3.1. Generación de electricidad en un ingenio a partir de bagazo y eucalipto
3.1.1. La producción y aprovechamiento de bagazo y eucalipto
El bagazo
Durante la zafra se usa como combustible el bagazo de la caña. Por cada tonelada de caña molida, se extraen 0.35 toneladas de bagazo apto para la combustión. Este bagazo se almacena al aire libre en el terreno del ingenio y se quema durante la zafra. El CUADRO 4 da algunas características básicas del bagazo como combustible.
El eucalipto
Para la producción de combustible durante la no-zafra, se tuvo en cuenta la existencia de unas 7000 hectáreas aproximadamente, destinadas a la producción de Eucalyptus camaldulensis como fuente de energía. SIZE="-1">a A continuación se describe brevemente la cadena de actividades para la producción del eucalipto, basada en la práctica actual de los ingenios.
Los plantines se cultivan en un vivero propiedad del ingenio, los mismos crecen en bolsas de polietileno donde son irrigados y fertilizados hasta presentar las condiciones adecuadas para ser plantados en el campo (CUADRO 5). Las actividades principales de la preparación del suelo son: la retirada de los troncos existentes, el arado, el gradeo y el subsoleo (CUADRO 6), esta última es importante especialmente en los suelos arcillosos para facilitar el desarrollo de las raíces del árbol. Se usa un espaciado relativamente amplio entre las hileras de árboles para facilitar la entrada al tractor para el desmalezado. Entre los árboles, ubicados dentro de las hileras, se lleva a cabo el "corte" manual de la maleza, con uso del machete (CUADRO 6). La limpieza de las plantaciones es necesaria en particular durante los primeros años (CUADRO 3). El uso de herbicidas está siendo analizado en este momento. El mismo no ha sido incluido en este estudio. Se asume que la cosecha se recoge mediante el uso de motosierras. Luego de talar los árboles, se cortan las ramas pequeñas, se seccionan los troncos en pedazos de 2-5 m y de uno a dos hombres los apilan (CUADRO 6).
El transporte a la planta eléctrica se lleva a cabo de dos maneras, mediante: (1) el tiro directo y (2) el tiro indirecto (CUADRO 7). El tiro directo es el más económico e implica que el camión puede acercarse a las plantaciones, lo que exige una buena infraestructura de carreteras y condiciones meteorológicas favorables. Un cargador frontal estiba directamente la leña en el camión. De este modo sólo se puede transportar una parte de la madera. Ésta se acopia en el área de almacenamiento cerca del ingenio y se carga en el astillador cuando es necesario. El resto de la madera es transportada a un lado de la carretera por transporte menor, siendo éste un pequeño tractor de autocarga con un remolque. La madera queda almacenada temporalmente a un lado de la carretera, un cargador frontal la cargará en un camión cuando sea necesario. Este material leñoso no será almacenado en el ingenio, sino que será descargado directamente en el astillador.
Bajo parámetros adecuados se comparan las plantaciones de Eucalipto con un tipo de cultivo que hubiera sido posible efectuar en ese suelo. Se considera que las plantaciones de eucalipto están en suelo sin previo uso económico o valor natural significativo. Puede tratarse tanto de terreno propiedad del ingenio, pero inadecuado para la producción de caña de azúcar, como de terreno agrícola marginal que ha sido abandonado o terreno anteriormente deforestado, alquilado por el ingenio.
