EVALUACIÓN TÉCNICA Y ECONÓMICA PARA EL …

EVALUACIÓN TÉCNICA Y ECONÓMICA PARA EL APROVECHAMIENTO DE LA MADERA DEL ÁRBOL DEL CAFÉ COMO COMBUSTIBLE.

NATALIA ROMO ORTEGA ANDRÉS FERNANDO TORO ORTIZ

UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE OCCIDENTE FACULTAD DE INGENIERÍA

DEPARTAMENTO DE OPERACIONES Y SISTEMAS PROGRAMA DE INGENIERÍA INDUSTRIAL

SANTIAGO DE CALI 2010

EVALUACIÓN TÉCNICA Y ECONÓMICA PARA EL APROVECHAMIENTO DE LA MADERA DEL ÁRBOL DEL CAFÉ COMO COMBUSTIBLE.

NATALIA ROMO ORTEGA ANDRÉS FERNANDO TORO ORTIZ

Proyecto de Grado para optar al título de Ingeniero Industrial

Directora LUZ MARINA FLOREZ PARDO

Postdoctoral en Valorización de Residuos de Cosecha - Instituto Politécnico de Lorraine, Nancy Francia

Doctora en Ciencias Químicas – Universidad de Politécnica de Valencia España Especialista en Ciencia y Tecnología de Alimentos – Universidad Politécnica de

Valencia España Ingeniera Química - Universidad Industrial de Santander

UNIVERSIDAD AUTONÓMA DE OCCIDENTE FACULTAD DE INGENIERÍA

DEPARTAMENTO DE OPERACIONES Y SISTEMAS PROGRAMA DE INGENIERÍA INDUSTRIAL

SANTIAGO DE CALI 2010

3

Nota de aceptación: Aprobado por el Comité de Grado en cumplimiento de los requisitos exigidos por la Universidad Autónoma de Occidente para optar al título de Ingeniero Industrial.

Jurado Jurado Santiago de Cali, Abril de 2010

4

CONTENIDO

Pág.

GLOSARIO 16

RESUMEN 19

INTRODUCCIÓN 20

1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 22

2. JUSTIFICACIÓN 24

3. ANTECEDENTES 25

4. OBJETIVOS 27

4.1 OBJETIVO GENERAL 27

4.2 OBJETIVOS ESPECIFICOS 27

5. MARCO TEÓRICO 28

5.1 CLASIFICACIÓN DE ORIGEN Y LAS FUENTES DE LOS BIOCOMBUSTIBLES SÓLIDOS 28

5.2 BIOMASA PROCEDENTE DE LA MADERA 28

5.2.1 Introducción. 28

5.2.2 Residuos Forestales. 32

5.2.3 Combustibilidad de la Madera. 33

5.3 PLANTA DE CAFÉ COLOMBIANA (COFFEA) 35

5

5.3.1 Reseña Histórica. 35

5.3.2 Características de la planta. 36

5.3.2.1 Coffea Arabica. 37

5.3.2.2 Coffea Canephora. 37

5.3.3 Producción mundial de café. 37

5.3.4 Subproductos de la planta del café. 39

5.3.4.1 La pulpa. 39

5.3.4.2 Biogás. 40

5.3.4.3 Hongos. 40

5.3.4.4 Cáscara como combustible. 40

5.4 MADERA PROVENIENTE DE TALLO DE CAFÉ COMO BIOCOMBUSTIBLE SÓLIDO 41

5.5 PELLETS COMO ALTERNATIVA DE BIOCOMBUSTIBLE SÓLIDO 42

5.5.1 Ventaja del uso de los pellets. 45

5.5.2 Comparación con los cambios del costo de combustibles. 46

5.5.3 Especificaciones de las propiedades de los biocombustibles sólidos. 47

6. METODOLOGÍA 49

6.1 ETAPAS DEL PROYECTO 49

6.2 TOMA DE LAS MUESTRAS 50

6.3 PREPARACIÓN DE LAS MUESTRAS PARA LOS ANÁLISIS 54

6.4 ANÁLISIS FISICOQUÍMICOS Y TERMOGRAVIMÉTRICOS 56

6.4.1 Prueba de humedad. 56

6

6.4.1.1 Características de los elementos usados en el análisis 57

6.4.1.2 Procedimiento. 57

6.4.2 Prueba de densidad. 58

6.4.2.1 Características de los elementos usados en el análisis 58

6.4.2.2 Procedimiento. 59

6.4.3 Análisis próximo y elemental. 59

6.4.4 Prueba de poder calorífico superior (PCS). 60

6.4.5 Poder calorífico inferior (PCI). 61

6.4.6 Prueba termogravimétrica. 62

6.5 PROCESO PARA FABRICACIÓN DE PELLETS 63

6.5.1 Astillado. 63

6.5.2 Molino de martillo. 63

6.5.3 Tamizaje. 64

7. RESULTADOS 66

7.1 PRUEBA DE HUMEDAD 66

7.1.1 Conclusión. 66

7.2 PRUEBA DE DENSIDAD 66

7.3 ANÁLISIS PRÓXIMO 68

7.3.1 Humedad. 69

7.3.2 Cenizas. 69

7.3.3 Carbón fijo. 70

7.3.4 Materia volátil. 70

7

7.3.5 Azufre. 70

7.3.6 Poder Calorífico. 70

7.4 ANÁLISIS PRÓXIMO Y ELEMENTAL 71

7.5 PRUEBA DE PODER CALORIMÉTRICO SUPERIOR (PCS) 71

7.6 PODER CALORÍFICO INFERIOR PCI 73

7.7 PRUEBA TERMO GRAVIMÉTRICA 74

7.8 ESPECIFICACIONES PARA LOS PELLETS DE MADERA DE CAFÉ SEGÚN NORMA CEN TS 14961 78

7.9 ASTILLADO 79

7.10 MOLINO DE MARTILLO 80

7.11 TAMIZAJE 81

7.12 BALANCE DE MASA 84

7.12.1 Análisis del balance de masa. 87

7.13 BALANCE DE ENERGÍA PARA EL SECADOR DE ASTILLAS 87

7.14 COSTOS DE LOS EQUIPOS 88

7.14.1 Descripción de los equipos a escala industrial 88

7.14.1.1 Chipeadora. 88

7.14.1.2 Secador rotativo. 89

7.14.1.3 Molino de martillos. 90

7.14.1.4 Tamiz o Criba. 91

7.14.1.5 Prensa de pelletizado. 92

7.14.2 Costos de los equipos. 94

7.14.3 Costo por cambio de motor. 95

8

7.14.4 Proceso de importación y nacionalización. 95

7.14.5 Costo de energía. 97

7.14.5.1 Chipeadora. 97

7.14.5.2 Secador Rotativo. 97

7.14.5.3 Molino de Martillos. 98

7.14.5.4 Tamiz o Criba Industrial. 98

7.14.5.5 Prensa Pelletizadora. 98

7.14.6 Costo del agua. 99

7.14.6.1 Secador Rotativo. 99

7.14.7 Costo de mano de obra. 99

7.14.8 Costo de mantenimiento. 100

7.14.9 Costo de la edificación. 101

7.14.10 Costo de materia prima: transporte, almacenamiento. 104

7.14.10.1 Recepción de la materia prima. 104

7.14.10.2 Transporte. 104

7.14.10.3 Almacenamiento. 105

7.14.10.4 Costo de la biomasa de tallos de café. 106

7.15 ANÁLISIS COMPARATIVO CON EL CARBÓN Y EL BAGAZO DE CAÑA 107

7.15.1 Análisis comparativo con empresas consumidoras de carbón. Casos prácticos. 111

7.15.1.1 Lácteos la primavera (Valledupar). 111

7.15.2 Análisis de caso práctico. 112

7.15.3 Análisis comparativo con el bagazo de caña. 112

9

7.16 ANÁLISIS DE COSTOS 113

7.16.2 Indicadores económicos. 116

7.16.3 Indicadores de factibilidad. 117

8. CONCLUSIONES 128

BIBLIOGRAFÍA 131

ANEXOS 136

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LISTA DE CUADROS

Pág.

Cuadro 1. Clasificación de origen y las fuentes de los biocombustibles sólidos 30

Cuadro 2. Lista de estándares o especificaciones técnicas para determinar las propiedades de un biocombustible sólido 34

Cuadro 3. Producción mundial de café verde (toneladas) 38

Cuadro 4. Especificación de propiedades para pellets 47

Cuadro 5. Plan de muestreo acorde con la norma cen/ts 14778 finca Café Granja la Esperanza 51

Cuadro 6. Plan de muestreo acorde con la norma cen/ts 14778 finca Altamira 52

Cuadro 7. Plan de muestreo acorde con la norma cen/ts 14778 finca Alejandría 53

Cuadro 8. Características de los troncos obtenidos (tipo a, tipo b y tipo c) 54

Cuadro 9. Características de la máquina 63

Cuadro 10. Prueba de humedad 66

Cuadro 11. Peso del tallo y lastre para determinar la prueba de densidad 67

Cuadro 12. Resultado análisis próximo elaborado para la madera de tallo de café 69

Cuadro 13. Análisis próximo para otras biomasas 69

Cuadro 14. Resultado análisis elemental elaborado para la madera de tallo de café 71

Cuadro 15. Características de los crisoles 71

Cuadro 16. Resultados arrojados por la bomba calorimétrica para la muestra tipo A 72

11

Cuadro 17. Poderes caloríficos de diferentes tipos de biomasa 74

Cuadro 18. Especificaciones para los pellets de madera proveniente de los tallos de café según la norma CEN/TS 14961 78

Cuadro 19. Peso de tallos antes y después del astillado 79

Cuadro 20. Pesos de las muestras antes de pasar por el molino 80

Cuadro 21. Resultados después de pasar las muestras por el molino de martillo 80

Cuadro 22. Resultados del tamizaje 81

Cuadro 23. Datos de hectáreas cafeteras en el valle del cauca 83

Cuadro 24. Consumo y cantidad de energía en el secador 87

Cuadro 25. Consumo y cantidad de energía en el quemador 88

Cuadro 26. Costos de los equipos 94

Cuadro 27. Costos por cambio de motor 95

Cuadro 28. Resumen de costos de maquinaria 97

Cuadro 29. Número de operarios por cada máquina 100

Cuadro 31. Canasta energética Colombiana 108

Cuadro 32. Canasta energética Colombiana btu/kg 109

Cuadro 33. Costos fijos y variables 110

Cuadro 34. Información comparativa entre pellets y carbón Lácteos la Primavera 112

Cuadro 35. Análisis ejemplo teórico Bagazo vs. Pellets 113

Cuadro 36. Costos fijos y variables 114

Cuadro 37. Depreciación para la maquinaria 115

Cuadro 38. Depreciación para la edificación 116

12

Cuadro 39. Gastos Administrativos 117

Cuadro 40. Cálculo de nomina administrativa 118

Cuadro 41. Cálculo de Nomina Operacional 120

Cuadro 42. Estado de resultados 122

Cuadro 43. Estado de resultados proyectado con un 30% de perdida durante el proceso 124

Cuadro 44. Balance general 126

13

LISTA DE FIGURAS

Pág.

Figura 1. Comparación en los precios de los combustibles 46

Figura 2 Método de cuarteo 55




Figura 6. Bomba calorimétrica 62

Figura 7. Molino de martillos TRAPP TRF 300 64

Figura 8. Rotap 64

Figura 9. Diagrama termogravimétrico madera de café 76

Figura 10. Diagrama termogravimétrico arcilla 77

Figura 11. Madera de café astillada 79

Figura 12. Madera de café después de pasar por el Molino 81

Figura 13. Capa número 10 del tamiz 82

Figura 14. Capa número 30 del tamiz 82

Figura 15. Diagrama de procesos 85

Figura 16. Balance de masa para la fabricación de pellets 86

Figura 17. Balance de energía para el secador de astillas a base de biomasa 88

Figura 18. Chipeadora BX213 Model Wood Chipper 89

Figura 19. Secador rotativo 90

14

Figura 20. Molino de martillo serie MFSP 56 91

Figura 21. Criba Serie SFJH80 92

Figura 22. Pelletizadora Serie GC-MZLH508 93

Figura 23. Proceso de pelletizado 93

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LISTA DE ANEXOS

Pág.

Anexo A. Diseño de planta 136

Anexo B. Posición arancelaria 137

Anexo C. Liquidación de importación 139

Anexo D. Visita a los ingenios 140

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GLOSARIO Para el propósito de esta investigación, la terminología, definiciones y descripciones de los biocombustibles sólidos dados en la norma CEN/TS 14588:2003 se aplicarán en este documento. ANÁLISIS PRÓXIMO: análisis de un biocombustible sólido en donde se reporta el total de cenizas, total de humedad, material volátil y carbón fijo medido en condiciones específicas. NOTA Adaptado de ISO 1213-2:1992. ANÁLISIS ELEMENTAL: análisis a un combustible en donde se reporta el total de carbono, total de hidrógeno, total de nitrógeno y total de azufre medido en condiciones específicas.. NOTA Adaptado de ISO 1213-2:1992. ASERRÍN: partículas finas creadas a partir de la madera. NOTA La mayoría del material tiene un tamaño de partícula de 1 a 5 mm. BIOMASA: material de origen biológico excluido el material incrustado en formaciones geológicas y transformadas en fósiles. NOTA: También biomasa herbácea, biomasa de fruta y biomasa de madera. BIOCOMBUSTIBLE: combustible producido directa o indirectamente por la biomasa. BIOMASA HERBÁCEA: biomasa procedente de las plantas que no tienen un tallo leñoso y que mueren al final de la temporada de crecimiento NOTA 1 Ver también energía proveniente de los pastos. NOTA 2 Adaptado desde BioTech’s Life Science Dictionary [13]. BIOMASA PROCEDENTE DE LAS FRUTAS: biomasa procedente de las partes de una planta con semillas. Ejemplo Olivos y frutos de cáscara.

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BRIQUETAS: biocombustible densificado hecho con o sin presión en forma de cubo o cilindro, producido por compresión de una biomasa pulverizada NOTA 1 El material crudo de las briquetas puede ser de biomasa de madera, herbácea, biomasa procedente de las frutas o mixta. NOTA 2 Las briquetas como biocombustible son usualmente manufacturadas con un pistón. El total de humedad de las briquetas es usualmente menor de 15%. BIOCOMBUSTIBLE HOG: combustible de madera con piezas de diverso tamaño y forma, producido con herramientas tales como rodillos o martillos. CENIZAS: residuo obtenido por la combustión de un combustible. NOTA 1 Ver también total de ceniza NOTA 2 Dependiendo de la eficiencia de la combustión la ceniza puede tener materiales combustibles NOTA 3 Adaptado de ISO 1213-2:1992. COMPORTAMIENTO DE LAS CENIZAS: características físicas del estado de la ceniza obtenida por la ignición bajo condiciones específicas. NOTA 1 Adaptado de la norma ISO 540:1995 CHIPS DE MADERA: biomasa de madera desbastada en forma de piezas con un tamaño de partícula definido producido mecánicamente con herramientas afiladas como cuchillos. NOTA 1 Los chips de madera tiene una sub rectangular forma con un largo de 5 a 50 mm y un espesor muy bajo NOTA 2 Véase también chips de corte, los chips de los bosques, las fichas verdes, los chips de troncos. CORTEZA: tejido celular orgánico que está formado por las plantas altas (arbustos) en el exterior de la zona de crecimiento (cambium) como una concha para el cuerpo de madera. DENSIDAD DE LA MASA: masa o porción de un biocombustible sólido dividido por el volumen del recipiente que se llena por esa porción de masa bajo condiciones específicas. NOTA Adaptado de ISO 1213-2:1992

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HUMEDAD: agua en un combustible. NOTA ver también total de humedad y análisis de prueba de humedad LEÑOS DE MADERA: leña cortada en donde la mayoría del material tiene un tamaño de 200 mm e inferior. PRUEBA DE ANÁLISIS DE HUMEDAD: prueba que se toma específicamente para el propósito de determinar el total de Humedad. NOTA adaptado desde ISO 13909:2002 PODER CALORIFICO NETO (QNET): bajo tales condiciones que toda el agua de la reacción del producto se mantenga como vapor de agua (a 0.1 MPa) NOTA 1 el valor del poder calorífico neto puede ser determinado a presión constante o a volumen constante. NOTA 2 Valor calorífico inferior es un término antiguo. NOTA 3 Valor calorífico neto que se recibieron (QNET, AR) se calcula por el valor calorífico neto de la materia seca (QNET, d) y la humedad total en que se recibieron. NOTA 4 Adaptado de la norma ISO 1928:1995 PELLET: biocombustible densificado elaborado con biomasa pulverizada con o sin presión usualmente en forma cilíndrica, con un tamaño típico de 5 a 30mm, y con extremos rotos NOTA el material crudo para los pellets puede ser biomasa de madera, herbácea, biomasa procedente de las frutas o mixta, estos son usualmente elaborados en un dado o matriz. El total de humedad es aproximadamente menor del 15%. TOTAL DE HUMEDAD MT: humedad en un combustible renovable bajo condiciones específicas NOTA 1 Indique referencia (materia seca / base seca, o la masa total / base húmeda) para evitar la confusión NOTA 2 Contenido de humedad es un término antiguo NOTA 3 Adaptado de ISO1928:1995

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RESUMEN Mediante este proyecto se ha buscado encontrarle un valor útil a la madera que se genera como residuo del proceso de soqueo, el que se realiza en los cafetales de nuestro país. Al ser la madera del café un material que actualmente genera problemas de contaminación y de seguridad y que está afectando la eficiencia en los procesos de cultivo en el sector agrícola y teniendo en cuenta el auge que cada día está encontrando a nivel global los combustibles de tipo ecológico, se orientó esta investigación hacia el propósito de usar la madera de café como un combustible para el sector industrial, analizando la alternativa tecnológica necesaria para su transformación en combustible y realizando el comparativo económico con respecto a los combustibles que actualmente se están utilizando en el mencionado sector.

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INTRODUCCIÓN Colombia se ubica primero en la lista como exportador mundial de café suave, tiene una de las más grandes variedades de cafés especiales, ya que dependiendo de la región en donde se cultive, varía mucho el sabor, color y aroma del café. Una de las ventajas con las que cuenta Colombia para ubicarse en el primer lugar en la lista del mejor café del mundo es la gran diversidad de zonas fértiles agroecológicas donde brota café, contando con un régimen de sol y lluvia “que permite que haya dos épocas de invierno y dos de verano, lo que garantiza siempre que se produzcan frutas frescas”; explica el asesor de la gerencia general de la Federación Nacional de Cafeteros, Ricardo Avellaneda1. Para el proceso del cultivo de café debe de tenerse unas especificaciones tanto climáticas como de terreno. Primero se debe tener en cuenta que una zona óptima para el cultivo se encuentra entre los 19 y 21.5 grados centígrados de temperatura, se deben presentar vientos con poca fuerza y por último los cafetos deben recibir luz solar al menos 4.5 a 5.5 horas al día. En cuanto al terreno, las propiedades físicas del suelo son de gran importancia y se debe tener en cuenta el color, textura, estructura, porosidad, permeabilidad y profundidad efectiva. Una vez se tengan presentes estas características tanto en el clima como en el suelo se pasa por proceso de siembra, germinación y trasplante definitivo al campo para que finalmente después de 1 año se obtenga la primera cosecha de café. Cada año los caficultores de grandes fincas cafeteras realizan renovación de cosechas por el método de soqueo tradicional generando desechos degradables como no degradables, las ramas u hojas de café, se descomponen en un promedio de 4 a 5 meses, sirviendo como abono natural para los nuevos retoños, a diferencia de los tallos de café que por su densidad de aproximadamente 2 ½ a 4 pulgadas de grosor, no se descomponen, esto no genera valor agregado; con ese fin se ha iniciado esta investigación para encontrar un uso productivo a los desechos de tallos de café, enfocando a elementos que aporten sostenibilidad, nuestro foco principal en el mercado se encuentra en la industria azucarera, principalmente los ingenios del valle del cauca, ya que son potenciales consumidores de combustibles a base de celulosa (bagazo de caña), teniendo en

1 GUEVARA, Johanna. La calidad: ventaja competitiva del café colombiano. Colombia.com. [En línea]. Septiembre 2002 [Consultado 20 de Marzo de 2009]. Disponible en Internet: <http://www.colombia.com/especiales/2002/cafe/sello.asp>.

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segundo lugar la utilización de combustibles comprados como el fueloil o carbón, por lo tanto esta investigación se centrara en un estudio económico del uso de pellets o briquetas de madera de café como segunda opción de combustible después de bagazo de caña. En el aprendizaje tecnológico al que se piensa llegar esta basado en alcanzar la autosuficiencia de los procesos que utilizan hornos teniendo en cuenta que los criterios mecánicos de los hornos de este sector industrial, se adaptan más fácilmente al uso de este material como combustible. Con esta idea se espera un aprovechamiento a una clase de residuos que ha sido subvalorizada.

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1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA La calidad del café colombiano es una de las ventajas competitivas de los caficultores en el escenario global. La escogencia de granos perfectamente sanos garantiza la calidad tipo exportación que tiene nuestro producto; se podría decir que esta ha sido la filosofía por excelencia desde el mismo momento en que se creó la Federación Nacional de Cafeteros en 1927, gremio el cual reúne a todos los caficultores del país. De acuerdo con la información suministrada por el ingeniero agrónomo Alejandro Patiño (Federación Nacional de Cafeteros, Sucursal Valle del Cauca, Colombia, entrevista realizada, 2010) en tan solo el Valle del Cauca existen alrededor de 75 mil hectáreas de café con un 86% de cultivos tecnificados (variedad caturra, colombia y castilla) y 14% cultivos típica; en este departamento se pueden encontrar 2 tipos de caficultores: los grandes caficultores, con fincas cafeteras con más de 10 hectáreas, ubicadas en zonas con energía, ya sea eléctrica o a gas, con cultivos tecnificados y en donde la renovación por soqueo se realiza cada año, y los pequeños caficultores, con fincas de menos de 10 hectáreas, algunas de ellas sin energía, con cultivos variedad típica y un 30% con variedad tecnificada donde el soqueo se realiza cada 5 años dependiendo del tipo de cultivo llegando hasta los 15 años. Esta investigación se centrará en la renovación por soca anual que realizan los grandes caficultores vallecaucanos. De acuerdo a Cenicafé2, El soqueo tradicional, que es el más utilizado, consiste en cortar el arbusto del café a unos 20 centímetros de altura sobre el suelo, para que crezca de nuevo en forma vigorosa y productiva. Según la Federación Nacional de Cafeteros de Colombia3, el soqueo “debe realizarse inmediatamente después de la cosecha principal cuando se ha hecho una buena recolección de frutos”. El objetivo de la renovación de cafetales es mantener una caficultora joven que pueda ser competitiva. Después de ejecutar este proceso, los grandes caficultores no retiran de los campos, los tallos cortados debido a la extensión de sus terrenos y por la movilización de los mismos a través de grandes distancias, ni tampoco se les genera un valor agregado. A cambio de esto, son dejados, generando una problemática, ya que los tallos del café producen una biomasa muy densa de 2 CENICAFÉ. Aumenta en un 9,1% el valor del incentivo para la renovación de cafetales mediante zoca [en línea]. Enero 2008 [consultado 20 de Marzo de 2009]. Párrafo 2. Disponible en Internet: <http://www.cenicafe.org/modules.php?name=News&file=article&sid=1509>. 3 FEDERACIÓN NACIONAL DE CAFETEROS DE COLOMBIA. Guía ambiental para el sector cafetero [en línea]. Segunda edición. Colombia: La Institución [consultado 20 de Marzo de 2009]. Anexo 3. El manejo de cafetales y su relación con el control de la broca del café en Colombia. Disponible en Internet: <http://www.federaciondecafeteros.org/static/files/15Anexos.pdf>.

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aproximadamente 2 a 3 kg, por lo que no se llega a descomponer y son aproximadamente de 15 a 20 toneladas por hectárea la cantidad de tallos a evacuar aproximadamente por granja. Todo lo contrario ocurre con un porcentaje mínimo de los pequeños caficultores en donde dada la escasez de energía en sus fincas o simplemente por el hecho de economizarla, usan los tallos como fuente de energía, quemándola como leña para cocinar, desperdiciando aproximadamente un 60% de las propiedades calóricas del tallo debido al alto porcentaje de humedad que presenta cuando esta recién soqueado. Es partiendo de este uso de donde nace la idea de utilizar eficientemente esta biomasa desperdiciada pues trae como consecuencia problemas en la resiembra al ocupar un espacio necesario para el crecimiento de nuevas plantas. También causa accidentes a los cultivadores como caídas, o golpes, produce problemas de tipo ambiental, atado al incremento de costos por limpieza del lote y avalanchas provocados por arrumes de tallos contra los linderos. Debido a esto se ve la necesidad de encontrar una solución viable, para lo que es necesario evaluar técnica y económicamente un posible uso de esta biomasa, que minimicen los costos que genera hasta ahora la problemática a tratar y que dé a los caficultores de diferentes regiones una solución efectiva, a los ingenios como cliente potencial, una opción más de combustible que sea económica y que supla eficientemente sus necesidades energéticas y finalmente se buscarán clientes internacionales, aprovechando el auge que está tomando las energías renovables en el continente Europeo, convirtiendo la biomasa obtenida con madera de la planta de café en un producto de tipo exportación. Como solución alternativa a los problemas mencionados se evaluará la obtención de combustible por medio de pellets o briquetas que son cilindros de biomasa compactada, con el propósito de sustituir los combustibles fósiles de uso más común que estén requiriendo un sustituto o reemplazo, teniendo como aspectos básicos: Rentabilidad, como recurso primario o natural para obtener energía como una opción más de biocombustibles a las ya conocidas. Sustituto, como recurso extra a una futura escasez de combustibles no renovables como el petróleo. Ecológico, como recurso menos contaminante que ciertos combustibles fósiles altamente contaminantes como es el carbón.

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2. JUSTIFICACIÓN Este proyecto se realiza con el fin de encontrar utilidad a un desperdicio, como lo son los tallos de la planta de café, el cual, está siendo subvalorizado, además de ser una fuente grave de contaminación del medio ambiente. Esto, orientado en la búsqueda de energías renovables y sostenibles que eviten el agotamiento de los recursos naturales del planeta, el café podría sumarse al maíz, la remolacha y otros vegetales como fuente de combustible ecológico o “biocombustibles”. Sustentado con ese propósito, nuestro grupo de investigación en biocombustibles GRUBIOC espera arrojar resultados positivos, y darle respuesta a una problemática que viene afectando a la población caficultora. De concluirse que los tallos del café sirven para satisfacer las necesidades energéticas del sector industrial u otros sectores de la comunidad, esta última, podría, tanto percibir una considerable fuente de ingresos al negociar con este material, así como, reducir sus costos de producción. Todo esto, haría que el tallo del café pasara de dejar de ser un residuo contaminante, a ser un subproducto con utilidad y valor comercial. De esta forma, cualquier aumento en los ingresos de la empresa, redundará en una mejor capacidad de esta para dedicar sus esfuerzos en aquellas áreas que al momento se encuentren desatendidas; en ofrecer un producto de mejor calidad a sus compradores; en prestar un mejor servicio a la comunidad que la rodea y brindar a sus trabajadores una mejor calidad de vida otorgándoles mejores incentivos, beneficios y privilegios. Conjuntamente se ayudaría a mejorar considerablemente la situación de contaminación que está aquejando actualmente a nuestra región y a nuestro planeta por causa de residuos agroindustriales como lo son los tallos de café; se estaría favoreciendo el avance de un desarrollo sostenido tanto de la empresa, así como del sector agroindustrial del país y se lograría una mejor imagen de la empresa ante el sector empresarial y ante la sociedad misma.

