Prospectiva Tecnológica para la Logística de la Cogeneración con
Biomasa Residual en la Industria Azucarera.

Aunque los precios de los combustibles convencionales tienden a estabilizarse e incluso a decrecer, el interés por salvar el medio ambiente aumenta y, con ello, los intentos de utilizar fuentes de energía renovables, poco agresivas al equilibrio ambiental, baratas en su explotación y que requieran costos relativamente bajos de inversión.

La biomasa residual de las cosechas cumple estos requisitos, sin embargo, a pesar de estar disponible en grandes cantidades, resulta aparentemente costosa por sus bajos contenidos calóricos y los grandes volúmenes que hay que manipular y almacenar para generar electricidad lo que ha frenado su utilización masiva hasta encontrar maneras de hacer rentable su uso.

Las mayores reservas de biomasa combustible se encuentran en los países de mayor crecimiento de las demandas energéticas del mundo y, dentro de esas reservas, la biomasa residual azucarera resulta de considerable importancia. Encontrar solución a las limitantes que tiene su utilización traería impactos positivos en dos vertientes: solucionaría, de una parte, los problemas energéticos de esos países propiciando un desarrollo sustentable y propiciaría, por otra, la diversificación competitiva de una industria en crisis.

La Industria Azucarera no ha permanecido ajena a los cambios que han caracterizado el entorno económico de esta década como la privatización, la desrregulación, el libre comercio, la integración en bloques económicos y la desaparición del campo socialista europeo. Los cambios en el entorno de los años 90 han repercutido en la cadena del valor azucarero y están exigiendo a los industriales un aumento de las investigaciones y transferencia tecnológica, el uso de la informática, la mecanización, el aumento de las exigencias en cuanto a la organización industrial, el uso eficiente de la energía y la utilización de los residuos de la cosecha, así como la tendencia a la diversificación de la industria ampliando su espectro a la producción de alcoholes, alimentos para el ganado y energía eléctrica por cogeneración. Los cambios del entorno, en resumen, exigen un nuevo modelo de industria de la caña de azúcar que sea autofinanciable, ágil y dinámico frente a las cambiantes características con el objetivo de hacerla primero rentable y luego competitiva.

Este ultimo fenómeno ha influido fuertemente en Cuba que dejó de ser el primer exportador mundial de azúcar de caña y, que dadas las condiciones actuales, está muy lejos de recuperar esta condición. Una actitud proactiva en aras de adelantarnos a las posibles condiciones adversas que el futuro imponga a nuestra primera industria es de vital importancia buscando una diversificación que la haga competitiva con los líderes tecnológicos actuales cuyos resultados distan en buena medida de los nuestros.

La industria azucarera se mantendrá en los próximos 15 años como nuestra primera fuente de ingresos pues garantiza mas del 45% de los ingresos del país, es el principal cliente de los sectores más importantes de la economía y una importante fuente de trabajo.

La diversificación de la Industria Azucarera, a partir de la obtención de derivados de la caña de azúcar, ha sido amplia y profundamente estudiada. Resultados de estudios de factíbilidad de derivados de la caña de azúcar efectuados en Cuba muestran una lista aproximada de 28 productos posibles técnica y económicamente de obtener. Ello permitiría que la afectación actual del mercado azucarero por la estabilización de la demanda y los precios de los azúcares a causa de la aparición de edulcorantes sintéticos y siropes de fluctuosa y glucosa, no incida directamente en nuestra industria que sería capaz de elaborar productos de mayor valor agregado.

La primera condición para la diversificación competitiva de la Industria Azucarera es su autoabastecimiento energético, ello permite la satisfacción de las demandas de electricidad y vapor de estos procesos y el aumento de los ingresos por la exportación de electricidad al Sistema Electroenergético Nacional. La producción de electricidad cogenerada se está convirtiendo en el mundo en una fuente de ingresos para toda industria de procesos y en una vía de contribuir al equilibrio ambiental. El principio básico de la cogeneración es el aprovechamiento de la energía residual resultante de todo proceso termodinámico de conversión y utilización de energía y que en procesos separados es disipada al ambiente.

Las potencialidades de utilizar toda la biomasa residual azucarera para cogeneración eficiente y generación en tiempo de no-zafra se hacen palpables al valorar que en Cuba se muelen como promedio 80 MMt de caña que producen 24 MMt de bagazo y 20 MMt de paja de caña equivalentes a unos 5,5 MMt de fuel oil. De mantenerse esos niveles de molida pudieran instalarse en los 156 ingenios azucareros del país una potencia total de 2 790 MW con calderas de alta presión – temperatura y turbinas de vapor de extracción – condensación (AP/TVEC) y de 4 855 MW con generadores de biomasa y turbinas de gas y ciclos combinados (GB/TGCC) que equivaldrían a 21 364 y 39 379 GWh con reducciones del consumo de vapor para el proceso hasta 380 kgv/t.

El Ministerio del Azúcar y el Ministerio de la Industria Básica contemplan en sus respectivas estrategias la generación eléctrica con biomasa residual azucarera considerando las orientaciones de la Resolución Económica del 5to Congreso del Partido Comunista de Cuba que plantea la necesidad de concentrar esfuerzos en el ahorro de los combustibles tradicionales y el desarrollo de las fuentes energéticas nacionales, especialmente las renovables para proteger el medio ambiente y emprender el desarrollo sustentable. Los intereses que llevan a ambos ministerios a considerar este aspecto en sus estrategias son diferentes. Mientras el MINAZ busca el aumento de la eficiencia en la producción de azúcar y la diversificación de las producciones, el MINBAS trata de solucionar los problemas de generación eléctrica que afronta por el alto costo de adquisición de los combustibles y el alto grado de desgaste físico y moral de las estaciones generadoras que atenta contra su eficiencia económica.

En esta investigación se trata de dar solución a una de las limitantes técnico – económicas de la utilización masiva de la biomasa para la generación energética que es el alto costo de su sistema logístico utilizando para ello un enfoque prospectivo que permita cumplir otra de las orientaciones de la Resolución Económica del 5to Congreso del Partido Comunista de Cuba referente a la necesidad de la planeación integral de los procesos considerando la demanda y su visión global desde la compra de la materia prima hasta la realización del producto final.

Situación Energética Mundial.
El mundo moderno no concibe su existencia sin consumir la electricidad que se ha convertido en la fuente energética de una parte muy importante de la actividad socioeconómica. A pesar de la crisis del petróleo en la década del 70, sigue siendo este la principal fuente de producción de energía eléctrica comercial con 42% del total seguido por el carbón con 31%, el gas natural 23% y la electricidad primaria obtenida de fuentes nucleares, eólicas, hidráulicas, geotérmicas y de biomasa con un 5%. (29)(11).

Durante el Siglo XX el mundo ha consumido mayor cantidad de energía que en los 3 millones de años que se estima que exista el hombre sobre la faz de la tierra mas se corre el riesgo de que las reservas de combustibles fósiles - estimadas en 2 200 billones de toneladas de petróleo equivalente con un consumo aproximado de 7 billones de toneladas anuales - se agoten en menos de 300 años y, de ellos, el petróleo crudo en 100 años. (142) (28). Otros estimados más pesimistas aseguran que el petróleo durará solamente 60 años más si se continúa consumiendo al ritmo actual, el gas natural 80 y el carbón 220 años. (157) (11) (12).

En los últimos 20 años ha ocurrido un crecimiento más veloz del uso del gas y de la electricidad primaria como fuente energética (39%) que del petróleo (30%) pero, aunque ya están maduras las tecnologías de utilización de la biomasa como fuente de energía alternativa para la producción de electricidad, su utilización no muestra el crecimiento que tan saludable sería a la economía y el medio ambiente. (29) (63) (1) (27).

La humanidad vive en estos momentos una época que es particular y única en muchos sentidos. Como nunca antes, las sociedades cobran conciencia de la inaplazable necesidad de convivir en armonía con el medio ambiente. Existe, sin embargo, un aparente conflicto entre desarrollo y bienestar contra contaminación y deterioro ambiental. (136) (64)

La década de los 90 debe concluir con un consumo mundial anual fundamentalmente de petróleo de 300 EJ (1. 10¹⁸ J) (28) (66) distribuido de una forma muy desigual entre países industrializados y subdesarrollados de 200 y 5 GJ/hab. Las tendencias de crecimiento poblacional y de consumo energético se concentran en los países subdesarrollados que son también los que disponen de los mayores potenciales de biomasa como fuente de energía. (28) (1) (6) (51).

El consumo de combustibles convencionales debe disminuir a largo plazo a causa de sus impactos ambientales negativos y no por los precios pues los avances tecnológicos conseguidos en la prospección y explotación de las reservas petroleras propician que los costos disminuyan y sólo un grave y estable conflicto en el Medio Oriente elevarían definitivamente los precios por encima de los 221 – 294 USD/t (30 a 40 USD/bbl) hasta el 2 015 según estimados de las más importantes compañías del ramo del mundo. (157) (40) (55) (68) (79) (86) (94) (99) lo que indica que no es sólo la razón económica sino la medioambientalista la que motiva al mundo a buscar soluciones al consumo desmesurado de combustibles convencionales.