12
Cuadro 4. Datos de input generales
Parámetro |
Valor |
Unidad |
Categoría en matriz IPa | |
Datos financieros generales | ||||
Tipo de cambio del córdobas 1997 |
9.2 |
C$/$ |
||
Tasa de descuento del capital prestadob, |
11 |
% |
- | |
Alquiler de tierra |
47 |
$/ha |
propiedad tierra | |
Mano de obra de costo bajo |
2.2 |
$/día |
m.d.o. de costo bajo | |
Mano de obra de costo medio |
4.0 |
$/día |
m.d.o. de costo medio | |
Mano de obra de costo altof |
23 |
$/día |
m.d.o. de costo alto | |
Horas por jornal |
6 |
hr/día |
- | |
Número de jornales por año |
250 |
día/año |
- | |
Precio diesel |
0.33 |
$/l |
diesel | |
Precio gasolina |
0.65 |
$/l |
gasolina | |
Precio búnker |
0.14 |
$/l |
búnker | |
Precio lubricante |
1.0 |
$/l |
lubricante | |
Datos físicos generales | ||||
PCS de eucalipto en base secad |
19.4 |
MJ/kg0%c |
- | |
PCS de bagazo en base secad |
19.1 |
MJ/kg0%c |
- | |
Energía para evaporación de aguad |
2.3 |
MJ/kg |
- | |
Relación de peso de agua e hidrógenod |
8.9 |
kg/kg |
- | |
Humedad eucalipto después de cosechad |
45 |
%wbc |
- | |
Humedad eucalipto, seco al aired |
20 |
%wbc |
- | |
Humedad bagazo, antes de la quema |
50 |
%wbc |
- | |
Densidad eucalipto en base secae |
0.59 |
ton0%/m3 SIZE="-1">sólid |
- | |
Rel. de densidad estéreo y sólida de troncose |
0.47 |
m3 SIZE="-1">sólid/m3est. |
- | |
Rel. de densidad estéreo y sólida de astillase |
0.33 |
m3 SIZE="-1">sólid/m3est. |
- | |
Poder calorífico inferior (PCI) de búnker |
40.1 |
MJ/kg |
- | |
Densidad de búnker |
0.95 |
kg/l |
- | |
Poder calorífico inferior (PCI) de diesel |
42.7 |
MJ/kg |
- | |
Densidad de diesel |
0.84 |
kg/l |
- | |
Poder calorífico inferior (PCI) de gasolina |
44 |
MJ/kg |
- | |
Densidad de gasolina |
0.74 |
kg/l |
- | |
Factores de conversión importantes | ||||
Número de hectáreas en una manzana |
0.7 |
ha/mz |
- | |
Número de litros en un galón |
3.78 |
l/gal |
- | |
Número de kilojulios por Btu |
1.055 |
kJ/Btu |
- | |
Número de kilogramos por libra inglesa |
0.455 |
kg/lb |
- |
aEsta columna es necesaria para la evaluación macroeconómica e indic
a la categoría en que se pone el ítem en la matriz de "insumo-producto; "- significa " no aplicable".
bEste valor está basado en el préstamo que se puede obtener de los bancos internacionales de desarrollo para este tipo de proyectos en Nicaragua.
cLa expresión "kgx%" significa que el parámetro corresponde a madera con una humedad de x%.
dPara convertir el poder calorífico superior (PCS) en el poder calorífico inferior (PCI) (en este caso: en base húmeda), se puede usar la fórmula siguiente: PCIbh = PCSbh - Ea*(hbh*mH2O) - Ea*wbh. Con Ea = energía para evaporar agua, hbh = contenido de hidrógeno en base húmeda, mH2O = relación de peso de agua y hidrógeno, wbh = humedad en base húmeda.
eEsto da como resultado una densidad de madera cosechada (45% de humedad) de 1.04 ton45%/m3sólido y de madera seca al aire (20% de humedad) de 0.74 ton20%/m3sólido. Las densidades estéreos de troncos apilados son respectivamente 0.51 y 0.35 ton/m3estéreo.
