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Revista Ciencias Técnicas Agropecuarias, Vol. 17, No. 2, 2008.

Evaluación económico-energética de la recogida y transportación de los residuos agrícolas cañeros (RAC). Estudio de caso Empresa Azucarera «Héctor Molina Riaño»

Economic-energetic evaluation during the harvest and transportation of the sugar cane agricultural residuals in the Sugar Enterprise «Héctor Molina Riaño»

Yanoy Morejón Mesa¹, Amauri Gastelua Correa², Roberto González Valdés³, Fernando Milanés Alarcón ⁴ y Marlen Robaina Camacho⁵

RESUMEN. El presente trabajo se realizó en los campos pertenecientes a la Empresa Azucarera «Héctor Molina Riaño», con el objetivo de desarrollar una metodología que permita realizar una evaluación energética y económica durante la recogida y transportación de los residuos agrícolas cañeros (RAC) hasta la industria, partiendo de la determinación de los volúmenes de RAC, en campos cosechados con máquinas CAMECO y en el centro de limpieza. Para esto se utilizaron utensilios e instrumentos reglamentados por las normas de medición y control de la calidad. El valor de los RAC quedados en el campo ascendió a 3,87 t/ha, que pueden ser recogidos y transportados para producir energía y el índice de RAC para estas condiciones fue de 0,11. El volumen total de RAC a transportar desde el campo alcanzó 26 524,74 t y desde el centro de limpieza alcanzó 28 051,70 t. Según criterios planteados por diversos autores se realizó la evaluación energética de la recogida y transportación de los RAC hasta la industria, obteniéndose una energía requerida total de 680 478,34 Mcal y la energía que se puede producir con los RAC recogidos y transportado s es de 256 509 268 Mcal. También se realizó la evaluación económica, obteniéndose un gasto económico total de 411 256,27 pesos, costo de la energía producida de 909 607 pesos, con un costo unitario de 7,53 peso/t de RAC recogido y transportado y 16,66 peso/t de RAC utilizados en la generación de energía. Con estos resultados se evidencia que es factible el uso de los RAC como combustible alternativo en el sector azucarero.

ABSTRACT. The energetic-economic evaluation of ARC´s is fundamental for the process of production, for that conditions, the ARC remain value in the field was 3,87 t/ha that are oversensitive in the collection and transportation for the energy production and the ARC indicator was 0,11. The total volume of the ARC to transport from the field is 26 524,74 t and from the cleaning center is 28 051,70 t. On this way it were make the evaluation energetic of the collection and transportation of the ARC until the industry, according to criteria set by various authors, getting a require energy of 680 478,34 Mcal and the energy that can be produced with collected and transported ARC is 256 509,268 Mcal. It also made economic evaluation getting an expenditure of 411 256,27 pesos and an cost of the energy produced of 909 607 pesos with an unitary cost of 7,53 peso/t de ARC collection and transportation y 16,66 peso/t de ARC used for the generation of energy. With these results we found that it is feasible to use the RAC as an alternative fuel in the sugar sector.

¹ Ing., Prof. Universidad Agraria de La Habana, Fac. de Mecanización, San José de las Lajas, La Habana, Cuba. CP: 32700. E-mail: ymm@isch.edu.cu

² Ing. Egresado de la Universidad Agraria de La Habana, Fac. de Mecanización, La Habana, Cuba.

³ Dr., Prof. Titular Universidad Agraria de La Habana, Fac. de Mecanización, La Habana, Cuba.

⁴ M.Sc., Prof. Universidad Agraria de La Habana, Fac. de Agronomía, La Habana, Cuba.

⁵ M.Sc., Prof. Universidad Agraria de La Habana, Fac. de Agronomía, La Habana, Cuba.

La caña de azúcar se introdujo en Cuba en 1511 y ya en el siglo xix se producían anualmente un millón de toneladas de azúcar. Antes del triunfo de la Revolución en el año 1959 se producían 6 millones y en la zafra del 1970 se produjeron 8,5 millones. La Agroindustria Azucarera es, además un componente estratégico del desarrollo de las fuentes nacionales de energía en la búsqueda de soluciones técnico-económicas viables.