Se define como consumo total de energía la contenida en los combustibles, sólidos, líquidos, gaseosos más la electricidad primaria producida excluyendo la leña y el carbón. (28) (47) (9) (49) (77) (78) (80) (106).

Se espera que en el Siglo XXI crezca el consumo de energía con diferente distribución de las fuentes de su obtención. Para los próximos 15 años se predice un incremento del consumo de combustibles en los siguientes órdenes: (157) (113) (114) (116)

El ahorro de energía y su producción a partir de fuentes alternativas es actualmente la coyuntura en la discusión de economistas, empresarios, investigadores y especialistas en materia de energía por su influencia directa en la disminución de los niveles de contaminación ambiental y la reducción de los costos de producción de la empresa. (136) (117) (125) (128).

El ser humano, consciente de que es indispensable encontrar soluciones a esta disyuntiva, puesto que en ello va su propia supervivencia, se ha planteado el desarrollo sustentable como una estrategia orientada a alcanzar este importante fin, entendiendo por ello al tipo de desarrollo que satisface las necesidades del presente sin menoscabar la capacidad de las futuras generaciones de satisfacer sus propias necesidades por lo que resulta una meta a alcanzar no sólo por las naciones desarrolladas sino por todas. (28) (133) (137) (139).

Hay un conjunto de acciones que propiciarían el desarrollo sustentable en el campo de la energía como serían el aumento de la eficiencia en la producción, conversión y uso final de la energía en todos los sectores de la sociedad. el empleo de estrategias realizables sobre la utilización de la energía renovable y la elaboración de estrategias energéticas a largo plazo que disminuyan el consumo de combustibles fósiles y el agotamiento acelerado de estos recursos, además de disminuir las emisiones de CO₂ a la atmósfera. (1) (136) (142). A estos efectos la Conferencia Cumbre de Río de Janeiro sobre Medio Ambiente y Desarrollo realizada en Junio de 1 992 suscribió el Convenio de Cambio Climático donde se acuerda garantizar el abasto de energía eléctrica y reducir su consumo y producción relativas por ser el elemento de mayor peso en la emisión de gases que contribuyen al efecto invernadero.

En la década del 90 la concentración atmosférica de CO₂ se espera que promedie de 358 a 360 ppm y que se arribe al 2 000 con un valor de 380 ppm (28) (132) (96) que debe resultar un inmensurable aporte al calentamiento global en que la producción y uso de energía aporta el 49%, la actividad agrícola el 13%, los procesos industriales el 24% y la creciente deforestación el 14%. (106) (64).

Este y otros problemas ambientales que amenazan la existencia de la humanidad en el futuro llevan a trazar una estrategia para alcanzar el desarrollo sustentable con múltiples dimensiones donde se destaca la tecnológica que prevé el desarrollo de tecnologías más eficaces y limpias que minimicen el consumo energético y recursos naturales y no contaminen ni aire, ni agua, ni suelo, que logren la disminución de las emisiones de carbono para limitar el índice de progresión global de los gases de invernadero y estabilicen la concentración atmosférica de estos gases. De la misma forma se tratará de disminuir paulatinamente el consumo de combustibles fósiles sustituyéndolos por otras fuentes energéticas y se suprimirá el uso de clorofluorocarbonos (CFC) para prevenir la degradación de la capa de ozono.

Un aspecto de interés de la dimensión tecnológica es la preservación de tecnologías tradicionales que creen pocos desechos contaminantes y que sean capaces de reciclar sus desechos y que trabajen o apoyen los ecosistemas además de apoyar las políticas gubernamentales que permitan la más rápida adopción de tecnologías mejoradas o que incrementen acciones que las fomenten (29) como es el caso de la generación de electricidad masivamente utilizando la biomasa como combustible pues cada kWh generado con recursos renovables disminuyen en 1 kg las emisiones de CO₂. (64).

La biomasa como combustible.
Hay ya suficientes demostraciones de que la combustión a escala industrial de biomasa tiene efectos positivos o neutros en la emisión de carbono a la atmósfera pues se liberan menores o iguales cantidades que las captadas por las plantaciones en su proceso de fotosíntesis, mientras que el consumo de combustibles fósiles incorpora a la atmósfera CO₂ geológico alterando el equilibrio natural. (47) (113) (29) (74) (54) (132) La biomasa provee el 14% del total de la energía consumida por los países del 3er Mundo sin embargo puede proveer 10 veces el total de la energía que el mundo de hoy demanda. (137) (1).

Se entiende por biomasa la energía solar acumulada por fotosíntesis en la materia orgánica de los vegetales de la corteza terrestre que puede aprovecharse energéticamente de dos maneras: o bien quemándola para obtener energía calórica o bien transformándola en otros combustibles para poder almacenarla y transportarla mejor antes de utilizarla. (47). (29) (133) (137) (139). La biomasa combustible está apta como tecnología para implementar pues aun antes del impuesto por emisiones de CO₂ ya era competitiva con los combustibles fósiles (132) (157) (142).

Además de sus ventajas medioambientales directas, la combustión utilitaria y controlada de biomasa, fundamentalmente residual, evita la degradación de los suelos por abandono de tierras de labor al crear fuentes de trabajo y mantener las rentas del campo por lo que evita los movimientos de población relacionados con el abandono de cultivos lo que implica un impacto social positivo (47) (82) sin embargo, se persiste en el consumo de combustibles fósiles para la producción de energía comercial y países industrializados como España, muestran un aporte total de la biomasa a la producción energética de sólo 4%. (106).

Algunos estudios realizados muestran como la producción energética a partir de biomasa residual de la caña de azúcar, que son el tipo fundamental de biomasa combustible de los países productores de azúcar de caña, se justifican cuando la producción azucarera excede los 50 kg/hab como ocurre en Mauricio, Fidji y Cuba. (82).

Se define como biomasa cañera al total de fibra residual de la cosecha y procesamiento de la caña de azúcar constituida por los residuos agrícolas de la cosecha y el bagazo de la molida. (17) (19) (61) (65) (100) (102) (108)(112)
La composición típica de la caña en su estado natural en el cañaveral es de 8,44% de cogollo y hojas verdes, 19,74% de vainas y hojas secas y 71,82% de tallos limpios (61) (82) de los cuales el 15% son azúcares (141) (72) por lo que una plantación de caña puede aportar aproximadamente 60% de fibra de la que se aprovecha actualmente sólo la que constituye el bagazo de manera ineficiente según los avances tecnológicos alcanzados hasta la fecha.

Otros enfoques de análisis plantean que 1 t de caña sembrada significa: (54)

En el mundo se muelen más de 600 MMt de caña actualmente que equivalen a unos 90 MMt de bagazo base seca y pudieran generarse con él unos 50 TWh de electricidad. (82)

Mientras que en Cuba se muelen como promedio anual 80 MMt de caña que contienen 24 MMt de bagazo y 20 MMt de paja equivalentes a unos 5,5 MMt de fuel oil. (38) (1).
Como promedio en el mundo las necesidades de vapor y electricidad para la producción azucarera son de 500 - 600 kgv/tcp y de 15 - 30 kWh/tcp mientras que un ingenio eficiente debería ser capaz consumir menos de 30 kWh/tcp y menos de 300 kgv/tcp. (82) Hay algunas excepciones como es el caso de Hawaii donde se producen entre 20 - 120 kWh/tcp (82) mientras que Cuba dispone del 20% de su potencia electroenergética instalada en la industria azucarera, genera el 22% de la demanda total del país (38) y se consumen 480 kgv/tcp que generan como promedio 21 kWh/tcp con un máximo de 41 kWh/tcp. (38)

Además de las ventajas sociales antes señaladas, el consumo de biomasa cañera para la generación de electricidad tiene la ventaja de influir en el ahorro de erogaciones de divisas para la adquisición de combustibles convencionales pues la mayoría de los productores de azúcar de caña del mundo son también importadores de hidrocarburos además de aumentar el aprovechamiento de las capacidades de generación de electricidad adicionales. (38)

La biomasa residual cañera, que en lo adelante se tratará como paja de caña, puede utilizarse con diferentes alternativas en la Industria Azucarera:

• Como sustituto del bagazo en condiciones normales de operación de los ingenios azucareros con vistas a aumentar la producción de este con otros fines,
• Como combustible de reserva para casos de rotura o parada del ingenio por limpieza,
• Como combustible adicional para el incremento de la generación de energía eléctrica y su posibilidad de exportar los excedentes al Sistema Electroenergético Nacional (SEN),
• Como combustible inicial para los períodos de arranque y ajuste del ingenio.(122)

Las investigaciones acerca de la disponiblidad de paja por tonelada de caña puesta en el basculador del central arriban a conclusiones más o menos convergentes. A partir de experimentos realizados en Hawaii por 10 años (74) (75) (82) (127) con la biomasa residual de la industria azucarera se arribó a la conclusión generalizada en estudios posteriores de la USAID de que hay un equivalente promedio de 12% de paja en el peso total de la caña que se muele con independencia del lugar donde se encuentre que depende del método de cosecha.(120)(141) (143) (144) (145) (146) (147) (148) (149) (107) (84) (52) (62)