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3. ANTECEDENTES

Empresas en el ámbito nacional han iniciado diferentes investigaciones acerca del aprovechamiento de residuos agroindustriales como lo es la madera de café proveniente del soqueo que se realiza cada año en las grandes granjas cafeteras del país sin que hasta ahora hayan tenido éxito en desarrollar un producto de valor agregado para este desecho; por ejemplo veinte años atrás en Cartón de Colombia se realizaron pruebas de obtención de pulpa con madera de café, además se mezclaron con otras maderas de ladera como balso y guadua. Finalmente tras arduas investigaciones las pruebas no fueron suficientemente halagadoras para continuar, así que Cartón de Colombia adecuó toda su maquinaria para recibir solo madera de pino y eucalipto. Continuando con la investigación, se encontró que Tablemac, empresa líder en Colombia en el sector de Aglomerados, asegura que la densidad de la madera óptima para hacer los tableros es del orden de 500-600 kg/m3, por lo que la madera de café al ser más densa afectaría la calidad de sus productos. Finalmente se encontró que la madera de café solo se está aprovechando como materia prima para la fabricación de mobiliario doméstico y arquitectónico, con un proyecto “de grandes posibilidades de desarrollo y progreso para el país, favoreciendo aspectos como la reforestación, el empleo, la economía y aprovechamiento de insumos nacionales” según lo afirma Henry Madrid, Gerente General del Grupo Monarca*. En abril del 2006 esta empresa antioqueña inicia un proyecto para el aprovechamiento de la madera de café de la variedad Caturra para la fabricación de sillas y butacas. Grupo Monarca se dio a la tarea de realizar varias pruebas de laboratorio para determinar las propiedades físicas y mecánicas del nuevo material, concluyendo finalmente su gran potencial y sus amplias ventajas forestales, industriales, sociales y económicas. El proyecto plantea que de los árboles de café sembrados a nivel nacional, 7.000 millones, en el millón 100 hectáreas, se puede soquear el 20 por ciento cada año y el resultado da una producción de 4 a 4.5 millones de m3.

* Grupo Monarca S.A. Organización empresarial y privada dedicada a la construcción y que ahora desarrolla mobiliario de café. Se encuentra ubicada en la ciudad de Medellín, Colombia.

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Pero ¿Cuáles son las cualidades que tiene la madera de café para ser ideal en este nuevo uso? Según Paola Andrea Ruiz de Revista-MM “Las pruebas de laboratorio y los ensayos realizados por Monarca hasta la fecha han determinado que, con certeza y en general, todas las especies de madera de café son aptas para elaborar mobiliario, pero deben cumplir ciertos requerimientos de calidad para su uso, como no estar afectada por plagas, presentar nudos sanos –que deben cuidarse durante todo el proceso de crecimiento del arbusto mediante poda y aplicación de cicatrizantes y presentar una conicidad y diámetro continuos a lo largo del palo de 50 centímetros. Los estudios también señalan que esta madera debe obtenerse principalmente de la primera soca de los cafetales”4. Según los estudios realizados, algunas de las características que debe tener la madera de café para que su uso sea eficiente en la industria de mobiliario domestico son: • Densidad: 910 kg/m3

• Aspecto: De color Claro que permite la fácil matización con tintes base agua

• Alta abrasión de pegantes y tintes, característica que la ubica entre las mejores maderas para uso en carpintería

• Alta resistencia a las plagas Bajo estas condiciones, Monarca compra los tallos de café a los caficultores rigiéndose por un estricto control de calidad, según el Sr. Sebastián Zapata, subgerente de la Cooperativa de Café, quien se encarga de negociar con los caficultores la madera para el Grupo Monarca, se cuenta con escáneres especiales en los camiones que transportan la madera desde los pueblos hasta la cooperativa, lo que influye en el precio de venta final del mobiliario, esto con el fin de seleccionar solo los tallos apropiados que cumplan con los estándares definidos por Monarca para la elaboración de sus productos, por lo tanto ellos no disponen de toda la biomasa que deja la soca.

4 RUÍZ, Paola Andrea. Madera de Café. Ingenio con aroma propio. Revista El Mueble Y La Madera [en línea]. Marzo – Mayo 2007, no.55 [Consultado 01 de Abril de 2009]. p.4. Disponible en Internet: <http< http://www.revista-mm.com/ediciones/rev55/muebles.pdf>. ISSN 0122-6908.

27

4. OBJETIVOS

4.1 OBJETIVO GENERAL Evaluar la alternativa tecnológica y el comparativo económico de utilizar los tallos de café provenientes del soqueo, con el propósito de convertirlos en combustibles útiles para el sector industrial. 4.2 OBJETIVOS ESPECIFICOS • Obtener muestras de biomasa, con diferente tiempo de soqueo para calcular la variación del poder calorimétrico en BTU. • Caracterizar algunas propiedades térmicas y físicas de la biomasa, en función de la humedad y del tiempo transcurrido después del soqueo. • Caracterizar el tiempo necesario después de soqueo que requiere la biomasa para definir el punto óptimo necesario de humedad y poder calorimétrico. • Caracterizar las propiedades físicas y de combustibilidad de los pellets provenientes de la biomasa. • Realizar el estudio tecnológico y de costos de los medios de transporte, maquinaria necesaria y almacenamiento de la madera obtenida de los tallos de café y de la biomasa. • Realizar el estudio tecnológico y comparativo económico del uso de los combustibles y biocombustibles en los ingenios azucareros versus el uso de la biomasa.

28

5. MARCO TEÓRICO

5.1 CLASIFICACIÓN DE ORIGEN Y LAS FUENTES DE LOS BIOCOMBUSTIBLES SÓLIDOS Para el propósito de esta investigación, la clasificación y fuentes de los biocombustibles sólidos dados en la norma CEN/TS 14961:2005 se aplicarán en este documento. Clasificación de la biomasa según su origen ver cuadro 1: • Biomasa procedente de la madera • Biomasa herbácea • Biomasa procedente de la fruta • Mezclas de los tres tipos anteriores Por lo tanto, se seleccionara el origen y la fuente de la madera de café según el cuadro 1 de la norma CEN/TS 14961:2005 para cumplir finalmente con la tabla de propiedades y especificaciones CEN/TS 1491:2005. 5.2 BIOMASA PROCEDENTE DE LA MADERA 5.2.1 Introducción. Los bosques y cultivos de madera son un recurso de energía a través de la conversión de madera a biomasa en forma de combustible sólido, liquido o gaseoso, para uso en la industria comercial o doméstica. Todos los países están buscando oportunidades para contrarrestar los desafíos medioambientales, por lo cual la bioenergía puede jugar el mejor de los roles proporcionando alrededor del 11% de la energía primaria en el mundo. Alrededor del mundo se estima que el 55% de 4 billones de metros cúbicos de madera son usados anualmente por la población como combustible en forma directa o combinándola con carbón, para generar energía para las calefacciones o para la cocina. En este aspecto la biomasa puede ser “buena” al diversificar el suministro energético a un costo razonable. Si su producción y uso es acertado, este también ayudará a reducir las emisiones de gases de efecto invernadero.

29

La energía a partir de la biomasa está despertando un interés creciente e importante en las decisiones de gobiernos, ya que es necesario establecer políticas nacionales y globales para el fomento sostenible de la bioenergía en países desarrollados y subdesarrollados y también como resultado del incremento en precios de los combustibles fósiles. Desde el punto de vista de la conservación del medio ambiente, los proyectos de reducción de vertimiento de basura y su utilización energética, califican dentro de los considerados energéticos en el protocolo de Kyoto.

30

Cuadro 1. Clasificación de origen y las fuentes de los biocombustibles sólidos

1.3

MA

DE

RA

U

SA

DA

1.4 MEZCLAS

1. B

IOM

AS

A A

PA

RT

IR D

E L

A M

AD

ER

A

1.3.2 Residuos de madera con tratamientos quimicos

1.3.2.1 Con corteza1.3.2.2 Sin corteza1.3.2.3 Mezclas

1.3.1 Residuos de madera sin tratamientos quimicos

1.3.1.1 Con corteza1.3.1.2 Sin corteza1.3.1.3 Mezclas

1,2.3 Residuos de fibra de industrias de papel y pulpa

1.2.3.1 Residuos con tratamiento quimico1.2.3.2 Residuos sin tratamiento quimico1.

2 M

AD

ER

A P

RO

CE

SA

DA

E

N L

A IN

DU

ST

RIA

1.2.2 Residuos de madera tratamientos quimicos

1.2.2.1 Con corteza1.2.2.2 Sin corteza1.2.2.3Corteza (operaciones industriales)1.2.2.4 Mezclas

1.1.5 Corteza ( proveniente de operaciones industriales)1.1.6 Gestion de paisajes proveedores de biomasa leñosa 1

.1 B

OS

QU

ES

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S D

E M

AD

ER

A

1.2.1 Residuos de madera sin tratamientos quimicos

1.2.1.1 Con corteza1.2.1.2 Sin corteza1.2.1.3Corteza (operaciones industriales)1.2.1.4 Mezclas

1.1.4 Raices de arboles talados

1.1.1.1 Deciduous1.1.1.2 Coniferous1.1.1.3 De baja rotacion1.1.1.4 Arbustos1.1.1.5 Mezclas

1.1.3 Residuos de tala1.1.3.1 Hojas verdes y frescas1.1.3.2 Almacenados1.1.1.3 Mezclas

1.1.2 Troncos de madera1.1.1.1 Deciduous1.1.1.2 Coniferous1.1.1.3 Mezclas

1.1.1 Arboles enteros

1.1.1.1 Deciduous1.1.1.2 Coniferous1.1.1.3 De baja rotacion1.1.1.4 Arbustos1.1.1.5 Mezclas

31

Cuadro 1. (Continuación)

2.2.2 Residuos de hierba con tratamiento quimico

2.2.2.1 Cultivos de cereales y pastos2.2.2.2 cultivos de semillas oleaginosas2.2.2.3 Tuberculos2.2.2.4 Leguminosos y flores2.2.2.5 Mezclas

2.1.7 Manejo de paisajes con biomasa herbacea

2.1

AG

RIC

ULT

UR

A Y

HO

RT

ICU

LTU

RA

2.2.1 Residuos de hierba sin tratamiento quimico

2.2.1.1 Cultivos de cereales y pastos2.2.1.2 cultivos de semillas oleaginosas2.2.1.3 Tuberculos2.2.1.4 Leguminosos y flores2.2.1.5 Mezclas

2.1.1 Cultivos de cereal

2.1.2 Pastos

2.1.5.4 Pods

2.1.3 Cultivos de semillas oleaginosas

2.1.4 Tuberculos

2.1.3.1 Todas las plantas2.1.3.2 Tallos y hojas2.1.3.3 semillas

2.1.5 Cultivos leguminosos

2.1.3.4 Cascaras 2.1.3.5 Mezclas

2.1.5.2 Tallos y hojas

2.1.2.5 Mezclas

2.1.4.2 Tallos y hojas2.1.4.3 Raices2.1.4.4 Mezclas

2.1.5.3 Futos

2.1.2.1 Todas las plantas2.1.2.2 Partes de paja

2.2

Hie

rba

proc

esad

a in

dust

rialm

ente

2.1.1.1 Todas las plantas2.1.1.2 Partes de paja2.1.1.3 Granos y semillas2.1.1.4 Cascaras

2.1.2.3 semillas2.1.2.4 Cascaras

2.1.5.1 Todas las plantas

2.3 Mezclas

2. B

IOM

AS

A H

ER

BA

CE

A

2.1.5.5 Mezclas

2.1.6 Flores

2.1.6.1 Todas las plantas2.1.6.2 Tallos y hojas2.1.6.3 semillas2.1.6.4 Mezclas

2.1.4.1 Todas las plantas

2.1.1.5 Mezclas

32


3.1.1 Bayas

3.1.1.1 Todo tipo de bayas3.1.1.2 Pulpa3.1.1.3 Semillas3.1.1.4 Mezclas

3.1.2 Centros de frutas

3.1.2.1 Todo tipo de bayas3.1.2.2 Pulpa3.1.2.3 Semillas3.1.2.4 Mezclas3.1.3.1 Todo tipo de frutos secos3.1.3.2 Cascaras3.1.3.3 Semillas3.1.3.4 Mezclas

3.1.4.5 Mezclas

3.1

Hue

rtas

y h

ortic

ultu

ra d

e fr

utas

3.1.4 Residuos de frutas con tratamientos quimicos

3.1.4.1 Bayas3.1.4.2 Centros de frutas3.1.4.3 Frutos secos y bellotas3.1.4.4 Olivo3.1.4.5 Mezclas

3.2

Fru

ta p

roce

sada

por

la

indu

stria

3.1.3 Frutos secos y bellotas

3.3 Mezclas

3. B

IOM

AS

A P

RO

CE

DE

NT

E D

E L

A F

RU

TA

4. MEZCLAS 4.1 Mezclas4.2 Mixtos

3.1.4 Residuos de frutas sin tratamientos quimicos

3.1.4.1 Bayas3.1.4.2 Centros de frutas3.1.4.3 Frutos secos y bellotas3.1.4.4 Orugo agotado

Fuente: COMITÉ EUROPÉEN DE NORMALISATION. Solid biofuels. Fuel specifications and classes. CEN/TS 14961:2005. [en línea] Estocolmo: SIS, 2005 [consultado en abril 2010] p.8. Disponible en Internet: <http://isotc.iso.org/livelink/livelink?func=ll&objId=7946224&objAction=browse&sort=name>. 5.2.2 Residuos Forestales. De acuerdo con la organización BUN-CA5, en la actualidad son poco aprovechados los residuos de procesos forestales, los cuales son una valiosa fuente de biomasa. De los árboles extraídos para la producción maderera, se estima que aproximadamente un 20% es aprovechado comercialmente, un 40% es abandonado en el campo, incluyendo ramas y raíces, y otro 40% queda en el proceso de aserrío, en forma de aserrín, astillas y corteza.

5 BIOMASS USERS NETWORK - CENTRAL AMERICA. Manuales sobre energía renovable. Biomasa [en línea]. 1ª edición. San José (Costa Rica): La Institución, 2002 [consultado abril 2010] p.8. Disponible en Internet: <http://www.bun-ca.org/publicaciones/BIOMASA.pdf>.

33

La mayoría de los desechos de aserrío son aprovechados para generación de calor, en sistemas de combustión directa; en algunas industrias se utilizan para la generación de vapor. Los desechos de campo, en algunos casos, son usados como fuente de energía por comunidades aledañas, pero la mayor parte no es aprovechada por el alto costo del transporte. 5.2.3 Combustibilidad de la Madera. La madera es una biomasa procedente de las especies vegetales de gran tamaño. Como biomasa sirve como biocombustible sólido debido a sus características de alta combustibilidad. Un combustible es toda aquella sustancia, la cual, cuando se presentan las condiciones térmicas favorables, se inflama, se carboniza y arde. La ignición usualmente comienza con una chispa o una llama, el contacto con una superficie caliente o la exposición a la radiación térmica. Según Klinger6, en el caso de la madera, la ignición depende de la intensidad de la fuente calorífica y de su tiempo de exposición a ésta. La temperatura de ignición de la madera es de 273 oC. Las maderas son excelentes combustibles y en general están compuestas de aproximadamente 50% de carbono, 6,1% de hidrógeno, 43% de oxígeno y 0,9% de nitrógeno y elementos minerales (cenizas), lo que la convierte en material de alta combustibilidad. Esta gran proporción de oxigeno es la principal responsable de sus cualidades combustibles. Para que se produzca la ignición y la combustión son necesarios tres factores: calor, oxigeno y combustible. Es relativamente poco el calor necesario para quemar la madera, esto es debido a su alto contenido en carbono. Por esto la madera se quema en temperaturas relativamente bajas, siempre y cuando el contenido de humedad de esta sea bajo y esté expuesta al aire. Esto último es vital, debido a que el aire es el principal proveedor de oxígeno en el proceso de combustión de la madera y tal vez de la mayoría de los procesos de combustión existentes. En madera muy maciza (tal es el caso de la madera de café), solo la superficie obtiene suficiente aire para que incendie. Bajo esta condición el fuego se moverá desde las capas más externas hacia las internas, a medida que cada capa vaya quedando expuesta al aire. Esta situación se puede mejorar, soplando viento sobre el fuego, debido a que de esta manera se logra enviar oxígeno con más eficiencia a aquellas partículas de la masa del combustible, para las cuales el acceso del aire es difícil. También se puede lograr una mejor combustión

6 KLINGER BRAHAN, William. Combustibilidad de la Madera: La experiencia con especies colombianas. Bogotá: Universidad Distrital Francisco José de Caldas, 2002. p.10.

34

reduciendo la madera a trozos o partículas más pequeñas, ya sea a tamaño de astillas, viruta o polvo, debido a que esto deja más superficie de una misma masa de madera, expuesta al aire. Todo lo anterior, normalmente acelera el proceso de combustión. En cuanto al combustible, está de más decir que es la principal variable en la creación y desarrollo del fuego. El grado de combustibilidad de los materiales se define como la reacción al fuego, y consiste en la capacidad de una sustancia de favorecer o no el desarrollo de la combustión al ser estos, expuestos a la acción de un foco calorífico. Para valorar esta calidad del biocombustible es necesario tener en cuenta los análisis que se presentan en la Cuadro 2: Cuadro 2. Lista de estándares o especificaciones té cnicas para determinar las propiedades de un biocombustible sólido

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-Total carbono- Total Hidrogeno

- Total azufre- Total oxigeno

- Total de cenizas- Total de humedad

- Total de materia volatil- Total de carbon fijo

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Fuente: COMITÉ EUROPÉEN DE NORMALISATION. Solid biofuels. Fuel specifications and classes. CEN/TS 14961:2005. [en línea] Estocolmo: SIS, 2005 [consultado en abril 2010] p.13. Disponible en Internet: <http://isotc.iso.org/livelink/livelink?func=ll&objId=7946224&objAction=browse&sort=name>.

35

5.3 PLANTA DE CAFÉ COLOMBIANA (COFFEA) 5.3.1 Reseña Histórica. De acuerdo con la Federación Nacional de Cafeteros de Colombia7, en el español la palabra café tiene su origen etimológico de la palabra turca “kahweh” (cavé) y esta a su vez del árabe “kahwah” (cauá), que es el nombre genérico que los árabes le daban a los vinos. Hay ciertas diferencias en los significados de estas palabras en cada uno de sus respectivos idiomas, más conservan, casi sin demasiada modificación, su raíz fonética. Principalmente, la palabra café hace referencia a la bebida que se hace por infusión de la semilla tostada y molida del fruto de la planta que lleva el mismo nombre, o, la cual también es conocida, como cafeto (coffea). Desde hace siglos, esta bebida ha venido siendo una de las bebidas más importantes, más consumidas y conocidas del mundo, compitiendo en fama y en consumo, solo con el té, la cocoa y el mate. Más en comparación con otros productos de origen agrícola, se puede decir que el café tiene una aparición reciente en la historia. Se sabe que para el siglo VI, ya se tenía conocimiento de esta planta. Según López Aragón8, en el siglo XVII, el café era producido en varios lugares del Medio Oriente, para el consumo de sus habitantes. Llegó al mundo occidental a través de los árabes que comerciaban con el sur de Europa; más, fue, ya en el siglo XVII que llegó a ser bien conocido en todo el continente, cuando los ingleses y holandeses abrieron rutas marítimas hacia el oriente. El café llegó a América a bordo del “Mayflower” y para finales del siglo XVII había cafés abiertos en Nueva York, Boston y Filadelfia. Para comienzos del siglo XX, los Estados Unidos llegaron a tener el 50% del consumo mundial. En Colombia la aparición del café es incierta. Al parecer, a fines del siglo XVIII, las primeras semillas llegaron de las Indias Occidentales Francesas. Fueron cultivadas por el misionero jesuita, José Gumilla, quien desde Rionegro, las envió al resto del país. El café llegó a ser cultivado en todo el país durante el siglo XIX, aunque de forma aislada y familiar, en regiones muy distantes las unas de las otras, como el Norte de Santander, la Sierra Nevada de Santa Marta, Boyacá y Cauca. El cultivo del café se comenzó a desarrollar para el siglo XIX, desde Cúcuta; por lo que su auge comercial en Colombia, comienza, para esta época, en 7 FEDERACIÓN NACIONAL DE CAFETEROS DE COLOMBIA. El café. El nombre [en línea]. Colombia: La Institución. [consultado 22 de abril de 2009] Disponible en Internet: <http://www.cafedecolombia.com/caficultura/nombre.html >. 8 LÓPEZ ARAGÓN, Wilson. Café: Técnica & Tradición. Cali: Universidad Santiago de Cali, 2002. p.32.

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los Santanderes. Al aumentar las exportaciones se incentiva su propagación por todas las regiones con climas apropiados para su cultivo y para el siglo XX la industria del café se consolida como una de las más importantes de la economía colombiana y como la más importante del sector agrícola. 5.3.2 Características de la planta. De acuerdo a la Federación Nacional de Cafeteros de Colombia9, el cafeto es un árbol perteneciente a la familia botánica Rubiaceae, la cual abarca 500 géneros y 8.000 especies. El coffea, al cual corresponde el cafeto, es uno de esos 500 géneros. Según Chalarcá10, de este género, 10 especies son cultivadas por el hombre y 50 especies se encuentran de manera silvestre. En la actualidad, de todas las especies de café, la coffea arabica y la coffea canephora las que más se cultivan para uso comercial. Estas son originarias del África tropical y existen diferentes variedades de cada especie. La coffea arabica es la única especie que se cultiva en Colombia. Esta especie conforma el 70% del café que se consume en el mundo y el 30% restante la conforma la canephora, también conocida como robusta. Según la Federación Nacional de Cafeteros11, las variedades de arabica que se cultivan en Colombia son: la típica, borbón, caturra, maragogipe, variedad colombia y tabi. De acuerdo con la Federación12, Para su cultivo se deben tener en cuenta las condiciones climáticas de la región; debido a que estas predisponen el desarrollo de la planta. El ciclo reproductivo de la planta, así como el de las labores agrícolas está condicionado por la distribución de las lluvias. Se puede decir, que el cultivo requiere una lluvia abundante y uniformemente distribuida desde comienzos de la floración para favorecer el desarrollo del fruto y de la madera, seguido de un periodo de pocas o ningunas lluvias, para favorecer

9 FEDERACIÓN NACIONAL DE CAFETEROS DE COLOMBIA. Manual del Cafetero Colombiano. 3 ed. Medellín: Editorial Bedout. 1969. p. 15. 10 CHALARCÁ, José. Vida y hechos del café en Colombia. Bogotá: Presencia Editores. 1998. p. 57. 11 FEDERACIÓN NACIONAL DE CAFETEROS DE COLOMBIA. Variedades de café sembradas en Colombia [en línea]. Colombia: La Institución. [consultado 23 de abril de 2009 ]. Disponible en Internet: <http://www.cafedecolombia.com/caficultura/variedades.html>. 12 FEDERACIÓN NACIONAL DE CAFETEROS DE COLOMBIA. Época de siembra [en línea]. Colombia: La Institución. [consultado 23 de abril de 2009]. Disponible en Internet: <http://www.cafedecolombia.com/servcaficultor/procesoproductivo/epocasiembra.html>.

37

la próxima floración; esto, según se indica en Infoagro.com13, debido a que el desarrollo vegetativo de la planta se da durante la temporada seca, pero después de unos cuantos días que ha comenzado la temporada de lluvias se inicia su etapa de floración. 5.3.2.1 Coffea Arabica. Las variedades Típica y Borbón son las más reconocidas. Sin embargo, de estas se han desarrollado otras variedades como la Caturra (Brasil, Colombia), Mundo Novo (Brasil), Tico (Centroamérica).

Se cultiva en elevaciones que oscilan entre los 1.200 y los 1.800 metros. Las frutas son ovales y maduran entre 7 a 9 meses; normalmente contienen dos semillas planas (los granos de café). Debido a la vulnerabilidad de esta especie a los ataques de pestes y enfermedades, los programas de cultivos se centran en conseguir una mayor resistencia de las plantas a estos problemas. 5.3.2.2 Coffea Canephora. Según López Aragón14, la robusta es una de las variedades de la especie Canephora. Es un árbol que llega a medir hasta 10 metros de altura. Las frutas son redondeadas y maduran en 11 meses aproximadamente. Las semillas son ovales y de menor tamaño que las de la arábiga. Su origen se ubica en los bosques ecuatoriales africanos, en pisos térmicos de hasta 1000 msnm aproximadamente; por lo que es mucho más apta para zonas bajas, cálidas y húmedas; regiones, en las cuales, no prospera el cultivo de la arábiga, cuyo habitad es de clima templado. El grano robusta es de una calidad muy inferior a la arábiga, además de ser muy variable la calidad de una planta obtenida por semilla a otra; no obstante, el café robusta presenta unas ventajas sobre el café arábigo; entre estas, gran resistencia a la roya y capacidad para retener la fruta madura en el árbol, por un periodo mayor al del arábigo. África y el Lejano Oriente producen el mayor porcentaje de este café consumido en el mundo. 5.3.3 Producción mundial de café. La especie económicamente más conspicua del café es la coffea arabica, la cual produce aproximadamente el 70% de la producción mundial, y el coffea canephora cerca del 30%.

13 INFOAGRO.COM. El cultivo del café. [En línea]. España: La Institución [consultado 23 de abril de 2009] Numeral 4. Clima y suelos. Disponible en Internet: <http://www.infoagro.com/herbaceos/industriales/cafe.htm>. 14 LÓPEZ ARAGÓN. Op. cit., p. 38.

38

Según la FAO (Food and Agriculture Organization) de la ONU, estos vendrían a ser los datos de la producción y exportación de café en toneladas en cada uno de los países productores de este producto, en los últimos años.

Cuadro 3. Producción mundial de café verde (tonela das)

PREVISTAPromedio Promedio 1988-90/ 1998-2000/1988-1990 1998-2000 1998-2000 2010

MUNDO 5 559 6 688 7 033 1,9 0,5EN DESARROLLO

5 559 6 688 7 033 1,9 0,5

ÁFRICA 1 139 961 1 114 -1,7 1,5Camerún 112 99 124 -1,2 2,2Côte d’Ivoire 232 149 217 -4,3 3,8Etiopía 181 177 207 -0,2 1,6Kenya 89 79 88 -1,2 1,1Uganda 143 207 222 3,8 0,7Otros 383 251 257 -4,1 0,2ASIA 778 1 413 1 732 6,1 2,1India 153 300 409 7 3,1Indonesia 422 554 654 2,8 1,7Filipinas 70 43 48 -4,9 1,3Tailandia 60 55 59 -0,9 0,7Viet Nam 69 459 561 20,9 2Otros 5 2 1 -8,3 -5,9AMÉRICA LATINA YEL CARIBE

3 577 4 215 4 037 1,7 -0,4

Brasil 1 496 2 103 1 339 3,5 -4,4Colombia 754 699 747 -0,8 0,7Costa Rica 145 128 194 -1,2 4,2El Salvador 135 112 165 -1,9 3,9Guatemala 195 293 348 4,2 1,7México 315 276 273 -1,3 -0,1Otros 538 604 970 1,2 4,8OCEANÍA 65 100 150 4,4 4,2Papua Nueva Guinea

65 100 150 4,4 4,2

EFECTIVA TASAS DE CRECIMIENTO2010

miles de toneladas por ciento annual

Fuente: ORGANIZACIÓN DE LAS NACIONES UNIDAS PARA LA AGRICULTURA Y LA ALIMENTACIÓN. Perspectivas a plazo medio de los productos básicos agrícolas. Proyecciones al año 2010 [en línea]. Roma: La Institución, 2004 [consultado 8 de febrero de 2010]. Parte II. Capitulo 3. Café. p.71. Disponible en Internet: <ftp://ftp.fao.org/docrep/fao/007/y5143s/y5143s00.pdf>. ISBN 92-5-305077-2.

