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

Indice
1.
Introducción
2. Discusión
Bibliográfica.
3. Herramientas y
métodos.
4. Localización de la central
termoeléctrica.
5. Selección de alternativas de
solución al problema del abastecimiento de
combustible.
6. Diseño del proceso de
abastecimiento de combustible.
7. Conclusiones.
8. Bibliografía

1.
Introducción

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.

2. Discusión
Bibliográfica.

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.

3. Herramientas y
métodos.

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.

4. Localización
de la central termoeléctrica.

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.

5. Selección de
alternativas de solución al problema del abastecimiento de
combustible.

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:

donde,

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 de 60 km que corresponde a
la que existe entre los 11 centrales abastecedores de paja de
caña de la provincia y la Central
Termoeléctrica.

El área de soluciones factibles excluye ahora la
variante de compactación de pacas con empacadora
móvil (PM) y las de transportación con camiones de
8 y 10 t de capacidad nominal de carga. Por lo que las
alternativas a evaluar se reducen hasta este punto del
análisis a 288. (Anexo No.6. Tabla No.1: 3er Acercamiento
considerando la Relación Energética Neta. 1era
Parte)

Por lo que implicaría en el proceso de cosecha
cañera, se analiza separadamente la variante inicialmente
declarada de obtención de la paja en el central que
significaría la transportación de la caña
sin limpiar hasta el central (I) donde se ubicaría una
estación de limpieza a la entrada del basculador. De esta
manera los orígenes de obtención del combustible
serían los 12 centrales abastecedores de paja a la CTE y
en ellos se ubicarían las compactadoras. (68) (74) (82)
(127)

Sería preciso evaluar inicialmente las
modalidades de transportación -compactación. En
este caso se valoran los medios de transporte usados actualmente
en la zafra y las dos variantes de compactación que quedan
aceptadas. Para ello, se conforma una matriz perteneciente a la
original que incluya los medios de transporte campo –
ingenio.

En esta etapa de análisis se hace
abstracción del paso de almacenamiento de la paja
compactada y se concentra la atención en la parte del
proceso logístico de obtención y transporte en
todas sus variantes considerando que la paja siempre irá
junto a la caña hasta el central.

No se consideran los camiones de capacidades superiores
a 10 t dentro del campo por las consecuencias negativas que desde
el punto de vista agrotécnico tiene la utilización
de equipos de gran peso en los campos de cultivo de
caña.

A pesar de que las carretas tiradas por tractores en
cantidad de 2 y hasta 3 en ocasiones, son muy utilizadas en el
tiro de caña a distancias cortas, se desechó esta
variante en el primer acercamiento.(153)

Las combinaciones de medios de transporte se asume que
ocurren en los transbordos de los Centros de Beneficio, por lo
que ninguno de los medios de transporte cuyo uso en el campo
queda excluido se considerará como primer elemento de las
posibles combinaciones a evaluar.

El análisis se realiza para 12 variantes posibles
asumiendo una distancia de 15 km para tiro directo a basculador y
de 5 km hasta el Centro de Beneficio y 10 km hasta el ingenio
cuando ocurran transbordos.

Se determinó el volumen medio de caña con
paja (I) que arriba a los CB en los medios de transporte elegidos
para el análisis (CP8t, CM10t, CG20t) para poder estimar
cuál sería el volumen de caña integral que
cargaría un vagón – jaula de ferrocarril de
vía ancha (FC) y un remolque de 35 t (R35t) a partir de
las dimensiones da cada uno. Para ello se realizó un
estudio como se detalla a continuación:

• se estratificaron los 43 Centros de Beneficio de la
  provincia siguiendo el criterio de su posición
  geográfica,
• se dividió la provincia en 5 zonas: Noroeste,
  Sudoeste, centro, Norte y Noreste que corresponden con la
  zonificación de cosecha cañera,
• se realizaron 19 observaciones simultáneas de
  4 horas de duración en Centros de Beneficio elegidos
  aleatoriamente en cada una de las zonas definidas durante la
  zafra 1 996 – 97 con una frecuencia de 7
  días,
• se compararon estos resultados con los
  comportamientos históricos de estos
  parámetros.
• en comparación con los resultados de una
  investigación similar realizada en Hawai durante 10
  años (68) (74) (82) (127) no presentan diferencias
  notables con los obtenidos.