Hay posiciones más alejadas de estos estimados que declaran una disponibilidad de paja varía entre 0,54 - 1,47 t por t de caña (57 – 147%) según la variedad y edad de la cepa (53) que parece incluir el peso del cogollo. Trabajos posteriores de estos mismos autores muestran actitudes más conservadoras al plantear que en las variedades para producción de azúcar las proporciones de paja por tonelada de caña están todas por debajo de la tonelada. (53) (112) (17)

La experiencia generalizada en Cuba sobre disponibilidad de paja se refiere al contenido de materias extrañas y estima entre un 10 - 12% de paja por tonelada de caña quedada que arribe a los Centros de Beneficio y entre 8 – 10% por tonelada de caña nueva y aparece reflejada en las normativas de control de calidad de la producción azucarera. (33) sin embargo, los estudios realizados en el país para la utilización de la paja de caña como combustible alternativo convergen en estimar una proporción de paja de 12 - 17% del peso total de la caña que llega al basculador del central en dependencia de la edad de la cepa sin especificar diferencias notables entre variedades. (61) (4) (102) (24) (38) (121) (122) (123)(23) (25) (5) (150) (54)

Los estudios preliminares realizados por la Unión Nacional Eléctrica y la Dirección de Industria del Ministerio del Azúcar en Cuba estiman una disponibilidad media de paja de caña en el país de 13 a 15 MMt de los que de queda un 50% en el campo, entre un 20 y un 25% en los Centros de Beneficio y el resto sigue con la caña hasta el central. (150) (123) (22) (61) (38) (88)

Con relación al valor calórico de la paja los diferentes documentos consultados muestran valores diferenciados:

• 11,1 MJ/kg (2 560 kcal/kg) es el valor calórico inferior estimado por Gabra y Kellstroem (53) y 20,45 MJ/kg (4718 kcal/kg) el valor calórico superior estimado por Euba (49) ambos sin especificar el contenido de humedad y cenizas ni las características de la obtención.
• Rubio (122) estima un valor calórico de 17,05 MJ/kg (3 932,4 kcal/kg) con un contenido de cenizas de 12,24% y de humedad de 10%.
• Dudley (45) estimó un valor calórico de 17,2 MJ/kg (3 663,8 kcal/kg) con una humedad de 20% y un contenido de cenizas de 11,7% citando a Payne (1 991)
• Jakeway (74) estima un valor calórico de 13,49 Mj/kg (3 112,2 kcal/kg) con humedad de 14,6% y contenido de cenizas de 10,6% en balas de paja almacenadas por 90 días a la intemperie.
• González Alonso (61) recopila información de varias fuentes y establece un rango de 17,51 a 7,3 MJ/kg (4 039 a 1 683 kcal/kg) en dependencia de la variedad de la caña, la forma de obtención y los días de secado que influyen sin duda en los contenidos de cenizas y humedad que no especifica. Además formula la obtención de dicho valor calórico para las condiciones de Cuba que permite asumir una valor calórico medio de 11,92 MJ/kg (2 750 kcal/kg) a 25% de humedad y 10% de contenido de cenizas.

La utilización de la paja de caña tiene también desventajas de orden agronómico, logístico, administrativo, tecnológico, económico, ambiental y sociocultural que han limitado su utilización. (96)

Desde el punto de vista agronómico y ambiental la recolección de la paja de caña pudiera, a largo plazo, influir negativamente en la retención de la humedad, la evaporación y el drenaje del suelo, aumentar la susceptibilidad de su superficie a la erosión del viento y de la lluvia, aumentar la demanda de fertilizantes inorgánicos para reemplazar los nutrientes que se retiran con la paja (fósforo y potasio), disminuir el control de hierbas, plagas y enfermedades que el colchón de paja posterior a la cosecha crea en el cañaveral además de deteriorar las propiedades químicas y físicas del suelo con la disminución del retorno de carbono al suelo. (127) Un estudio preliminar realizado en Hawai durante la década de los 80 mostró que de retornarse las cenizas al campo, las consecuencias negativas de la retirada de la paja de caña no deben ser considerables. (127)

Administrativamente, el uso de la paja como combustible para la generación masiva de electricidad resulta un proceso complejo por la gran cantidad de eslabones implicados en la cadena del valor hasta la obtención del producto final. Esta situación exigiría la integración de políticas con diferentes enfoques que actualmente coexisten y la eliminación de diversos obstáculos legales además de la modificación de hábitos sociales a partir de la aceptación generalizada que exigiría el cumplimiento de objetivos primariamente sociales antes que económicos. (96)

Aunque no existe una tecnología única para la combustión de paja de caña el costo de equipamiento para la conversión de biomasa en energía es entre un 30 – 60% mayor que el de los convencionales a causa de los diferentes sistemas de almacenamiento y transporte que precisa, la diferencia en los sistemas de combustión, extracción de cenizas y necesitar de sistemas de decantación de las cenizas volantes en los humos. (47)

La logística de la biomasa combustible es siempre compleja dada la vasta distribución de las fuentes de abasto, su baja densidad, su obtención dependiente de procesos biólogo – naturales casi siempre en forma de campañas. Esta situación es común a la paja de caña lo que motiva que el diseño del sistema de abastecimiento de paja tenga que ser diferente en cada región de acuerdo a las condiciones propias del lugar.

Esta limitación motiva que diseñar un sistema logístico para la utilización masiva de paja de caña como combustible esté basado necesariamente en el principio estratégico del "Pull", pues es el último eslabón de la cadena de valor, es decir, la línea de abasto directo de la caldera de acuerdo a sus características técnicas, quien establece las condiciones a cumplir como serían: niveles y frecuencia de suministro, formas de almacenamiento, los límites de costo competitivos con relación a los métodos convencionales, las formas de preparación del combustible, los contenidos de humedad y cenizas permisibles además del cumplimiento de restricciones legales, ambientales y de formas de pago a conveniar con el Sistema Electroenergético Nacional sin que se incurra en una desventaja energética en el sentido que el proceso de abastecimiento en su conjunto demande iguales o mayores cantidades de energía equivalente que el producto final. (155)

Como en la industria azucarera el bagazo es el combustible fundamental, cualquier combustible alternativo que se consuma deberá tener aproximadamente las mismas características físicas y tener iguales o menores niveles de humedad. (45) de lo contrario no sería posible consumir paja y bagazo mezclados o alternativamente.

Para que la paja resulte competitiva, el consumo energético de su proceso de compactación deberá oscilar entre 30 - 100 kwh/t a ellos habrá que adicionar los del resto de los pasos del proceso logístico que no puede exceder tres veces el consumo de la densificación (quiere decir que tiene que ser menor de 300 kwh/t. (82)

Las cenizas obtenidas de la combustión de la paja tienen características diferentes a las del bagazo (granulometría y composición química) por lo que pudieran influir negativamente en el costo de mantenimiento de las instalaciones de generación. (82) (47) (49) (45) (74) (121)

Experiencias con la paja de caña como combustible.
Hay diferentes experiencias con la utilización de la paja de caña como combustible principal. En Brasil una planta de 30 MW genera a 0,034 USD/kWh usando bagazo fundamentalmente y paja como combustible complementario. (52)
En Louisiana, USA se están utilizando los residuos de la cosecha cañera para la producción de biogas y compost pero a pequeña escala. (17) De la misma manera hay experiencias con diferente grado de aplicación en Jamaica, (120) Tailandia (143) (144) (145) (146) (147) (148) (149) Costa Rica (141) Swazilandia. Guatemala y Sudáfrica.

Hay pocas experiencias en el recobrado de residuos en el campo para su uso como combustible. En Hawaii se comenzó a intentar desde la década de los 80 comprobándose los altos costos de manipulación; por lo que se hicieron cambios en el proceso de cosecha – transportación para obtener la paja de la caña en el ingenio y mezclarla con bagazo. Con este método se ha estado generando entre el 10 y el 15% de la demanda de electricidad de la mayor de las islas desde 1 990. (82) (127) (112) (68) (74) (75) Por ser los más adelantados en la aplicación práctica de estas experiencias es necesario prestar atención a sus sugerencias de controlar cuidadosamente los costos de operación dada la fácil descomposición de la paja, (han comprobado una durabilidad aceptable de hasta 90 días) su alto contenido de cenizas que aumenta con la tierra que recoge durante el proceso de compactación, además de requerir de equipamiento especializado y preverse algún tipo de efecto agronómico a largo plazo (82) (127) (112)

Otro aspecto a tener en cuenta sería qué cantidad de paja deberá permanecer en el campo dadas las posibles implicaciones ecológicas que traería a largo plazo. Estudios realizados en Tanzania mostraron que puede recuperarse el 50% de la paja de caña del campo sin que tenga consecuencias adversas lo que significaría que las potencialidades del combustible disponible en la industria azucarera mundial se eleven de 2,5 GJ/t (bagazo) a 5,2 GJ/t (bagazo y el 50% de la paja) (52) (53) Los resultados de un experimento similar realizado en Puerto Rico muestran que los posibles efectos adversos de la recolección de la paja se eliminaban dejando en el campo el 30% (52) este valor coincide en principio con el volumen de paja que como promedio permanece en el campo en Cuba.