fEste salario está basado en el salario promedio de la planta eléctrica de San Antonio.Cuadro 5. Datos de costos del viveroa
Parámetro |
Valor |
Unidad |
Categoría en matriz IPb |
Preparación de sustrato |
1.59 |
$/1000 plantas |
camión |
Construcción de canteros |
0.15 |
$/1000 plantas |
m.d.o. de costo bajo |
Construcción de canteros |
0.03 |
$/1000 plantas |
varios |
Acarreo de sustrato |
0.07 |
$/1000 plantas |
camión |
Llenado de bolsas |
1.84 |
$/1000 plantas |
m.d.o. de costo bajo |
Llenado de bolsas |
2.34 |
$/1000 plantas |
varios |
Siembra de vivero |
0.54 |
$/1000 plantas |
m.d.o. de costo bajo |
Siembra de vivero |
0.88 |
$/1000 plantas |
varios |
Riego de vivero |
0.57 |
$/1000 plantas |
m.d.o. de costo bajo |
Riego de vivero |
0.33 |
$/1000 plantas |
varios |
Raleo de plantas |
0.44 |
$/1000 plantas |
m.d.o. de costo bajo |
Control de plagas |
0.28 |
$/1000 plantas |
m.d.o. de costo bajo |
Control de malezas |
0.38 |
$/1000 plantas |
m.d.o. de costo bajo |
Limpieza de calles |
0.29 |
$/1000 plantas |
m.d.o. de costo bajo |
Selección y remoción |
0.34 |
$/1000 plantas |
m.d.o. de costo bajo |
Acarreo de bolsas |
0.52 |
$/1000 plantas |
camión |
Acomodo de bolsas |
0.36 |
$/1000 plantas |
m.d.o. de costo bajo |
Remoción endurecimiento |
0.71 |
$/1000 plantas |
m.d.o. de costo bajo |
Despacho de plantas |
1.10 |
$/1000 plantas |
m.d.o. de costo bajo |
Mantenimiento de vivero |
0.60 |
$/1000 plantas |
m.d.o. de costo bajo |
Transporte de personal |
1.91 |
$/1000 plantas |
camión |
Supervisor de vivero |
0.27 |
$/1000 plantas |
m.d.o. de costo alto |
Guarda de vivero |
0.43 |
$/1000 plantas |
m.d.o. de costo bajo |
Costo total |
15.9 |
$/1000 plantas |
- |
aLa fuente de los datos de este cuadro es: Silva de la Maza.
bEsta columna es necesaria para la evaluación macroeconómica e indica la categoría en que se pone el ítem en la matriz de "insumo-producto; "- significa " no aplicable".
Cuadro 6. Datos de input sobre establecimiento, mantenimiento y cosecha de las plantaciones
Parámetro |
Valor |
Unidad |
Categoría en matriz IPa | |
Parámetros generales de la plantación | ||||
Crecimiento eucaliptob |
12 |
t0%/ha.año |
- | |
Rotación |
6 |
Año |
- | |
Vida útil plantación |
24 |
Año |
- | |
Densidad plantación |
2300 |
Plantas/ha |
- | |
Parte del terreno no utilizablef |
20 |
% |
- | |
Reservas de combustible necesarias |
10 |
% |
- | |
Costo indirecto, mano de obra |
59,742 |
$/año |
m.d.o. de costo alto | |
Costo indirecto, material |
24,858 |
$/año |
import. repuestos y auxil. | |
Costo indirecto, vehículos |
10,678 |
$/año |
jeep | |
Costo indirecto, impuesto |
2,609 |
$/año |
impuesto-subvención | |
Establecimientoc |
||||
Tractor para subsoleo |
13 |
$/hr |
tractor subsoleo | |
Tractor para arado |
9.8 |
$/hr |
tractor arado | |
Tractor para gradeo |
12 |
$/hr |
tractor gradeo | |
Tractor para cultivo |
6.5 |
$/hr |
tractor cultivo | |
Camión |
9.1 |
$/hr |
camión | |
Pastilla contra hormigas |
0.033 |
$/past. |
pesticidas | |
Pesticida líquido contra hormigas |
2.8 |
$/l |
pesticidas | |
Limpieza de tocones |
1.8 |
Hr/ha |
tractor subsoleo | |
Arado con tractor |
0.7 |
Hr/ha |
tractor arado | |
Subsoleo con tractor |
1.8 |
Hr/ha |
tractor subsoleo | |
Terraceo con tractor |
0.7 |
Hr/ha |
tractor cultivo | |
Gradeo con tractor |
1.9 |
Hr/ha |
tractor cultivo | |
Acarreo de plantas |
1.7 |
Hr/ha |
camión | |
Transporte de personal |
1.4 |
Hr/ha |
camión | |
Horas para plantard |
9.3 |
Hr/ha |
m.d.o. de costo bajo | |
Horas para plantar, supervisor |
0.3 |
Hr/ha |
m.d.o. de costo alto | |
Número de pastillas contra hormigas |
14 |
#/ha |
pesticidas | |
Pesticida líquido por turno |
1.7 |
l/turno |
pesticidas | |
Número de turnos para pesticida |