De los 6 millones de toneladas de residuos agrícolas cañeros, alrededor de 1,8 millones se destinan a alimento animal y compostaje, unas 200 000 toneladas, principalmente paja, se utilizaron como combustible en 1992 y 4 millones aún se queman sin provecho en los centros de acopio y limpieza. El potencial disponible de los residuos agrícolas cañeros es de unos 4 millones de toneladas, equivalentes a unas 700 000 de combustible convencional, que pudieran utilizarse una vez desarrolladas las tecnologías y equipos para su manipulación y consumo más eficientes, en esto actualmente trabajan diversas instituciones, entre las cuales se cuenta con un fuerte potencial científico dado por el Instituto Nacional de Investigaciones de la Caña de Azúcar (INICA) y la cooperación de otros prestigiosos centros de investigación y universidades del país.

La caña de azúcar como base de un desarrollo agroindustrial sostenible y con fines energéticos ha sido investigada por Canavam [3,4], López [9] y Rivacoba [10] entre otros.

El proceso tecnológico a desarrollar para la realización de la evaluación energética comienza con la determinación del volumen de RAC que se puede recoger y transportar, tanto desde el campo como del centro de limpieza, conociendo el parque de maquinaria que se va a destinar para la realización de esta operación, su consumo de combustible y la fuerza de trabajo que requiere la misma, además de conocer las especificidades de todos los medios que se requieren para el desarrollo de este balance.

Existen numerosos métodos que han originado diversos criterios en diferentes autores. Según Fluck [5] la energía total obtenida de la energía secuestrada en las labores agrícolas se basa en la disociación de los componentes que intervienen en estas labores.

Para determinar la energía corporal disipada en las labores agrícolas [8] se planteó un rango de 0,49-0,58 MJ/día, para el cual un hombre debe consumir 8,44 MJ/día, posteriormente se indicaron valores de 0,80-1,42 MJ/día [8], considerando estos criterios se determinó que la energía total contenida en los alimentos se encuentra en el rango de 8-18,2 MJ/día, para lo cual también se consideró el requerimiento de energía del ser humano.

La Administración Federal de la Energía en 1976, referido por Aguilar et al. [1], asumió un poder calorífico del combustible diesel equivalente a 1,22 MJ/L para determinar la energía contenida, atendiendo al consumo de combustible en la producción agrícola de ese año.

En Cuba, Aguilar et al. [1] refieren estudios realizados con residuos agrícolas de la caña de azúcar en la zafra 86/87. Estudiaron tres métodos de preparación y transporte de RAC para la combustión en ingenios que utilizan bagazo como fuente de energía, con aparatos para fraccionar y secar el material. Fueron objeto de estos estudios los residuos de cosecha manual y mecánica, en cañaverales no quemados (en verde) con 33,78 % de humedad, donde el RAC presentó un poder calorífico de 4,7 Mcal/kg (1,12 MJ/kg).

Según Fluck [5, 6 ,7] la evaluación energética es un procedimiento de análisis que consiste en la identificación y medida de las cantidades de energía asociadas a los productos y equipos que intervienen en la producción de una determinada labor, describieron una serie de procedimientos de análisis entre los que se encuentra la energía de fabricación, la cual incluye los procesos mecanizados, transporte, montaje y almacenamiento de equipos y componentes. Considerando estos criterios es posible determinar la energía secuestrada en la masa de la maquinaria utilizada, partiendo de la energía específica o equivalencia energética que se requiere para su fabricación.

La existencia del Sistema Electroenergético Nacional, del cual los centrales forman parte, la experiencia alcanzada por el Ministerio del Azúcar en la cogeneración y las características del consumo de vapor en la producción de electricidad, hacen que la agroindustria cubana de la caña de azúcar sea considerada la fuente más importante de biomasa con que cuenta el país para el desarrollo de energías renovables.