Publicaciones más recientes hacen referencia a los estudios que se realizan en la India con fines de generación a gran escala con biomasa y que detallan las condiciones que, desde el punto de vista industrial, deben cumplir los ingenios para poder generar rentablemente con paja y bagazo como combustibles. 107) (84) (62) (144)

En todas estas publicaciones los autores parecen coincidir con Gabra y Kellstroem (53) en que, para que la generación con paja sea rentable, el costo de combustible debe ser menor que el de su equivalente en combustibles convencionales para que el costo de generación sea menor que 0,04 USD/kWh y el precio de venta de la electricidad a la red deberá ser mayor de 0,2 USD/kWh considerando el aumento del gasto de equipamiento de suministro del combustible y, con ello, el aumento del costo de operaciones. (53)

En Cuba hay experiencias de utilización de la paja como combustible alternativo con el bagazo para suplir déficits durante la zafra trasladándola a granel desde el Centro de Beneficio y moliéndola en el tándem para utilizar las mismas instalaciones existentes para el bagazo. Esta experiencia ha mostrado altos consumos energéticos, problemas tecnológicos de varios tipos y, por supuesto, altos costos que la hacen irrentable. (102) (4) (5) (24) La prueba de consumir paja empacada por silocosechadoras u otros medios de compactación ha sido desechada por implicar instalaciones adicionales de almacenamiento y provocar atascos en los sistemas de combustión. (102) (4) (5) Existen otras experiencias con resultados positivos como son el horno integrado (61) y pruebas piloto realizadas en diferentes ingenios de todo el país (38) pero ninguna de ellas para grandes volúmenes de paja de caña ni como combustible principal.

El enfoque logístico como herramienta para el diseño de sistemas.
Logística es un enfoque novedoso de la organización de los sistemas productivos al que se ha llegado a través de la evolución de la organización de la producción. Se define como Logística al conjunto de actividades de diseño y dirección de flujos materiales, informativos y financieros que deben ejecutarse de forma racional y coordinada con el objetivo de proveer al cliente de los productos y servicios en la cantidad, calidad, precio, plazo y lugar demandados con elevada competitividad. (59) (14) (15) (41) (42) (44) (115) (10) (95)

Otra aproximación al concepto de logística es la de proceso de planificación, organización y ejecución de flujos materiales, informativos, valorales, energéticos y de personas en el ámbito intra e interempresarial. (2) Para conseguir que estos procesos propicien una logística fluida y sincrónica hace falta una visión generalizada y polifacética y el hecho de conseguirlo se convierte en una ventaja competitiva.

La acción logística está enfocada a la mejora constante de los flujos materiales, informativos y de valor lo que hace que tenga un estrecho vínculo con la reingeniería que tiene fundamentos y resultados muy adecuados para la logística porque en ella se parte de la posición del cliente y, a partir de él, se diseña el proceso. (124)

Un sistema logístico es la red de unidades autónomas y coordinadas que actúa con relativa independencia del entorno y que abarcan desde el o los proveedores, que garantizan la producción específica para el producto o servicio que brinda la empresa, hasta que los clientes consumen ese producto o servicio. (59) Como actividades del sistema logístico se consideran aquellas vinculadas a los flujos materiales, informativos y financieros así como las actividades de apoyo. Los aspectos a definir al organizar o diseñar un sistema logístico deberán ser las siguientes:

• red de actividades y subactividades que deben ejecutarse para las características y objetivos del sistema específico,
• procedimiento más racional y eficiente para ejecutar cada actividad y su coordinación,
• responsabilidad por la ejecución de cada actividad,
• normativas que prefijen el nivel de resultados y eficiencia que debe alcanzarse en la ejecución de cada actividad.

La tarea del diseño de sistemas logísticos es conformar un sistema integrado de elementos (relación recursos - actividades) que garantice el menor costo total posible para atender el mercado objetivo con el máximo nivel de servicios al cliente. (59) (14) (15) (41) (44) Para diseñar un sistema se parte de la pregunta ¿qué se haría si se fuera a comenzar ahora? que propicia que se disminuyan los puntos limitantes y saltos de proceso además se minimizan el transporte y los procesos de almacenamiento, además de poder crearse cadenas informativas siempre buscando que los procesos sean claramente medibles y adecuadamente ágiles y flexibles. (124) (140) siempre que se considere a la flexibilidad como la habilidad para responder a los cambios planeados y a la agilidad como la habilidad para responder a los cambios imprevistos. (59)

El diseño del sistema logístico debe estar en consonancia o por encima de los niveles del mercado lo que permite que las necesarias ventajas potenciales con relación al costo puedan obtenerse no sólo a partir del mercado sino durante el proceso de planificación (2) (10) (95) (140) lo que ha convertido a las herramientas de análisis prospectivo y a la simulación en las herramientas preferidas por adaptarse a las características del turbulento e impredecible entorno empresarial de estos tiempos.

La simulación es un conjunto de procedimientos con base experimental que, con la ayuda del análisis de relaciones de intercambio y efecto dinámicos permiten una visión generalizada del proceso. (2) Simular es crear un modelo de un proceso dinámico para obtener economías materiales o de tiempo que sean transferibles a la realidad y permite:

• comprobar la posible estructura de un sistema logístico,
• probar estructuras alternativas de producción, distribución y transporte obtenidas por métodos convencionales como puede ser la modelación matemática, los balances, ruta crítica y otros,
• determinar las necesidades de personal y medios de trabajo óptimas para las condiciones de operación previstas para el sistema logístico entre un conjunto de posibles alternativas definidas previamente,
• encontrar la duración de los ciclos para diferentes alternativas,
• determinar la capacidad dinámica de los almacenes, los niveles de reserva necesarios y su posible emplazamiento,
• determinar los cuellos de botella y los servicios limitantes de todo el sistema,
• probar las estrategias elegidas y valorar los posibles fallos de todo tipo.

El objetivo de la simulación es prever siempre lo que pudiera ocurrir con antelación lo que permite garantizar cumplir las condiciones de flexibilidad y agilidad que requiere el sistema y responde a una serie de pasos de aplicación como se detalla: (46) (2) (59) 140) (124)

Definición de la aplicación: que incluye el análisis de la situación a simular, la formulación del objetivo así como la definición de los límites del problema y la planificación del experimento.

1. Construcción del modelo: donde se conceptualiza el modelo a fin de definir los datos necesarios para su corrida, construirlo en detalle, verificarlo y validarlo.
2. Curso de la simulación: que abarca los procesos de variación de estrategias, optimización en función de los objetivos que se persigan y la interpretación de los resultados obtenidos en cada estrategia evaluada.
3. Sugerencias de solución: que se harán en función de los objetivos que llevaron a la simulación y que incluye la documentación de los resultados obtenidos y su posterior implantación.

Como la fiabilidad logística es una ventaja competitiva, la definición exacta y el dimensionamiento correcto de cada uno de los subsistemas que conforman el sistema logístico es una condición importante para la prestación de servicios con costos competitivos. (46) (44) (14) (140)

Se consideran subsistemas de un sistema logístico los de aprovisionamiento, producción, distribución y reutilización que dispone a su vez de recursos para su funcionamiento en forma de flujos materiales, financieros e informativos además de las actividades de apoyo.

El aprovisionamiento es el conjunto de actividades que permiten que se muevan desde los puntos proveedores hasta los procesadores aquellas materias primas, envases, materiales, piezas y componentes que se requieran. Este subsistema se encarga del movimiento de estos desde el almacén hasta las áreas de producción y comprende actividades de transporte, manipulación, almacenaje, manejo de inventarios y control de calidad, entre otras.
La producción se encarga de la fabricación o transformación a productos terminados y comprende desde la recepción de materiales hasta la entrega al almacén de productos terminados por lo que incluye las actividades de fabricación, transporte, almacenaje, manipulación, control de calidad, manejo de inventarios, etc.
La distribución es el proceso que garantiza que se lleve a los consumidores el producto terminado y comprende almacenaje, manipulación, transporte, embalaje, manejo de inventarios, etc.
La reutilización es el subsistema logístico que permite establecer la utilización de productos finales luego de concluida su vida útil comprendiendo todo lo relativo al retorno cuando sea necesario y comprende transporte, almacenaje, manejo de inventarios, manipulación y control de calidad. Su importancia crece en proporción a las exigencias de control medioambiental.

Solucionar un problema logístico significa diseñar y operar una red de procesos que garantice ante un pedido de un cliente que se entregue a tiempo lo que exactamente demanda al mínimo costo posible ejecutando de forma combinada los flujos informativos, materiales y financieros que permitan obtener el producto deseado con el objetivo estratégico de mejorar el servicio al cliente, disminuir la duración del ciclo logístico y disminuir el costo logístico.

Al abordar el servicio al cliente hay que conceptuar adecuadamente tres aspectos que son la demanda del servicio, la meta del servicio y el nivel de servicio.

Se considera demanda del servicio al conjunto de características deseadas por el cliente para el servicio que demanda y la disposición y posición del cliente para pagarlo con tales características. La meta del servicio es el conjunto de valores y características relevantes fijadas como objetivo para el conjunto de parámetros que caracterizan el servicio que el proveedor ofrece a sus clientes. Esta meta puede ser fijada como única para todos los clientes, diferenciada por tipo de cliente o acordada cliente a cliente. El nivel de servicio, por su parte, es el grado en que se cumple la meta del servicio.

