plomo refinado y plomo aleado. / Tesis

Ingeniero Civil Mecánico / Autor no autoriza el acceso a texto completo de su documento hasta el 21/1/2020. / En este proyecto se desarrolla una novel tecnología para procesar residuos de baterías de plomo-ácido (BPA) en forma de briquetas para producir plomo metálico (Pb ). En la técnica de procesamiento actualmente empleada, las baterías son separadas de los agentes ácidos de su contenido y por procesos de trituración y separación física, en celdas de flotación, se genera la pasta de baterías (PBat) propiamente tal; que corresponde a la materia prima para producir briquetas. En general, el manejo y la manipulación de la PBat son procesos altamente contaminantes que, en exposiciones prolongadas sin protección adecuada, pueden afectar la salud de los trabajadores y, eventualmente, contaminar el entorno de la instalación. Este proyecto de innovación tecnológica busca desarrollar un procesamiento limpio del material plomado, a través de intervenciones en el manejo en planta, transporte y/o almacenamiento del material. El objetivo general del proyecto es el diseño básico de una planta de briqueteado y secado de residuos plomados. Los objetivos específicos son: i) Desarrollar el diseño conceptual que define los equipos principales de la instalación, ii) Desarrollar el diseño básico para determinar las especificaciones de los procesos involucrados, y iii) Efectuar estudios de factibilidad técnico-económica de la unidad. Para el diseño conceptual de la unidad se revisa el estado del arte respecto del proceso de reciclaje de plomo, de los procesos de aglomeración, del secado de pellets y de briquetas. Para el diseño básico, se considera la caracterización de la PBat y se desarrolla un programa experimental de ensayos para establecer una ruta de procesos, con sus respectivos parámetros de operación. Para la factibilidad técnico-económica primero se analiza el mapa de riesgos de la innovación y de las alternativas de manejo, luego se efectúa un análisis costo-beneficio desarrollando los costos de producción y el estimado de inversiones; finalmente se desarrolla una evaluación marginal del proyecto. Los principales resultados y conclusiones de este trabajo indican que: i. El procesamiento de la PBat se desarrolla en base a las operaciones: Estrujado, Mezclado con fundentes, Briqueteado de ladrillos y, opcionalmente, Secado de briquetas. El estrujado de la PBat virgen consiste en una pre compresión del material inicial, a una presión máxima de unos 30 kg/cm2, para lograr hasta un 8% de humedad (en base húmeda). El proceso de mezclado y dosificación de fundentes y aglomerante, en un mezclador continuo de alta energía, consiste en agregar a la PBat estrujada los fundentes: carbón, fierro, ceniza de soda y aglomerante; para producir el material que va al horno. El proceso de briqueteado del material mezclado comprende una operación de moldeado, en una maquina ladrillera convencional, a una presión máxima de unos 20 kg/cm2. El secado de las briquetas se vislumbra como una operación opcional de terminación del proceso, con temperaturas no superiores a unos 120ºC y velocidades superficiales del orden de 1 m/s. Respecto a los aglomerantes indagados, se aprecian buenos resultados con la adición de cal; tanto en escala de laboratorio como en escala productiva. ii. El análisis de riesgos tecnológicos del proceso revela que si bien las operaciones unitarias son complejas y de control multi-variable, todos las operaciones exploradas experimentalmente se pueden desarrollar con equipos de tecnologías conocidas, los equipos tienen disponibilidad en el mercado internacional y es factible controlar las etapas y subprocesos cruciales; de manera de asegurar que existen vías de solución a los problemas y conflictos que el proceso posee per se. iii. El análisis de la factibilidad económica muestra que se requiere una inversión de unos $161.298.850 para desarrollar la línea de procesamiento, incluyendo equipos e instalaciones. El proceso genera reducciones de costos fijos y costos variables del orden del 47% con respecto a la operación actual, con lo cual la evaluación marginal del proyecto a 10 años tiene un VAN al 12% de $1.772.986.567, una TIR de 236% y una recuperación de la inversión al primer año de implementar las mejoras tecnológicas. iv. Con estos resultados se concluye que el proyecto en general es factible técnica y económicamente. v. Una importante conclusión del análisis inventivo del proceso desarrollado revela que la tecnología posee gran mérito innovador, de modo que se ha decidido proceder a solicitar una patente de invención para proteger comercialmente los resultados obtenidos.

Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención Eléctrica / Ingeniero Civil Electricista / Esta tesis se centra en el estudio del estado de carga (SoC: state of charge) para acumuladores de energía del tipo plomo ácido. Este parámetro es de suma importancia en aplicaciones donde el acumulador está sometido permanentemente a situaciones de carga y/o descarga, como las que se presentan en vehículos eléctricos o micro-redes, por ejemplo. El SoC se define como la energía expresada como un porcentaje de la capacidad nominal, que aún está disponible para ser utilizada. Este indicador depende de muchas otras magnitudes, tales como: temperatura, tasas de corriente de carga/descarga, tiempo de uso, histéresis, y auto descarga. Este parámetro no es medible, por lo cual es necesario estimarlo en base a mediciones de otras señales disponibles en los acumuladores, tales como tensión, corriente y temperatura. Para desarrollar un estimador del SoC hay que tener en cuenta dos aspectos; el primero de ellos es contar con un buen modelo que represente el comportamiento del acumulador de manera adecuada, mientras que el segundo, dice relación con el algoritmo utilizado para realizar la estimación. Ambos aspectos suponen contar con información del acumulador para poder identificar el modelo y diseñar el estimador. Por lo tanto, se establecieron los objetivos de la tesis, los cuales corresponden en primer término a la construcción de un prototipo con el cual se pueda someter el banco de acumuladores a diversos perfiles de carga/descarga. Luego en base a la información generada mediante este sistema experimental, derivar un modelo de baterías que sea sencillo de implementar y requiera poca cantidad de información. Dicho modelo corresponde a un modelo difuso. Con el modelo de baterías ya definido, se utiliza el algoritmo del filtro extendido de Kalman para desarrollar un estimador del SoC basado en el modelo propuesto. Es importante destacar que tanto el modelo como el estimador son evaluados y comparados con modelos de baterías convencionales y con estimadores basados en ellos. (Implementados con el algoritmo de Kalman). Los aportes del trabajo de tesis, son en primer lugar, la construcción del sistema experimental, el cual servirá para otras investigaciones relacionadas a acumuladores de energía. En segundo término, se tiene que la metodología basada en lógica difusa (para el desarrollo del modelo), es novedosa, pues hasta el momento sólo ha sido implementada con datos basados en mediciones en el dominio de la frecuencia o en conjunto con redes neuronales. Lo que supone en el primer caso que el modelo no pueda ser llevado a la práctica debido al costoso equipamiento necesario para obtener datos en el dominio de la frecuencia, y en la necesidad de contar con gran cantidad de información para el segundo caso. Finalmente es importante mencionar que las baterías consideradas para esta tesis, están presentes en la micro-red Huatacondo perteneciente al Centro de Energía de la Universidad de Chile.

TESIS PARA OPTAR AL GRADO DE MAGÍSTER EN ADMINISTRACIÓN / Mario Espinoza Sandoval [Parte I], Enrique Ardiles Monroy [Parte II] / Nuestro proyecto consiste en instalar una planta recuperadora de plomo, mediante el reciclaje de batería que utilizamos en los vehículos motorizados a lo largo de nuestro país. Para ello realizaremos una serie de procesos para recuperar el plomo de las baterías y transformarlas finalmente en lingotes de Plomo. La oportunidad se presenta al visualizar que Chile solamente posee una planta recicladora, la cual se encuentra en la segunda región de Antofagasta (ciudad de Calama), pero con la diferencia que su mercado de obtención de plomo principal, es el desecho de los ánodos de plomo de las mineras de la región, dejando en segundo lugar a las baterías como materia prima para el proceso de reciclaje. El mercado objetivo está en función del déficit de plomo a nivel mundial, principalmente para la producción de baterías de plomo / acido, ya que esta materia prima, es usada en un 90% para la producción de baterías. Bajo este contexto, vemos grandes posibilidades en el mercado local (Sudamérica, particularmente Brasil) y USA, para ser nuestros principales clientes con la importación de nuestro producto, más aun dejando como referencia clara, que ellos son grandes exportadores de baterías, y por ello grandes consumidores de plomo para su producción. La comercialización de nuestro producto, será en bruto, en formato de lingotes, con estado del 99,9% de pureza, lo cual es imperioso para la necesidad de los mercados extranjeros ya que corresponde al estándar de venta de este commodity. La ubicación propuesta para nuestra planta, será en Maipú, Región Metropolitana, esto debido a varios beneficios de operación y logística. Tendrá un área de ocupación de 10.000 mt2 y tendrá directa relación para la exportación del producto con el puerto de san Antonio, Valparaíso V Región.