Se pudo determinar el aprovechamiento de la capacidad
nominal de carga de los camiones de 8; 10 y 20 t que se
tomó como punto de referencia para estimar un
aprovechamiento de la capacidad volumétrica de carga de
los remolques de 35 t (R35t) y del ferrocarril (FC):

Partiendo de que las capacidades nominales y
volumétricas de los medios de transporte analizados sean
proporcionales, se decide investigar el aprovechamiento de la
capacidad nominal utilizando el análisis de
regresión lineal simple.

Se pudo demostrar que la variable de carga transportada
está relacionada con la capacidad nominal de los camiones
por la ecuación:

Carga transportada = – 7,9166 + 2,1603. Capacidad
Nominal – 0,0642 (Capacidad Nominal)2

con un coeficiente de determinación de 76,00% que
muestra que el modelo es válido por su alto nivel de
significación confirmado con la prueba F para la
confiabilidad.

Si se considera que la muestra elegida para determinar
el aprovechamiento es representativa se asume que:

• en la medida en que aumenta la capacidad
  volumétrica de carga del medio de transporte aumenta
  también su aprovechamiento transportando caña
  sucia,
• que este aumento sigue una función
  cuadrática,

por lo que se estimará un aumento del
aprovechamiento de la capacidad volumétrica de carga
directamente proporcional al propio aumento de esta capacidad
para los medios de transporte considerados en este estudio que no
se utilizan para el transporte de caña sucia en la
zafra.

Se estima entonces una capacidad de carga de 30 t para
los remolques de 35 t (R35t) y de 32 t para los vagones de
ferrocarril (FC) teniendo en cuenta que el propio proceso de
formación de los trenes provoca un acomodo de la carga que
propicia cierto aumento del aprovechamiento de la capacidad
volumétrica de los vagones y que implicaría asumir
que un tren de 16 vagones pueda transportar 512 t de caña
sucia.

La secuencia de cálculo se
basa en los criterios expuestos anteriormente con la sola
excepción de que en esta variante se transporta un
producto que tiene varios subproductos energéticos:
azúcar, bagazo, mieles, cachaza y aguas
residuales.

Se decide, entonces, hacer abstracción de
aquellos productos que no se utilicen para la generación
de vapor y electricidad para el procesamiento de la caña y
concentrar la atención en la paja y el bagazo utilizando
el criterio expresado por Gálvez (54) y convirtiendo el
bagazo a paja equivalente según la formulación
definida anteriormente (fórmula 2) sin dejar de considerar
que parte de las aguas residuales consideradas por Gálvez
aumentan en 25% el peso de la paja y en 50% el del
bagazo.

Del análisis efectuado, y aplicando el criterio
declarado anteriormente de aceptar la mejor tercera parte de las
variantes evaluadas, se aceptaría las modalidades de
abasto de caña sin limpiar hasta el central con trasbordo
en los Centros de Beneficio con las siguientes
combinaciones:

• CP8t/R35t,
• CM10t/R35t,
• CP8t/FC y
• CM10t/FC.

De los resultados de ambas matrices se
concluye que la obtención y compactación de la paja
se hará en el en el central por lo que, aplicando el
criterio del sentido común, se descartan todas aquellos
valores de variables que impliquen un retorno en el proceso lo
que lleva a continuar el análisis de un total de 36
variantes. (Anexo No.7. Tabla No.2: 3er Acercamiento considerando
la Relación Energética Neta. 2da Parte, Caña
Integral.) (Anexo No.8: Resultados del 3er
Acercamiento.)