Las formas de medir el nivel de servicio son múltiples según el tipo de proceso que se pretenda diseñar y los requerimientos de calidad que se demanden. (14) (10) En el caso de sistemas logísticos donde se abastezcan una o pocas materias primas a un proceso masivo y continuo estas formas de medición podrían resumirse en:

1. duración del ciclo pedido - entrega que garantiza el ritmo de obtención del producto,
2. disponibilidad del producto que determina el proceso de producción,
3. información sobre la situación del pedido a lo largo de la cadena logística que aumenta su importancia en la medida en que dicha cadena tenga más eslabones o que la distancia entre cada uno de ellos crezca,
4. flexibilidad ante situaciones inusuales como puede ser la falta imprevista de materias primas que provoca la previsión de cadenas logísticas de reserva,
5. respuestas a las emergencias de todo tipo como pueden ser los fenómenos meteorológicos,
6. tiempo de entrega que determina el ritmo de la producción,

El diseño de sistemas logísticos no está completo sin la estimación de su posible costo a partir de los elementos que lo componen como son: gastos de personal, costo de los locales, costo de los medios de trabajo, amortización, intereses sobre existencias, impuestos, seguros, impuestos sobre instalaciones, deterioros, pérdidas, costos de materiales, otros insumos… (59) (14) (46) (115) 10) (95) Esta estimación puede incluirse o no en el proceso de simulación.

Los costos de los sistemas logísticos se agrupan en: transporte, almacenaje, inventario, administrativos, de no servicio y por variaciones de precios los que tienen un conjunto de variables relacionadas. (59) La mejor forma de estimar el costo logístico es aplicando el Costo basado en la actividad (ABC) que reconoce que las actividades desarrolladas para la obtención de un producto o la prestación de un servicio tienen un costo y que el costo del producto es la suma de los costos de todas las actividades por las que pasa. (46) (59) (14)

El ciclo logístico es la suma de los procesos de transportación, transformación y almacenaje donde en todos la variable tiempo es desigual a 0 y se define como el período que media entre la primera actividad que es necesario ejecutar por el primer elemento del sistema logístico para el suministro o aprovisionamiento de materias primas y materiales que permitan conformar el producto hasta su entrega al cliente con la posterior confirmación de su aceptación al último elemento de dicho sistema. (46) Esta definición es en cierto modo incompleta pues sólo considera los flujos materiales.

Se define también como ciclo logístico a la duración de la secuencia de actividades que se desarrolla en el marco del sistema logístico desde el o los proveedores hasta el cliente final del sistema. (59) (134) No es la suma de la duración de los ciclos de cada actividad pues realmente estos ciclos se solapan en la práctica lo cual debe ser definido cuidadosamente de forma que no se llegue a simular un proceso que en realidad no sea un modelo del real.

La gestión del ciclo logístico es la dirección de las acciones que permiten la ejecución de los procesos que conforman la cadena o flujo logístico de forma coordinada y a la toma de decisiones orientadas a alcanzar sus objetivos. La gestión depende entre otros factores del método de gestión del flujo material que se adopte: programado, contra pedido, por inventario, por ritmo o automático. (59) (134) (115)

Muchos estudiosos de la logística y la administración de operaciones han definido diferentes modelos de gestión de los que los más completos resultan el Modelo de dinámica Industrial, el de Evaluación del Sistema productivo y el Modelo general de Organización. Estos modelos tienen un carácter proactivo pues desde la etapa del diseño se considera la posibilidad de respuesta ante cualquier cambio en el entorno o en las condiciones de funcionamiento del sistema, su objetivo es el análisis del proceso de gestión logística para la posterior planificación o la proyección del sistema logístico (MGO), tienen un alto nivel de integración de todos los subsistemas componentes el sistema logístico objeto de análisis o diseño y consideran los flujos material, informativo y financiero simultáneamente. (59)

La forma de determinar el ciclo es lo que diferencia estos tres modelos de gestión. En el Modelo de Dinámica Industrial determinan los datos estadísticos lo que lo hace muy adecuado para procesos de mejora de sistemas existentes, en los Modelos de Evaluación del Sistema Productivo se determina la duración del ciclo a partir de los inventarios mientras que en el Modelo General de Organización son las estimaciones de duración quienes definen el ciclo logístico en correspondencia con su objetivo de proyección.

La Prospectiva Tecnológica como enfoque para la solución de problemas logísticos.
La prospectiva es el resultado de una nueva lógica en el estudio de los problemas contemporáneos y del futuro previsible con un fuerte fundamento en la teoría de sistemas. (50) (85) (60) (7)
Por prospectiva se entiende la búsqueda de posibilidades, exploración de nuevos campos y localización de recursos para garantizar el funcionamiento continuado y eficiente de una organización y resulta un concepto más abarcador que el de pronosticación que se refiere al conocimiento de antemano de qué puede ocurrir sin una posición dispuesta a la acción modificativa. (50) (60) (85) (7) Contar sólo con un conocimiento anticipado de qué puede ocurrir no es suficiente en las condiciones que el entorno impone a las organizaciones en la actualidad, es necesario crear las condiciones para poder actuar con anticipación. En esto estriba la diferencia entre ambos conceptos.

A diferencia de la visión parcial de la previsión clásica, la prospectiva tiene una visión global y considera variables cualitativas (ya sean cuantificables o no) y subjetivas (sean conocidas u ocultas). Las relaciones son vistas por la prospectiva como muy dinámicas pues se parte del criterio de que toda estructura debe estar en constante evolución para que puedan estar capacitada para adaptarse al entorno cambiante pues se considera que el futuro es la razón de ser del presente y que es múltiple e incierto por lo que hay que adoptar una posición activa y creativa en contraposición a la pasiva - adaptativa que se recomienda en la previsión clásica. (7) (50) (60) (85)

La función prospectiva no debe ser identificada como un aspecto particular de la gestión empresarial sino como un enfoque generalizador. En el mundo actual es cada vez más difícil poder aislar áreas específicas con una naturaleza o contenidos únicos pues en la realidad todos los subsistemas componentes de una organización están estrechamente interrelacionados. Pierde sentido, entonces, concentrarse en problemas estrictamente comerciales o estrictamente tecnológicos por citar un ejemplo en un mundo cada vez más interdependiente. (7) (50)

Una característica común a casi la totalidad de los métodos de previsión que se han usado tradicionalmente ha sido su carácter fuertemente tendencial que reproduce para el futuro resultados acumulativos de procesos dinámicos muy estables e inerciales, sin cambios determinantes en sus estructuras, los parámetros o las situaciones por lo que la representación del futuro se hace de una manera unidireccional.

Otra limitante que se evita en la prospectiva es su carácter uninstrumental pues habitualmente se aplican métodos separados según sea el estudio a realizar. Al faltar la aproximación integral a los fenómenos bajo examen puede ocasionarse una apreciación parcial, fragmentada y reduccionista de los resultados finales.
Los métodos utilizados en la prospectiva son el análisis intencional, los modelos cualitativos (análisis estructural) y estocásticos (impactos cruzados). (50) (71) (85) (135)
La prospectiva no es un método para la solución de problemas sino una forma de ataque a los problemas, un enfoque para estudiar posibles estados futuros de una situación dada que trata de encontrar los posibles puntos de ruptura o de inflexión en las tendencias de los fenómenos bajo estudio y determinar los factores o causas que pueden motivarlos. (76) (81) Como parte de un análisis tendencial requiere de un examen de alternativas de soluciones diferentes entre sí respecto a un mismo objeto.

En un estudio prospectivo se interrelacionan distintos métodos, distintos factores o ángulos de un problema e incluso, diferentes puntos de vista sobre una misma cuestión resultando la forma natural de síntesis de los resultados, su expresión en términos de escenarios definidos por equipos de trabajo multidisciplinario. El valor de estos resultados no está en dependencia directa de la exactitud de los métodos utilizados sino de su adecuada elección y aplicación así como del correcto planteamiento del problema a estudiar y la capacidad de penetración que se logre en la esencia misma de los procesos bajo estudio.

Los estudios prospectivos pueden abordar una disciplina o una situación socioeconómica determinada y pueden ser considerados como elementos fundamentales del proceso de planificación y gestión económica orientados a la formulación de políticas de desarrollo y de toma de decisiones. (7) Es por ello que en casos donde no exista información confiable de referencia su aplicación resulta una herramienta muy eficaz.

Los métodos de la prospectiva se clasifican en intuitivos, exploratorios, normativos y de sistemas de circuito cerrado. Los métodos exploratorios y normativos desempeñan el rol principal en función del tiempo que condiciona la llamada polaridad fundamental de la previsión tecnológica y contiene la idea central de que existe una estrecha interacción entre la búsqueda de posibilidades (representada por los métodos exploratorios) y las necesidades o funciones (representada por los métodos normativos) (50) (60)

Con los métodos exploratorios de trata de conocer las opciones del futuro partiendo del presente mientras que con los normativos se trata de la fijación de un propósito o meta a alcanzar en algún momento del tiempo por venir y recorrer el camino inverso con el fin de encontrar la trayectoria posible.