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Adicionalmente, La FAO suministra la siguiente información sobre la producción mundial del café:

Se prevé que la producción mundial de café tendrá un crecimiento de 0,5% anual entre 1998-2000 y 2010, comparado con el 1,9% del decenio anterior. En 2010 la producción mundial debería ascender a 7 millones de toneladas (117 millones de sacos) frente a los 6,7 millones de toneladas (111 millones de sacos) en 1998-2000. Con toda probabilidad, América Latina y el Caribe seguiría siendo la principal región productora de café en el mundo, aunque la tasa de crecimiento anual de la región pasará, según las proyecciones, del 1,7% del decenio anterior al 0,4% anual durante el período de la proyección. Su producción debería ser de 4 millones de toneladas (67 millones de sacos) en 2010, frente a 4,2 millones de toneladas (70 millones de sacos) en 1998-2000. En 2010, la producción de café en Brasil debería de decrecer a 1,3 millones de toneladas (22 millones de sacos), frente a los 2,1 millones de toneladas (35 millones de sacos) en 1998-2000. La mejora de los precios a partir de mediados del decenio de 1990 fomentó la plantación y replantación después de un período de baja en que los productores reaccionaron a la disminución de los precios reduciendo la utilización de insumos agrícolas y descuajando las plantas en las zonas marginales. En Colombia, sobre la base de la distribución por edad de las superficies de los cafetales, se estima que la producción tendrá una tasa anual de crecimiento de 0,7 por ciento hasta 2010, y que llegará a 747 000 toneladas (13 millones de sacos), en comparación con las 699 000 toneladas (12 millones de sacos) en 1998-2000. En los años 1990 se hicieron algunas plantaciones en respuesta al impulso de la demanda de los cafés dulces colombianos, que obtuvieron sobreprecios respecto de otras arábigas15.

5.3.4 Subproductos de la planta del café. Los residuos y subproductos del café generan graves problemas ambientales y de contaminación. Afortunadamente, existen formas de utilizarlos como materia prima para la producción de biogás, cafeína, abono, bebidas, vinagre, pectina, enzimas pépticos y proteínas. 5.3.4.1 La pulpa. Existen numerosos estudios sobre el uso de la pulpa de café. Las dos terceras partes de la baya del café está compuesto de pulpa, la otra tercera parte lo conforma el grano. Esta es una de las razones principales, de que tanto en el procesado en seco como en el húmedo se genere grandes cantidades de pulpa. En aquellas plantaciones donde la planta de procesado se encuentra

15 ORGANIZACIÓN DE LAS NACIONES UNIDAS PARA LA AGRICULTURA Y LA ALIMENTACIÓN. Perspectivas a plazo medio de los productos básicos agrícolas. Proyecciones al año 2010 [en línea]. Roma: La Institución, 2004 [consultado 8 de febrero de 2010]. Parte II. Capitulo 3. Café. p.68. Disponible en Internet: <ftp://ftp.fao.org/docrep/fao/007/y5143s/y5143s00.pdf>. ISBN 92-5-305077-2.

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cerca, este material de desecho se ha utilizado como fertilizante orgánico. En otros lugares se ha utilizado como alimento de reses. No obstante, este uso ha sido solo de una pequeña fracción de los millones de toneladas generadas anualmente. El resto del desperdicio sin usar, se deja descomponer o es arrojado a los cauces de los ríos. Los concentrados comerciales para alimentar ganado lechero, pueden ser sustituidos en un 20% por la pulpa del café, con un ahorro del 30%. Los cereales utilizados para alimentar cerdos pueden ser remplazados en hasta un 16% por pulpa de café. Esto daría como resultado, que cada cerdo dejaría aproximadamente 50 kg de grano de cereales disponible para otros usos, entre ellos el consumo humano. Todo esto sería sin efectos perjudiciales en la salud, nutrición y peso de los animales. Además, en los cerdos se observó un aumento de peso igual o mejor que en aquellos que fueron alimentados con concentrados comerciales. 5.3.4.2 Biogás. El agua residual drenada del extracto de la cereza del café, se puede usar como materia prima para la producción de biogás. Esta agua residual al ser almacenada durante varias horas y puesta a secar, termina siendo un cultivo de todo tipo de microorganismos. La adecuada fermentación y otros procedimientos reducen el pH, y da lugar a que surja espuma CO2; con el cual, se puede lograr la producción de un biogás de metano altamente enriquecido que tiene únicamente la mitad del nivel habitual de CO2 inerte. Después de esto, puede pasarse entonces por un digestor UASB para hacer biogás, el cual se puede usar para generar electricidad con un motor de combustión de biogas. 5.3.4.3 Hongos. De acuerdo a la Organización Internacional del Café16, la pulpa fermentada y secada parcialmente se puede utilizar como sustrato para el cultivo de hongos exóticos comestibles. En pocas semanas se puede obtener un cultivo rápido de Shiitake, pleurotus y otros hongos, que, por regla general, tardarían varios meses en crecer en árboles podridos. En lugares del mundo donde los hongos son un alimento apreciado, se pueden conseguir ingresos considerables con este subproducto del café. 5.3.4.4 Cáscara como combustible. Las cáscaras de café no pueden usarse como fertilizante, debido a que están compuestos de pura lignocelulosa, la cual no

16 ORGANIZACIÓN INTERNACIONAL DEL CAFÉ. Posibles usos alternativos de los residuos y subproductos del café [en línea]. Londres: La Institución, Agosto 2005 [consultado abril de 2009]. Disponible en Internet: <http://www.ico.org/documents/ed1967c.pdf>.

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contiene nitrógeno, necesario en todo fertilizante, sino, que es como todo carbohidrato. Generalmente, las cáscaras del café se queman en hornos para secar el café en pergamino. Debido a que la mayor parte del pergamino se seca parcialmente al sol, por razones de producir un café de mejor calidad, por lo regular queda un excedente de cáscaras después de un proceso de secado. Esta cáscara restante, puede quemarse en un generador de gas pobre y producir electricidad accionando un motor sobre ese gas. De la misma forma, que con el biogás, el calor residual procedente del generador de gas y del motor puede usarse para calentar una corriente de aire limpio, el cual puede usarse para secar aún más café. 5.4 MADERA PROVENIENTE DE TALLO DE CAFÉ COMO BIOCO MBUSTIBLE SÓLIDO Las investigaciones que se han hecho de la madera del café como biocombustible son muy pocas. Solo se encuentran menciones superficiales, en investigaciones orientadas a dar otros usos a los residuos del café distintos al de servir como bioenergía y solo dejan abierta la posibilidad de usarla de esta forma. Lo único que se sabe con certeza es su uso como leña que, desde hace siglos hasta el día de hoy, se le ha venido dando a esta madera en las labores campesinas que han requerido de un combustible (Vg. los hornos de los hogares campesinos). Aunque, esto último, es algo que se ha venido haciendo desde el siglo XIX, no se ha realizado ninguna investigación exhaustiva del tema en particular en especial para usarla como combustible en el sector industrial. Por lo tanto en este punto se hablará de la madera, en general, como biomasa para biocombustible. De acuerdo a la publicadora Energías Renovables17, en el proceso de combustión de un biocombustible la energía es liberada al romperse los enlaces de sus compuestos orgánicos, resultando de este proceso, dióxido de carbono y agua. Por esta razón son ecológicas. Según su estado físico estos pueden ser biocombustibles sólidos, que son utilizados primordialmente para fines térmicos y

17 ENERGÍAS RENOVABLES. Energías renovables para todos. Biomasa [en línea]. Madrid: Haya Comunicación [consultado 29 mayo de 2009]. p. 2. Disponible en Internet: <http://www.energias-renovables.com/Productos/pdf/cuaderno_BIOMASA.pdf>

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eléctricos, y líquidos que son usados esencialmente como combustibles de medios de transporte. Según la norma CEN/TS 14961:2005 los biocombustibles sólidos puede clasificarse en: • Briquetas • Pellets • Chips de madera • Orugo agotado • Leños de madera • Aserrín • Corteza • Biocombustible Hog Cada una de las clasificaciones de biocombustibles sólidos, deben cumplir con la tabla de propiedades y especificaciones de la Norma CEN/TS 14961:2005 Solid biofuels – Fuel specifications and classes. Esta investigación se centrará en la producción de pellets a partir de la biomasa proveniente de los tallos de la planta de café después del soqueo. 5.5 PELLETS COMO ALTERNATIVA DE BIOCOMBUSTIBLE SÓLI DO La norma 14588:2003 define el termino de Pellet de la siguiente manera Pellet: Biocombustible densificado elaborado con biomasa pulverizada con o sin presión usualmente en forma cilíndrica, con un tamaño típico de 5 a 30mm, y con extremos rotos.

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NOTA el material crudo para los pellets puede ser biomasa de madera, herbácea, biomasa procedente de las frutas o mixta, estos son usualmente elaborados en un dado o matriz. El total de humedad es aproximadamente menor del 15%. Para mejor compresión se ha elaborado una definición partiendo de diferentes textos o artículos en donde se tocan temas referentes a la biomasa procedente de la madera. Definición : El Pellet es un tipo de combustible granulado alargado a base de madera. Se realiza mediante prensado, el material ingresa por una matriz con ayuda de un rodillo, el calor generado se encarga de que la propia lignina haga de aglomerante. No necesitan ni pegamento ni ninguna otra sustancia, más que la misma madera. Este proceso les da una apariencia brillante como si estuviesen barnizados y les hace más densos. Lignina : De acuerdo a la definición dada por la empresa Papelera Palermo18, “La palabra lignina viene del latín lignum, leño, sustancia compleja y de composición variable que acompaña a la celulosa en las membranas internas de los vegetales secos”, así, a las plantas que contienen gran cantidad de lignina se las denomina leñosas. Se caracteriza por ser un complejo aromático (no carbohidrato) del que existen muchos polímeros estructurales (ligninas) La lignina está formada por la extracción irreversible del agua de los azúcares, creando compuestos aromáticos. Los polímeros de lignina son estructuras transconectadas con un peso molecular de 10.000 UMA (Unidades de Masa Atómica). Este componente de la madera realiza múltiples funciones que son esenciales para la vida de las plantas. Por ejemplo, proporciona rigidez a la pared celular. Realmente, los tejidos lignificados resisten el ataque de los microorganismos, impidiendo la penetración de las enzimas destructivas en la pared celular. Con una clara definición de lo que es un Pellet, se entro a investigar que tan explotado es el mercado de este biocombustibles en America Latina, se encuentro que en muchos países, los residuos de la industria forestal y los productos de la poda de árboles en las ciudades son dejados en el bosque o depositados en rellenos sanitarios respectivamente.

18 PAPELERA PALERMO S.A. La lignina [en línea]. Buenos Aires: La Institución [consultado 10 de febrero de 2010]. Disponible en Internet: <http://papelera.eurofull.com/shop/detallenot.asp?notid=46>

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En el caso de los residuos forestales (porción de la madera que permanece en el bosque luego de la poda) se estima que un 45% de la biomasa no se utiliza industrialmente y sencillamente se pudre en el campo. Los pellets se han desarrollado entre otros motivos para aprovechar los residuos de materiales sólidos orgánicos como son el papel, astillas de madera aserrín, restos de tablero de fibra, leñas de poda, entre otros. El mercado europeo consume alrededor de 3.280.000 toneladas de pellets de madera al año que se destinan básicamente a la producción de energía térmica y tiene una capacidad de producción de aproximadamente 2.240.000 toneladas así que tiene que importar más de 1.000.000 de toneladas de pellets de madera al año. En la combustión de los pellets de madera se produce la misma cantidad, o menos de CO2 de la que se produce mediante la pudrición de la madera en el vertedero o en el campo debido a que el carbono de constitución de los pellets es el mismo que el fijado por fotosíntesis, por lo tanto un combustible “carbono neutral”, o sea que por su utilización no incrementa el efecto invernadero. Además, como los pellets tienen en su composición muy poco azufre, la combustión de los mismos no produciría dióxido de azufre y por lo tanto reducirá la lluvia ácida, en comparación con los combustibles fósiles tradicionales. El ingeniero agroindustrial Juan Camilo Gaviria menciona la siguiente información:

“El costo por producir un kWh de energía por medio de la combustión de pellets, en Europa, equivale casi a la cuarta parte del costo por producir un kWh de energía por medio de la combustión de petróleo (23.6%). Se puede agregar que la generación de energía por medio de los combustibles leña y pellets, sigue siendo la alternativa más económica, y si consideramos las ventajas en términos de emisiones de CO2, la utilización de pellets de madera constituye una alternativa tanto económica como ambientalmente superior al resto de los combustibles” 19.

19 GAVIRIA, Juan Camilo, Ing. Peletizar madera, una forma económica y ecológica de producir combustible [en línea]. Engormix, Septiembre 2007 [consultado 8 de febrero de 2010]. Disponible en Internet: <http://www.engormix.com/pelletizar_madera_forma_economica_s_articulos_1778_BAL.htm>

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5.5.1 Ventaja del uso de los pellets. Algunas de las ventajas de los pellets sobre las más usadas fuentes de calor: • Reduce la dependencia al gas o al petróleo. • El costo de los pellets no se ve afectado por los eventos globales, por lo tanto el costo es más favorable y predecible. • Desde la utilización de las estufas de pellets las emisiones de gases son más bajas. • Los pellets han comprobado ser un combustible limpio de quemar a comparación de cualquier otro combustible sólido. • Según New England Wood Pellet20, un mínimo espacio es necesario para la instalación de estufas a base de pellets, por que el total cercano de combustión (acerca 98.5%) que genera las estufas para pellets prácticamente no produce creosota. Esto también permite la instalación de estufas para pellets sin chimeneas. • Un recurso sostenible de combustible • Reduce el desperdicio destinado a los vertederos sanitarios. • Una tonelada de pellets de madera tiene el poder calorífico de 4.3 m3 de leña y se almacena fácilmente en un tercio de espacio.

• Un recurso energético medioambiental, con CO2 neutral.

• Los pellets de madera son amigables con el ambiente, limpios y una fuente renovable de combustible. Estas son algunas de las ventajas que trae consigo la utilización de Pellets como una alternativa viable de combustible. El uso de estufas a base de pellets, su independencia ante sucesos globales y su emisión neutral de gases, hacen de los pellets un biocombustible altamente comercial. Con estas ventajas previamente señaladas países como Colombia podrían dar un gran salto a la modernización solo con la utilización de estufas ecológicas en ciudades de clima frío, auto abastecido con pellets fabricados a partir de madera de café o residuos forestales.

20 NEW ENGLAND WOOD PELLET. About pellets [en línea]. Jaffrey (New Hampshire): La Institución [consultado 12 de febrero de 2010]. Disponible en Internet: <http://www.pelletheat.com/all-about-pellets/pellets.html>

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5.5.2 Comparación con los cambios del costo de comb ustibles. Los pellets de madera son un combustible con un precio estable. De hecho, el precio de los pellets es prácticamente el mismo que hace diez años, el Pellet no solo es ambientalmente estable y renovable su precio es relativamente bajo también, debido al alza en los precios del petróleo y al tratarse de un recurso no solo fósil si no carente en varios países a nivel global, muchos de estos han optado por buscar salidas rentables, ecológicas y económicas. Como se puede observar en el Grafico 1, el precio de los pellets desde el año 2000ha crecido a un ritmo muy lento 8.2% por año, seguido muy de cerca con los precios del gas natural. Según Ecoenergía21, el gas tiene una gran ventaja sobre los pellets al poseer sistemas de suministros bien establecidos, igualmente para almacenar la misma cantidad de energía los pellets ocupas más espacio que el gas natural. Figura 1. Comparación en los precios de los combust ibles

Fuente: NEW ENGLAND WOOD PELLET. About pellets [en línea]. Jaffrey (New Hampshire): La Institución [consultado 12 de febrero de 2010]. Disponible en Internet: <http://www.pelletheat.com/all-about-pellets/pellets.html>.

21 ECOENERGIA. Uso doméstico de la biomasa [En línea]. La Institución, Septiembre 2005 [Consultado 12 de febrero de 2010]. Disponible en Internet: <http://ecoenergia.blogspot.com/2005/10/uso-domstico-de-la-biomasa.html>.

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Como la grafica indica, el petróleo el cual ha incrementado su precio en un 16% los últimos 9 años, teniendo un alza entre los años 2006 y 2007 debido quizás a problemas económicos con países enriquecidos en el recurso, los pellets han llevado un ritmo constante, ya que su fabricación a base de biomasas lo hace abundante en países ricos en boscajes, la baja alza en el precio de los pellets puede deberse en términos generales a que existen pocos países que debido a su geografía ven la necesidad de importar el producto de otros lugares. 5.5.3 Especificaciones de las propiedades de los bi ocombustibles sólidos. Para esta investigación se tratara de seguir las especificaciones adecuadas según la norma CEN/TS 1491:2005 para la elaboración de pellets, ver Cuadro 4. Cuadro 4. Especificación de propiedades para pellet s

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Fuente: COMITÉ EUROPÉEN DE NORMALISATION. Solid biofuels. Fuel specifications and classes. CEN/TS 14961:2005. [en línea] Estocolmo: SIS, 2005 [consultado en abril 2010] p.16. Disponible en Internet: http://isotc.iso.org/livelink/livelink?func=ll&objId=7946224&objAction=browse&sort=name>.

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6. METODOLOGÍA

El primer paso es lograr la introducción al tema del proyecto por parte de los estudiante a través de reuniones con el gerente de la empresa Granja La Esperanza y con la directora del proyecto. Después de esto, se irán realizando las siguientes actividades necesarias para el cumplimiento de los objetivos propuestos. 6.1 ETAPAS DEL PROYECTO • Obtención de los tallos de café: en esta primera etapa del proyecto se obtendrán muestras de tallos de café de diferentes fincas en el Valle del Cauca, se soquearan al azar árboles de café de aproximadamente 5 a 20 años, diferentes características en cuento al tamaño y a la variedad, se contactara a diferentes empresarios del café para solicitar tallos soqueados. • Análisis del poder calórico del café: en esta etapa del proceso se tratará de determinar en un laboratorio de la ciudad, la cantidad de energía que la unidad de masa de madera puede desprender al ser sometida a combustión. Esta evaluación será realizada con muestras de madera de café de diferentes edades después de que el tallo ha sido cortado. Tales edades serían: recién cortado, después de 15 días, 1 mes, 1.5 meses, 2 meses. Se deberán realizar al menos entre 6 y 7 análisis y construir una curva que reproduzca el valor calórico vs. la humedad. Asimismo se obtendrá unos 2 a 3 análisis alternos para biomasa expuesta a la intemperie vs. biomasa bajo techo. • Análisis económico de la oferta de combustibles en la región: se comparará las diferentes opciones referidas al valor en fábrica del Millón de BTU (British Thermal Unit). Se investigará el valor y el comportamiento en el mercado del precio del millón de BTU ($US/Millón de BTU). Para esto, como parte de la prospección del mercado y la búsqueda de clientes potenciales, se hará contacto con las empresas de la región que sean grandes consumidores de combustibles, especialmente aquellos que usen combustibles tales como bagazo, fuel oil, carbón, gas natural, GLP, Diésel, entre otros para la alimentación de calderas y se obtendrá toda la información relacionada a precios y consumo de combustibles. Igualmente se buscará obtener esta información de los proveedores de aquellas

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empresas. • Análisis de las diferentes tecnologías de alimentación de combustibles sólidos que tienen los potenciales compradores: se obtendrá la información de aquellos grandes consumidores de combustible, de los procesos que impliquen su uso; con el fin de establecer el nivel de procesamiento requerido para la biomasa que se ofertará (granulometría, porcentaje de humedad, logística de descargue, etc.). • Análisis económico de usar el tallo del café como combustible: se hará una valoración económica de todas las etapas en el proceso de obtención de la madera de café como material de combustible particulado; incluyendo recolección, acopio, procesamiento. Este análisis será tanto para la obtención, comercialización y distribución de la biomasa del café como combustible para grandes consumidores y como combustible alterno para medianos y pequeños consumidores. • Explorar el mercado internacional, exactamente el Europeo con el fin de conocer la posibilidad existente de exportar los pellets o briquetas a aquellos países que no satisfagan la demanda requerida de biomasa. Una vez definido en qué tipo de biocombustible sólido será comercializada la madera de café, se procederá a continuación con los diferentes tipos de análisis a las muestras obtenidas. 6.2 TOMA DE LAS MUESTRAS Las muestras tomadas para esta investigación no siguen lo estipulado en la norma CEN/TS 14778-1:2006 Biocombustibles sólidos – muestras, ya que las muestras se tomaron aleatoriamente sin contar con las herramientas sugeridas por la norma, pero se tratara de asemejar el plan de muestras sugerido métodos para preparar planes de muestreo y certificaciones. En esta investigación se realizaron 2 salidas de campo a Felidia y Trujillo. En la plantación de Trujillo se tomó aleatoriamente plantas de café en un área determinada por los administradores de las fincas de aproximadamente 60 metros cuadrados, se seleccionó de 2 a 7 árboles al azar, los cuales fueron soqueados rudimentariamente e inmediatamente pesados, un empresario del café cuya finca

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se encuentra situada en Alcalá, proporciono tallos ya soqueados. En la plantación de Felidia se escogieron aleatoriamente 4 árboles en distintos puntos de un terreno de 5 hectáreas. La descripción de los muestreos realizados se presenta en los Cuadros a continuación. Cuadro 5. Plan de muestreo acorde con la norma cen /ts 14778 finca Café Granja la Esperanza Numero del plan de muestreo: 001

Número único de identificación de la muestra: 01

Nombre de la muestra: TALLOS DE PLANTA DE CAFÉ

Día: 26 de Mayo 2009 Número de identificación de lote: 000

Empaque para las muestras de laboratorio: Bolsas Plásticas

Hora: 10:45 am Producto: Plantación de Café tipo Caturra

Teléfono: 5561071 Nombre de la finca: Café Granja la Esperanza

Tamaño aproximado nominal superior: Comentarios: Variedad: Caturra. Edad Aprox: 6 años. Altura Árboles: 1.6-1.8 m Distancia Siembra: 1.4 x 1.3 metros Densidad aprox. : 5000 /Ha.

Masa o volumen del lote: 90 metros cuadrados

Masa de la muestra y recipiente Tipo de lote: Estático: Camión de carga ___ Paquetes pequeños ___ Otros___ Movible: Transportador ___ Silo ___ Otros _X__

Dirección de proveedor: Café Granja Trujillo, Valle Dirección de transportista:

Dirección del Lab: Universidad Autónoma y Univalle

Objetivo de la toma de muestras: realizar los análisis para determinar las propiedades y características de los tallos de la planta de café como biocombustible solido

Propiedad CEN

Método Masa

requerida Equipo para la muestra: Con ayuda de un machete se procede a quitar las hojas y las ramas la planta, dejando el cafetal completamente esquelético y después con la misma herramienta se procede a talar el tronco. Tamaño de la

partícula

Humedad 2000 gr Ubicación del punto de muestreo: Granja Café la esperanza café semitecnificado, podado, con sombrío predominante de guamo, plátano intercalado no de manera intensiva, más bien de supervivencia. la cafetera ha sido podada a una altura entre 1.6 a 1.8 metros.

Densidad de la masa 800 gr

Poder calorífico 100 gr

Análisis próximo 100 gr Se tomaron grupos entre 4 y 7 árboles; primero se retiraba la ramazón, pesándose la biomasa retirada del conjunto en una balanza romana, de las del tipo de la zona cafetera, con Capacidad de 100 Kg., con graduación de 1 Kg., luego se procedió a cortar los tallos a una altura de unos 30 centímetros del suelo, zoca tradicional. Algunos árboles eran de primer soqueo, con un solo eje por árbol, las socas tenían entre 2-3 ejes por árbol. • Se escoge los cafetales a soquear. • Con ayuda de un machete se des hoja o des rama la planta, dejando el cafetal completamente esquelético. • Con una moto sierra, se talo el tronco y con ayuda del machete las ramas. • Sé procedió a pesar las ramas del número de plantas que habían sido soqueadas y después se repite el procedimiento pero con los tallos.

Análisis elemental 100 gr Análisis mayor elemento 100 gr Análisis menor elemento 100 gr Durabilidad mecánica Total masa requerida 6000 gr

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Cuadro 6. Plan de muestreo acorde con la norma cen /ts 14778 finca Altamira Número del plan de muestreo: 003



Día: 12 de Febrero 2010 Número de identificación de lote: 003


Hora: 10:00 am Producto: Plantación de Café tipo Caturra

Teléfono: 665 1881 Nombre de la finca: Altamira

Tamaño aproximado nominal superior: Comentarios: Variedad: Caturra. Edad promedio: 10 años. Altura Árboles: 1.6-1.9 m Distancia Siembra: Ninguna estandarizada Densidad aprox. : No se tenía registro

Masa o volumen del lote: 5 Hectáreas

Masa de la muestra y recipiente

Tipo de lote: Estático: Camión de carga ___ Paquetes pequeños ___ Otros___ Movible: Transportador ___ Silo ___ Otros _X__

Dirección de proveedor: Felidia (Vereda El Cedral), Valle del Cauca

Dirección de transportista: Dirección del Lab: Universidad Autónoma y Univalle

Objetivo de la toma de muestras: Realizar los análisis para determinar las propiedades y características como combustible sólido de los tallos recién zoqueados de la planta de café Propiedad CEN

Método Masa requerida

Equipo para la muestra: • Con ayuda de un machete se procede a quitar las hojas y las ramas la planta, dejando el cafetal completamente esquelético y después con la misma herramienta se procede a talar el tronco.

Tamaño de la partícula

5000 g

Humedad Ubicación del punto de muestreo: La finca Altamira cultiva variedad típica y caturra. Para el cultivo de caturra no se sigue ninguna técnica específica. Sombrío predominante de guamo y otros árboles. Los cafetos de caturra nunca se les habían aplicado zoca.

Densidad de la masa

Se escogieron 4 árboles que estaban ubicados en distintos puntos de la plantación, separadas a decenas de metros un árbol del otro; luego se procedió a cortar los tallos a una altura aproximada de 30 centímetros del suelo, siguiendo el método de zoca tradicional. Ningún árbol había sido zoqueado. Se escogió un solo eje por árbol. • Se escoge los cafetales a soquear. • Con ayuda de un machete se desrama la planta, dejando el cafetal completamente esquelético. • Con ayuda de un machete se taló el tronco.