d) 4to Acercamiento considerando criterios de costo.
En esta etapa se analizará la relación existente
entre los procesos de almacenamiento y los de
transportación a partir de que tanto la obtención
como la compactación fueron definidas en las etapas
anteriores.
Como existen tres posibilidades diferentes de almacenamiento: en
los ingenios (I), en almacenes intermedios (AI) o en las
inmediaciones de la termoeléctrica (AF) sería
necesario entonces evaluar un total de 25 variantes de
almacenamiento – transporte si se tiene en
consideración que el almacenamiento intermedio
implicaría dos procesos de transportación y que no
se incluye la variante de transporte por ferrocarril (FC) desde
cada central hasta los almacenes intermedios pues en realidad en
la provincia objeto de estudio no existen conexiones ferroviarias
adecuadas entre los diferentes centrales azucareros.

El número de almacenes intermedios pudiera variar
pero existen condiciones para su localización que lo
limitan. Estas son:

• estar en zonas llanas,
• estar en zonas vastas,
• no afectar grandes plantaciones de
  caña,
• estar en zonas donde existan reservas suficientes de
  agua,
• estar en zonas donde haya fuerza de
  trabajo disponible,
• ubicarse en un CB o central con gran capacidad de
  procesamiento,
• un almacén deberá estar situado
  inmediato a la CTE y
• estar acoplado al FC central.

En la provincia de Cienfuegos existen tres lugares que
cumplen con esos requisitos y esta será la cantidad que se
considerará.

Al aplicar el criterio de la Relación
Energética Neta (REN) se observa que no es representativa
la diferencia en cuanto a los gastos energéticos de la
transportación en dependencia con la ubicación de
los almacenes si se consideran distancias medias entre las
diferentes variantes de almacenamiento.

Se acude entonces al análisis de costos aplicando
el criterio del trade off logístico entre los costos de
almacenamiento y de transportación. Como en este caso
todavía no se está realizando un diseño
detallado del proceso logístico sino que se está
decidiendo qué variante de abastecimiento se va a utilizar
no sería necesario detallar en cada uno de los aspectos
sino considerar aquellos que resulten más
significativos.

El proceso de almacenamiento de paja de caña como
combustible no está normado por lo que se han considerado
como base del análisis las Normas Cubanas:

• NC 96 – 01 – 05: 89. SNPCI.
  Almacenamiento de bagazo de caña de azúcar en
  pacas. Requisitos Generales,
• NC 96 – 02 – 09: 87. SNPCI. Instalación de
  sistemas de suministro de agua. Requisitos Generales
  y
• NC 96 – 03 – 01: 87. SNPCI. Protección contra
  las descargas eléctricas atmosféricas.
  Clasificación y Requisitos Generales.

Estas normas especifican la manutención a cielo
abierto del combustible con sistema de primero que entre primero
que sale (FIFO) que propicie la continuidad del secado de la paja
luego de compactada, permita mayor libertad de
acción en caso de incendios y
disminuya el costo inicial de construcción dada la gran
capacidad estática que estas instalaciones demandan. Lo
que coincide con otras recomendaciones hechas como resultado de
estudios efectuados en Hawaii en la década del 80. (68)
(74) (82) (39)

De la misma forma se regula la construcción de
almacenes de biomasa empacada estableciendo la manutención
en tongas piramidales de 40.20.10 m como máximo, regula
las distancias de almacenamiento y la distribución de las
pirámides en zonas de almacenamiento de 6 pirámides
cada una.

Este sistema de normas exige la existencia de reservas
de agua equivalentes al volumen de una pirámide e
instalaciones de bombeo con flujo de entrega superior a los 40
L/s. La densidad de las pacas deberá ser superior a los
200 kg/m3 que garantice que la pirámide no se derrumbe ni
que penetre el agua de
lluvia aumentando la humedad del combustible. (39)
(68)

Con estas especificaciones se ha considerado una
pirámide – tipo de pacas donde largo, ancho y altura
coinciden que alterna dos camadas iguales de pacas cada vez hasta
llegar a 12 camadas de 8 402 pacas en total y 2 226 t de
capacidad total. Esto implicaría la construcción de
56 pirámides.