Metodología para la evaluación económica de la recogida y transportación de los RAC

Dentro de los índices económicos que caracterizan la efectividad económica de las máquinas se encuentran los gastos directos de explotación que se determinan por la expresión 1, se entiende como los gastos expresados en dinero, condicionados por el proceso de trabajo o de producción, los cuales no incluyen los gastos indirectos.

Para realizar la evaluación económica de la recogida y transportación de los residuos agrícolas cañeros se debe seguir la metodología de cálculo siguiente:

Determinar el gasto económico total o gasto directo que está dado por la suma de los gastos en salarios, combustibles, amortización, así como en mantenimientos y reparaciones.

Para determinar el gasto en salario durante la recogida y transportación de los RAC, se requiere conocer el salario por escala o tarifa salarial, así como el volumen total de residuos a recoger y transportar, determinándose por la expresión 2.

Los gastos por concepto de combustibles se determinan como se muestra en la expresión 3, teniendo en cuenta básicamente el precio del combustible y el consumo.

Los gastos en amortización de la maquinaria que interviene en la recogida y transportación de los RAC se pueden determinar por la expresión 4, tomando en cuenta el costo de la maquinaria, el tiempo de trabajo acumulado y la vida útil de la misma.

Para proceder a la determinación de los gastos en mantenimientos y reparaciones de la maquinaria que interviene en la recogida y transportación de los RAC se partió de un análisis realizado por la American Society of Agricultural and Biological Engineers [2] sobre las operaciones de costo de los mantenimientos y reparaciones para la que se propone la expresión 5.

RF1 y RF2: factores de mantenimientos y reparaciones en dependencia de la maquinaria utilizada;

Este debe multiplicarse por (1+ X)ⁿ siendo X el promedio de roturas anuales y n el tiempo de servicio de la maquinaria.

Otro elemento lo constituyen los gastos para las reparaciones totales y parciales, así como el mantenimiento técnico, que se determinan de acuerdo con la expresión 6, atendiendo a las condiciones que presenta esta unidad productiva.

Como elemento comparativo se plantea la expresión (7), que permite determinar el costo de la energía que se puede producir utilizando los RAC.

El costo económico unitario se determina por la expresión 8, teniendo como resultado el costo por peso de la labor para conocer la factibilidad de la misma.

Metodología para la evaluación energética de la recogida y transportación de los RAC

Para proceder a la determinación de la energía secuestrada total se realiza la suma de las energías secuestradas que intervienen en la recogida y transportación de los RAC desde el campo y el centro de limpieza a la industria, se plantea la expresión 9.

Uno de los elementos que constituye la energía total secuestrada es, sin dudas, la energía secuestrada por la fuerza de trabajo, que se determina por la expresión 10.

nh: número de hombres que intervienen en la recogida y transportación de los RAC.

La energía secuestrada por el combustible se determina mediante la expresión 11.

gh: consumo horario de combustible en la recogida y transportación de los RAC (L/h);

Cc: nivel de carga del motor (se encuentra en un rango entre 0,85 -0,90, tomándose un nivel de carga equivalente a 0,85.

Mediante la expresión 12 se puede determinar la energía secuestrada por la masa de la maquinaria.

La energía total que se requiere para la recogida y transportación de los RAC se determina a través de la expresión 13, basándose en la energía total secuestrada y el tiempo que se requiere para realizar estas operaciones.

La energía que se produce con el volumen total de RAC recogido y transportado, se determina a través de la expresión 14.

Los costos económicos de la recogida y transportación de los RAC desde el campo son superiores a los del centro de limpieza, esto se debe a que al realizar las operaciones desde el campo se requiere de una mayor cantidad de fuerza de trabajo, más maquinarias y más insumos para la realización de los mantenimientos y reparaciones de la misma. (Tabla 1).

TABLA 1. Comportamiento de los costos económicos

En los resultados representados en la Figura 1 se aprecia la diferencia entre los gastos económicos totales y los ingresos obtenidos, evidenciando la factibilidad económica de la recogida y transportación de los RAC para la producción de energía eléctrica, además el costo unitario es 7,53 peso/t de RAC recogida y transportada y el costo unitario es 16,66 peso/t de RAC utilizado para la producción de energía, esto se representa en la Tabla 1, lo que justifica el incremento económico.