Poder calorífico 500 g

Análisis próximo 500 g

Análisis elemental

500 g

Análisis mayor elemento

Análisis menor elemento

Durabilidad mecánica

Total masa requerida

6500 g

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Cuadro 7. Plan de muestreo acorde con la norma cen /ts 14778 finca Alejandría Numero del plan de muestreo: 002



Día: Junio 2009 Número de identificación de lote: 000


Hora: Producto: Plantación de Café tipo Caturra

Teléfono: 316 8928831 Nombre de la finca: Alejandría

Tamaño aproximado nominal superior: Comentarios: Variedad: Caturra. Edad Aprox: 7 años. Distancia Siembra: 1.5 x 1.5 metros Densidad aprox. : 4500 /Ha

Masa o volumen del lote: 1 Hectárea

Masa de la muestra y recipiente

Tipo de lote: Estático: Camión de carga ___ Paquetes pequeños ___ Otros___ Movible: Transportador ___ Silo ___ Otros _X__

Dirección de proveedor: Alcalá, Valle del Cauca

Dirección de transportista: Dirección del Lab: Universidad Autónoma y Univalle

Objetivo de la toma de muestras: Realizar los análisis para determinar las propiedades y características de los tallos de la planta de café como biocombustible solido

Propiedad CEN Método

Masa requerida

Equipo para la muestra: Con ayuda de un serrucho manual se taló el tronco aplicando el método de soca tradicional.

Tamaño de la partícula

Humedad 1500 g

Densidad de la masa

Ubicación del punto de muestreo:

Poder calorífico 1000g

Análisis próximo 1000g

Análisis elemental 1000g

Análisis mayor elemento

Se tomó un grupos de 16 árboles para la muestra con ayuda de un serrucho manual se taló el tronco aplicando el método de soca tradicional. Análisis menor

elemento

Durabilidad mecánica

Total masa requerida

4500g

Las 3 muestras la biomasa obtenida compuesta por tallos, presenta un color café oscuro, no se ve atacada por insectos, los tallos son delgados presentan un diámetro de promedio de 6 cm. Para mejor entendimiento en esta investigación se catalogará los tipos de muestras obtenidos en Tipo A, Tipo B y Tipo C, clasificando a la muestra traída de Café Granja la Esperanza como la muestra Tipo A, las muestra obtenida de la finca Alejandría como la muestra Tipo B y la muestra de la finca Altamira como muestra Tipo C, a continuación se presentan sus características:

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Cuadro 8. Características de los troncos obtenidos (tipo a, tipo b y tipo c)

Tipo A 11 tallosTipo B 8 tallosTipo C 4 tallos

3 cm - 7 cm 8500 g 15 cm - 120 cm

Cantidad de tallos

3 cm - 5.4 cm 7045 g 94 cm - 112 cm

Diametro de los troncos promedio (cm)

Peso total de los tallos (g)Largo promedio de los

tallos (cm)

1 cm - 8 cm 6500 g 70 cm - 110 cm

Las muestras de tallos de café fueron trasladados desde su lugar de origen hasta la ciudad de Cali resguardándola cuidadosamente de la intemperie y de cualquier otro factor que pudiese alterar los resultados (altas temperaturas, agua). Con los tres tipos de muestras se iniciara los diferentes análisis para determinar las propiedades que tiene la madera de café como fuente de energía renovable, para ello, inicialmente las muestras se deben preparar previamente antes de ser llevadas al laboratorio. 6.3 PREPARACIÓN DE LAS MUESTRAS PARA LOS ANÁLISIS Los diferentes tipos de muestras obtenidas, clasificadas para mejor entendimiento en muestra Tipo A, muestra Tipo B y muestra Tipo C, seguirán los siguientes pasos para la preparación de las muestras para los análisis, cada ensayo presente en esta investigación se hizo por duplicado: 1. Almacenamiento. Los tallos de café (muestra Tipo A, muestra Tipo B y muestra Tipo C) serán almacenados en bolsas distintas, libre de la luz del sol y de lluvias, pero a una temperatura ambiente aproximada entre 29°C y 32°C. 2. Viruteado con canteadora. Se escogió este método puesto que la calidad de viruta obtenida es muy similar al producido por una Chippeadora Forestal. 3. Tamizado – Tamiz Numero 20 –. Utilizando el tamiz número 20 del laboratorio de mecánica de la Universidad Autónoma de Occidente, se obtiene un tamaño de partícula de 1 mm, debido a esto es que se escogió este numero de tamiz ya que la partícula es muy fina, con un tamaño de partícula tipo viruta de aprox. 6mm se dificulta los procesos de análisis de poder calorífico, análisis elemental, próximo y gravimétrico, exceptuando la prueba de humedad en la que se puede utilizar la viruta; el material se introduce al tamiz y durante aproximadamente 3 minutos es sacudido manualmente decantando las partículas más pequeñas por la maya, el proceso se realiza con toda la muestra que será analizada.

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4. Método de cuarteo. Consiste en ir reduciendo la muestra de tamaño y peso hasta obtener la cantidad de materia necesaria para los análisis, este método es el adecuado para obtener sub-muestras al azar, y disminuir el porcentaje de error en los resultados. A continuación se explica los pasos que se siguieron para realizar el método de cuarteo en esta investigación. • Se homogeniza perfectamente la muestra y se forma una torta. Esto se puede lograr de forma manual (Figura 1). • La torta se divide en cuatro partes. Se requiere de extender la muestra sobre una superficie y dividirla en cuatro cuadrantes numerados (Figura 2). • Separar lo cuadrantes opuestos (A y D), y el resto de la muestra se retira (Figura 3). • La nueva muestra se homogeniza nuevamente, se divide la muestra y en esta ocasión se toman los cuadrantes opuestos (B y C) (Figura 4). • Se repiten los pasos hasta obtener la muestra deseada. Figura 2 Método de cuarteo

Figura 3 Método de cuarteo

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Una vez las muestras están preparadas, se llevan al laboratorio para realizar los análisis respectivos. Este método se aplicó en los primeros análisis en el laboratorio de la Universidad Autónoma. Para los análisis realizados en la Universidad del Valle la selección de la sub-muestras se realizó conforme a la norma ASTM aplicada. 6.4 ANÁLISIS FISICOQUÍMICOS Y TERMOGRAVIMÉTRICOS

6.4.1 Prueba de humedad. La prueba que se describe a continuación determina el total de contenido de humedad en un biocombustible sólido, la muestra es sometida a una temperatura de 105 °C y finalmente pesada hasta alcanzar un peso de la masa constante y se determine que la muestra no es capaz de perder más humedad.

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Durante el transcurso de esta investigación se realizaron varias pruebas de humedad para determinar el comportamiento de esta frente al tiempo, las pruebas de humedad fueron hechas para los 3 tipos distintos de muestras con 3 días, 1 mes y 9 meses después de haber sido soqueadas. Estos análisis fueron realizados en el Laboratorio de combustión y combustibles de la Universidad de Valle, y en el Laboratorio de Química de la Universidad Autónoma de Occidente, las muestras fueron preparadas según lo descrito …en el numeral 6.3 … Para estos análisis se tomó en cuenta la Norma ASTM E 871 – 82, dado de que esta investigación se está basando en la norma CEN/TS, se ha procedido a comparar ambas normas la ASTM E 871 – 82 y la CEN/TS 14774-1:2004, concluyendo finalmente que en ambas el procedimiento parte de la utilización de un Horno para el proceso de secado, también la fórmula utilizada para el cálculo final de la Humedad parte de la misma ecuación, por lo tanto se concluye que realizar este laboratorio utilizando otro tipo de norma referente a biocombustibles sólidos, no afectara en ningún momento el resultado o la investigación. 6.4.1.1 Características de los elementos usados en el análisis • Horno por Convección (Universidad Autónoma), equipo de referencia CHN 2000 Leco (Universidad del Valle). • Desecador • Balanza Analítica. • Crisoles (Universidad del Valle), Relojes de Vidrio (Universidad Autónoma). 6.4.1.2 Procedimiento. Se ponen a secar 3 crisoles o vidrios de reloj a 103°C por 30 minutos aproximadamente. Transcurrido ese tiempo pasan a un desecador durante 20 minutos hasta alcanzar la temperatura ambiente. Después de realizar el método de cuarteo para la muestra finamente molida de tallo de café y descrita …en el numeral 6.3 …, se pesan aproximadamente 10 gramos de la muestra para cada recipiente. Los recipientes son pesados sin y con las muestras antes de pasar al horno nuevamente. Una vez en el horno se deja por 16 horas aproximadamente a 103 ºC. Transcurridas las 16 horas, los recipientes pasan al desecador por 20 minutos hasta alcanzar la temperatura ambiente, seguidamente son pesadas en la balanza analítica. Las muestras van nuevamente al horno por 2 horas a 103 ºC y se repite el proceso de pasar al desecador y pesar. El

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procedimiento se repite llevando las muestras al horno por 2 horas hasta que la balanza analítica indique que el peso es constante. Por medio de la siguiente ecuación se determina el valor de la humedad: (m2 – m3) Mar = _____________ x 100 (m2 - m1) Donde: Mar = % de humedad de la muestra a analizar m1 = masa del recipiente vacío. m2 = masa del recipiente con la muestra antes de pasar al horno. m3 = masa del recipiente con la muestra después de pasar al horno. 6.4.2 Prueba de densidad. Muchos métodos y procedimientos para la determinación de una densidad de pellets y briquetas fueron evaluados. La evaluación incluye método estereométrico, métodos basados en el desplazamiento de líquidos aplicando diferentes procedimientos y métodos basados en el desplazamiento con un sólido. Desde los resultados de los pellets y briquetas, queda claro que la aplicación de un método basado en el desplazamiento ya sea líquido o sólido, conduce a una mejora de la reproducibilidad en comparación con un método de estereométrica. Por tanto, en los pellets, la variabilidad de las mediciones depende en gran medida el tipo de combustible en sí. 6.4.2.1 Características de los elementos usados en el análisis • Tallos de café • Balanza • Lastre

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• Balde con agua de densidad conocida 6.4.2.2 Procedimiento. El método que se siguió para la obtención del valor de la densidad de la madera de café fue el descrito en la norma E873.8431-1, para ello se sujetó un lastre a una masa medida de madera de café y se sumergió en un balde con agua. Se midió el volumen desplazado por el tallo. 6.4.3 Análisis próximo y elemental. Para la ejecución de estos análisis se escogieron aleatoriamente 2 tallos de la muestra tipo A, las condiciones en que se encontraban almacenados los tallos y la forma en que se preparó la muestra para los análisis están descritas …en el numeral 8.3 ... De los 3 tipos de muestras se escogió la muestra tipo A debido a que lleva un tiempo óptimo de soqueó (9 meses desde el soqueo), 3 meses más de tiempo que la muestra tipo B. Cabe decir que esto no afecta el resultado de los análisis, puesto que independientemente del tiempo, la muestra tipo A, tipo B o tipo C, provienen de la planta de café. La muestra se llevó a la Universidad del Valle, al Laboratorio de Combustión y Combustibles. Los análisis se realizaron con base en las norma ASTM 5142 para los análisis de humedad, materia volátil y cenizas, ASTM 5373 para los análisis de carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno, ASTM 4239 para el análisis de azufre, ASTM 3172 para el análisis de carbón fijo, pero como ya se mencionó anteriormente, esto no afecta los resultados para esta investigación que se realiza bajo los parámetros de la norma CEN/TS. La finalidad del análisis elemental es conocer la cantidad de elementos que se encuentran en un compuesto orgánico, en este caso la madera de tallo de café. En este tipo de compuesto orgánico se pueden encontrar cantidades de Carbono, Hidrógeno, Nitrógeno, Azufre, Flúor, Cloro y/o Bromo. Los compuestos orgánicos, se caracterizan por su procedencia de la naturaleza viva y aparte de ser los responsables de formar los tejidos de los seres vivos, representan materia prima para la creación de sustancias que mejoran la calidad de vida del ser humano, por ende es necesario conocer sus composición y estructura química. Para el análisis próximo se determina la humedad, cenizas, materia volátil y carbono fijo. En nuestro medio y con fines comerciales e industriales se incluye la determinación del poder calorífico y el azufre, esto equivale a los análisis próximos completos.

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• Características de los elementos usados en el análi sis o Equipo Analizador de Carbono, Hidrogeno y Nitrógeno de la Universidad del Valle referencia CHN 2000 Leco. o Equipo Analizador Termo Gravimétrico de la Universidad del Valle referencia TGA 601 Leco 6.4.4 Prueba de poder calorífico superior (PCS). Se utilizaron 3 tallos de café de la muestra Tipo A, se prepararon siguiendo los pasos descritos …en el numeral 6.3 ... Este análisis de PCS se realizó en el laboratorio de Combustión y Combustibles de la Universidad de Valle. La prueba se basó en la norma ASTM D 5865 – 07A, dado que esta investigación se está basando en la norma CEN/TS, se ha procedido a comparar ambas normas la ASTM D 5865 – 07A y la CEN/TS 14918:2005, concluyendo finalmente que en ambas el procedimiento parte de la utilización de una bomba calorimétrica estandarizada de la misma forma, utilizando ácido benzoico, por lo tanto se concluye que realizar este laboratorio utilizando otro tipo de norma referente a biocombustibles sólidos, no afectará en ningún momento el resultado o la investigación. La capacidad de calor se determina al calentar ácido benzoico en oxígeno con el fin de calibrar la bomba calorimétrica. Una cantidad significativa de la muestra a analizar debe ser quemada bajo las mismas condiciones para obtener resultados precisos. El valor calorífico puede ser usado para calcular el total de contenido calorífico de una cantidad de carbón o coque representado por una muestra; el valor calorífico puede ser usado para calcular el valor calorífico vs. el contenido de azufre a determinar, si el carbón reúne los requerimientos para la industria de combustibles. El valor de poder colorimétrico puede ser usado para evaluar el beneficio de los procesos; el valor del poder colorimétrico puede ser requerido para la clasificación de carbones acorde con la clasificación D 388. Utilizando una balanza analítica, se determinó la cantidad de muestra que se utilizará para hallar el poder calorimétrico. Utilizando crisoles se pesó la muestra. La prueba se realizó dos veces para determinar que no exista variabilidad en los datos arrojados por la bomba calorimétrica. La muestra en los crisoles se introducen en un termo de paredes metálicas que se cierra herméticamente; la

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masa se mezcla con oxígeno a una presión de 450 PSI después de eliminar el aire, para garantizar la total combustión de la muestra. La bomba va instalada en un calorímetro de agua, perfectamente termostatado, y la combustión se inicia mediante ignición con un conductor eléctrico en cortocircuito. El calor desprendido se mide por la elevación de la temperatura del agua del calorímetro, tras realizar los ajustes necesarios para relacionar esta variación de temperatura con el calor desprendido en el proceso. El termo metálico es introducido en un baño dentro del equipo utilizando agua destilada. La temperatura del agua tiene que estar siempre en los valores comprendidos entre 23.90 ºC y 30.10 ºC. En el proceso la bomba genera calor por combustión que pasa al agua (se procura que no haya pérdidas) y se crea un gradiente de temperaturas. Después de 5 minutos la temperatura en la bomba logra estabilizarse. • Características de los elementos usados en el análi sis • Bomba calorimétrica AC-350 LECO (Figura 6) • Acido benzoico para calibrar el equipo • Crisoles de platino • 0.6059 g de polvo de madera de café • Balanza analítica 6.4.5 Poder calorífico inferior (PCI). Cuando se realizan pruebas en un laboratorio para determinar el poder calorífico, ésta se realiza a presiones muy altas, lo que genera que el hidrógeno y el oxígeno liberado se condensen liberando energía, lo que incrementa el valor del poder calorífico del componente orgánico a analizar. Este escenario no se observa a nivel industrial como por ejemplo en una caldera, en el hogar, la presión es muy baja lo que no genera la liberación de energía de los elementos ya mencionados, es por eso que para nivel industrial es recomendable trabajar con el valor del poder calorífico inferior que en síntesis lo que hace es restar el porcentaje de humedad e hidrógeno encontrado.

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Figura 6. Bomba calorimétrica

Fuente: COMITÉ EUROPÉEN DE NORMALISATION. Biofuels. Method for the determination of calorific value. CEN/TS 14918:2005 [en línea]. Estocolmo: SIS, 2005 [consultado en abril 2010] p.9. Disponible en Internet: <http://isotc.iso.org/livelink/livelink?func=ll&objId=7946224&objAction=browse&sort=name> 6.4.6 Prueba termogravimétrica. Este análisis muestra los cambios de la masa en función de la temperatura en intervalos de tiempo. El cambio de peso en rangos específicos de temperatura proporciona indicaciones sobre la composición de la muestra y estabilidad térmica, demostrando cómo se comporta la biomasa en función del peso y de la temperatura, es decir como varía el peso a determinada temperatura. Para este análisis se inició con una temperatura de 10 ºC la cual aumenta a intervalos de 10ºC cada minuto llegando así hasta los 800ºC en 80 minutos. La muestra se llevó a la Universidad del Valle, al Laboratorio de Combustión y Combustibles. Los análisis se realizaron con base en la norma ASTM E 1641. • Características de los elementos usados en el análi sis Equipo de la Universidad del Valle SDT 2960 Simultáneo DSC-TGA TA Instrument.

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6.5 PROCESO PARA FABRICACIÓN DE PELLETS

A continuación se recreará algunos de los diferentes procesos para fabricar pellets. Como en Colombia no se encontró referencia de alguna empresa constituida que produzca pellets, se acudió a fuentes en Internet para poder determinar el proceso y además se utilizaron máquinas a pequeña escala para determinar un porcentaje de desperdicio para aplicarlo más adelante en el balance de masa. 6.5.1 Astillado. Para simular a escala de laboratorio cada de uno de los procesos para la fabricación de pellets a nivel industrial y determinar un porcentaje de desperdicio, se utilizaron los tallos Tipo B que llevaban un tiempo de soqueo de 8 meses. En total se astillaron 12 tallos, el almacenamiento de estos es el mismo descrito …en el numeral 6.3 … Los 12 tallos se dividieron y se virutearon en la maderera MADERKIN ubicado en el corregimiento de Pance. 6.5.2 Molino de martillo. Para simular a escala de laboratorio cada de uno de los procesos para la fabricación de pellets a nivel industrial y determinar un porcentaje de desperdicio, se decidió utilizar las muestras tipo B que fueron subdividas en B1, B2 y B3 para este caso, la muestra B1 se encontraba viruteada previamente. Las muestras B2 y B3 se tomaron de mezclar toda la materia viruteada …en el numeral 6.5.1 … y haber realizado el método de cuarteo. Todo esto con el fin de obtener mejores resultados. El molino de Martillos de referencia TRAPP TRF 300 (Figura 7) utilizado pertenece al laboratorio de Ingeniería Química de la Universidad de Valle, con este equipo se recreo el proceso utilizado comúnmente en las fábricas de Pellets, esto dará un acercamiento de que tan óptima puede ser la máquina para disminuir el tamaño de partícula de la muestra.

Cuadro 9. Características de la máquina

ModeloPotencia

(CV)Rotacion

(rpm)Capacidad

maximaTRAPP TRF

3002 - 3 3600

600-1000 Kg/Hr

Fuente: TRAPP LTDA. Manual de Instrucciones. [en línea]. Jaraguá do Sul, Brasil: La empresa, Julio 2009 [Consultado en Abril de 2010]. p. 22-23. Disponible en Internet: http://www.trapp.com.br/site/uploads/26820c096345b608b7c1162db3d03228.pdf>

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Figura 7. Molino de martillos TRAPP TRF 300 6.5.3 Tamizaje. Este proceso se realizó con el fin de determinar el tamaño de partícula óptimo para la fabricación de pellets. En esta ocasión se siguió la norma CENT/TS 15149-2:2006 – Método para la determinación de partícula -. Las muestras que se tamizaron fueron las utilizadas en el proceso de reducción de tamaño descrito en el punto anterior. Para este ejercicio se utilizo el ROTAP de la Escuela de Ingeniería Química de la Universidad del Valle, se utilizaron los tamices No 4, 10, 30, 40, 60 y 200, ver figura 8. Figura 8. Rotap

Fuente: COMITÉ EUROPÉEN DE NORMALISATION. Solid biofuels. Methods for the determination of particle size distribution. Part 2. CEN/TS 15149-2:2006 [en línea]. Estocolmo: SIS, 2006 [consultado en abril 2010] p.7. Disponible en Internet: <http://isotc.iso.org/livelink/livelink?func=ll&objId=7946224&objAction=browse&sort=name>

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Donde: 1 Indica la dirección en que se incrementa el diámetro de los agujeros 2 Indica el tamiz en donde se adiciona el material 3 indica la dirección de flujo de material

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7. RESULTADOS

7.1 PRUEBA DE HUMEDAD En el cuadro 10 se presentan los resultados del análisis de humedad hechos a los diferentes tallos. Cuadro 10. Prueba de humedad

3 D ias1 mes

Muestra Tipo CMuestra Tipo C

Días Transcurridos despues del soqueo

Tipo de Muestra Porcentaje de Humedad

PRUEBAS DE HUMEDAD

34,711,53

7.1.1 Conclusión. Después de hacer las pruebas de humedad para tallos de madera de café con un tiempo mínimo de 3 días y un máximo de 9 meses después del soqueo, se concluye que la madera de café en viruta tiende a perder humedad fácilmente. Las muestras fueron dejadas a la intemperie recibiendo la luz solar y protegiéndolas de la lluvia. Estos datos pueden servir para una futura investigación, con el fin de hacer las curvas de velocidad de secado para madera que se seca al sol, ya que si el tiempo es corto puede dar lugar a suprimir el uso de un secador rotativo que es comúnmente utilizado en la industria de los pellets. De acuerdo con los resultados que se presentan en el anterior cuadro, parece ser que el tiempo mínimo de secado sin ayuda de una máquina es de 1 mes. También es importante resaltar que la humedad inicial de la madera de café es más baja comparada con otro tipo de residuos como el bagazo, que tiene una humedad cercana al 50%. La desviación estándar indica la humedad presente en los tallos de café analizados. 7.2 PRUEBA DE DENSIDAD En este ensayo se utiliza un tronco de madera de café seleccionado aleatoriamente de las muestras soqueadas tipo A. Tanto el tallo como el lastre se pesan en la balanza, luego se ata al tallo y se sumerge dentro del balde, arrojando los siguientes resultados:

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Cuadro 11. Peso del tallo y lastre para determinar la prueba de densidad MADERA (peso aire)

LASTRE (peso aire)

LASTRE (peso en agua)

MADERA Y LASTRE (Peso en agua)

93.29 gr. 918.45 gr. 796.51 gr. 770.33 gr. Para determinar la densidad se utilizó la siguiente ecuación, donde: • M : Masa de la muestra de la madera • L : Masa del lastre • Ls : Masa del lastre sumergido • MLs : Masa del lastre y la madera sumergido. • ρ : Densidad de agua • Al : Masa del agua desplazada por el lastre • Aml : Masa del agua desplazada por el lastre y la madera juntas • Vl : Volumen del lastre = Volumen del agua desplazada por el lastre • Vlm : Volumen de la madera y el lastre juntas = Volumen del agua desplazada por el lastre y la madera juntas • Vm : Volumen Madera • ρm : Densidad Madera

La densidad del agua es de conocimiento común, la cual es ρ = . Por

medición directa con la balanza de precisión, se obtuvo que: • M = 93,29 g • L = 918,45 g • Ls = 796,51 g • MLs = 770,33 g

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El volumen de la madera se halló mediante los siguientes cálculos: Al = L – Ls = 918,45 g – 796,51 g = 121,94 g Aml = M + L – MLs = 94,29 g + 918,45 g – 770,33 g = 241,41 g

Vl = = = 121,94 cm3

Vlm = = = 241,41 g cm3

Vm = Vlm – Vl = 241,41 cm3 – 121,94 cm3 Vm = 119,47 cm3 Por lo cual la densidad de la Madera del café seria:

ρm = = = 0,7808

Conociendo la densidad de la madera de café se podrá determinar cuánto será la densidad de los pellets. Este dato servirá para calcular con base en el volumen encontrado, el espacio necesario para el almacenamiento o la capacidad en volumen que deben tener los empaques dependiendo también de los kilos a entregar; de la misma forma conociendo que volumen ocuparán los pellets se podrá determinar qué cantidad de estos pueden ser utilizados en calderas teniendo en cuenta la capacidad de la parrilla. 7.3 ANÁLISIS PRÓXIMO En este cuadro se puede observar la cantidad en porcentaje de Humedad, Materia volátil, cenizas, carbono fijo y azufre contenida en la madera del tallo de café.