1 |
Turno/ha |
pesticidas | |
Horas para aplicación de pesticidas |
7.6 |
Día/ha |
m.d.o. de costo bajo | |
Mantenimiento de la plantación |
||||
Horas para limpieza manual |
2.9 |
Día/ha.turno |
m.d.o. de costo bajo | |
Horas para limpieza con tractor |
2.4 |
Hr/ha.turno |
tractor cultivo | |
Cosecha |
||||
Motosierra 44 cm |
425 |
$/hr |
motosierra | |
Cadena para motosierra |
16 |
$/unidad |
motosierra | |
Días por año para cosecha |
175 |
Día/año |
- | |
Capacidad de motosierra |
27 |
m3 SIZE="-1">sólid/día |
- | |
Necesidad de reserva de motosierra |
20 |
% |
- | |
Vida útil motosierrae, |
120 |
Día |
- | |
Vida útil cadena |
20 |
Día |
- | |
Uso de gasolina motosierra |
3 |
l/día |
- | |
Uso de lubricante motosierra |
1.1 |
l/día |
- | |
Velocidad de apilar para tiro directo |
14 |
m3 SIZE="-1">sólid/día.pers. |
m.d.o. de costo bajo |
aEsta columna es necesaria para la evaluación macroeconómica e indica la categoría en que se pone el ítem en la matriz de insumo-producto; "- significa " no aplicable".
bEl crecimiento es una estimación del gerente forestal de San Antonio, basada en experiencias en otras partes del país.
cLos costos están basados en experiencias de todas las hectáreas plantadas de un ingenio en 1996; los números son promedios de todas las hectáreas.
dLos parámetros incluyen horas para distribuir plantas, hacer hoyos y plantar.
eEn el ingenio Victoria de Julio, las motosierras se sustituyen después de un año (lo que significa 120 días de operación), porque la reparación y el mantenimiento resultan demasiado caros en comparación con la compra de motosierras nuevas.
fEsto incluye suelos que se usan para caminos y pedazos del terreno que no son físicamente aptos, e.g. suelos pedregosos.
Cuadro 7. Datos de input con relación a la (des)carga y el transporte de eucalipto
Parámetro |
Valor |
Unidad |
Categoría en matriz IPa | |
Datos generales sobre (des)carga y transporte |
||||
Tractor con grúa |
9.2 |
$/hr |
tractor cultivo | |
Remolque para tractor |
2 |
$/hr |
remolque | |
Cabezal |
13 |
$/hr |
cabezal | |
Rastra |
4.2 |
$/hr |
rastra | |
Cargador frontal 90 HP |
12 |
$/hr |
cargador frontal peq. | |
Cargador frontal 150-160 HP |
14 |
$/hr |
cargador frontal grande | |
Datos de tiro directo | ||||
Cantidad de tierra apta para tiro directo |
40 |
% |
- | |
Capacidad de carga cargador frontal 90 HP |
36 |
tonwet/hr |
- | |
Horas efectivas de trabajo cargador frontal |
4.2 |
hr/día |
- | |
Días por año para tiro directo |
160 |
día/año |
- | |
Distancia media para tiro directo |
15 |
km |
- | |
Volumen cabezal con rastra |
26 |
m3 SIZE="-1">sólid |
- | |
Peso de carga efectivo cabezal con rastra |
18 |
ton0% |
- | |
Velocidad media cabezal con rastra |
25 |
km/hr |
- | |
Horas de transporte máximas por día |
17 |
hr |
- | |
Capacidad de descarga cargador frontal 90 HP |
75 |
tonwet/hr |
- | |
Capacidad del sistema desempatiadob |
22 |
tonwet |
- | |
Tiempo para desempatiar y cargar astillador |
0.8 |
hr |
- | |
Datos de tiro indirecto | ||||
Cantidad de tierra para transporte de 2 pasos |
60 |
% |
- | |
Distancia media para transporte menor |
25 |
km |
- | |
Capacidad tractor con remolque para transporte menor |
10 |
tonwet |
- | |
Productividad transporte menor |
10 |
m 3 SIZE="-1">sólid/hr |
- | |
Días por año para transporte de 2 pasos |
150 |
día/año |
- | |
Distancia media para transporte mayor |
42 |
km |
- | |
Capacidad de descarga del cargador frontal 150 HP |
90 |
ton SIZE="-1">wet/hr |
- |
aEsta columna es necesaria para la evaluación macroeconómica e indica la categoría en que se pone el ítem en la matriz de insumo-producto; "- significa " no aplicable".
bEl sistema de desempatiado consiste en un cargador frontal con tres remolques.