Como criterio de costos de inversión inicial del
almacén se tomará el conjunto de costos más
significativo en que habría que incurrir con independencia
del tamaño del almacén, ellos
serían:

• área a pavimentar conocido el precio por
  área de pavimento,
• cisterna exigida por la norma para cada
  almacén,
• casa de bombas que para
  este caso es siempre el mismo
• grúa necesaria para la formación de las
  pirámides.

La NC 96-01-05: 89 establece que se creen áreas
de almacenamiento de 6 pirámides cada una con distancias
entre sí de 10 m y distancias a la cerca perimetral y a la
próxima zona de almacenamiento de 50 m. Como se
deberán armar 56 pirámides para garantizar la
demanda anual de la Central termoeléctrica esto implica un
total de 9 zonas de almacenamiento.

Cada zona de almacenamiento por sí sola
implicaría pavimentar 7 200 m2 lo que motivaría que
la construcción de un almacén en las inmediaciones
de la Central Termoeléctrica (AF) significaría el
pavimento de 154 000 m2, la adquisición de al menos una
grúa y la construcción de una casa de bombas con su
correspondiente cisterna.

Para simplificar el análisis se halló la
cantidad media de pirámides de paja – combustible
que cada central tendría que mantener si fuera a almacenar
el combustible que va a abastecer a la CTE (I) por lo que
correspondería a cada uno la construcción de un
almacén con capacidad para 5 pirámides de 34 200
m2, la adquisición de una grúa y la
construcción de una cisterna con su correspondiente casa
de bombas.

Se procede a asumir que la construcción de
almacenes intermedios (AI) implicaría la
pavimentación de tres áreas algo superiores a 63
000 m2 cada una, la adquisición de tres grúas y la
construcción del mismo número de cisternas y casas
de bombas.

Para el análisis del posible trade off
logístico se asume un costo del combustible de 0,14 p/L
(101) y de 2,41 p/m2 de pavimento (IPROYAZ, Habana, 1 995). De la
misma forma se toman como referencia el costo de
construcción de una cisterna con capacidad de 2 000 m3 de
agua a un costo de 2 573,26 p, el de una estación de
bombeo de 40 L/s a un costo de 4 736,82 p y la oferta de
grúa marca COMANSA que
cumple los requisitos para la formación de
pirámides de 40 000,00 p.

Resumidos estos gastos de inversión por variante
de almacenamiento se obtendría:

En el análisis realizado se consideraron los
gastos de inversión por tonelada de combustible a
abastecer en una zafra, los gastos de amortización anual
por tonelada de combustible considerando una vida útil de
15 años para la instalación de almacenamiento
así como los gastos de combustible convencional necesario
para la transportación de la demanda de paja –
combustible de la Central Termoeléctrica en un año
por tonelada de combustible transportado. Se siguió el
principio declarado inicialmente de aceptar la mejor tercera
parte de las variantes analizadas.

En el caso del almacenamiento intermedio (AI) no se
tuvieron en cuenta las transportaciones con medios de baja
capacidad nominal (CP8t y CM10t) que fueron descartados para la
transportación de caña integral (Int) en
acercamientos anteriores. Estos medios de transporte sí se
consideraron en las variantes de almacenamiento en los ingenios o
en las inmediaciones de la CTE (I; AF) debido a que las
producciones de paja – combustible que se obtienen en un
día justificarían en un inicio su
utilización.

Los resultados del análisis efectuado aparecen en
el Anexo No.9.Tabla No. 3: 4to Acercamiento considerando
criterios de costo. De ello se concluye que la formas de
almacenamiento recomendable es la de almacenes intermedios (AI),
la transportación desde los centrales a dichos almacenes
deberá realizarse en camiones de alta capacidad nominal o
remolques (CG20t y R35t) y desde los almacenes intermedios hasta
la CTE en remolques o por ferrocarril (R35t y FC).