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Cuadro 12. Resultado análisis próximo elaborado par a la madera de tallo de café

En Base Humeda En Base Seca11,4473,63 83,142,03 2,2912,9 14,577540 85140,06 0,07

Poder Calorifico (BTU/Lb)Azufre (%)

AnalisisHumedad (%)Materia Volatil (%)

Carbon fijo (%)Cenizas (%)

7.3.1 Humedad. La muestra tipo A, con 9 meses de haber sido soqueada, presenta un 11.44% de agua, lo que la hace óptima para fabricar pellets, este mismo resultado varia tan solo un 0.09% en la muestra Tipo C llevada al laboratorio con 1 mes después de ser soqueada que se presenta en el cuadro 10. Estos resultados son satisfactorios ya que la madera de café al ser expuesta bajo la luz solar, tiende a perder humedad rápidamente, comparado en el cuadro 13 con la guadua, la leña y el aglomerado, que tienen altas propiedades higroscópicas al atraer y absorber la humedad fácilmente del ambiente. Cuadro 13. Análisis próximo para otras biomasas

Cisco Guadua Aglomerado Leña CarbonMadera de

caféAnalisis Proximo

Seco al Aire Seco al Aire Seco al Aire Seco al Aire Seco al Aire Seco al aire

Humedad % 10.91 12.49 20.24 12.81 2.48 11.44Materia Volatil %

72.83 65.75 64.85 69.95 29.65 73.63

Cenizas % 1.98 8.36 1.92 1.00 23.20 2.03

Carbon fijo % 14.28 13.40 12.99 16.24 44.67 12.9

Poder Calorifico (BTU/LB)

7509 6795 7149 7670 10875 7540

Azufre 0.03 0.39 0.06 Fuente: UNIVERSIDAD DEL VALLE, Laboratorio de Combustión y Combustibles, Cali, Colombia, 2010. 7.3.2 Cenizas. Con un 2.03% de cenizas, hace de la biomasa un biocombustible óptimo, ya que favorece los costos de operación y disponibilidad de equipos. Por el bajo contenido de cenizas los equipos no tendrán problemas de formación de costras o escorias. Además indica la combustión casi total de la biomasa, en este

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aspecto la madera de café tiene uno de los valores más bajos comparados con otro tipo de biomasa como el cisco y el aglomerado, como se observa en el cuadro anterior. 7.3.3 Carbón fijo. Es la parte que no es volátil y se quema en estado sólido, es decir que un 12.9% es una fracción residual del carbón, se calcula una vez el proceso de combustión termina, al residuo que queda, se le restan las cenizas para poder conocer el porcentaje de carbón fijo. Evaluando el porcentaje de contenido de carbón fijo, podemos notar la gran ventaja que el carbón tiene sobre la madera de café y sobre las demás analizadas, pero este gran porcentaje puede ser desfavorable ya que una gran cantidad de carbón fijo en un compuesto orgánico puede significar problemas al momento de realizar el proceso de ignición puesto que no permite al aire penetrar en medio de las partículas, lo que genera demora en la combustión del mismo. 7.3.4 Materia volátil. Las materias volátiles son desprendimientos gaseosos de la materia orgánica. Durante el calentamiento exigido por la norma, estos desprendimientos pueden ser de, sulfuros de hidrógeno, metano, amoniaco, benceno, tolueno, naftaleno y vapores alquitranes. Para el análisis con madera de tallo de café el porcentaje de materia volátil es de un 73.63% comprendido por agua, hidrógeno, dióxido de carbono y monóxido de carbono, este valor indica que la madera de tallo de café tiende a realizar la combustión más fácilmente con una llama larga y sin necesidad de ser precalentada. Dada la explicación del alto contenido de carbón fijo en el carbón se entiende la baja cantidad de material volátil presente en este, esto corrobora que este tipo de combustible fósil es menos reactivo necesitando más tiempo para realizar la ignición, comparado con la madera de café la cual la hace mas reactiva respecto a los demás materiales que se presentan en el anterior cuadro. 7.3.5 Azufre. La cantidad de azufre se debe determinar ya que puede formar compuestos corrosivos en calderas tales como costras y escorias. Además forma gases venenosos que contaminan el ambiente, por tanto la biomasa de madera de tallos de café con un 0.06% de contenido de azufre la hace amigable con el ambiente, y útil en cualquier tipo de equipo. 7.3.6 Poder Calorífico. El resultado de este análisis no varió comparado con la muestra tipo A que se llevó inicialmente solo para este análisis, mas sin embargo es importante determinar el valor del poder Calorífico inferior ya que ese es el valor utilizado por la industria. El poder calorífico de 7540 BTU/Lb de la madera de tallo de café hace de la biomasa un producto competitivo en el mercado ya que se encuentra en el mismo rango que el cisco y se puede corroborar en el cuadro 16,

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En Base Hum eda En Base Seca11.4 444.0 6 49.752.03 2 .294.18 4 .720.97 1 .100.06 0 .07

37.2 6 42.07Oxigeno (%)

Nitrog eno (%)Azufre (%)

AnalisisHum edad (%)Carbono (%)

Hidrogeno (%)Cenizas (%)

el tipo de biomasa leñosa tiende a tener un poder calorífico tanto superior como inferior muy similar, manejando un rango de 3000 a 5000 kilo calorías, pero aunque el carbón sea quien tenga un alto poder calorífico le hace perder ventaja el solo hecho de que sea menos reactivo. 7.4 ANÁLISIS PRÓXIMO Y ELEMENTAL Al tratarse de un compuesto orgánico mediante la acción de los rayos ultravioleta durante el proceso de la fotosíntesis: el gas carbónico y el oxígeno tomados de la atmósfera y el agua, el amoníaco, los nitratos, los nitritos y fosfatos absorbidos del suelo se transforman en azúcares, alcoholes, ácidos, ésteres, grasas, aminoácidos, proteínas, etc. De acuerdo con los resultados que se presentan en el cuadro 14 se observa que los tallos de café al tener una alta cantidad de carbono como elemento y oxígeno, se puede preveer que se trata de una muestra reactiva, altamente combustible y de fácil ignición. Cuadro 14. Resultado análisis elemental elaborado p ara la madera de tallo de café 7.5 PRUEBA DE PODER CALORIMÉTRICO SUPERIOR (PCS) El peso de las muestras a evaluar dentro de los crisoles se indica en el siguiente cuadro: Cuadro 15. Características de los crisoles CRISOL 1 (cont enido madera de café en polvo)

CRISOL 2 (contenido madera de café en polvo)

0.3044 g 0.3015 g

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Utilizando la siguiente fórmula se determinó el poder calorimétrico: Q = UA ∆∆∆∆T En donde: • U = constante conocida tras la calibración de la bomba calorimétrica (Btu/H F sq.ft ) • A = constante conocida tras la calibración de la bomba calorimétrica (sq.ft) • ∆T = diferencia logarítmica arrojada por la bomba calorimétrica en °F • Q = Poder Calorífico del ACIDO BEZODICO, sustancia conocida que se usa para la calibración del equipo (Btu/H) Para calcular el poder calorimétrico de la muestra, dado que las constantes U y A son ya conocidas por la bomba Calorimétrica tras su calibración, no resta mas que calcular la diferencia entre la temperatura inicial y la temperatura final, estos valores son deducidos por la bomba directamente. El crisol 1 arrojó un resultado preliminar, el proceso se repitió para el segundo crisol, los resultados fueron los siguientes. Cuadro 16. Resultados arrojados por la bomba calori métrica para la muestra tipo A CRISOL 1 (valores obtenidos del poder calórico)

CRISOL 2 (valores obtenidos del poder calórico)

4131.8 cal/g 4138.5 cal/g Al no encontrarse variabilidad en ambos ensayos, no hubo necesidad de repetir el análisis con más muestras de polvo de madera de café. El resultado final que arrojó el análisis es el siguiente: 7540 BTU /LB

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Se concluye que el valor del poder calorífico superior que posee la madera de la planta de café cuando está en estado libre de humedad, da la idea de que tan competitivo llegaría a ser el producto en pellets. Esta es una primera prueba a simple vista ya que el valor que se debe de tomar en cuenta es el del poder calorífico inferior, aunque el valor no varía mucho entre ambos cálculos (PCI y PCS), es el inferior, aquel que la mayoría de las empresas toman en cuenta al momento de la compra de un combustible. En el transcurso de esta investigación se presenta el valor del poder calorífico inferior tras realizar el análisis elemental. 7.6 PODER CALORÍFICO INFERIOR PCI Una vez se conoce la cantidad de humedad e hidrógeno en la muestra se procede a calcular el PCI siguiendo la fórmula: PCI = PCS (Kg Caloría / Kg) – 5.85 (9 * % Hidrógeno ÷ 100 + % Humedad ÷ 100) Reemplazando en la fórmula: 7540 BTU/ Lb ÷ 1.8 = 4188 Kg Cal / Kg PCI = 4188 Kg Cal / Kg – 5.85 (9 * 4.18 ÷ 100 + 11.44 ÷ 100) PCI = 4185 Kg Cal / Kg El valor del poder Calorífico inferior no varía mucho del superior, lo que aun mantiene al producto con un alto valor competitivo comparado con otro tipo de biocombustible como se puede observar en el cuadro 17 a continuación se puede ubicar a la madera de la planta del café como un producto con alto índice de poder calorífico, superando al carbón de la zona sur de Colombia. La biomasa tipo madera proveniente del tallo de café presenta una humedad al momento de ser analizada del 11.44% lo que la ubica en el grupo con contenido de humedad del 10%, ubicándose con un poder calorífico mas alto que la cáscara de arroz, el cacahuate entre otros.

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Cuadro 17. Poderes caloríficos de diferentes tipos de biomasa

PCI PCS0 10 15 0

4060 3630 3300 44203700 3310 3090 4060

0 20 40 0

4200 3280 2310 45604240 3190 2135 4600

0 20 40 0

4590 3590 2550 49504240 3310 2340 4600

4670 3650 2650 50304310 3370 2380 4670

0 10 15 0

4400 3940 3690 47604140 3710 3470 4500

4570 4090 3830 49303890 3480 3560 4250

3770 3370 3150 41300 15 35 0

4880 4520 3796 48804630 4270 3580 46304870 4520 3780 4870

ConiferasFrondosasContenido de humedad (%)RESTOS AGROINDUSTRIALES

Cascarilla de ArrozContenido de humedad (%)

Cascara de AlmendraCascara de AvellanaCascara de PiñonCascara de Cacauate

Contenido de humedad (%)

RESIDUOS FORESTALES

RESTOS DE CULTIVOS LEÑOSOSSarmientos de vidRamas de poda del olivoContenido de humedad (%)

PODERES CALORIFICOS DE DIFERENTES TIPOS DE BIOMASA

ConiferasFrondosasCortezas

TIPO DE BIOMASAContenido de humedad (%)RESTOS DE CULTIVOS HERBACEOS

Leñas y ramas

PajaTallos de girasol

Frondosas tropicalesPCS: Poder Calorifico Superior en Kcal/KgPCI: Poder Calorifico Inferior en Kcal/Kg

RESTOS DE INDUSTRIAS FORESRALESConiferasFrondosas de clima templado

Fuente: ENERGÍAS RENOVABLES. Energías renovables para todos. Biomasa [en línea]. Madrid: Haya Comunicación [consultado 29 mayo de 2009]. p.4. Disponible en Internet: <http://www.energias-renovables.com/Productos/pdf/cuaderno_BIOMASA.pdf> 7.7 PRUEBA TERMO GRAVIMÉTRICA Como se puede ver en la gráfica 2 del TGA se observa que la línea que indica la pérdida de peso con respecto al tiempo (verde) se encuentra desplazada hacia la izquierda lo cual indica que se trata de un material reactivo lo que se corrobora en el análisis próximo. Con este análisis también es fácil conocer si la biomasa es óptima o no para que funcione en algún determinado tipo de caldera, ya que

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comparando un análisis TGA de una biomasa con el TGA de un combustible utilizado en una caldera, se puede saber si el material a comparar es viable o no para ser quemado por el equipo. Por esta razón se comparó el TGA de la madera de café con el TGA de arcilla de la empresa Ladrillera Santa Helena. Claramente se puede observar como en la grafica 3 la línea de peso (verde) se encuentra desplazada más hacia la derecha indicando que la biomasa analizada no es muy reactiva y se puede observar también en el transcurso de la línea un progreso lento del material para perder peso, lo que indica que la muestra en cuestión no se quema completamente.

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Figura 9. Diagrama termogravimétrico madera de café

77

Figura 10. Diagrama termogravimétrico arcilla

Fuente: UNIVERSIDAD DEL VALLE, Laboratorio de Combustión y Combustibles, Cali, Colombia, 2010.

-0.05

0.00

0.05

0.10

0.15

0.20

Der

iv. W

eigh

t (%

/°C)

80

85

90

95

100

Wei

ght (

%)

0 200 400 600 800 1000

Temperature (°C)

Sample: LADRILLERA SANTA HELENA CPMLSize: 21.6669 mgMethod: Lodos-Carb_nComment: BASE

DSC-TGAFile: D:...\CS0117-01Operator: LCCRun Date: 24-Sep-09 21:06

Universal V2.5H TA Instruments

78

7.8 ESPECIFICACIONES PARA LOS PELLETS DE MADERA DE CAFÉ SEGÚN NORMA CEN TS 14961 En el cuadro 18 muestra las especificaciones de los pellets elaborados a partir de los tallos de café como subproducto después de realizar el soqueo, según la norma CEN TS 14961, conocer las especificaciones es un requisito indispensable si se piensa en exportar los pellets a países Europeos, de esta forma se le da confianza al cliente de la calidad de pellets que está adquiriendo, esta tarjeta debe de ir anexa en la declaración de calidad para los pellets. Los valores de Humedad, Cenizas, Nitrógeno, Poder Calorífico y Sulfuro se sacaron de los resultados obtenidos en el Análisis próximo y elemental, las dimensiones de los pellets se obtuvieron según lo expuesto en el cuadro 4, finalmente según las investigaciones realizadas se concluyó que no es indispensable agregar algún tipo de aditivo a los pellets puesto que la lignina con ayuda del calor actúa como un pegante natural que sella los pellets y les da el brillo que comúnmente los caracteriza. Cuadro 18. Especificaciones para los pellets de mad era proveniente de los tallos de café según la norma CEN/TS 14961

S0.0504185 Kg Cal / Kg

1.2.1.1 Residuos de madera sin tratamiento quimico con corteza

No contiene ningun tipo de aditivos puesto que trata de un producto que viene de una biomasa forestalN0.5

A1.5Solo para biomasa tratada quimicamente

Nitrogeno en base seca

PelletsD06M15

Aditivos % en la masa

Forma de comercioDimensiones en mm

Origen

INFORMATIVO

NORMATIVO

Sulfuro en base secaPoder Calorifico neto

HumedadCenizas en base secaImporte de multas

Para interpretar los datos expuestos en la tarjeta, se debe acudir a el cuadro 4, en el caso de la Humedad M15 se interpreta según el cuadro 4 de la siguiente manera, M15 (≤ 15 %) lo que significa que los pellets tienen que tener un contenido de humedad que va desde 0.0 hasta un 15%, no mayor a este porcentaje, dado que los análisis arrojaron un porcentaje de humedad de 11.53%

79

el cual no varió para la muestra con 9 meses, aplica en esta categoría, ya que los pellets no se comercializarían con un porcentaje de humedad mayor a un 15%. 7.9 ASTILLADO Los tallos fueron pesados antes y después de ser llevados a la maderera MADERKIN en donde pasaron por una canteadora, durante el proceso no se observó mucha pérdida del material. Ver cuadro 19 a continuación. Cuadro 19. Peso de tallos antes y después del astil lado

TALLOS PESO TALLOS INICIAL KgPESO TALLOS FINAL KgDIFERENCIATallos 1-4 1,58 1,4 0,18Tallos 5-8 1,19 1,15 0,04Tallos 9-12 1,1 0,85 0,25Peso Total 3,87 3,4 0,47Diferencia

Desviacion estandar% Aprox desperdicio

0,47 Kg

12 % desperdicio1,16

El porcentaje de desperdicio arrojado por la astilladora fue del 12%, esto se debió a que mientras se astillaba el tallo, algunas partículas saltaban al contacto con el disco de corte, mas sin embargo se considera que la pérdida fue mínima. Esto es lo más parecido que se pudo encontrar al proceso de una Chippeadora, ya que el tamaño de viruta arrojado es de aproximadamente 25 mm (Figura 8). La desviación estándar indica el peso final después de astillado de todos los tallos de café. Figura 11. Madera de café astillada

80

7.10 MOLINO DE MARTILLO El peso de cada muestra que se obtuvo después de aplicar el método de cuarteo como se muestra en el cuadro 20: Cuadro 20. Pesos de las muestras antes de pasar por el molino

Tipo de Muestras Peso (gramos)Bolsa B1 677,5Bolsa B2 354,4Bolsa B3 359,5

El molino de Martillos incluye entre sus accesorios cribas de diferentes diámetros. A nivel industrial la criba va aparte del molino de martillo; para este ejercicio se decidió usar la criba de 3 mm ya que es la que más se ajustaba al tamaño de partícula que se necesitaba. Las muestras B1, B2 y B3 se encontraban en bolsas diferentes, se empezó con la muestra B1, se introdujo por el embudo ubicado en la parte de arriba del molino de martillo, el material iba bajando con ayuda de la vibración de la máquina. En la boca de salida ubicada en la parte inferior de la máquina se dispuso de un balde para recibir el material triturado, el proceso por bolsa duró aproximadamente 10 minutos. Una vez el proceso se terminó (Figura 9), se procedió al pesaje de cada una de las bolsas, el resultado se muestra en el cuadro 21 a continuación: Cuadro 21. Resultados después de pasar las muestra s por el molino de martillo

Muestras

Peso antes de pasar por

el molinoGramos

Peso despues de pasar por el

molinoGramos

DiferenciaDesperdicio

por bolsa procesada

promedio desperdicio molino de martillo

Bolsa B1 677,5 658,3 19,2 35,29Bolsa B2 354,4 300,5 53,9 6,58Bolsa B3 359,5 329 30,5 11,79

17,88

81

El porcentaje de desperdicio arrojado por la máquina de molino de martillo fue del 17.88%. Esto se debió probablemente a que mucha viruta saltaba cuando entraba por la boca de alimentación, ya que la propia fuerza de los martillos desplazaba algunas partículas hacia el exterior. Figura 12. Madera de café después de pasar por el Molino 7.11 TAMIZAJE El material es introducido en el primer tamiz (No 4), este junto con los demás son puestos sobre el Rotap que se encarga de generar movimientos vibratorios, se tapa y se coloca una especie de martillo que ayuda a que las partículas caigan, la máquina se enciende y el proceso inicia con una duración de 3 minutos por tamizado. Una vez concluido este procedimiento para cada una de las bolsas con las muestras, se procede al pesaje y a llenar el cuadro a continuación. Cuadro 22. Resultados del tamizaje

Numero de tamiz

Fraccion de masa de la muestra B1

Gramos


Gramos


Gramos

Total de fraccion de

masas de las muestras B1,

B2 y B3Gramos

Porcentaje de fraccion

4 0 0 0 0 0,0010 115,6 51,3 71,9 238,8 18,6630 409 192,3 198,9 800,2 62,5240 69 32 30,1 131,1 10,2460 30,6 15 16 61,6 4,81liso 27,7 9,4 11,2 48,3 3,77

Total de masa

651,9 300 328,1 1280 100

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Del análisis granulométrico que se presenta en el cuadro anterior se concluye que el tamiz que retuvo mayor porcentaje de materia es el No 30 (figura 11), es decir que el tamaño de partícula que se usará para la producción de pellets debe ser no mayor a 0.5 mm (milimetraje del tamiz). Para la compra del tamiz industrial se debe tener en cuenta el tamaño del poro de la criba. Además el 18.66% del material que se retuvo en el tamiz No 10 (figura 10), servirá como el porcentaje de recirculación que se utilizará para el balance de masa ya que el tamaño de partícula es 1.68 mm, por lo tanto según el proceso este porcentaje debería de ir al Molino de Martillo para ser reprocesado. Figura 13. Capa número 10 del tamiz

Figura 14. Capa número 30 del tamiz

83

Una vez concluido los análisis siguiendo las normas CEN/TS y conociendo las características de la madera de café como biocombustible sólido se pasa a la etapa de evaluación tecnoeconómica en donde se espera concluir si es rentable o no montar una planta de pellets en la región, abasteciéndose principalmente de tallos de café después del soqueo. También se aplicará parte de la norma CEN/TS 15236:2006 fuel quality assurance, para el transporte y almacenamiento de los pellets. Como se mencionó en el planeamiento del problema, esta investigación se enfoca principalmente en la biomasa generada por la renovación por soca de las grandes fincas caficultoras. La mayoría de ellas se ubican en regiones de Yotoco, Restrepo, Sevilla, El cairo, El águila, Tulúa, Darién, la mayoría de los cultivos son tecnificados y el soqueo por hectárea se realiza anualmente. Cuadro 23. Datos de hectáreas cafeteras en el valle del cauca

Variedad TecnificadaTotal

2514528014

Variedad

5000 Arboles X hectarea4744 Arboles X hecatrea

Hectareas Densidad

2869 2500 Arboles X hectareaVariedad Tipica

Fuente: Ingeniero Agrónomo Alejandro Patiño, Federación Nacional de Cafeteros de Colombia, Sucursal Valle del Cauca, 2010. De acuerdo con la información suministrada por el ingeniero agrónomo Alejandro Patiño (Federación Nacional de Cafeteros de Colombia, Sucursal Valle del Cauca, entrevista realizada, 2010) el soqueo se realiza en las temporadas secas que comprenden los meses de Enero a Febrero y de Junio a Agosto, teniendo una de estas dos temporadas para soquear en el año. Las 28014 hectáreas están repartidas entre 1250 grandes caficultores con más de 10 hectáreas, esto quiere decir que las 28014 hectáreas están conformadas con un promedio de 23 hectáreas por caficultor. A medida que se fue realizando esta investigación, se simuló el proceso de producción de los pellets utilizando elementos que recrean el proceso como se demostró anteriormente. Con base en los datos que se recogieron a nivel de laboratorio se estimarán los costos necesarios para abrir una planta de pellets a nivel industrial lo mas económicamente posible.

84

7.12 BALANCE DE MASA Con el balance de masa además de ayudar a evaluar las pérdidas, permite establecer las dimensiones de los equipos, sus costos y determinar la cantidad de producto a escala Industrial. Según los datos suministrados por la Federación Nacional de Cafeteros, en el Valle del cauca hay 28014 Hectáreas de grandes caficultores, cada caficultor soquea la 5 parte de una plantación en el año, por lo tanto 28014 Ha /5 = 5602 Hectáreas soqueadas al año en el Valle del cauca. Según Álvarez y Martínez, cada hectárea produce 17.43 toneladas22, entonces las 5602 hectáreas soqueadas al año en el valle producirían 5602 Ha X 17.43 T/Ha = 97642.86 toneladas al año de tallos de café. Para elaborar el balance de masa se requiere conocer los procesos, por lo que se realizó un diagrama de procesos que se muestra en la gráfica 3. Se tomó una base de cálculo de 5 toneladas por hora, ya que es la cantidad mínima para la que se encuentran equipos a nivel industrial. Para calcular los desperdicios arrojados por la maquinaria se tomaron los datos obtenidos a nivel de laboratorio.

22 ÁLVAREZ-HERNÁNDEZ, Jairo R y MARTÍNEZ TOVAR, Diana Goretty. Aprovechamiento de la energía calórica de estufas campesinas para el secado del café. En: Avances Técnicos. Cenicafé. Diciembre, 2007. no.366, p. 2.

85

Figura 15. Diagrama de procesos

86

Figura 16. Balance de masa para la fabricación de p ellets 5 toneladas de madera soqueada de café con 34.70% de humedad Perdidas (12%) 0.6 ton. de astillas 4.4 ton. de astillas 34.70% Hum. Masa evaporada (23.20%) 1.0208 ton agua 3.38 ton. de astillas 14.97%Hum.

0.2992 ton. alimentación quemador de secador

3.08 ton. de astillas 14.97% Hum.

Perdidas (17.88%) 0.55 ton de astillas

2.53 ton. de astillas 14.97%Hum

Material a re-proceso (18.66% Retenido1 capa) 0.47 ton de astillas

2.06 ton. de astillas 14.97% Hum

2.06 ton. de astillas 14.97% Hum

Perdida (0.08%) 0.0016 ton, de astillas 2.06 Toneladas de Pellets por hora con 14.97% Hum.

Astillado

Reducción de Tamaño

Cribado

Pelletizado

Secado

Almacenamiento

Almacenamiento

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7.12.1 Análisis del balance de masa. Como se observa en el Balance de Masa realizado anteriormente, fue calculado teóricamente basándose en la capacidad mínima encontrada en las máquinas necesarias para la producción, con 5 toneladas por hora, 3120 toneladas mes y 37440 toneladas anuales requeridas de materia prima, inicialmente, la cantidad de biomasa soqueada abastece la necesidad requerida para el proceso de pellets, pero como se muestra en el balance, 5 toneladas procesadas de madera de café genera 2.06 toneladas de pellets, esto se debe a que durante todo el proceso se genera un 58% de pérdidas de material y del agua evaporada en el secado, más este porcentaje debe de tomarse como teórico, puesto que durante esta investigación, los procesos de Chippeado (Astillado), Reducción de tamaño (Molino de Martillo) y Cribado (Tamiz), fueron recreados a escala de laboratorio con máquinas las cuales no estaban 100% calibradas como es el caso del Molino de martillo de la Universidad del Valle, para los procesos de secado y pelletizado, los porcentajes de desperdicio se asumieron de investigaciones realizadas por la Red Interinstitucional de Tecnologías Limpias23 y diferentes empresas Europeas de Pellets respectivamente. En el proceso de Chippeado como se mencionó, se realizó con una máquina convencional de aserrado que asemejó la astilla a la arrojada por una Chippeadora. Es por eso que las toneladas finales no deben de tomarse como precisas. 7.13 BALANCE DE ENERGÍA PARA EL SECADOR DE ASTILLA S A continuación se presenta el balance de energía para el secador de astillas a biomasa, los datos son teóricos y se basaron en los presentados en la página de Internet de la Organización de Tecnologías Limpias, en donde se realiza un análisis para un secador de astillas de madera que funciona a gas. Cuadro 24. Consumo y cantidad de energía en el seca dor

CONSUMO CANTIDAD

955145.38 BTU/TonCalor entregado a la maderaCalor suministrado al aire de entrada

Calor del aire de salida 54765.846 BTU/Ton4510.38 BTU/Ton

1014421.606 BTU/Ton

Calor entregado a los finos que lleva la madera

23 RED INTERINSTITUCIONAL DE TECNOLOGÍAS LIMPIAS. Balances de masa y energía [en línea]. Colombia: La Institución. [Consultado 11 de marzo de 2010] Disponible en Internet: <http://www.tecnologiaslimpias.org/html/central/331104/331104_eca.htm>.

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Cuadro 25. Consumo y cantidad de energía en el quem ador

56517.100 BTU/Ton1014421.606 BTU/Ton

CONSUMO CANTIDAD 1130342 BUT/Ton 59400.294 BTU/Ton

Calor genereado por el combustible (Pellets)Calor de los gases de combustionPerdidas de calor en las paredes del quemadorCalor suministrado al aire de secado Con base en los datos que se reportan en el cuadro anterior se realizo un balance de energía. El porcentaje de Humedad se estimo con ayuda de información dada por el proveedor de Pellets Wood Line en China. Figura 17. Balance de energía para el secador de as tillas a base de biomasa Consumo de astillas por toneladas de astillas a secar = 0.0068 Ton Gases de combustión 59400.294 BTU/ Ton Aire que recibe Madera seca Las astillas de café 955145.38 BTU/Ton las astill 1014421.606 BTU/Ton Perdidas Finos Biomasa de Perdidas 57465.846 BTU/Ton 4510.38 BTU/Ton madera de café 56517.100 BTU/Ton 1130342 BTU/Ton 7.14 COSTOS DE LOS EQUIPOS 7.14.1 Descripción de los equipos a escala industr ial 7.14.1.1 Chipeadora. El propósito en esta operación es volver los tallos de café en astillas. Según las investigaciones realizadas en fuentes de Internet, este proceso se realiza utilizando una Chipeadora forestal que cuenta con cuchillas,

Cámara de combustión del

secador

Secador

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una boca de entrada que por lo general es más ancha que la de salida. Existe gran variedad de estas maquinas en el mercado, para nuestro caso utilizaremos una Chipeadora fija, que funciona con energía eléctrica (Figura 12). Figura 18. Chipeadora BX213 Model Wood Chipper Fuente: WOOD PELLET LINE (Shanghai). Datos sobre equipos. [correo electrónico]. Marzo 2010. Comunicación personal. Las características de este equipo son las siguientes: • Capacidad: 3-5 toneladas/ hora • Tamaño de partícula final: aprox. 25 mm • Consumo de energía: motor eléctrico de 30 KW (40.21 HP) • País de origen: China • La capacidad de la chipeadora es la mínima encontrada en el comercio 7.14.1.2 Secador rotativo. El propósito de esta operación es bajar la humedad de las astillas de madera de café a un 11.44%. Para este propósito el horno rotativo funciona con los gases de combustión generados por un quemador ubicado en un extremo del horno. El secador es de doble chaqueta, esto quiere decir que por el cilindro interno pasarán los gases de combustión y en el externo las astillas a secar junto con una serie de tubos por donde pasa agua para refrigerar el sistema. El horno debe ser levemente inclinado para que las astillas puedan bajar por gravedad y desembocar en un silo de almacenamiento. El agua que circula por el secador para refrigerarlo, es constante ya que una vez se

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condensa pasa a un tanque de condensado donde vuelve a ingresar a la secador, el tiempo de secado es de 1 hora, el secador quema astillas previamente secadas (Figura 13). Figura 19. Secador rotativo Fuente: METSO MINERALS. Fluid Bed and Rotary Dryers & Coolers [en línea]. Helsinki, Finlandia: La Institución, 2004 [Consultado 13 Agosto de 2010]. p.4. Disponible en Internet: <http://www.metso.com/miningandconstruction/MaTobox7.nsf/DocsByID/E97C7EED6478D7D842256B950031A600/$File/Dryers_Coolers.pdf>. Las características de este equipo son las siguientes: • Capacidad: 5 ton/hr • Consumo de energía: motor eléctrico 5HP • Consumo de Biomasa: 150 Lb/Hr astillas • Consumo agua: 2070 lb/hr • País de origen: Colombia 7.14.1.3 Molino de martillos. El propósito de esta operación es disminuir el tamaño de partícula generado por la Chipeadora (Figura 14 B). En el mercado se pueden encontrar gran variedad de molinos de martillos. Su funcionamiento consiste en hacer girar un tambor de acero el cual tiene sujeto los martillos que giran libremente y se encargan de triturar las astillas (Figura 14 A).