3.1.2. La planta eléctrica del ingenio
La planta energética se basa en la tecnología de combustión convencional, con un ciclo Rankine de vapor (CUADRO 8 y FIGURAS 4 y 5). El cálculo de los costos de inversión se ha basado en las modificaciones que se llevan a cabo actualmente en el ingenio San Antonio. Esto significa básicamente que se modifica una caldera existente y que se instalan una nueva caldera y una turbina de segunda mano en buenas condiciones.
Las FIGURAS 4 y 5 muestran que en la planta eléctrica además de la turbina "nueva", la caldera modificada y la caldera nueva, están presentes también otras tres calderas y una turbina de baja presión. Estas tres calderas no serán usadas para la venta de electricidad a la red nacional, sino sólo para la generación de electricidad y vapor para el proceso de la producción de azúcar. Esta parte de la planta eléctrica es propiedad del ingenio, mientras que la caldera modificada, la caldera nueva y la turbina "nueva" son propiedad de otra empresa que comprará bagazo al ingenio y le venderá vapor y electricidad, así como también electricidad a la red nacional. En este análisis se incluye solamente los costos y la producción de esta parte de la planta eléctrica que se usa para la cogeneración y la venta de electricidad.
La capacidad eléctrica que se venderá a la red nacional no será totalmente constante (véase Figura 4 y 5), 10.2 MWe durante la zafra y 12 MWe durante la no-zafra. Sin embargo, ya que esta diferencia no es muy significativa, parece justa la comparación con la planta de búnker.
3.2. Generación de electricidad mediante un motor de búnker
3.2.1. El búnker
El búnker de Nicaragua ("Búnker C", véase Cuadro 4) puede ser tanto importado como producido en la refinería de Managua. Esto depende de la empresa suministradora. En este informe se asume que el búnker se produce en Managua a partir del crudo importado.
3.2.2. La planta eléctrica de búnker
La alternativa tecnológica más económica a corto plazo para Nicaragua es la quema de búnker en motores. La elección más lógica de un motor es el Wärtsilä VASA 18V32, dado que es relativamente barato y eficiente. Además ya se han tenido experiencias positivas con este tipo de motor en la Planta Managua en el mencionado país. (CUADRO 9).
Cuadro 8. Datos sobre los costos de la planta eléctrica del ingenio
aEsta columna es necesaria para la evaluación macroeconómica e indica la categoría en que se pone el ítem en la matriz de insumo-producto; "- significa " no aplicable".
bPara asegurar una cantidad de vapor suficiente, se modificó la caldera nº. 10. Su nueva vida útil será suficiente para sobrevivir durante los 24 años del proyecto. Los costos de las modificaciones fueron conseguidos a través de Pérez y Fernando Ramírez. La división entre mano de obra y material la obtuvo Fernando Ramírez
c La capacidad máxima de la turbina con extracción máxima es de 19.3 MWe y sin extracción de 15 MWe . Esto es posible porque la parte de alta presión tiene una capacidad mayor que la otra parte. El costo por kWe está basado en la capacidad neta durante la no-zafra, siendo 13.5 MWe.
dSe estima que esta eficiencia (basada en un poder calorífico inferior) sea igual a la eficiencia basada en el poder calorífico inferior que se puede obtener con bagazo (Figura 4 y 5).
eEl número de días para la generación de electricidad con leña depende del período de la zafra.
fLos costos por mano de obra para la operación y el mantenimiento fueron conseguidos de Bendaña. El componente de material fue conseguido de York, y se basa en la planta eléctrica del ingenio Victoria de Julio en Nicaragua. Este costo coincide con otros datos bibliográficos sobre plantas eléctricas a partir de biomasa.
gEsta turbina es de segunda mano proveniente de una planta eléctrica mexicana que quebró. Operó menos de 2 años, por lo que se espera pueda cumplir el período de 24 años.