Ingeniero Civil Mecánico / El trabajo muestra el diseño de un silo para el acopio y dosificación de pasta de baterías (PBat), para la línea productiva de una planta industrial y fundición; que se dedica al reciclaje de baterías de plomo-ácido para la obtención de plomo refinado. El objetivo del trabajo es el diseño de un silo para el acopio y dosificación de PBat integrado en una línea de manejo y dosificación de materiales. Los objetivos específicos son: i) Revisar el es-tado del arte sobre silos para acopio y dosificación de pastas, ii) Caracterizar la PBat y determinar las condiciones de operación del silo inserto en la línea de producción, iii) Diseñar los mecanismos de extracción de la PBat, iv) Seleccionar y diseñar detalladamente una motorización ad hoc para el silo, y v) Diseñar una lógica de control que permita integrar el silo de PBat con la tecnología Weightfeeders de la línea de manejo y dosificación de materiales. Para desarrollar los objetivos específicos se emplea una metodología que integra revisión biblio-gráfica del estado del arte de silos y dosificación de pasta para obtener el marco teórico para el diseño de los componentes principales; revisión de normas internacionales ASTM para diseñar y validar técnicamente los ensayos de caracterización de la PBat. Para el diseño detallado se em-plean los resultados de los ensayos y los requerimientos de operación a partir de los que se realiza el dimensionamiento y la configuración de los mecanismos de descarga y dosificación junto con la motorización de ellos. Para abordar el sistema de control se define la filosofía de control, los sensores y los lazos de control. Los principales resultados del trabajo muestran que: i. La tecnología para silos de pasta se centra en los sistemas de descarga. Los sistemas más im-portantes en la actualidad son descarga mecánica por: movimiento alternativo, ejes encontra-dos, descargador de tornillo y descargador rotatorio. ii. La pasta de baterías es un material reologicamente complejo con facilidad para formar bóvedas con un ángulo de reposo alto, una granulometría heterogénea y un esfuerzo de cizalle rela-tivamente alto de 0,6 kg/cm2. iii. El silo, un estanque cilíndrico-cónico de 4,5 m3 en AISI 316L, contempla dos sistemas de des-carga complementarios: un descargador rotatorio que arrastra la pasta por el fondo del silo sin compactarla descargando el material por una lumbrera y un sistema de arrastre vertical; que destruye las bóvedas al forzar el avance de la pasta hacia el fondo del silo. iv. La lógica de control integra los distintos equipos que forman la línea de manejo de materiales plomados. En particular la integración con los weightfeeder está diseñada lograr la dosificación precisa de los materiales involucrados en la línea de proceso.

En los últimos años se ha producido en el Perú un cambio en la matriz de producción de Plomo metálico; tal es así que a partir del año 2010, después del cierre de la Refinería de la Oroya, la producción nacional de plomo metálico pasó de ser aproximadamente 114,000 TM en el año 2008 a ser aproximadamente de tan sólo 12,000 TM en el año 2016; debido a que se dejó de producir plomo primario (plomo refinado a partir de concentrados minerales); y en cambio se incrementó la producción de plomo secundario (plomo refinado a partir del reciclaje de baterías y chatarras de plomo); como respuesta a la necesidad de satisfacer la demanda nacional por utilizar plomo metálico como materia prima en la industria local; al punto que a finales del 2016 en el Perú se habría alcanzado una tasa de reciclaje de baterías usadas de plomo mayor al 82%; y que probablemente estaría alcanzando tasas mayores al 97% en los próximos dos o tres años. Como resultado del estudio, se entiende que el principal mercado consumidor del plomo en el Perú y el mundo es la industria automotriz, cuyo consumo equivale al 80% de la demanda mundial de plomo; que estaría asegurada en las próximas décadas; debido a que el parque automotor mundial continuaría creciendo, como resultado del incremento de la población mundial; y que además los vehículos de combustión interna (principal consumidor de las baterías de ácido plomo), que actualmente representa aproximadamente el 99% del parque automotor, no tendría competencia importante en ese mismo período de tiempo. Frente a este escenario, la propuesta del presente estudio es instalar una planta de producción de plomo refinado a partir del reciclaje de baterías, que estará ubicado en el distrito del Callao, específicamente en el corredor industrial de Gambetta, con un área aproximada de 13,410 m2. El abastecimiento de la materia prima deberá asegurarse mediante la importación de baterías usadas de otros países, tales como Chile, Guatemala, República Dominicana, Estados Unidos, etc. y también del abastecimiento local. La planta trabajará 24 horas al día en tres turnos, y su producción estará principalmente orientada a la exportación al mercado mundial; además la empresa contará con 75 trabajadores entre obreros y empleados. Para este proyecto se requiere una inversión inicial de S/. 42´260,179.06 de los cuales el 60% será financiado con capital de los accionistas en base a un COK de 10.26% obteniéndose un VAN de S/. 335,879.39 un IR (índice de rentabilidad) de 1.0132 y una TIR de 10.40%. Sin embargo al considerar como una segunda alternativa, que parte de la producción sea plomo aleado (para conseguir ingresos adicionales por drawback) se obtendría un VAN de S/. 7´225,192.03 un IR de 1.2849 y una TIR de 13.30%. Resultados que indican que el proyecto es financieramente viable en ambos casos, pero mucho más rentable en la segunda propuesta que incluye producir plomo refinado y plomo aleado.