Otra agrupación de los métodos básicos de la prospectiva podría ser:

• análisis de tendencias o extrapolación en función del tiempo,
• técnicas de estímulo a la creatividad,
• métodos estructurales (matriciales) y
• técnicas de escenarios.

(7) (50) (60)

Cuando se utiliza la prospectiva para encontrar solución a un problema tecnológico del cual no existen referencias anteriores habrá que acudir a las técnicas de estímulo a la creatividad si no se tiene idea de las posibles soluciones y a los métodos matriciales si la posible solución se enmarca en un área de soluciones determinada pero con una posición exploratoria.

Conclusiones del análisis bibliográfico.

• Utilizar combustibles alternativos para cubrir la demanda creciente de energía es una necesidad de la humanidad para propiciar el desarrollo sostenible,
• La biomasa, incluidos los residuos de la cosecha y procesamiento de la caña de azúcar, está tecnológicamente apta para su conversión en un combustible principal para la generación energética siempre que se solucionen las limitantes de tipo agronómico, logístico y sociocultural que se le señalan,
• La fundamental limitante que tiene la utilización de la paja de caña como combustible para la generación energética es su alto costo logístico motivado por haberse centrado la atención hasta el momento en la solución de problemas tecnológicos vinculados a la combustión y no a los procesos de obtención, manipulación - compactación, transporte y almacenamiento lo que puede hacerla aparecer como no competitiva con relación a los combustibles convencionales,
• Las experiencias anteriores de utilización de paja de caña como combustible tienden a considerar un valor calórico de 11,92 MJ/kg (2 750 kcal/kg) y un contenido de paja por tonelada de caña en el basculador entre 12 y 17%.
• Los modelos de dinámica industrial, de evaluación de sistemas productivos y el general de organización son los más adecuados para el diseño de sistemas logísticos de suministro de combustible para la generación energética,
• Las herramientas de la prospectiva tecnológica, especialmente el Método Morfológico de Exploración Sistemática de Posibilidades Técnicas parecen ser las adecuadas para solucionar las limitantes de tipo logístico que tiene su utilización.

El proceso de diseño de un sistema para el abastecimiento de biomasa combustible a una central termoeléctrica ubicada en las inmediaciones de un central azucarero se realizó en tres etapas:

1. Selección del central azucarero donde se ubicaría la central termoeléctrica,
2. Selección del proceso de abastecimiento de combustible a la central a partir de las diferentes alternativas de obtención, compactación, transporte y almacenamiento posibles.
3. Diseño detallado del proceso de abastecimiento.

Esta metodología se describe en el Anexo No.1: Algoritmo del proceso de diseño.
Localización de la central termoeléctrica.
Para la selección del central azucarero donde se localizaría la central termoeléctrica se debían resolver dos problemas:

• El o los centrales seleccionados deberían tener una capacidad de procesamiento de caña que permitiera tipificar el diseño de la planta generadora para poder repetirlo posteriormente,
• Debería encontrarse en el grupo de centrales azucareros que tengan las mayores capacidades potenciales de generación eléctrica.

Para la solución de estos problemas se utilizó información estadística que permitiera elaborar un histograma de frecuencia que fue analizado posteriormente por un grupo de expertos según un conjunto de criterios seleccionados.

Selección del proceso de abastecimiento del combustible.

Como el proceso de abastecimiento deberá realizarse siguiendo un conjunto de pasos ineludibles era necesario encontrar aquellas variantes de abastecimiento que fueran en realidad las adecuadas a las condiciones que imponía la localización elegida por lo que, luego de evaluar los diferentes métodos que la prospectiva tecnológica abarca, se decidió utilizar el Método Morfológico de Exploración Sistemática de Posibilidades Técnicas.

El Método Morfológico de Exploración Sistemática de Posibilidades Técnicas es explicado por Fernández Font (1 996) como semejante al árbol de objetivos con la diferencia de que excluye la jerarquía u orden de subordinación en los elementos.

Con él pueden examinarse la totalidad de soluciones posibles a un problema dado explorando sistemáticamente todas las posibilidades que pueden asumir. El procedimiento básico se enuncia de la siguiente manera:

• se establece el enunciado exacto del problema a resolver como puede ser el diseño de un sistema, un método, un dispositivo, un aparato, etc.,
• se identifican los factores, parámetros, o variables que resulten definitorios para la solución del problema y, en tal sentido, se elabora una lista de estos factores considerándolos como parámetros críticos que pueden asumir valores o propiedades independientes,
• se construye una caja morfológica de forma matricial que incluya todos los valores posibles de los factores considerados,
• para cada vector se analizan los elementos posibles de ser conectados, donde cada cadena representa una solución posible del problema inicial,
• se determinan los valores de ejecución de todas las soluciones derivadas, en términos de tiempo, costos u otros criterios de evaluación.

De esta manera se encuentran todas las posibles soluciones técnicamente, se evalúan para eliminar aquellas que técnicamente sean imposibles hasta encontrar una "área de soluciones factibles".

Este método tiene una fundamentación heurística (71) (60)(135) pues combina armónicamente los métodos de solución numérica con la evaluación cualitativa de los resultados. Con él es posible acudir al "sentido común" sin abandonar la fundamentación científica del resultado obtenido. (76) (81).

Diseño detallado del sistema de abastecimiento.
Para esto se definieron un conjunto de parámetros:

1. Secuencia de operaciones a ejecutar para la prestación del servicio logístico con la ayuda de un diagrama de flujo especificando cual sería la primera y cual la última operación a ejecutar en el proceso objeto de estudio.
2. Cantidades de combustible a abastecer en el año y diarias.
3. Parámetros de calidad a cumplir.
4. Disponibilidades de combustible existentes a partir del análisis de información estadística.
5. Cantidad de equipos necesarios para cada una de las operaciones a realizar.
6. Microlocalización de los almacenes intermedios.
7. Capacidad dinámica de los almacenes intermedios.
8. Características de los almacenes intermedios según lo establecido en las normas vigentes.
9. Cantidad de medios de transporte.
10. Duración estimada de cada una de las actividades.

Se utilizaron el análisis heurístico y estadístico, la modelación matemática, balances de carga y capacidad y la simulación.

Para la selección de los centrales azucareros donde pudiera acometerse una inversión de construcción de una central termoeléctrica que consuma biomasa combustible (paja de caña y bagazo) y pueda abastecer al proceso azucarero de vapor y electricidad durante la zafra, además de generar electricidad para el Sistema Electroenergético Nacional (SEN) se conformó un equipo de expertos de la Unión Nacional Eléctrica (UNE), la Empresa de Proyectos para la Industria Eléctrica (INEL), la Dirección de Industria del MINAZ, el Instituto de Proyectos Azucareros (IPROYAZ) y expertos de empresas extranjeras interesados en invertir en Cuba en esta esfera.

La primera tarea a resolver era encontrar el grupo de centrales azucareros cubanos que permitiera la mayor capacidad de generación total que propiciara la homogeneización de la tecnología a instalar.

Para el agrupamiento de los centrales se siguió el criterio de su capacidad potencial de molida diaria con la que se elaboró un histograma de frecuencias considerando la capacidad potencial de molida diaria de los centrales y sus potencialidades de generación con biomasa. (Anexo No.2: Criterios de Localización de la Central Termoeléctrica.) Se realizaron acercamientos sucesivos para descartar siguiendo el criterio de la mayor potencia de generación posible en el menor número de centrales.

Se determinó primeramente la capacidad total de generación eléctrica de la industria azucarera, considerando paja de caña y bagazo, que puede llegar a los 3 505 MW de potencia instalada para una producción estimada de hasta 19 979 GWh.
De los 156 centrales azucareros que se encuentran funcionando en Cuba, el 75% de ellos tienen una capacidad potencial de proceso entre 2 500 y 9 300 t/d.

En los 79 ingenios (51%) cuyas capacidades de molida están entre 2 500 y 3 500 t/d (215 000 y 300 000 @/d) pudiera instalarse el 30% de esta capacidad equivalente a 1 035 MW. Con capacidades de molida superiores a las 9 500 t/d (900 000 @/d o más) sólo hay 4 ingenios en Cuba (2%) que representan 300 MW (8% de las potencialidades).

En el intervalo de 3 500 a 10 000 t/d (más de 300 000 hasta 900 000 @/d) se encuentra el 42% de los centrales del país. En ellos pudieran instalarse 1 890 MW de potencia para una producción de hasta 10 773 GWh que representa el 53% de las potencialidades de generación eléctrica a instalar. En este intervalo la mayor frecuencia está en las capacidades cercanas a las 7 000 t/d (600 000 @/d) por lo que la posibilidad de hacer un único diseño de planta generadora de electricidad que pueda generalizarse se encuentra en este grupo.