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Figura 20. Molino de martillo serie MFSP 56 (A) (B) Fuente: WOOD PELLET LINE (Shanghai). Datos sobre equipos. [correo electrónico]. Marzo 2010. Comunicación personal. Las características de este equipo son las siguientes: • Capacidad: 5.5-6.5 toneladas por hora • Tamaño de partícula final: aprox. 4-5 mm • Consumo de energía: motor eléctrico de 55 KW (73.73 HP) • País de origen: China La capacidad del molino es la mínima encontrada en el comercio. 7.14.1.4 Tamiz o Criba. El propósito de esta operación es separar las partículas de mayor tamaño de aquellas que son ideales para el proceso de pelletizado. Para ello se usa una criba o tamiz industrial el cual funciona con vibraciones (HZ) que mantienen en continuo movimiento la biomasa y deja pasar por los poros de 3 a 50 mm las partículas. Según este proveedor, el cliente puede escoger el tamaño del poro que debe ir en cada capa, para este caso la primera capa debe ser de un poro mas grande, correspondiente al tamiz No 10 el cual retendrá las partículas de mayor tamaño, y la segunda capa al tamiz No 30 que es el que da el tamaño ideal de partícula. Aquellas de gran tamaño se devuelven nuevamente al molino de martillo para ser reducidas (Figura 15).

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Figura 21. Criba Serie SFJH80

Fuente: WOOD PELLET LINE (Shanghai). Datos sobre equipos. [correo electrónico]. Marzo 2010. Comunicación personal. Las características de este equipo son las siguientes: • Capacidad: 4-6 toneladas por hora • Consumo de energía: motor eléctrico de 1.5 KW (2.01 HP) • Capas: 2 • País de origen: China 7.14.1.5 Prensa de pelletizado. Esta es la maquina fundamental para la fabricación de los pellets (Figura 16 A). Consta de una matriz con agujeros de diámetro definido, estos pueden variar dependiendo del diámetro deseado del pellet (Figura 16 C). La biomasa es vertida por la boca de alimentación de la prensa, pasa por la matriz presionada por un rodillo y con ayuda del calor generado por la maquina, la biomasa se comprime y se fija (Figura 16 B y 17).

Amortiguadores Motor

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Figura 22. Pelletizadora Serie GC-MZLH508 Rodillo (B) Matrices (C) (A) Fuente: WOOD PELLET LINE (Shanghai). Datos sobre equipos. [correo electrónico]. Marzo 2010. Comunicación personal. Figura 23. Proceso de pelletizado

Fuente: PELHEAT. [En línea] [Consultado 7 de marzo de 2010]. Disponible en Internet: <http://www.biomasspelletmill.com/> Las características de este equipo son las siguientes: • Capacidad: 2 – 3.5 toneladas por hora • Tamaño del pellet: 4 a 8 mm de diámetro

Rodillo

Prensa

Agujero

Pellet

94

• Consumo de energía: motor eléctrico de 132 KW (176.94 HP) • Diámetro del anillo: 580 mm • País de origen: China Según las investigaciones realizadas por Internet todas estas máquinas deben estar en línea conectadas por una banda transportadora. La producción para esta fabrica será por lotes o discontinua ya que es necesario que el producto pase por un proceso antes de continuar con el siguiente. 7.14.2 Costos de los equipos. Los equipos (Chipeadora, Molino de martillos, Criba y Presa pelletizadora) se cotizaron con la empresa Wood pellet Line proveedora China de maquinaria para pellets, los precios son vigentes para todo el año 2010, el TRM utilizado para realizar la conversión a pesos colombianos fue la del día 13 de marzo de 2010. El Secador rotativo se cotizo con la empresa caleña Termo Vapor Industrial dedicada al alquiler y venta de calderas industriales, intercambiadores de calor y todo lo relacionado con generación de vapor o energía, el valor se cotizo en pesos colombianos. El silo de almacenamiento se cotizo vía Internet en la página OLX.com24. Cuadro 26. Costos de los equipos

EQUIPO CANTIDAD CAPACIDADCANTIDAD A PROCESAR

PRECIO INCLUIDO FOB

DOLARES

PRECIO INCLUIDO FOB PESOS

PORCENTAJE

Chippeadora 1 5 ton/hr 5 ton/hr USD$9,251 $17,512,050 7.47%Secador Rotativo 1 5 ton/hr 4,4 ton/hr $57,420,000 24.51%

Molino de martillo 1 5,5-6,5 ton/hr 4,09 ton/hr USD$15,845 $29,994,426 12.80%Criba 1 4-6 ton/hr 2,72ton/hr USD$3,719 $7,040,029 3.00%Silo 3 5 ton/cu $30,600,000 13.06%

Pelletizadora1 2 - 3,5 ton/hr 2,7 ton/hr USD$48,458 $91,730,509 39.15%

$ 234,297,014Costo total pesos

100%

Como se observa en el cuadro anterior, la máquina más costosa es la Pelletizadora con un porcentaje de 39.15%, como esta es la capacidad mínima

24 OLX.COM.CO. [en línea] [consultado 13 de marzo de 2010] Disponible en Internet: <http://www.olx.com.co/q/silo/c-210>

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encontrada, iniciar la producción con 5 toneladas por hora nos generaría un lote muy económico de pellets utilizando la máquina a toda su capacidad. 7.14.3 Costo por cambio de motor. Anexo a la compra de las maquinas se le debe sumar el valor por realizar el cambio de motor para que puedan funcionar de acuerdo a la potencia eléctrica que se maneja en Colombia ya que en países como China se trabaja con 380 voltios, mientras que en Colombia se maneja 220 voltios, los costos por el cambio se presentan en el cuadro a continuación: Cuadro 27. Costos por cambio de motor

MAQUINAPECIO EN DOLARES

PRECIO EN PESOS

Chippeadora USD$282 $ 523.823Molino de Matillo USD$500 $ 946.495

Criba USD$90 $ 170.369Prensa Pelletizadora USD$1350 2.555.536

Costo total pesos $ 4.206.223 El cambio del voltaje para cada máquina no afecta el consumo de energía que requiere la máquina para trabajar efectivamente. 7.14.4 Proceso de importación y nacionalización. Primero que todo se determino la posición arancelaria de las maquinas a importar (Anexo B). • Se consulto en la pagina del Ministerio de Comercio, Industria y Turismo, Circulares del año 2002, para observar si el tipo de maquinas está sujeto a vistos buenos e inscripciones previas ante entidades como ICA, INVIMA, Ministerio de Minas, de Medio Ambiente, Superintendencia de Vigilancia y Seguridad Privada, Superintendencia de Industria y Comercio o INCODER. • Los precios mencionados anteriormente venían incluidos con el FOB, es decir que el proveedor cubrirá así los gastos de transporte desde la fábrica en Shanghai hasta el puerto marítimo de Shanghai. El costo total por el traslado desde el puerto marítimo de Shanghai hasta el puerto de Buenaventura es de USD $ 1426. La mercancía será transportada en estibas de madera, el volumen de las 4 máquinas en total es de 15.51 m3. La garantía por cada máquina es de 1 año después de que estén en funcionamiento, en el envío se incluyen también partes de repuestos para las máquinas, con sus respectivos catálogos, dado el caso que durante el

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año la máquina falle, las partes requeridas serán enviadas desde la fabrica en Shangai gratis. • En el anexo C se incluye la liquidación de las maquinas, con ayuda de la Sra. Luz Janeth Mejia, Jefe del Departamento de Importaciones de COLOMBINA S.A. • Para el proceso de Nacionalización se debe adquirir el formulario de DECLARACIÓN ANDINA DEL VALOR EN ADUANA por valor de $ 60.000 ya que cada máquina supera los USD$ 5000, también se debe diligenciar el formulario de DECLARACIÓN DE IMPORTACIÓN por valor de $ 60.000, por ser maquinas que están avaluadas en mas de USD$ 1000 debe tramitarse a través de una Sociedad de Intermediación Aduanera (SIA ). • Los documentos necesarios para realizar el trámite de embarque en Shanghai y de nacionalización en Buenaventura son los siguiente: 1. Factura comercial 2. Registro o Licencia de Importación. 3. Declaración de Importación 4. Declaración Andina del Valor en Aduana 5. Lista de Empaque 6. Certificado de Origen (Según el producto y el Origen) 7. Documento de Transporte (Guía Aérea – Conocimiento de Embarque) 8. Otros certificados o vistos buenos, si se requieren. • Finalmente El sistema informático aduanero determina si podrá efectuarse levante automático o sí se requiere inspección física de la mercancía. En el primer caso, podrá retirarse la mercancía una vez sea autorizado por el Depósito o Funcionario Aduanero, en el segundo caso el inspector de la DIAN verificará la concordancia de lo declarado en los documentos con la mercancía para la cual se solicita autorización de levante.

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Resumen de costos por compra, cambio de motor e importación de la maquinaria Cuadro 28. Resumen de costos de maquinaria

Costo total de la maquinaria

Costo total del cambio de motor

Costo Importacion

$ 234,297,014 $ 4,206,223 $ 185,552,609Total $ 424,055,846

7.14.5 Costo de energía. El costo del kilovatio por hora en el municipio de Cartago, según Emcartago25, es de $ 409,98. Para un consumo mayor a 5000 kWh, el cual sería el caso de la empresa, la tarifa mensual por el alumbrado público es de $295.711. 7.14.5.1 Chipeadora. Se tomó como referencia los costos dados por el proveedor para el cálculo del costo de energía. Para la Chipeadora se realizara los siguientes análisis: Energía consumida por el motor durante 1 hora: 30 kw. Costo del kilovatio por hora = $ 409,98 Costo de la energía consumida por una hora es de= $ 12.299 La máquina trabaja turnos de 24 horas, entonces: $12.299 X 24 horas = $295.186 / día X 26 días = $ 7.674.826 mensual. 7.14.5.2 Secador Rotativo. Se tomo como referencia los costos dados por el proveedor para el cálculo del costo de energía. Para el secador rotativo se realizara los siguientes análisis: 5 HP x 746 w / 1HP = 3730 j/s Tiempo en segundos= 60 min =3600 sg Energía consumida por el motor durante una hora: 3730J/ s * 3600 sg=13428000J 13428000 J X ( 1Kw/h / 3.6x105 J ) = 37.3 Kw/h

25 EMCARTAGO. Tarifas de energía [en línea]. Cartago (Colombia): La Institución, Julio 2010 [consultado 12 de Agosto de 2010] Disponible en Internet: <http://www.emcartago.com/images/stories/docs/tarifas2010/energia/energiajul2010.pdf>

98

Energía consumida por el motor durante 1 hora: Costo del kilovatio por hora = $ 409.98 Costo de la energía consumida por una hora es de= $ 15.292 La maquina trabaja turnos de 24 horas, entonces: $15.292 X 24 horas = $367.014/ día X 26 días = $9.542.366 mensual 7.14.5.3 Molino de Martillos. Se tomó como referencia los costos dados por el proveedor para el cálculo del costo de energía. Para la Chipeadora se realizara los siguientes análisis: Energía consumida por el motor durante 1 hora : 55Kw Costo del kilovatio por hora : $ 409.98 Costo de la energía consumida en una hora : $ 22.549 La máquina trabaja turno de 24 horas, entonces: $22.549 X 24 = $ 541.174/ día X 26 días = $14.070.514 mensual. 7.14.5.4 Tamiz o Criba Industrial. Se tomo como referencia los costos dados por el proveedor para el cálculo del costo de energía. Para la Chipeadora se realizara los siguientes análisis: Energía consumida por el motor durante 1 hora: 1.5 kw Costo del kilovatio por hora = $ 409.98 Costo de la energía consumida por una hora es de= $ 615 La maquina trabaja turnos de 24 horas, entonces: $615 X 24 horas = $14.759/ día X 26 días = $ 383.741 mensual 7.14.5.5 Prensa Pelletizadora. Se tomó como referencia los costos dados por el proveedor para el cálculo del costo de energía. Para la Chipeadora se realizara los siguientes análisis: Energía consumida por el motor durante 1 hora: 132 kw

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Costo del kilovatio por hora = $ 409.98 Costo de la energía consumida por una hora es de= $ 54.117 La máquina trabaja turnos de 24 horas, entonces: $54.117 X 24 horas = $1.298.817/ día X 26 días = $33.769.233 mensual 7.14.6 Costo del agua. 7.14.6.1 Secador Rotativo. Esta máquina tiene un consumo de 2070 lb/hr de agua, este dato fue suministrado por el ingeniero Juan Pablo Bocanegra de Termo Vapor Industrial, entonces: 2070 lb/hr / 34.5 = 60 HP, se convierte en galones por hora mediante la fórmula dada por la empresa Econext26, 60 HP X 4.25 = 255 galones / hora (0.965 m3/h). El valor del m3 del agua, según Emcartago27, es de: $1.718,95 El valor del m3 del alcantarillado, según Emcartago28, es de: $1.512,27 El costo del consumo de agua y alcantarillado por m3 por hora = $ 3.118 La maquina trabaja turnos de 24 horas, entonces: $3.118 X 24 horas = $74.835 / día X 26 días = $ 1.945.711 mensual. Los cargos fijos por consumo de agua y servicio de alcantarillado son de $9.026,37 y $5.399,98 respectivamente. 7.14.7 Costo de mano de obra. El número de operarios necesarios se expresan en el cuadro a continuación:

26 ECONEXT. Calidad de agua para generadores de vapor [en línea]. México D.F.: La Institución, [Consultado 13 de marzo de 2010] p.15. Disponible en Internet: <http://www.econext.com.mx/pdf/CALIDAD%20DE%20AGUA%20PARA%20GENERADORES%20DE%20VAPOR.pdf> 27 EMCARTAGO. Tarifas de acueducto [en línea]. Cartago (Colombia): La Institución, Julio 2010 [consultado 12 de Agosto de 2010] Disponible en Internet: <http://www.emcartago.com/images/stories/docs/tarifas2010/acueducto/acuejul2010.pdf>. 28 EMCARTAGO. Tarifas de alcantarillado [en línea]. Cartago (Colombia): La Institución, Julio 2010 [consultado 12 de Agosto de 2010] Disponible en Internet: <http://www.emcartago.com/images/stories/docs/tarifas2010/alcantarillado/alcajul2010.pdf>.

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Cuadro 29. Número de operarios por cada máquina

TurnoNo.

Operarios212121212121

6 am - 2 pm

Funcion

Operario y ayudante chippeadoraOperario Máquinas

Ingeniero de produccionAlmacenistas de MP

Tecnologo supervisor

Operario y ayudante chippeadoraOperario Máquinas10 pm - 6 am

2pm - 10 pm

Operario y ayudante chippeadoraOperario Máquinas

Tecnologo supervisorAlmacenistas de MP

Almacenistas de MP

La planta trabajara 24 horas, de lunes a sábado. Se manejaran 3 turnos de la siguiente manera: • 6 am – 2 pm • 2 pm – 10 pm • 10 pm – 6 am Dado que el proceso productivo es continuo, las máquinas no paran durante todo el turno y son automatizadas se contará con 3 operarios que las manejen, 1 para cada turno. La máquina Chipeadora cuya alimentación es manual necesitará de 6 operarios, 2 en cada turno (mañana, tarde y noche), debido al tipo de operación de alto riesgo, un operario manejara la máquina y el respectivo ayudante lo proveerá de tallos a chipear. Se trabajará con 6 almacenistas cuya función es organizar la materia prima, los cuales igualmente trabajarán los 3 turnos. Finalmente habrá 1 ingeniero encargado de la producción que trabajará en el turno de la mañana y 2 tecnólogos para supervisar el proceso, en los turnos de la tarde y la noche, 1 para cada turno. 7.14.8 Costo de mantenimiento. El cálculo para determinar el costo de mantenimiento de los equipos se realiza de la siguiente forma: Costo total de los equipos X 1% = Costo de mantenimiento anual.

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$400.745.816* 1% = $4.007.458 / 12 meses. Costo de mantenimiento mensual del equipo = $333.954. El mantenimiento lo realizarán los mismos operarios las máquinas. 7.14.9 Costo de la edificación. Para establecer el área de producción se tuvo en cuenta las dimensiones de las maquinas las cuales fueron dados por el proveedor: • Chipeadora Modelo BX 213: 1.54 X 1.24 x 1.1 mts • Molino de Martillos Modelo MFSP 56: 1.7 X 1.0 X 1.0 mts • Tamiz Modelo SFJH80: 1.2 X 0.8 X 0.8 mts • Prensa de Pellets Modelo GC-MZLH508: 3.3 X 1.3 X2.55 mts La planta será construida en Cartago, Valle del Cauca, por su cercanía a municipios ricos en fincas cafeteras, además, se trata de un municipio con más movimiento industrial que otros en el norte del Valle. El terreno para la construcción se calculó con un área de 388 m2. La dimensión de la bodega de almacenaje de la materia prima, el cual tiene un área de 123.25 m2, se calculó …en el numeral 7.14.10.3 … y está incluida en el área del terreno mencionada. El costo por m2 en un terreno plano, ubicado en Cartago, se cotizó aproximadamente a $25.000, por lo tanto el costo del terreno es de $9.700.000. El valor del metro cuadrado corresponde al de un lote ubicado en la zona industrial de Cartago en la salida a Zaragoza. Esta información fue dada por el Sr. Juan Pablo Londoño Gómez de la empresa Central Inmobiliaria de Cartago. (Teléfono 052-210 44 41, Cartago, Valle). Para obtener el área de la planta se consideraron las indicaciones dadas en el libro Diseño de Instalaciones de Manufactura y Manejo de Materiales, de Meyers y Stephens. En el cálculo del área del comedor y los baños, se tuvo en cuenta que un número constante de 8 empleados que permanecería en la planta los tres turnos; esto incluye operarios, almacenistas, el ingeniero o supervisor de turno, el vigilante y un aseador en cada uno de los dos primeros turnos. También, el gerente y la secretaria estarían en un horario particular para ellos de 7:00 am a 4:30 pm de lunes a viernes. Por lo cual, este último horario sería el periodo de tiempo en donde se encontrarían más personas en la planta, habiendo un total 10 personas, de los cuales 9 serían hombres y 1 mujer.

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Los de producción y el aseador almorzarían a las 11am y el gerente y la secretaria a las 12pm. El vigilante comería en la portería, por lo tanto el número máximo de personas que podría haber en el comedor sería de 7. De esta manera, teniendo 0.93 m2 por empleado29 el área del comedor sería alrededor de 7 m2 y se usarían dos mesas de cuatro puestos. Para determinar el área de los baños, se tuvo en cuenta disponer de dos baños, uno para cada sexo. En cada baño habría un inodoro y un lavamanos de acuerdo al número mencionado de hombres y mujeres en la empresa correspondiendo a la norma que dice cada que por cada 20 trabajadores debe haber un inodoro y un número igual de lavamanos30. Se calcula 1.4 m2 por cada inodoro, lavamanos, puerta y por un área de reposo para el baño de mujeres31 por lo que tendríamos 4.2 m2 para el Baño de hombres y 5.6 m2 para el de mujeres. Aunque por el momento solo habría una mujer en la empresa, su número podría aumentar si en algún momento, se llegare a contratar a alguna mujer como aseadora. Adicionalmente, siempre es bueno contar con un baño para mujeres para los momentos de visitas. Para las oficinas del supervisor, de la secretaria y el gerente, se siguió un modelo de oficina convencional sugerida por el texto mencionado, cuya área es 9 m2. El área de producción se determinó con la sumatoria de la superficie que ocupa cada máquina, cuyo valor es 60 m2. Este último se multiplicó por 200 por ciento para tener un espacio adicional para los pasillos entre máquinas, para contingencias y para tener pequeños espacios destinados a resolver algunas otras necesidades que se tengan. El área de producción será entonces de 120 m2 aproximadamente32. La bodega de producto terminado almacenará regularmente el producto no más de 5 días, el cual correspondería a 247.2 toneladas de pellets, el cual tiene una densidad de 0.78 t/m3; por lo tanto ocupa un volumen de 193 m3. Con una altura de 6 m, el área de esta bodega será de 32.2 m3 aproximadamente.

29 MEYERS, Fred E. y STEPHENS, Matthew P. Diseño de instalaciones de Manufactura y Manejo de Materiales. 3 ed. México: Pearson Education, 2006. p.273. 30 Ibíd., p.270. 31 Ibíd., p.270. 32 Ibíd., p.219.

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Se tendrá una bodega para útiles y herramientas de producción y de aseo con un área de 3.4 m2 y una portería con un área de 3.2 m2. Se empleo un área de 5.1 m2 para el pasillo de la entrada, el cual comienza en la portería, 15.4 m2 para el pasillo que pasa entre las oficinas y los baños y 8.7 m2 para el pasillo que lleva al área de producción. Los dos primeros pasillos tienen un ancho 1.5 m y el tercero tiene un ancho de 2.1 m, los cuales cumplen con los requerimientos necesarios para que caminen ampliamente 2 personas a través de ellos33. También, se deja un área 33 m2 que ocuparía las paredes y que se pueda destinar para cualquier otra necesidad que pudiese resultar. La suma de todas estas áreas mencionadas da un total de 388 m2. Se realizó el diseño de planta (anexo A), y con las medidas usadas en el plano estimo un valor aproximado de la construcción de la planta: $ 86.000.000 Este costo implica lo siguiente: • Excavación para la adecuación del terreno • Obra civil • Columnas, desagües, pisos en concreto, muros • Instalaciones hidráulicas-eléctricas • Tubería • Techo Para el arranque de la planta se consulto con la empresa de ingeniería ICOL S.A.S. Se estimo 1 mes para preparación y capacitación de los operarios encargados de las maquinas, en el transcurso de adecuación y estandarización del proceso, este tiempo es relativamente corto ya que se trata de procesos físicos, en donde no interviene variables como temperatura, la maquina que posiblemente requiera de más atención es el secador rotativo, ya que la viruta una

33 Ibíd., p.275.

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vez pase por ese proceso debe de contener un porcentaje de humedad de 14.97%. El costo por arranque de planta es de $172,542,863 lo cual se suma a la inversión inicial. 7.14.10 Costo de materia prima: transporte, almace namiento. 7.14.10.1 Recepción de la materia prima. Se delegará a un caficultor por zona que por lo general se tratara de la persona más conocida de entre los empresarios del café, el cual será la conexión entre las fincas y la fábrica de pellets. La función de este delegado es realizar visitas periódicas a las fincas durante las temporadas de soqueo con el fin de tener conocimiento de la cantidad de hectáreas soqueadas y determinar una fecha para mandar camiones a recoger la biomasa. El delegado también cumplirá las funciones de educar a los caficultores sobre disponer la biomasa en lugares cercanos a la carretera o entrada de las fincas para tener una mejor eficiencia al momento de recoger el material. La cantidad mínima de hectáreas soqueadas que el delegado deberá de reportar para realizar el transporte de biomasa desde las fincas hasta la fábrica son 179 hectáreas soqueadas, ya que 3120t X (1Ha / 17.43t) = 179 Ha soqueadas de café al mes. 7.14.10.2 Transporte. La biomasa se transportará en volquetas alquiladas por la fábrica a la empresa de Alquiler de maquinaria pesada Aura Mery Zambrano, con una capacidad cada una de 12 metros cúbicos, el alquiler se realiza por kilometraje recorrido, cada kilómetro tiene un costo de $6000. Dado que la fábrica será ubicada en Cartago norte del Valle del Cauca, se recorrerán los municipios de Ulloa, Alcalá, El Águila, El Cairo, Ansermanuevo y Argelia, siendo El Cairo el municipio más distante a aproximadamente 50 Km, se recorrerá alrededor de 30 km (incluidos ida y vuelta) por viaje cada volqueta. Esto genera un costo de $180.000 por viaje. Se alquilarán 3 volquetas que realizarán un promedio de 400 viajes al mes entre las tres. Lo cual significa un costo de transporte de $72.000.000 al mes. El número de volquetas y el número de viajes al mes se calcularon de la siguiente manera: Área soqueada de la Zona = 179 Ha Cantidad de madera en el área soqueada de la Zona (en toneladas) = 3120 t Densidad madera de café = 0.78 t / m3

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Volumen de madera en el área soqueada de la zona = 3120 t x (m3/0.78 t) = 4000 m3 Este último volumen hace referencia si la madera estuviera compactada. Pero en un volumen de tallos, hay muchos espacios de aire. Entonces se puede hacer un estimado donde se aumenta ese volumen en 20%. Por lo tanto: 4000 m3 x 120% = 4800 m3 Ir a recoger 4800 m3 de madera de café en volquetas de 12 m3 de capacidad, serían: 4800 m3 / (12 m3/viaje) = 400 viajes Esos 400 viajes se deberán realizar durante el mes sin incluir los domingos, es decir, 26 días al mes. De tal manera que se realizarán un promedio de: 400 viajes / 26 días = 15 viajes / día Como cada viaje tiene un recorrido promedio de 30 km y la velocidad media de cada volqueta en un viaje es de 30 km/h aprox; el recorrido de ida y vuelta se haría en 1 hora. El tiempo de cargar la madera al llegar a la plantación es 30 min en promedio y el tiempo de descargue de esta al llegar a la empresa sería de 30 min en promedio. Lo cual requeriría un total de 2 horas en promedio, en el cual cada volqueta recogería la madera y la dispondría en el centro de acopio. Por lo cual, se dispondrán de 3 camiones en el día, los cuales realizarán cada uno en promedio 3 viajes de 6:00 am a 12:00 pm y 2 viajes de 1:00 pm a 5:00 pm. Para un total de 15 viajes por día. Las volquetas debe transportar la madera de café portando una lona impermeable encima de la materia prima, para evitar que se contamine en el camino, todo esto según la norma CEN/TS. Una vez las volquetas lleguen a su destino (Fabrica de pellets) siguiendo con la norma CEN/TS 15234:2006, Cláusula 6.3 transporte, manipulación y almacenamiento, la biomasa en tallos serán almacenados al ambiente en un patio, en donde pueda recibir la luz del sol para que pierda un porcentaje de humedad. 7.14.10.3 Almacenamiento. La astilladora se situará en una bodega de donde se apila la biomasa en viruta. El acopio debe estar libre de todo tipo de impurezas como residuos de metales, piedras o plástico que pueda afectar a la biomasa en

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tallos y astillas, todo esto según la norma CEN/TS 15234:2006. En caso de lluvias la biomasa debe de ser protegida por una lona impermeable que cubra la mayor cantidad de biomasa en astillas. Se va a trabajar las 24 horas, y se almacenará en la bodega la madera necesaria para seis días. Esto correspondería a 720 toneladas de madera. El tamaño del patio de secado se calculó de la siguiente forma: Volumen de madera compactada = 720 t x (0.78 t / m3) = 561.6 m3 Volumen de madera no compactada, con espacios de aire = 561.6 m3 x 110% = 617.76 m3 Si esta madera se almacena en una bodega con una altura de h = 6 m. Se necesitaría un área de: 617.76 m3 / 6 m = 102.96 m2 En el anexo A se muestra una sugerencia de las dimensiones que podría tener este patio para un área aproximada de 102.96 m2. Aparte de esta área calculada, se agregan unos 20 m2 en donde permanecerá la chipeadora y se manipularán los tallos que recién lleguen a la bodega como materia prima, para astillarlos con la chipeadora. Por lo que al final el área total de la bodega será de 123.25 m2. 7.14.10.4 Costo de la biomasa de tallos de café. Para definir un valor al cual será comprada la madera de café, se tomó como base de datos los dados por el Sr. Sebastián Zapata, subgerente de la Cooperativa de Café, quien se encarga de negociar con los caficultores la madera para el Grupo Monarca en Medellín, Antioquia. Según la información dada, la compra de los tallos se efectúa a $250 / tallo, para este precio la Cooperativa incluye el transporte desde la empresa hasta las plantaciones, se paga entre $50 y $ 60 el flete por tallo, es decir que si el caficultor lleva los tallos hasta la Cooperativa se le retribuye a $300 / tallo. Aparte de esta información, se contactó con 2 diferentes grandes caficultores del Valle del Cauca, a quienes se les preguntó a que valor ellos venderían los tallos de café, respondiendo que, los tallos constituyen un desecho que ocupa espacio y genera contaminación, por lo tanto no le darían ningún precio para su compra, pero para esta investigación comprar por tallo de café, no es muy rentable, ya que se desconoce la cantidad de tallos de café que conforman 1 tonelada, por lo tanto, el precio se dará en toneladas, tomando como referencia la cantidad de tallos y el peso descrito en el cuadro 8, en donde 11 tallos de café pesaron 6500 gramos o 6.5 kilogramos, es decir:

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6.5 kg tallos de café 11 tallos 1000 kg tallos de café X X = 1000 kg X 11 Tallos = 1692 tallos = 1 tonelada 6.5 kg Por lo tanto la tonelada de tallos de café tiene un costo de $ 3.384 pesos, comprando cada tallo a $2. Se procesan 120 toneladas de madera de café, por lo que en un mes 120 ton/día X 26 Días de trabajo = 3120 Toneladas de tallos de café / mes. Entonces: 3120 Ton / mes X $3.384/Ton = $ 10.558.080 / mes. 7.15 ANÁLISIS COMPARATIVO CON EL CARBÓN Y EL BAGAZ O DE CAÑA Con la información adquirida en la canasta energética Colombiana se determinará el precio de venta para un kilo de pellets, para ello se toma como referencia el valor del kilo de carbón mineral el cual es el combustible sólido de más bajo precio en el mercado, igualmente se tendrá en cuenta los BTU por kilo de carbón mineral.