FIGURA 1. Comparación entre los gastos económicos totales y los ingresos.

Para realizar un análisis comparativo de los resultados de la evaluación energética se tomarán los datos de la Tabla 2 que relaciona la energía total secuestrada, basada en la energía secuestrada por la fuerza de trabajo, por el combustible consumido, por la masa de la maquinaria, además de la energía que se puede producir con la utilización del RAC como combustible convencional.

Si analizamos la energía obtenida mediante el uso de los RAC podemos observar que es mayor que la producida con los RAC trasportados desde el centro de limpieza, atendiendo a este resultado estamos en condiciones de realizar una valoración sobre la recogida o no de los RAC desde el campo.

Es evidente que si se recoge el volumen total de RAC se demuestra que es factible energéticamente esta operación, debido a que la energía que se puede producir es aproximadamente 387 veces mayor que la requerida.

• Con los resultados obtenidos se le da cumplimiento al objetivo propuesto, ya que se planteó y desarrolló una metodología que posibilitó la evaluación energética y económica de la recogida y transportación de los residuos agrícolas cañeros (RAC).

• Se determinó que el volumen de RAC a recoger y transportar desde el centro de limpieza son mayores a los que se pueden recoger y transportar desde campo.

• La energía a producir mediante el uso de los RAC es aproximadamente 387 veces mayor a la energía requerida para su recogida y transportación, lo que demuestra la factibilidad energética del uso de los mismos como fuentes renovables en la producción energía eléctrica.

• En la evaluación económica se obtuvo una ganancia de 498 350,73 pesos, lo que demuestra la factibilidad económica.

• Se deben continuar realizando investigaciones con el objetivo de determinar los beneficios que pueden propiciar los RAC en los suelos y por tanto en los rendimientos de la caña, así como los efectos medioambientales y ecológicos.

1. AGUILAR, A.: La combustión de los residuos agrícolas de la caña de azúcar. 40 pp.,.Parte 1, Características de los combustibles, Cuba Azúcar, La Habana, 1989.

2. AGRICULTURAL MACHINERY MANAGEMENT DATA: American Society of Agricultural and Biological Engineers. ASAE D497.5, ASAE EP496.3 FEB 2006.

3. CANAVAM RIPOLI TOMAS C.: Sistema de aprovechamiento de los residuos de la cosecha (paja) de la caña de azúcar para su uso como combustible, 62 pp., Universidade de Sao Paulo, Brasil, 2005.

4. _________: «Colheita mecanizada da canade-açúcar, novos desafíos», Revista STAB, vol. 11(1): 28-31, Piracicaba, Brasil, 1992.

5. FLUCK, R.: «Net Energy Sequestered in Agricultural Labor», T. of the ASAE, 24(6):1449-1455, USA, 1981.

6. ________ : «Energy Sequestered in Repairs and Maintenance of Agricultural Machinery», T. of the ASAE, 28(3): 738-744, St. Joseph, USA, 1985.

7. ________: Energy for Farm Production, 287 pp., vol. 6 of Energy for World Agriculture, Elsevier, Amsterdam, 1992.

8. HERNÁNDEZ TRIANA, M.: Requerimiento de energía del ser humano, Informe de Reunión de Expertos FAO/OMS/UNU 2001 FAO/WHO/UNU, Dpto. Bioquímica y Fisiología, Instituto de Nutrición, nov. / 2005.

9. LÓPEZ, P.: «Recolección de la paja de caña en Brasil con fines energéticos», Cuba Azúcar (4): 02-04, Técnica MINAZ Editor, 1998.

10. RIVACOBA: La caña de azúcar como base de un desarrollo agroindustrial sostenible, En: Conferencia mundial sobre desarrollo y medio ambiente, Ponencia MINAZ, Río de Janeiro, Brasil, 1992.