Conocidos los centrales que potencialmente podrían ser objeto de una inversión de este tipo, se procedió a determinar los criterios de selección de acuerdo a los intereses de las entidades que se beneficiarían con ella. Los criterios de selección fueron determinados por expertos aplicando para cada uno de ellos la votación ponderada y se acordó seleccionar centrales que:

1. Tuvieran zafras históricamente estables para garantizar la estabilidad futura de la generación eléctrica,
2. Estuvieran localizados en áreas cercanas a la Red Electroenergética Nacional y a menos de 10 km de una base de transformadores de forma que las inversiones en sistemas de distribución electroenergética sean mínimas,
3. Estuvieran localizados además en regiones que se hayan caracterizado por las caídas de frecuencia a causa de pérdidas de distribución, (Anexo No.2: Criterios de Localización de la Central Termoeléctrica.)
4. Dispusieran de más de 125 000 t de paja de caña en un radio menor de 60 km para garantizar 7000 h de generación al año, de ellas 3 900 h usando paja de caña como combustible,
5. Estuvieran situados en zonas con abundante agua disponible para el sistema de enfriamiento de la central termoeléctrica.
6. Estuvieran necesitados de remodelación tanto energética como productiva.

A partir de estos criterios se decide, en acercamientos sucesivos, descartar los centrales construidos luego de 1 959 que aún están en buenas condiciones de explotación y cuya tecnología difiere en principio de la del resto. Quedaron, entonces, 4 centrales azucareros que cumplían todos los requisitos determinados inicialmente:

• Héctor Molina (La Habana),
• 1ro de Mayo (Cienfuegos),
• Melanio Hernández (Santi Spíritus) y
• José Nemesio Figueredo (Granma).

Posteriormente se descartó el central José Nemesio Figueredo por estar situado en una zona baja con malas condiciones de drenaje de los campos que motiva altas pérdidas de tiempo industrial por inestabilidades en los suministros de materia prima a causa del aniego de los campos.

Para la selección de alternativas que puedan dar solución al problema logístico del abastecimiento de combustible a la Central Termoeléctrica se aplicará el Método Morfológico de Exploración de Posibilidades Técnicas.

Definición del problema, parámetros definitorios y fases.

Problema logístico a resolver.
En el caso estudiado se trata de lograr el abastecimiento continuo y uniforme de paja - combustible a una CTE cogeneradora cumpliendo determinados parámetros de efectividad, eficiencia y flexibilidad.

Parámetros definitorios.
La demanda estará definida por los requerimientos de la unidad de generación que se considera el último eslabón de la cadena de valor a los efectos de la investigación.
Para satisfacer la demanda de la unidad de generación que tiene una capacidad de 20 MW para 3 900 horas al año de generación con paja, sin interrupciones pero con variaciones en la producción por hora del día de acuerdo a la demanda del sistema, deberá suministrarse un total de 125 000 t de combustible (considerando una merma entre 30 y 45% en el proceso de abastecimiento) con las siguientes características:

• ritmo uniforme de 30 t/h,
• granulometría de 250 a 500 mm,
• humedad inferior a 25%,
• embalaje homogéneo
• grado de conservación aceptable para la manipulación.

Para el cumplimiento de estos parámetros la paja deberá ser recopilada, compactada, transportada y almacenada. Estos momentos son ineludibles y podrán ser realizados de varias maneras cada uno generando con ello un determinado nivel de costos en cada caso.

Fases del problema logístico a resolver.
Se considerarán cuatro fases del proceso de suministro:

• obtención del combustible,
• compactación,
• transporte y
• almacenamiento.

Las fases de compactación, transporte y almacenamiento pueden cambiar el orden en que se realizan e incluso repetirse durante el proceso de suministro.

Obtención de la paja - combustible:
Puede realizarse en varios puntos diferentes:

• en el campo directamente luego de la cosecha o simultáneamente con ella (C),
• en los CB donde la caña es separada de las materias extrañas y cortada en porciones más pequeñas (CB) o
• en el ingenio en caso de que se transportara la caña sin ser beneficiada anteriormente (Int).

Compactación:
El proceso de compactación a que debe someterse la paja tiene como objetivo abaratar los procesos de transporte y almacenamiento reduciendo su volumen de forma que la energía consumida en estas actividades resulte inferior a la que aportaría su consumo como combustible.

Las formas posibles en que puede lograrse la compactación pueden ser:

• molida (M),
• peletizada (P),
• briqueteada (B),
• empacada con empacadora móvil (PM),
• empacada con empacadora fija en cada CB (PFCH),
• empacada con empacadora fija en puestos seleccionados (PFG) o
• obviar este paso y trasladarla a granel (Gr).

Transportación:
El transporte de la paja puede ser automotor (AM) o por ferrocarril (FC). Pueden existir, sin embargo, múltiples combinaciones de estos medios.
Puede ser entonces con:

• carretas tiradas por tractores (CTr),
• camiones de hasta 8 t (CP8t),
• camiones de hasta 10 t (CM10t),
• camiones de hasta 20 t (CG20t),
• remolques de hasta 35 t (R35t),
• ferrocarril.

Por resultar la fase más compleja y dinámica del proceso de suministro se asumirá que:

• el transporte por ferrocarril (FC) será por vía ancha en vagones similares a los utilizados para el tiro de caña,
• no se realizarán procesos de transportación de la paja - combustible sin previa compactación,
• no se ejecutarán trasbordos con la excepción de las alternativas que excluyen la separación de la caña y la paja,
• no se evaluarán aquellas variantes que incluyan retornos en el proceso o que interfieran la producción de azúcar.

Almacenamiento:
El almacenamiento de la paja combustible deberá durar alrededor de 90 días que es la duración óptima estadísticamente estimada (74) (75). La cosecha cañera tiene una duración que oscila entre 90 y 150 días mientras que la generación de electricidad en la planta se prevé que dure unos 170 días del año incluyendo la zafra durante la cual se espera consumir preferiblemente bagazo producido en la molienda y paja como combustible complementario.

El consumo estable de paja - combustible ocurrirá en los días de no-zafra en que la CTE se mantenga generando. Esto obliga a la inclusión de almacenes en el proceso de abastecimiento que, dados los volúmenes de combustible a almacenar y sus características, deberán ser de mucha capacidad estática y, por tanto, costosos.
La decisión se centra en la ubicación de los almacenes que podría ser:

• en el campo (C),
• en los CB (CB),
• en los ingenios cuyos CB tributen paja a la CTE (I),
• almacenes distribuidores intermedios (AI) o
• un almacén en las inmediaciones de la CTE (AF).

Definición de la caja morfológica y de los criterios de decantación.
Simplificando los valores independientes de cada uno de los factores analizados en el problema se obtuvieron los resultados que se resumen en el Anexo No.3: Caja Morfológica.
A partir de la definición de estos valores puede concluirse en que existen inicialmente 5 040 posibles procesos de abastecimiento de paja - combustible a la Central Termoeléctrica.

Criterios de decantación.
Para poder analizar las alternativas del sistema de suministro se definen tres criterios de decantación de variantes:

1. el sentido común,
2. la Relación Energética Neta,
3. el costo.

Ningún criterio prevalece sobre otro sino que el análisis se ha hecho considerándolos integralmente y en cada acercamiento se aceptarán solamente la tercera parte de las variantes que satisfagan los criterios a fin de facilitar el análisis.

El Sentido Común.
Se descartarán todas las combinaciones que impliquen un retorno en el proceso o haya sido demostrado por otras investigaciones anteriores que no son factibles técnica o económicamente.

La Relación Energética Neta:
Como todo combustible alternativo, la biomasa es factible cuando la energía calórica que aporta resulta sensiblemente mayor que el equivalente calórico del combustible convencional consumido para ponerla a punto.
Los mayores consumos de combustible del proceso de suministro de paja de caña para su utilización como combustible en la generación eléctrica deben ocurrir, como en la mayoría de los sistemas logísticos, en la fase de transportación donde se consume como promedio más del 85% del total. (Castillo, González, 1 996)
Con el fin de poder comparar si este principio se cumple, se decide comparar el consumo de combustibles de la fase de transportación para cada una de las variantes evaluadas con su equivalente calórico en biomasa.
Para conocer el consumo de combustible según el medio de transporte se utilizará la siguiente formulación:

A - consumo total de combustible convencional (L)
Cmt - consumo específico del medio de transporte i (L/km)
Dm - distancia media a recorrer (km)
0,5 - aprovechamiento del recorrido
Nv - número de viajes para trasladar el volumen total de biomasa combustible demandado (v)
La conversión a toneladas de biomasa equivalente se hará por la siguiente formulación:

donde,
Fcal - volumen de biomasa equivalente al consumo de combustible convencional (t)
d - densidad del combustible convencional (kg/dm3)
VCNd - valor calórico neto del combustible convencional (kcal/kg)
VCNp - valor calórico neto del combustible alternativo (kcal/kg)
En el caso de estudio se considera una densidad de 0,85 kg/dm3 (Laboratorio Refinería Camilo Cienfuegos), un valor calórico neto del diesel de 11 700 kcal/kg (Laboratorio Refinería Camilo Cienfuegos) y un valor calórico de la paja de 2 750 kcal/kg según lo concluido en el Análisis Bibliográfico.
La energía que la biomasa que se abastezca a la Central termoeléctrica tiene que ser mucho mayor que la que se consuma en el proceso de su suministro.
Este procedimiento analítico parte de la Relación Energética Neta (REN) (155) que se sustenta en el análisis del balance energético que permita determinar si la energía producida por la fuente objeto de análisis es consumidora neta o productora.