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Cuadro 31. Canasta energética Colombiana

CANASTA DE ENERGÉTICOS COLOMBIANOS. PRECIOS ENERO 1 1 DE 2010 D.C. $, U.S. Y €

TASAS DE CAMBIO AL 09/01/2010, $/U.S. $ 1,969.08 $/ €. $ 2,815.78

HIDROCARBUROS LIQUIDOS (ECOPETROL) ENERO 2010

NOMBRE UNIDAD PRECIO $ PRECIO U.S.$

PRECIO €

DIESEL (ACPM) $/GALON 6,029.67 3.06 2.14

GASOLINA CORRIENTE $/GALON 7,166.62 3.64 2.55 GASOLINA EXTRA. PRECIO OFICIAL MAYORISTA

INCLUYE SOBRETASA. MANSILLA FEB 07 $/GALON 7,914.95 4.02 2.81

FUEL OIL CIB PRECIO AL PRODUCTOR. CONTADO. GCB $/GALON 3,593.46 1.82 1.28

QUEROSENO PRECIO AL PRODUCTOR. MANSILLA $/GALON 4,865.47 2.47 1.73

CRUDO DE CASTILLA PRECIO AL PRODUCTOR $/GALON 4,019 .83 2.04 1.43

BIOCOMBUSTIBLES. BOGOTA ENERO 2010 BIOGASOLINA CORRIENTE. $/GALON 7,166.62 3.64 2.55

BIOGASOLINA EXTRA. PRECIO OFICIAL MAYORISTA INCLUYE SOBRETASA. MANSILLA $/GALON 7,914.95 4.02 2.81

HIDROCARBUROS LIQUIDOS (OTROS, PRECIOS BOGOTÁ) ENER O 2010 CRUDO DE RUBIALES. PRECIO EN CAMPO RUBIALES. VENTA APROBADA POR MME $/GALON 2,353.62 1.20 0.84

GASOLINA EXTRA (precio representativo) $/GALON 8,50 0.00 4.32 3.02

BIOCOMBUSTIBLES LÍQUIDOS ENERO 2010

ETANOL. PRECIO FIJADO RESOLUCIÓN MME 18 0222, 27/02/06. $/GALON 7,173.50 3.64 2.55

BIODIESEL. PRECIO FIJADO RESOLUCIÓN MME 182160. 28/12/07 $/GALON 8,360.21 4.25 2.97

ENERGETICO SOLIDO

CARBON MINERAL, MANEJO EN PATIOS, PUESTO EN PLANTA. $/kilo 160.00 0.08 0.06

Fuente : ASOCIACIÓN COLOMBIANA DE INGENIEROS. Canasta de energéticos colombianos [en línea]. [consultado 03 de abril de 2010] disponible en Internet: <http://www.aciem.org/bancoconocimiento/i/indicessaucedo2007/CANASTA_PRECIOS_Ene11de2010.xls>.

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Cuadro 32. Canasta energética Colombiana btu/kg

CANASTA ENERGETICA COLOMBIANA $/MBTU, U.S.$/MBTU y €/MBTU ENERO 11 DE 2010

TASAS DE CAMBIO AL

09/01/2010, $/U.S. $

1,969.08 $/€. $ 2,815.78 $/€

COMBUSTIBLE PODERES CALORICOS (1) COSTO $/MBTU US$/MBTU €/MBTU

BTU/UNIDAD VALOR UNIDAD PRECIO (2) (7) (8)

ENERGIA ELECTRICA BTU/kWh 3,412 $/kWh 300 87,925 44.65 31.23

GASOLINA 87-93 OCT. BTU/GALON 115,400 $/GALON 7,700 66,724 33.89 23.70

QUEROSENO BTU/GALON 134,000 $/GALON 7,500 55,970 28 .42 19.88

DIESEL (ACPM) BTU/GALON 138,000 $/GALON 6,500 47,10 1 23.92 16.73

GAS NATURAL BTU/M3 35,315 $/M 3 700 19,822 10.07 7.04

GAS PROPANO BTU/GALON 92,000 $/GALON 3,880 42,174 2 1.42 14.98

CRUDO DE CASTILLA BTU/GALON 152,000 $/GALON 4,100 26,974 13.70 9.58

FUEL OIL CIB BTU/GALON 150,000 $/GALON 4,000 26,667 13.54 9.47

CRUDO DE RUBIALES BTU/GALON 152,492 $/GALON 2,600 17,050 8.66 6.06

CARBON MINERAL BTU/Kg 24,200 $/Kg 160 6,612 3.36 2.35

Fuente: ASOCIACIÓN COLOMBIANA DE INGENIEROS. Canasta de energéticos colombianos [en línea]. Bogotá D.C., 2010 [consultado 03 de abril de 2010] disponible en Internet: <http://www.aciem.org/bancoconocimiento/i/indicessaucedo2007/CANASTA_PRECIOS_Ene11de2010.xls>

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Para calcular el precio de venta de un kilogramo de pellets, se basó en la información descrita en el cuadro a continuación y se realizaron los siguientes cálculos. Cuadro 33. Costos fijos y variables

Costos fijos Materia Prima(3120 ton mes) 10.558.080 Transporte alquiler de volquetas 12 metros cúbicos 72.000.000 Mantenimiento de la maquinaria 353.380 Depreciación de la maquinaria 1.952.475 Depreciación de edificación 358.333 Subtotal 85.222.268

Costos variables Mano de obra directa 19.624.673 Energía Eléctrica 65.735.784 Agua $1.960.138 Subt otal $87.320.594 Total/mes $172.542.863

3120 Ton. de madera producen 1285 ton. de pellets

Costo de una Tonelada de pellets $134.275 Costo total unitario = $ 134.275 Utilidad = 10% Precio de venta = ($ 134.275X 0.10) + $ 134.275 = $147.702 Los ingresos mensuales de vender el total de toneladas de pellets producidas al presente precio de venta serían de $189.797.149. Esta utilidad se estimó como el porcentaje de ganancias mínimo para este proyecto. Por lo tanto el precio de venta de una tonelada de pellets que corresponde a $147.702, no es muy favorable ya que está por encima de su valor máximo para ser competitivo en el mercado. Su precio debería ser 31% más económica que el precio de venta del carbón descrito en el cuadro 32.

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Según la canasta energética: 1 kg Carbón tiene un poder calorífico de 24.200 BTU/Kg cuyo precio es de $160 Kg. 1 Kg de Pellets de madera de café tiene un poder calorífico Inferior de 16.607 BTU/Kg. Entonces: 16.607 BTU => 1Kg Pellets 24.200 Btu = > X X = 1.45 Kg Pellets aprox. 2 kg Pellets. También: 24200 BTU => $160/Kg 16607 BTU => x X= $110/Kg Esto implica que la tonelada de pellets no debe tener un valor mayor a $110.000 para que sea competitiva con el carbón el cual es el combustible más barato y utilizado en el mercado Colombiano y el cual se toma la mayoría de veces como punto de comparación con otros biocombustibles sólidos, no solo por el precio sino también por su alto poder calorífico. 7.15.1 Análisis comparativo con empresas consumidor as de carbón. Casos prácticos. A modo de proyectar la rentabilidad que trae consigo la compra de Pellets, se expone el caso de dos empresas, quemadoras de carbón en una caldera carbonera de 100 HP, estos datos fueron dados por el Ingeniero Juan Pablo Bocanegra de Termo Vapor Industrial. 7.15.1.1 Lácteos la primavera (Valledupar). Esta empresa, quema por hora 92 Kg de carbón en una caldera carbonera de 100 HP. Entonces:

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Cuadro 34. Información comparativa entre pellets y carbón Lácteos la Primavera

Combustible Cantidad MBtu Precio Mensual Precio AnualCarbon 92 Kg/Hr 2226.4 10,598,400 127,180,800 Pellet 134 Kg/Hr 2226.4 14,250,289 171,003,468

-43,822,668incremento en el primer año =

Fuente: BOCANEGRA, Juan Pablo, Ing. Termovapor Industrial. Cali, Colombia, Información inédita 2010. 7.15.2 Análisis de caso práctico. Debido a que se debe suplir con pellets el doble de la cantidad utilizada de carbón debido a su alto poder calorífico, no es rentable para una empresa como la mencionada en el ejercicio, hacer el cambio de un combustible fósil a un biocombustibles, ya que el gasto mensual es más alto ($14.250.289) quemando pellets de madera de café en vez de carbón, lo que se ve reflejado en un incremento anual en combustible de $ 43.822.668 7.15.3 Análisis comparativo con el bagazo de caña. Según la información suministrada por el Ingeniero de Calderas del ingenio Pichichi, en la entrevista realizada (anexo E), el precio de venta de una tonelada de bagazo puede costar alrededor de $40000 tonelada, cuyo poder calorífico es de 8.377 BTU/Kg en base húmeda. A continuación se realiza el comparativo. 1 Kilo de Bagazo de caña = 8.377 BTU/Kg 1 Kilo de Pellets = 16.607 BTU/Kg 8.377 BTU/Kg = 1 Kg de bagazo de caña 16.607 BTU/Kg = 2 Kg de bagazo de caña Es decir que se requiere de dos kilogramos de bagazo de caña para igualar el poder calorífico de un kilogramo de pellets, por lo tanto si una empresa que consuma bagazo de caña mas como desecho industrial que como biocombustible, gasta en un proceso productivo 5 tonelada de bagazo por hora, es decir 41885000 BTU/Ton, estaría dejando de percibir unos ingresos de $200.000 por esa cantidad

113

de bagazo. Cambiando a pellets, se necesita 2.5 toneladas por hora con 41885000 BTU/Ton, con un costo de $369.255, lo cual significa que los ingresos que se obtendrían por la venta del bagazo no superarían el gasto que genera los pellets que los sustituyen. Consecuentemente no es nada rentable para una empresa consumidora de bagazo cambiar de biocombustible, además: Cuadro 35. Análisis ejemplo teórico Bagazo vs. Pell ets

Combustible Consumo por horaConsumo Mensual Costo MensualBagazo 5 ton 3600 Ton 144,000,000 Pellets 2.5 Ton 1800 Ton 265,863,600

121,863,600

Combustible Consumo mensualProduccion mensualPellets 1800 Ton 1285 Ton

Produccion extra de 515 Toneladas de pellets

EJEMPLO TEORICO

Incremento en gastos por cambio a pellets

Por lo tanto no es aconsejable competir con el bagazo de caña a pesar de que los pellets tenga como ventaja el doble de poder calorífico, ya que la producción de pellets no abastecería la demanda de empresas consumidoras de bagazo, ya que estas se caracterizan muchas veces por quemar grandes cantidades de biocombustible, y el bagazo por lo general se da en abundancia, lo cual es capaz de suplir las necesidades de las empresas, en especial los ingenios y también por el bajo costo al que se vende la tonelada de bagazo de caña. 7.16 ANÁLISIS DE COSTOS 7.16.1 Costo de operación. Con una planta de fabricación de pellets a partir de la madera disponible después de soquear los cafetales en el valle del cauca, dotada con el equipo descrito en el cuadro 26, donde se emplea el 80% de su capacidad y se obtiene 15420 toneladas de pellets al año que equivalen a 1285 toneladas/mes, trabajando 24 horas en 3 turnos diferentes. Podemos determinar el costo de operación para la obtención de una tonelada de pellets de la siguiente manera.

114

Cuadro 36. Costos fijos y variables

Costos fijos Porcentaje

Materia Prima 8216.40 6.12%

Transporte 56031.12 41.73%

Mantenimiento de la maquinaria 275 0.20%

Depreciación maquinaria 1519.44 1.13%

Depreciación de construcción 278.86 0.21%

subtotal 66320.83

Costos variables

Mano obra directa 15272.12 11.37%

Energía eléctrica 51156.72 38.10%

Agua 1525.40 1.14%

subtotal 67953.77

total 134274.60 100.00%

Esto significa que el costo de obtención de una tonelada de pellets es de $134.274 y como la planta de producción tiene una capacidad de 1285 toneladas por mes de operación; entonces el costo sería el siguiente: $134.274/ton x 1285mes = $172.542.090. Por lo tanto, 5 ton de madera de café => 2.06 toneladas de pellets X => 1 tonelada de pellets X = 5 Ton de madera de café X 1 Ton de pellets = 2.42 Ton de madera 2.06 Ton de pellets Como se puede observar en el cuadro 36 uno de los porcentajes más altos, pertenece al Ítem del transporte. Una de las principales razones de que este rubro sea tan elevado se debe al cobro por volqueta alquilada se realiza de acuerdo al número de kilómetros recorridos (30km aprox), se necesita efectuar 15 viajes al día durante cada mes por zona para recoger la materia prima para la producción.

115

También, se tiene un alto porcentaje en el Ítem de energía eléctrica, hay que tener en cuenta, que se realizaron cálculos teóricos para determinar su consumo, así poder establecer su costo basándonos en datos de consumo eléctrico dados por el proveedor de las maquinas. La depreciación se calcula por el método de línea recta como se describe a continuación: • Maquinaria y equipo: 10 años • Edificación y construcción: 20 años • Terreno no es depreciable Depreciación = costo Vida útil Cuadro 37. Depreciación para la maquinaria

Detalle Costo Años Depreciación

Anual Depreciación

mensual Valor de

Salvamento

Chipeadora 17.512.050 10 1.751.205,00 145.933,75 1.751.205,00

Horno Rotativo 57.420.000 10 5.742.000,00 478.500,00 5.742.000,00

Molino de Martillo 29.994.426 10 2.999.442,60 249.953,55 2.999.442,60

Tamiz 7.040.029 10 704.002,90 58.666,91 704.002,90

Pelletizadora 91.730.509 10 9.173.050,90 764.420,91 9.173.050,90

Silos 30.600.000 10 3.060.000,00 255.000,00 3.060.000,00

Total 234.297.014,00 23.429.701,40 1.952.475,12 23.429.701,40

116

Cuadro 38. Depreciación para la edificación

Detalle Costo Años Depreciación

Anual Depreciación

mensual Valor de

Salvamento

Depreciación de Infraestructura

86.000.000 20 4.300.000,00 358.333,33 4.300.000,00

Uno de los factores que no hace rentable este proyecto, es el alto gasto en transporte, lo que incrementa los costos e impacta en el costo final de los pellets. Además la tonelada de pellets es más costosa que el carbón y tiene menos poder calorífico, por lo cual se requiere de dos toneladas de pellets para suplir una tonelada de carbón, es ahí donde impacta el alto valor de la tonelada de pellets. Una ventaja es la abundancia de la materia prima requerida para el proceso de los pellets y el bajo costo al que se puede conseguir. Es posible contemplar la idea de exportar el producto a mercados internacionales en países que requieren importar pellets de otros países europeos a altos costos. 7.16.2 Indicadores económicos. El análisis económico se estimó en pesos colombianos para un periodo de 11 años. El método de depreciación que se utilizó fue el de línea recta y un impuesto de renta del 33% con un capital inicial de $1.100.000.000 el cual cubre los gastos de: • Compra del lote • Construcción de la planta • Compra de la maquinaria • Cambio de motor • Importación de la maquinaria • Arranque de planta (1 mes) Para ello se desarrolló un balance general, un estado de resultados. Se manejaron unos supuestos para el segundo año de operación, con un incremento en los gastos del 5% y un incremento en el precio de venta de pellets del 10%. Para calcular el VPN se tomo como punto de comparación el mercado en donde las inversiones en el sector financiero se pagan entre el 3% y el 4% efectivo anual. Para evaluar el proyecto tomamos una tasa de interés del 15% efectivo anual y calculamos el VPN.

117

Los ingresos se determinaron de acuerdo a la cantidad de toneladas a producir en el mes y éste se multiplicó por el precio de venta que se estableció a una tonelada de Pellets. Para calcular los indicadores económicos se utilizó la herramienta de Microsoft Office Excel. 7.16.3 Indicadores de factibilidad. Este proyecto no es rentable a corto plazo, la mayor inversión que se debe de realizar es la compra del lote para la fabricación de la planta. No es competente en comparación con otros combustibles como el carbón y el bagazo, debido al valor por tonelada de pellets, en el caso del bagazo de caña, su abundancia y su bajo costo como desecho industrial, lo hace altamente competente. El carbón tiene un alto poder calorífico, por lo que se necesitan de dos toneladas de pellets para igualar el poder calorífico del carbón. Como se observa en el cuadro 33, el costo de fabricación es menor a los ingresos generados por la venta de pellets, estos datos pueden variar favorablemente ya que como se menciona …en el numeral 7.12.1…, las pérdidas registradas en el balance de masa pueden ser menores y afectar en este caso el estado de resultados. Para los gastos administrativos de agua y luz se estimó un consumo mensual de 2000 kWh de energía y 150 m3 de agua y alcantarillado. Cuadro 39. Gastos Administrativos

gastos administrativos mensuales

Papelería 140.000

Equipos de oficina 1.800.000

Nomina (área Admon) 8.352.713

Agua y Luz 1.304.643

Elementos de Aseo 200.000

Totales 10.292.713

118

Cuadro 40. Cálculo de nomina administrativa

Cantidad de

operarios en planta

Salario Básico Básico Aux.

transporte TOTAL SALUD 8%

PENSIONES 12% ARP

Gastos

Administrativos R1*

Gerente General 1 2,000,000 2,000,000 0 2,000,000 160,000 240,000 10,400 Secretaria 1 700,000 700,000 61,500 761,500 56,000 84,000 3,640 Aseadores 2 515,000 1,030,000 123,000 1,153,000 82,400 123,600 5,356 Vigilantes 3 515,000 1,545,000 184,500 1,729,500 123,600 185,400 8,034

Total 7 3,730,000 5,275,000 369,000 5,644,000 6,013,000 633,000 27,430

* Equivale al 0,52%

119

Cuadro 40 (Continuación)

Caja compensación

4% ICBF 3%

SENA 2%

Prima de servicios

8,33%

Vacaciones 4,17%

Cesantías 8,33%

Intereses sobre las cesantías

1% Total

80,000 60,000 40,000 166,600 83,400 166,600 20,000 3,027,000 28,000 21,000 14,000 58,310 29,190 58,310 7,000 1,120,950 41,200 30,900 20,600 85,799 42,951 85,799 10,300 1,681,905 61,800 46,350 30,900 128,699 64,427 128,699 15,450 2,522,858 211,000 158,250 105,500 439,408 219,968 439,408 52,750 8,352,713

La secretaria y aseadora trabajan un solo turno a la semana, cada turno tiene una duración de 8 horas diarias que equivaldría a 48 horas a la semana. Se necesitan 3 vigilantes, uno para cada turno, quieres devengaran el salario mínimo vigente.

120

Cuadro 41. Cálculo de Nomina Operacional

Cantidad de

operarios en planta

Salario Básico Básico Aux.

transporte TOTAL SALUD PENSIONES ARP

Costos directos de

mano de obra R1

Operarios Almacenistas

6 515,000 3,090,000 369,000 3,459,000 247,200 370,800 16,068

Operario Chipeadora 3 700,000 2,100,000 184,500 2,284,500 168,000 252,000 10,920 Ayudante de Chipeadora

3 515,000 1,545,000 184,500 1,729,500 123,600 185,400 8,034

Operario de maquinaria

3 800,000 2,400,000 184,500 2,584,500 192,000 288,000 12,480

Ingeniero Producción 1 1,300,000 1,300,000 61,500 1,361,500 104,000 156,000 6,760 Tecnólogos supervisores

2 900,000 1,800,000 123,000 1,923,000 144,000 216,000 9,360

TOTAL 18 4,730,000 12,235,000 1,107,000 13,342,000 978,800 1,468,200 63,622

121

Cuadro 41 (Continuación)

Caja compensación

4% ICBF 3%

SENA 2%

Prima de servicios

8,33%

Vacaciones 4,17%

Cesantías 8,33%

Intereses sobre las Cesantías

1% Total

123,600 92,700 61,800 257,397 128,853 257,397 30,900 5,045,715

84,000 63,000 42,000 174,930 87,570 174,930 21,000 3,362,850

61,800 46,350 30,900 128,699 64,427 128,699 15,450 2,522,858

96,000 72,000 48,000 199,920 100,080 199,920 24,000 3,816,900

52,000 39,000 26,000 108,290 54,210 108,290 13,000 2,029,050

72,000 54,000 36,000 149,940 75,060 149,940 18,000 2,847,300

489,400 367,050 244,700 1,019,176 510,200 1,019,176 122,350 19,624,673

Un turno de trabajo corresponden a 8 horas, por lo tanto se trabaja 3 turnos, se contara con 6 operarios cuya labor es almacenar los tallos de café en el patio de acopio, 2 para los turnos de mañana, tarde y noche, también con un ayudante para la operación de Chipeado debido al alto riesgo que se corre al trabajar una sola persona en ese puesto de trabajo, se cuenta con 3 operarios encargados de manejar las maquinas del proceso, 2 tecnólogos que supervisan el proceso y un ingeniero de producción.

122

Cuadro 42. Estado de resultados

Primer MES

AÑOS

1 2 3 4

Ingresos $189,797,149 $2,277,565,787 $2,505,322,366 $2,755,854,603 $3,031,440,063

(-) Costos de Venta $172,542,863 $2,070,514,352 $2,174,040,070 $2,282,742,073 $2,396,879,177

Utilidad Bruta $17,254,286 $207,051,435 $331,282,296 $473,112,529 $634,560,886

Gastos Administrativos $11,797,348 $141,568,175 $148,646,584 $156,078,913 $163,882,858

Gastos de venta

Utilidad Operativa $5,456,938 $65,483,260 $182,635,713 $317,033,617 $470,678,028

Ingresos no operativo

Egresos no operativos

Utilidad antes de impuestos $5,456,938 $65,483,260 $182,635,713 $317,033,617 $470,678,028

Impuestos 33% $1,800,790 $21,609,476 $60,269,785 $104,621,094 $155,323,749

Utilidad Neta $3,656,149 $43,873,784 $122,365,928 $212,412,523 $315,354,279

UTILIDADES ACUMULADAS -$700,000,000 $43,873,784 $122,365,928 $212,412,523 $315,354,279

TIR -21.78% -0.27%

VPN -$429,657,980 -$249,353,148

Incremento en gastos a partir del 2 año 5%

Incremento en el precio de venta de Pellets 10%

123


5 6 7 8 9 10 11 12 $3,334,584,069 $3,668,042,476 $4,034,846,724 $4,438,331,396 $4,882,164,536 $5,370,380,989 $5,907,419,088 $6,498,160,997 $2,516,723,136 $2,642,559,292 $2,774,687,257 $2,913,421,620 $3,059,092,701 $3,212,047,336 $3,348,048,516 $3,490,849,756 $817,860,933 $1,025,483,184 $1,260,159,467 $1,524,909,776 $1,823,071,835 $2,158,333,653 $2,559,370,572 $3,007,311,241

$172,077,001 $180,680,851 $189,714,894 $199,200,639 $209,160,671 $219,618,704 $230,599,639 $242,129,621

$645,783,932 $844,802,332 $1,070,444,573 $1,325,709,138 $1,613,911,164 $1,938,714,949 $2,328,770,933 $2,765,181,620

$645,783,932 $844,802,332 $1,070,444,573 $1,325,709,138 $1,613,911,164 $1,938,714,949 $2,328,770,933 $2,765,181,620

$213,108,698 $278,784,770 $353,246,709 $437,484,015 $532,590,684 $639,775,933 $768,494,408 $912,509,935 $432,675,235 $566,017,563 $717,197,864 $888,225,122 $1,081,320,480 $1,298,939,016 $1,560,276,525 $1,852,671,685

$432,675,235 $566,017,563 $717,197,864 $888,225,122 $1,081,320,480 $1,298,939,016 $1,560,276,525 $1,852,671,685

13.44% 22.39% 28.39% 32.52% 35.43% 37.51% 39.05% 40.18% -$34,237,087 $210,467,925 $480,089,167 $770,451,535 $1,077,830,303 $1,398,908,162 $1,734,279,026 $2,080,556,611

En este estado de resultados se manejó un VPN del 15%, la inversión inicial se alcanzaría a recuperar después del 6 año, vendiendo totalmente las 1285 toneladas de pellets mensualmente.