hSe presume que el valor residual sea equivalente al valor agregado, debido a que no es un gasto real. Con la suposición que ya se terminó de pagar esta inversión, se puede considerar este ítem como ganancia.
iSe supone que los costos de instalación constituyen un 30% del costo CIF. Se estima que la obra civil constituye un 10 por ciento del costo CIF de la caldera. Este número está basado en experiencias de otras plantas eléctricas a partir de biomasa.jEsta cifra por kWh se refiere sólo al valor de la generación de electricidad, es decir durante la no-zafra. Si además se genera calor (situación durante la zafra), se debe asignar también parte de este costo a dicha generación. La cifra está basada en un costo de mano de obra por operación y mantenimiento total de 245940 $/año.
Cuadro 9. Datos de costos en la planta a partir de búnker
Parámetro |
Valor |
Unidad |
Categoría en matriz IPa | |
Parámetros generales |
||||
Capacidad eléctrica netac |
5.5 |
MWe |
- | |
Eficiencia eléctrica neta (PCI)d |
41 |
% |
- | |
Factor de carga |
80 |
% |
- | |
Vida útil de la planta |
12 |
año |
||
Operación y mantenimientoe | ||||
Operación y mantenimiento; material |
0.06 |
$ct/kWh |
import. repuestos y auxil. | |
Operación; mano de obra |
0.05 |
$ct/kWh |
m.d.o. de costo alto | |
Operación; lubricante |
0.3 |
$ct/kWh |
lubricante | |
Mantenimiento; mano de obra |
0.36 |
$ct/kWh |
m.d.o. de costo alto | |
Inversión en la planta eléctrica | ||||
Importación de la planta Wärtsilä |
2,500 |
k$ |
import. turbinas y calderasf | |
Contractor obra no-civil; mano de obrag |
66 |
k$ |
m.d.o. de costo medio | |
Contractor no-civil; materialg |
263 |
k$ |
import. repuestos y auxil. | |
ENEL instalación; mano de obrag |
80 |
k$ |
m.d.o. de costo medio | |
ENEL instalación; civilg |
320 |
k$ |
import. repuestos y auxil. | |
Obra civil |
471 |
k$ |
obra civil | |
Costo de inversión total |
3,700 |
k$ |
- | |
Costo de inversión total por kWe |
673 |
$/kWe |
- |
aEsta columna es necesaria para la evaluación macroeconómica e indica la categoría en que se pone el ítem en la matriz de insumo-producto; "-significa " no aplicable".
cLa capacidad bruta máxima es 6.25 MWe, pero solamente se pueden generar 5.5 MWe para evitar un desgaste excesivamente rápido. El tamaño de una unidad de esta planta es aproximadamente el 35 por ciento del tamaño planificado en la planta del ingenio (15 MWe). ENEL tiene planes de construir plantas de 24 MWe con 4 unidades de este tipo. Por eso se supuso que se puede comparar esta planta con una planta de 15 MWe del ingenio. La unidad funcional para la comparación siempre debe ser igual, p.e. 1 kWh.
dLas especificaciones técnicas de la Wärtsilä VASA 18V32 dan una eficiencia bruta (basada en el poder calorífico inferior (PCI) y con 100% de carga) del 44.4 por ciento con diesel como combustible. En la práctica, basada en el uso del búnker de este motor durante seis meses en 1996 y 1997 en la Planta Managua, la eficiencia fue del 40 por ciento. Sin embargo, el factor de carga varió entre el 16 y el 42 por ciento, lo que tal vez redujo su eficiencia. El nuevo gerente de esta planta expresó que la eficiencia promedio en 1997, era de 16.4 kWh/galón, correspondiendo al 41 por ciento. Este valor se usó en el estudio.
eLos costos de operación y mantenimiento se basaron en un período representativo de seis meses en 1996 y 1997.
fAunque la planta eléctrica de Wärtsilä no tiene turbinas o calderas, se supuso que los impuestos de importación son iguales a los de este motor.
gEl componente de mano de obra de toda la obra civil (sobre todo los costos para la instalación) fue estimado en un 20 por ciento del costo de la instalación total, el resto es el componente de materiales.