La REN calcula la diferencia entre la energía comercial consumida para la obtención de biomasa combustible (fertilización, cultivo, proceso de suministro, insumos de la generación, etc.) y el producto energético obtenido con ella (combustible para la generación directa, derivados, etc.).

Si la Relación Energética Neta es menor que 1 se considera que puede resultar competitiva con los combustibles convencionales. (155)

En el presente análisis se utilizará la siguiente formulación:

donde:

REN - Relación Energética Neta.
En el caso de estudio presente hay un conjunto de aspectos que varían con relación a la concepción inicial de Walston. El comportamiento de la fertilización cañera ha sido en estos últimos años muy variable, las técnicas de cultivo también han variado aumentando o disminuyendo la intensidad del uso de la mecanización en el corte, ha ocurrido una disminución gradual de los rendimientos por unidad de superficie y de la edad de la cepa.

Esta situación motiva que resulte poco confiable acudir a las series cronológicas para determinar los consumos energéticos promedio por unidad de superficie o volumen de caña cultivada y se considere más exacto acudir al estimado que el 67% de los gastos energéticos correspondan a estas actividades y el resto a la transportación sin entrar a dilucidar cuánto le corresponde a cada una. (53)

Con relación a los subproductos energéticos de la biomasa, las diferencias fundamentales con la REN de Walston radican en que esta fue concebida para analizar la producción de metanol - etanol combustibles donde quedan subproductos que pueden fungir como fertilizantes y forrajes y contribuir con ello a otras formas de producción de energía.

En el caso de la generación eléctrica con paja de caña el subproducto es ceniza a razón de un 10% del volumen total del producto y vapor excedente en tiempo de no zafra y el destino más inmediato deberá ser la producción de fertilizantes (para retornar las sales de fósforo y potasio perdidas por los campos cañeros con la retirada de la paja) y de materiales de construcción para la ceniza y la utilización del vapor para la producción de otros subproductos.

El Costo:
Sin dudas la utilización de fuentes alternativas de energía para la generación energética en nuestro país cumple un principio de conservación del equilibrio ecológico sin perder el sentido económico.
La generación eléctrica en Cuba requiere erogaciones importantes en divisas a causa de la necesidad de adquirir combustibles en el exterior lo que lleva a ser cuidadosos al evaluar posibles alternativas de sustitución de estos combustibles pues pueden resultar más costosos a largo plazo.

Una tonelada de fuel oil No. 6, que es el llamado combustible convencional, cuesta como promedio entre 98,00 y 110,00 USD (38) y equivale a una 4 t de paja y 5 t de bagazo aproximadamente. Si se considera que la utilización de biomasa como combustible implica un aumento de los gastos de equipamiento de aproximadamente 30 - 60%, (47) entonces la paja de caña será factible en el caso de que su costo sea al menos 60% menor que el de su equivalente en combustible convencional, lo que implicaría economías notables si se considera que el equipamiento es parte de la inversión y el combustible es parte de los costos de operación. Este estimado no resulta exagerado si se considera que no existe experiencia previa en el país de consumo masivo de este tipo de combustible para estos fines.

El elemento de más peso en el costo de transportación es el consumo de combustible de los medios de transporte que puede representar entre un 24 y un 33% del costo total del sistema logístico (44) y todas estas consideraciones serán tenidas en cuenta en cada uno de los acercamientos.

Exploración sucesiva de posibilidades técnicas de solución al problema logístico.
Se decide seleccionar como variantes adecuadas para continuar el análisis a la mejor tercera parte de cada uno de los resultados obtenidos.

1. 1er Acercamiento considerando el sentido común.

Se descarta la variante de obtención de la paja en el campo, transportarla a granel en carretas tiradas por tractores y su almacenamiento en el campo (C- Gr- CTr - C) pues más del 80% de la cosecha cañera se realiza con corte mecanizado que implica que una buena parte de la paja se vaya con la caña y sea separada efectivamente en los CB. Por otra parte existen criterios agrotécnicos que abogan por el mantenimiento de la paja que queda en el campo a fin de que se retenga la humedad del terreno, se detenga el crecimiento de malas hierbas, etc. (127)

La posibilidad de transportar paja a granel es en todo sentido antieconómica pues sus bajos valores de densidad y contenido calórico hacen no rentable su traslado con independencia de la distancia.
La variante de transportación con tractores tirando de carretas (CTr) está demostrado que es a todas luces ineficiente para cualquier objeto de transportación ya implicaría que la combinación no sea aceptada (153)
No tendría sentido almacenar paja en el campo si la paja se obtuviese en realidad en el centro de beneficio pues implicaría un retorno en el flujo productivo.

Los criterios expuestos anteriormente llevan a descartar los siguientes valores:

• variante de obtención en el campo (C),
• variante de compactación a granel (Gr),
• variante de transportación en carretas tiradas por tractores (CTr),
• variante de almacenamiento en el campo (C).

Lo que implicaría una reducción inicial de la matriz a 1 680 variantes. (Anexo No.4: Resultados del 1er Acercamiento.)

b) 2do Acercamiento considerando las experiencias previas.
Si se valoran de forma conjunta todos los posibles modos de aumentar la densidad de la paja podrá observarse que hay modalidades cuya factíbilidad técnica para su aplicación a gran escala es cuestionable.
Si bien el proceso de combustión demanda determinados valores de granulometría, moler la paja con una humedad oscilante entre 45 y 53% es técnicamente muy difícil (18) (24) lo que motivaría un proceso de secado previo que sería económica y técnicamente difícil de lograr, además, el transporte y el almacenamiento de esta variante de densificación exigiría medios especializados con las consiguientes consecuencias negativas para el costo del combustible.

La peletización de la paja de caña es un proceso que no tiene comprobación práctica factible a gran escala (74) (75) 47) y las pruebas efectuadas han mostrado altos consumos energéticos para lograr las densidades y granulometrías deseadas además de precisar medios especializados de transportación y almacenamiento.

El briqueteado, por su parte, requiere de humedades inferiores al 20%, es un proceso lento, de altos consumos energéticos y está concebido para pequeñas producciones.(18) (93) Este proceso exigiría una manipulación muy laboriosa dadas las pequeñas dimensiones de las briquetas además de que el almacenamiento debería ser bajo techo.
Quiere decir que tanto la paja molida como briqueteada o peletizada no parecen ser variantes de compactación aplicables para el objetivo que se persigue por lo que se desechan.
Con ello se reduce el área de soluciones factibles a 720 variantes. (Anexo No.5: Resultados del 2do Acercamiento.)

c) 3er Acercamiento considerando la Relación Energética Neta.
La implicación de la Relación Energética Neta (REN) se analizará primeramente para los procesos de obtención - compactación - transporte.

Habría que determinar qué cantidad de biomasa puede trasladarse en cada medio de transporte evaluado según la forma de compactación adoptada. De esta manera se conforma una matriz perteneciente a la original de 4 medios de transporte y 3 formas de compactación.

Las variantes de compactación evaluadas serán tres:

• pacas obtenidas con empacadoras móviles (PM) para la elaboración de forrajes. Esta alternativa ha sido previamente probada en la compactación de paja de caña para suplir déficits de bagazo (24) con pacas de 1000. 500.500 mm, densidad media de 135 kg/m³ y masa de 33 a 35 kg,
• pacas obtenidas con empacadoras fijas (PFCh) de pequeña capacidad, situadas en los Centros de Beneficio (CB). Esta variante existe sólo en prototipo y debe producir pacas de 600.400.400 mm, densidad media de 250 kg/m³ y masa de 24 kg,
• pacas obtenidas con empacadoras fijas de gran capacidad, similares a las utilizadas en la compactación de papel y cartón de reciclaje. Esta variante ha sido probada en campo (24) (73) y produce pacas de 1 200.800.800 mm, densidad media de 345 kg/m³ y masa de 260 a 265 kg.

La transportación, por su parte, se considerará:

• en camiones pequeños de 8 t de capacidad nominal (CP8t) con camas rígidas de 4,52. 2,43.1,52 m que consumen 0,44 L/km,
• en camiones medianos de 10 t de capacidad nominal (CM10t) con camas rígidas de 6,1.2,32.2,2 m que consumen 0,48 L/km,
• en camiones grandes de 20 t de capacidad nominal (CG20t) con cama rígida y un remolque ambos de 6,1.2,43.2,2 m que consumen 0,52 L/km,
• en remolques de 35 t de capacidad nominal (R35t) de 12,0.2,8.2,5 m que consumen 0,56 L/km,
• en trenes (FC) con 16 vagones de 12,0.2,6.2,73 m que consumen como promedio 8,96 L/km.

Como son conocidos los volúmenes de cada una de las formas de densificación (pacas) y las dimensiones de cada medio de transporte, puede estimarse qué cantidad de biomasa es posible transportar por cada variante según sea la densidad de cada paca. En la práctica este resultado puede variar según el plan de carga del medio de transporte pero, a los efectos de este análisis, las diferencias pueden ser despreciadas.

Se asume una distancia media d