124

Cuadro 43. Estado de resultados proyectado con un 3 0% de perdida durante el proceso

Primer MES AÑOS

1 2 3 4

Ingresos $218,400,000 $2,620,800,000 $2,882,880,000 $3,171,168,000 $3,488,284,800

(-) Costos de Venta $172,542,863 $2,070,514,352 $2,174,040,070 $2,282,742,073 $2,396,879,177

Utilidad Bruta $45,857,137 $550,285,648 $708,839,930 $888,425,927 $1,091,405,623

Gastos Operacionales $11,797,348 $141,568,175 $148,646,584 $156,078,913 $163,882,858

Gastos de venta

Utilidad Operativa $34,059,789 $408,717,473 $560,193,347 $732,347,014 $927,522,765 Ingresos no operativo Egresos no operativos

Utilidad antes de impuestos $34,059,789 $408,717,473 $560,193,347 $732,347,014 $927,522,765

Impuestos 33% $11,239,731 $134,876,766 $184,863,804 $241,674,515 $306,082,512

Utilidad Neta $22,820,059 $273,840,707 $375,329,542 $490,672,499 $621,440,252

UTILIDADES ACUMULADAS -$700,000,000 $273,840,707 $375,329,542 $490,672,499 $621,440,252

TIR -4.65% 25.92% 42.27%

VPN -$178,074,589 $144,550,544 $499,861,025

Incremento en gastos a partir del 2 año 5% Incremento en el precio de venta de Pellets 10%

125


5 6 7 8 9 10 $3,837,113,280 $4,220,824,608 $4,642,907,069 $5,107,197,776 $5,617,917,553 $6,179,709,309 $2,516,723,136 $2,642,559,292 $2,774,687,257 $2,913,421,620 $3,059,092,701 $3,212,047,336 $1,320,390,144 $1,578,265,316 $1,868,219,812 $2,193,776,156 $2,558,824,852 $2,967,661,973

$172,077,001 $180,680,851 $189,714,894 $199,200,639 $209,160,671 $219,618,704

$1,148,313,143 $1,397,584,464 $1,678,504,918 $1,994,575,517 $2,349,664,182 $2,748,043,269

$1,148,313,143 $1,397,584,464 $1,678,504,918 $1,994,575,517 $2,349,664,182 $2,748,043,269

$378,943,337 $461,202,873 $553,906,623 $658,209,921 $775,389,180 $906,854,279 $769,369,806 $936,381,591 $1,124,598,295 $1,336,365,597 $1,574,275,002 $1,841,188,990

$769,369,806 $936,381,591 $1,124,598,295 $1,336,365,597 $1,574,275,002 $1,841,188,990

51.48% 56.92% 60.25% 62.35% 63.71% 64.59%

$882,373,793 $1,287,197,395 $1,709,975,550 $2,146,835,834 $2,594,343,043 $3,049,456,802

Para este análisis se proyectó un porcentaje de pérdida del 30%, incrementándose, de esta forma, la capacidad de producción de la planta a 2184 toneladas de pellets por mes y reduciéndose el costo de la tonelada a $79.000. Con un precio de venta de la tonelada de pellet de $100.000 el cual sería muy competitivo en el mercado, se tendría un porcentaje de utilidad del 26.6% y generaría ingresos de $218.400.000. El VPN se usó con una tasa de retorno del 15%. Así, la inversión inicial se recupera al 3er año con una TIR del 25.92%. Con un proceso más eficiente se puede abarcar más empresas como cliente.

126

Cuadro 44. Balance general

AÑO 1 AÑO 2 AÑO 3 AÑO 4 AÑO 5

ACTIVOS

BANCOS 245,727,414 362,879,867 497,277,771 650,922,182 826,028,086

TOTAL ACTIVO CTE 245,727,414 362,879,867 497,277,771 650,922,182 826,028,086

PROPIEDAD, PLANTA Y EQUIPO 519,755,846 519,755,846 519,755,846 519,755,846 519,755,846

TOTAL ACTIVOS 765,483,260 882,635,713 1,017,033,617 1,170,678,028 1,345,783,932

PASIVOS

PROVISION IMPUESTOS 21,609,476 60,269,785 104,621,094 155,323,749 213,108,698 TOTAL PASIVOS 21,609,476 60,269,785 104,621,094 155,323,749 213,108,698

PATRIMONIO

CAPITAL SOCIAL 700,000,000 700,000,000 700,000,000 700,000,000 700,000,000 UTILIDAD EJERCICIOS ANTERIORES

UTILIDAD EJERCICIO 43,873,784 122,365,928 212,412,523 315,354,279 432,675,235

TOTAL PATRIMONIO 743,873,784 822,365,928 912,412,523 1,015,354,279 1,132,675,235 TOTAL PASIVO Y PATRIMONIO 765,483,260 882,635,713 1,017,033,617 1,170,678,028 1,345,783,932

127


AÑO 6 AÑO 7 AÑO 8 AÑO 9 AÑO 10 AÑO 11 AÑO 12

1,025,046,486 1,250,688,727 1,505,953,292 1,794,155,318 2,118,959,103 2,509,015,087 2,945,425,774

1,025,046,486 1,250,688,727 1,505,953,292 1,794,155,318 2,118,959,103 2,509,015,087 2,945,425,774

519,755,846 519,755,846 519,755,846 519,755,846 519,755,846 519,755,846 519,755,846

1,544,802,332 1,770,444,573 2,025,709,138 2,313,911,164 2,638,714,949 3,028,770,933 3,465,181,620

278,784,770 353,246,709 437,484,015 532,590,684 639,775,933 768,494,408 912,509,935

278,784,770 353,246,709 437,484,015 532,590,684 639,775,933 768,494,408 912,509,935

700,000,000 700,000,000 700,000,000 700,000,000 700,000,000 700,000,000 700,000,000

566,017,563 717,197,864 888,225,122 1,081,320,480 1,298,939,016 1,560,276,525 1,852,671,685

1,266,017,563 1,417,197,864 1,588,225,122 1,781,320,480 1,998,939,016 2,260,276,525 2,552,671,685

1,544,802,332 1,770,444,573 2,025,709,138 2,313,911,164 2,638,714,949 3,028,770,933 3,465,181,620

128

8. CONCLUSIONES

• Por medio de las pruebas de laboratorio con muestras de la misma madera de café con diferentes tiempos de haberse soqueado, se comprobó que el tiempo no influye en el poder calorífico de esta; esto es debido a que todos los compuestos que aportan energía en el proceso de combustión no varían con el paso del tiempo. • Se determinó, con la información obtenida de las pruebas de laboratorio, que ninguna propiedad física o térmica de importancia para el uso como combustible de la madera, es afectada de manera significativa por el transcurso del tiempo que lleve esta después de haber sido soqueada. • El tiempo requerido para llegar a un porcentaje de humedad óptima del 10%, para ser usado como combustible y en la elaboración de pellets, es de un mes de exponer la madera en forma astillada, a la intemperie en condiciones ambientales afines de una ciudad de clima tropical y cerca de los 1000 msnm. Lo cual es un tiempo relativamente corto si se cuenta con un espacio grande de varios cientos de metros cuadrados para tener en almacenamiento una cantidad mensual de 1200 toneladas de madera como materia prima, la cual es la cantidad mensual de materia prima estipulada para el funcionamiento inicial de la empresa. Más sin embargo, al no ser práctico para una empresa emergente, proveerse de espacios grandes solo para almacenamiento, se optó por la reducción de la humedad de la materia prima, por medio de un horno rotativo, el cual es comúnmente usado en la industria de la madera y el cual agilizaría el proceso de secado, disminuyendo así el espacio necesario para su almacenamiento temporal. Sin embargo, en caso de aumentar la demanda del producto, es bastante viable el recurrir a un espacio para el secado de la madera y de esta manera apoyar al proceso que se realiza en el horno rotativo. • El valor del poder calorífico inferior de la madera de café, el cual sería el que considerarían de importancia las empresas al momento de decidir su uso como combustible, es muy parecido al de otros biocombustibles sólidos que están siendo actualmente utilizados en el mercado, ver cuadro 13. Esto a simple vista indica que este producto sería competitivo y viable para su comercialización en el mercado, debido a que puede ser usado en los mismos sistemas de combustión adaptados para otros biocombustibles, como los anteriormente mencionados, y también para aquellos adaptados a quemar carbón. En cuanto a su competitividad con el carbón, el cual es el combustible sólido mejor posicionado en el sector

129

industrial por sus características y poder energético, nuestro producto tiene la ventaja sobre este, al ser su tiempo de ignición mucho más corto. • La densidad encontrada en la madera de café es muy similar a la de cualquier otra madera utilizada en el mercado, lo cual su manejo y almacenamiento no requieren de ninguna operación especial distinta a las que comúnmente se aplican a otras maderas. • En el transcurso del proyecto se logró constatar que la maquinaria que se gestiona en el manejo de los diferentes tipos de biomasa es muy similar, la cual se encarga principalmente de su trituración y secado. La compactación de esta por medio de una peletizadora es tal vez la tecnología más especializada. No obstante, ninguna de estas maquinarias es de fácil consecución en el país. Debido a esto se recurrió a la simulación de su funcionamiento en el laboratorio usando dispositivos que realizaran una función similar. Mas sin embargo esta simulación no es exacta y seguramente está muy por debajo en eficiencia a lo que sería el proceso productivo con las máquinas que se encuentran en el mercado, las cuales han sido diseñadas para realizar estas operaciones con un alto desempeño. Por lo cual, al momento de instalar el sistema de producción, se podría reducir hasta un 30% de pérdida de masa durante el proceso, el cual fue inicialmente estimado en 58% en el balance de masa. De lograrse esto, la empresa lograría recuperar en tres años o menos, el dinero invertido, lo cual la haría el proyecto económicamente muy viable. • Debido a que el bagazo de caña por su abundancia como desecho, satisface completamente y a un costo muy bajo, las necesidades energéticas de los ingenios azucareros, además de que las calderas de estos últimos actualmente están tecnológicamente adaptadas para el uso del bagazo y su quema de este en suspensión; la posibilidad de utilizarse pellets de madera café en estas calderas es poco factible. Esto debido a que una planta de pellets de madera de café esta en capacidad teórica de generar aproximadamente 1285 toneladas de pellets mensual, lo que puede equivaler a la cantidad de bagazo consumida en la mitad de un mes de un solo ingenio azucarero. Además que no es posible que estos pellets sean quemados en suspensión sino más bien en parilla, como en las calderas que utilizan carbón. La única forma de poder utilizar madera de café como combustible en la industria azucarera, no sería en forma de pellets, sino que en tiempos de escasez de bagazo, como en tiempos de extremadamente lluviosos, y en donde hubiera necesidad de complementar la baja cantidad de bagazo disponible. Para esto sería necesario incorporar la madera de café al bagazo por medio de la desfibración de la primera por algún medio; de esta forma la biomasa resultante de esta mezcla seguiría conservando prácticamente todas

130

las propiedades físicas y mecánicas del bagazo, por lo cual su uso en las calderas no se vería afectada y antes bien se lograría mejorar su poder calorífico y disminuir el contenido de humedad del combustible que se estuviera utilizando en las calderas de los ingenios.

131

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134

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136

ANEXOS

Anexo A. Diseño de planta

137

Anexo B. Posición arancelaria

Resultados: 84.74.10.20.00 (CRIBAS VIBRATORIAS) Descripción

México.- Gravamen: 0%. (Artículo 1º. del Decreto 2020 del 24 de junio de 2004) Chile.- Gravamen: 0%. (Artículo 3º. del Decreto 1741 de 1994) Chile.– Gravamen: 0% excepto harneros vibratorios. (Artículo 1º. del Decreto 1741 de 1994) C.C.A.C.P.- Gravamen: 0%

P.A.- Gravamen: 0%. (Artículo 7º. Decisión 324 de la C. del A. de C., y Circular Externa 019 del 25 de marzo de 1992 del INCOMEX) Perú.- Gravamen: 0%. Decisión 414 de 1997.

Bien de Capital: Bien de capital para efectos aduaneros, arancelarios y de comercio exterior sin perjuicio de las disposiciones establecidas por el Ministerio de Comercio Exterior para los Sistemas Especiales de Importación-Exportación. (Ver Decreto 2394 de 2002 ). (Ver Decreto 430 de 2009 ). (Ver Decreto 3094 de 2009 ). COLOMBIA-MERCOSUR 2010: Argentina: 0%. Brasil: 0%. Paraguay: 0%. Uruguay: 0%. (Ver Decreto 141 de 2005 ). No requiere Registro de Importación (Anexo 20 de la Circular 77 de 2002 del Ministerio de Comercio Exterior.) Sistema de Importación – Exportación para la exportación de Servicios: Podrán importarse al amparo del Sistema Especial de Importación -Exportación para la exportación de servicios. (Ver Decreto 2331 de 2001 ). (Ver Decreto 2099 de 2008 ). (Ver Decreto 2100 de 2008 ). Sistema de Licencias Anuales Abiertas: PODRÁN IMPORTAR los bienes denominados y comprendidos para la industria minera y petrolera bajo la cual las compañías dedicadas a la exploración, explotación, beneficio y transformación de minerales y petróleo o a la prestación de servicios técnicos vinculados con tales actividades. Las licencias Anuales de importación requieren visto bueno previo del Ministerio de Minas y Energía para el sector petrolero y de Ingeominas para el sector minero. (Ver Decreto 4803 de 2008). (Ver Circular 0044 de 2008).

Posición descripción IVA Grav Rég Rep

84.74

Máquinas y aparatos de clasificar, cribar, separar, lavar, quebrantar, triturar, pulverizar, mezclar, amasar o sobar, tierra, piedra u otra materia mineral sólida (incluidos el polvo y la pasta); máquinas de aglomerar, formar o moldear combustibles minerales sólidos, pastas cerámicas, cemento, yeso o demás materias minerales en polvo o pasta; máquinas de hacer moldes de arena para fundición.

84.74.10 Máquinas y aparatos de clasificar, cribar, separar, lavar: 84.74.10.10.00 Cribadoras desmoldeadoras para fundición (Ver notas) 16 5 LI 0

84.74.10.20.00 Cribas vibratorias (Ver notas) 16 0 L I 0 84.74.10.90.00 Los demás (Ver notas) 16 15 L I 0 84.74.20 Máquinas y aparatos de quebrantar, triturar o pulverizar:

84.74.20.10.00 Quebrantadores giratorios de conos (Ver notas) 16 0 LI 0 84.74.20.20.00 Trituradoras de impacto (Ver notas) 16 0 L I 0 84.74.20.30.00 Molinos de anillo (Ver notas) 16 0 L I 0 84.74.20.90 Los demás:

84.74.20.90.10 Molinos de bolas (Ver notas) 16 0 L I 0 84.74.20.90.90 Los demás (Ver notas) 16 15 L I 0

84.74.31 Hormigoneras y aparatos de amasar mortero(Máquinas y aparatos de mezclar, amasar o sobar):

138

ANEXO B (Continuación)

Posición descripción IVA Grav Rég Rep

84.79 Máquinas y aparatos mecánicos con función propia, no expresados ni comprendidos en otra parte de este capítulo

84.79.10.00.00 Máquinas y aparatos para obras públicas, la construcción o trabajos análogos 16 15 LI 0

84.79.20 Máquinas y aparatos para extracción o preparación de grasas o aceites vegetales fijos o animales

84.79.20.10.00 Para la extracción 16 10 L I 0 84.79.20.90.00 Los demás 16 10 L I 0

84.79.30.00.00 Prensas para fabricar tableros de partículas, fibra de madera u otras materias leñosas y demás máquinas y aparatos para el tratamiento de la madera o el corcho

16 5 LI 0

84.79.40.00.00 Máquinas de cordelería o cabrería 16 5 LI 0

84.79.50.00.01 Robotes industriales, no expresados ni comprendidos en otra parte

16 5 LI 0

84.79.60.00.00 Aparatos de evaporación para refrigerar el aire 16 5 LI 0

84.79.81.00.00 Para el tratamiento del metal, incluidas las bobinadoras de hilos eléctricos (Las demás máquinas y aparatos)

16 5 LI 0

84.79.82.00.00 Para mezclar, amasar o sobar quebrantar, triturar, pulverizar, cribar, tamizar, homogeneizar, emulsionar o agitar (Las demás máquinas y aparatos)

16 10 LI 0

84.79.89 Los demás (Ver notas)

84.79.89.10.00 Para la industria de jabón 16 5 LI 0

Resultados: 84.79.30.0 0.00 (Peletizadora y molino de martillo) Descripción

México.- Gravamen: 0%. (Artículo 1º. del Decreto 2020 del 24 de junio de 2004) Chile.- Gravamen: 0%. (Artículo 3º. del Decreto 1741 de 1994) CARICOM.- Gravamen: 0%. (Artículo 1º. del Decreto 2891 de 1994) ALADI: PAR.- Gravamen: Cuba.: 4% C.C.A.C.P.- Gravamen: 0% P. A.- Gravamen: 0%. (Decreto 1949 de 1980)

Bien de Capital: Bien de capital para efectos aduaneros, arancelarios y de comercio exterior sin perjuicio de las disposiciones establecidas por el Ministerio de Comercio Exterior para los Sistemas Especiales de Importación-Exportación. (Ver Decreto 2394 de 2002 ). (Ver Decreto 430 de 2009 ). (Ver Decreto 3094 de 2009 ). Perú.- Gravamen: 0%. Decisión 414 de 1997. . Bien de Capital: Bien de capital para efectos aduaneros, arancelarios y de comercio exterior sin perjuicio de las disposiciones establecidas por el Ministerio de Comercio Exterior para los Sistemas Especiales de Importación-Exportación. (Ver Decreto 2394 de 2002 ). (Ver Decreto 430 de 2009 ). (Ver Decreto 3094 de 2009 ). Bienes no producidos en la Subregión: Para efectos de la aplicación del Artículo 83 del Acuerdo de Cartagena, se incluye en la nomina de bienes no producidos en la Subregión. (Ver Resolución 1114 de 2007 ). (Ver Resolucion 1225 de 2009 ).

COLOMBIA-MERCOSUR 2009: Argentina: 2.3%. Brasil: 0%. Paraguay: 0%. Uruguay: 0%. (Ver Decreto 141 de 2005 ).

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Anexo C. Liquidación de importación

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Anexo D Visita a los ingenios Ingenio Pichichi La visita al Ingenio Pichichi se realizo el día 24 de septiembre de 2009 con el fin de tener un primer contacto con quienes podrían llegar hacer nuestros clientes potenciales (ingenios azucareros), se prepararon una serie de preguntas para el Ingeniero de caldera y el estudiante en práctica de ingeniera mecánica Daniel. Con este primer acercamiento podremos aclarar algunas dudas respecto a la idea que se tenía contemplada al inicio de esta investigación respecto a la comercialización de pellets o briquetas de madera de plantas de café, ya que tendremos la oportunidad de ver el sistema de calderas con las que se trabaja en un ingenio y el sistema de alimentación que utilizan, además de conocer los diferentes tipos de combustibles o biocombustibles que manejan. ¿Con cuantas calderas trabaja el ingenio Pichichi? El Ingenio funciona con dos calderas, la número 5 y la número 6. ¿Nos puede dar una breve explicación de cómo es el recorrido del bagazo para llegar a las calderas? El bagazo de caña pasa por 5 molinos que se encargan de moler el bagazo de tal forma que quede convertida en hilos, una masa homogénea, densa la cual recorrerá la planta dirigiéndose por 2 conductos el numero 2 y numero 3, el numero 3 alimentara la caldera numero 5 y el numero 2 alimentara la caldera numero 6 y lo que no se consume se manda ala bagacera que es el centro de acopio temporal de bagazo de caña. ¿En que momento entra a interactuar la madera de la planta de café con el sistema que alimenta las calderas? En caso que se llegue a utilizar la madera esta entraría a la bagacera y se mezclaría con el bagazo de caño disponible en el momento. ¿La madera de la planta de café serviría para alime ntar las dos calderas o solo a una? Podría alimentar las dos si da el abasto para ello. ¿Que otros combustibles utilizan? Ahora estamos trabajando con combustibles vegetales.

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¿Con que combustibles vegetales trabajan? Cascarilla de arroz Ripio de madera Chatilla Cisco de café ¿El bagazo de caña entra con humedad a las calderas ? Si, el bagazo de caña tiene un índice de humedad de un 60%, el bagazo de caña a medida que va cayendo a unas parrillas que tienen las calderas va evaporando el agua que contiene. ¿Que característica física debe de tener nuestro pr oducto (madera de planta de café) para que sea atractivo para el mercado de los ingenio? La madera de la planta de café debe de tener la misma contextura que tiene el bagazo de caña de azúcar, para que se mezclen con facilidad formando una masa homogénea y no se atasque con los alimentadores o conductores, en nuestro caso el polvillo de bagazo no nos sirve ya que en las calderas es lo primero que se consume, en pocas palabras es una combustión instantánea, por lo tanto necesitas el biocombustibles en una forma que pueda perdurar un lapazo considerable en la caldera realizando el proceso de combustión. ¿Si nuestro combustible al tiene mayor poder calorí fico que el bagazo de caña, existe la posibilidad de tener que cambiar al go en el sistema de las calderas? No, ya que nuestro bagazo de caña también entra a a las calderas con variaciones en el poder colorimétrico, en invierno el bagazo entre sucio ya que tiene tierra por lo tanto entra con más humedad, a diferencia de lo que ocurre en el verano que es más limpio ¿Es posible que nuestro combustible entre directame nte a las calderas? No, todo lo que entra a la caldera debe de mezclarse con el bagazo de caña ya que en ese caso la caldera si respondería diferente, ya que las calderas tiene un sistema de control donde verifica datos de presión y temperatura entonces hace unos ajustes, los cuales no son automáticos, es un sistema inteligente que debe graduarse manualmente hasta que la caldera asuma unos parámetros de operación. Básicamente lo que se hace es mezclar para mejorar el poder calorífico al bagazo.

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¿Cuándo hablamos de chatilla nos referimos a madera , quien les provee esta materia? Hay una empresa que se llama INDECOLSA que trabaja con aglomerados, nosotros les vendíamos bagazo, pero al haber escasez de este, nos empezaron a surtir madera. ¿Qué precios manejan Uds. para la compra de estos c ombustibles? El bagazo en época de invierno una tonelada puede costar $30.000 o $40.000 mil pesos eso depende. Lo más costoso es el cisco de café ya que se utiliza también para otras actividades, puede llegar a costar $120.000 la tonelada ¿Qué BTU tiene el bagazo de caña y el ripio de made ra? El Bagazo de caña en base húmeda puede alcanzar unos 3800 btu/lb y el ripio 4100 btu/lb. Conclusiones Después de realizar esta visita se llego a las siguientes conclusiones: • La idea de fabricar pellets no es óptima para ofrecer a un ingenio como el ingenio Pichichi, puesto que ellos utilizan los biocombustibles sustituyentes como una masa homogénea mezclada con el bagazo de caña. • Debería de realizarse cambios en el hogar de la caldera para poder utilizar los pellets sin sen mezclados con el bagazo, lo que generaría altos costos para los ingenios. • El poder colorimétrico de la madera de café es significativamente alto comparo con el bagazo de caña. • La escasez de bagazo de caña como biocombustible no es muy regular, por el contrario este ingenio vende bagazo a otras empresas o tiene convenios, por lo que la compra de otros biocombustibles no es frecuente.

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Ingenio Río Paila Castilla La visita al Ingenio Río Paila se realizo el 17 de Febrero de 2010, como ya se había realizado una visita previa, teníamos mas conocimiento acerca del funcionamiento de las calderas pero más que eso de la forma en la que se maneja los biocombustibles tales como el bagazo de caña, la cascarilla de arroz entre otros. La visita al ingenio castilla se llevo a cabo ya que ellos se encuentran en una investigación sobre pellets elaborados a partir del bagazo de caña. Se entrevisto al ingeniero en caldera Juan Guillermo Ayalde. En el momento se encuentran realizando una investig ación sobre la fabricación de pellets ¿podría comentarnos acerca d e ello y de los inconvenientes que aya tenido? Fue bastante complicando por la presión que se requiere para comprimir el bagazo, inicialmente se empezó una paca de 50cm X40 cm de bagazo de caña y al ser comprimida en el transporte se desvanecía por la humedad del bagazo, ya que la humedad no deja comprimir. ¿Qué porcentaje de humedad se requiere para pelleti zar el bagazo de caña de azúcar? Se requiere una humedad por debajo del 15%, la cuestión es que si uno va hacer eficiente secar una tonelada de bagazo y bajarle la humedad de un 50% a un 15% el gasto energético es bastante alto. ¿Por qué no se vende el bagazo de caña, de la misma forma en la que se consume en los ingenios? Por que se estaría vendiendo como desecho industrial y no como biocombustible, y la idea es venderlo a países de la Unión Europea o Estados Unidos lo cual exigen determinado porcentaje de humedad. ¿Cuál es para usted entonces el mayor problema que se le ha presentado? Bajarle la humedad al bagazo, ya que para este negocio se debe ser eficiente y el uso de energía eléctrica para el secado no es nada barato por lo cual no se llega a ser eficiente en ese sentido, pues la energía cuesta. ¿Por qué no se deja el bagazo al sol para secar? Por que toma mucho tiempo, además se requiere de un área muy grande para que esto ocurra.

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¿Que características debe de tener una caldera para que funcione con pellets como biocombustible? Bueno eso es algo complicado, en el caso del bagazo debe de haber un desmenuzador por la forma de alimentación, como es comprimido debe de ser como el carbón con un porcentaje de humedad muy bajo lo cual permitiría que se consuma rápido, pero como estamos manejando porcentajes altos de humedad debe de ser desmenuzado y expulsado hacia el hogar para que se consuma más rápido. ¿Qué tamaño debe de ser el pellets para que se cons uma eficientemente? Más que el tamaño del pellets la cuestión es de la parrilla, las parrillas viajeras tiene unos huecos por donde entra el aire muy pequeño, y para nosotros los pellets que fabricamos eran mucho más grandes, sin embargo cuando metimos el pellets al hogar observamos que se demoro en quemar por su estado compacto, y quizás por el tamaño que tenia. ¿En que tipo de caldera puede quemar fácil un pelle ts? La caldera que manejamos aquí es en suspensión, es decir que el bagazo se quema en suspensión, no toca la parrilla, para quemar un pellets es ideal una caldera carbonera ya que el carbón si se quema en la parrilla, nosotros no utilizamos carbón. ¿Ustedes, utilizan otro tipo de biocombustibles? No, aquí solo utilizamos bagazo, hicimos un estudio energético para que de la molienda sobrara suficiente bagazo para no sufrir de futuras escasez. ¿Se puede utilizar un horno alimentado del vapor de las calderas para secar el bagazo? Hay estudios de secadores de bagazo, pero ningún estudio ha resultado, hay dos opciones, uno es secar con vapor pero la relación costo beneficio no es optima, se incrementan los costos, y la otra opción es la utilización de los gases de combustión que salen por la chimenea, pero el problema es de abrasión, hay una abrasión grande que daña todos los componentes de la cadera. ¿En qué lugar mandaron a fabricar los pellets? Los mandamos a fabricar en un taller llamado Taller RET. ¿Ustedes se están basando en alguna norma para real izar los estudios de los pellets?

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No, no tenemos conocimiento de alguna norma, solo estamos cumpliendo con las normas fitosanitarias que son muy estrictas en los países Europeos. ¿Finalmente nos puede aconsejar cual es la mejor op ción para comercializar los pellets? Lo más recomendable o por lo menos lo que nosotros queremos hacer es exportar los pellets a partir del bagazo de caña, en países Europeos esto tiene mucha salida, considero que es la mejor opción puesto que muchos ingenios utilizan en un 98% bagazo de caña como biocombustible para las calderas, y no considero necesario la compra de otro tipo de biocombustible además las calderas influencian mucho y si la mayoría que se utilizan son bagaceras esto no tendría resultado. Conclusiones Una vez realizada la entrevista se concluyo lo siguiente: • Los ingenios no son óptimos mercados para la comercialización de los pellets, debido a que el bagazo de caña se da en abundancia como biocombustible. • Las calderas más utilizadas en los ingenios son las bagaceras las cuales queman en suspensión el bagazo, lo cual no serviría para quemar pellets. • Los pellets elaborados a partir de la madera de café, es un producto más eficiente que el bagazo de caña por el porcentaje de humedad tan bajo de 37.44% cuando recién es recibido a comparación del 50% de humedad que presenta el bagazo. • Un problema para la industria de los pellets es la maquinaria, en Colombia no se encontró maquinaria óptima para su fabricación, esto influye mucho en la calidad si se piensa en exportar los pellets hacia países Europeos.

EVALUACIÓN TÉCNICA Y ECONÓMICA PARA EL …

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