Descripción del proceso resultante.
Se selecciona finalmente la variante de Obtención,
Compactación, Transporte y Almacenamiento que a
continuación se describe. (Anexo No.10: Diagrama de
Flujo del Proceso de Abastecimiento de Combustible.
Versión preliminar.)

Obtención:
La obtención de la paja – combustible se
realizará en cada uno de los centrales abastecedores de la
CTE (I) por lo que ocurrirá una modificación
inicial en los métodos de cosecha utilizados
tradicionalmente.
Los centros de beneficio (CB) se convertirán en estaciones
de trasbordo en los casos en que las distancias hasta el central
excedan los 10 km. En ellos se realizará el pesaje de la
caña.

El transporte hasta las estaciones de trasbordo se
realizará en camiones ligeros preferentemente de 10 t de
capacidad (CM10t) que no afecten significativamente la calidad de
los suelos de los cañaverales por compactación pero
resulten eficientes energéticamente.

El transporte hasta el central se hará en
ferrocarril o remolques de 35 t de capacidad (R35t y FC) que son
capaces de transportar cantidades significativas de materia prima
a costos relativamente bajos.

La limpieza de la caña para su procesamiento se
ejecutará en estaciones de limpieza concentradas a la
entrada del basculador de cada uno de los centrales donde se
ubicará la empacadora de paja de caña.

Compactación:

Se hará en empacadoras fijas (PFG) de más
de 100 t/d de capacidad en pacas de 0,8.0,8.1,2 m con densidad de
345 kg/m3 que se suministrarán a los medios de transporte
para su traslado al almacén.

Almacenamiento:
Será en almacenes intermedios (AI) situados en los lugares
que cumplan los requisitos de localización establecidos
para estos fines cumpliendo para su diseño detallado con
las normas establecidas para el almacenamiento de bagazo
empacado.

Transporte:
El transporte desde los centrales hasta el almacén
intermedio se realizará en camiones de más de 20 t
de capacidad nominal (CG20t) o en remolques de 35 t (R35t)
siempre que el transporte por ferrocarril no sea posible.
El transporte desde los almacenes intermedios (AI) hasta la CTE
se hará en remolques de 35 t (R35t) o en ferrocarril (FC)
dando prioridad a este último.

6. Diseño del
proceso de abastecimiento de combustible.

Problema Logístico:
Suministro de 125 000 t de paja empacada (considerando una merma
de 40 a 45%) como combustible a una Central Termoeléctrica
de 20 MW de potencia para generar 3 900 horas anuales sin
interrupciones con variaciones en los niveles de
generación por hora del día de acuerdo a la demanda
del sistema, 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 diseño del sistema se toman como
referencia los modelos de Dinámica Industrial,
Evaluación de Sistemas Productivos y Modelo General de
Organización sin particularizar ninguno pero tomando
criterios de todos.

Longitud del proceso a diseñar:
El proceso a diseñar comienza en la compactación y
culmina con la entrega del combustible en el almacén
inmediato a la caldera de la Central Termoeléctrica.
Quiere decir, que la primera operación sería el
llenado de la tolva de la compactadora en cada uno de los
centrales y la última la llegada del medio de transporte
al almacén final de combustible. (Anexo No. 10: Diagrama
de Flujo del Proceso de Abastecimiento del Combustible.
Versión Preliminar.)

Determinación del volumen de combustible a
abastecer:
Para la determinación del volumen de combustible
disponible se consideró la información
estadística de las zafras de la última
década (1 989 – 1 998). Se seleccionó la
mejor zafra de cada central pues calcular una media no
resultaría representativa al ocurrir en los últimos
años un declive paulatino de los rendimientos.
Los contenidos de paja en caña se obtienen a partir del
porcentaje declarado en el análisis bibliográfico
de 12 – 17% por tonelada de caña en el basculador
del central. (15%). Los resultados son los siguientes:

Las mermas del combustible durante el
proceso consideradas (30 a 45%) parten de estimados hechos por
especialistas de la Empresa de Inversiones para la Industria
Eléctrica (INEL) y el Instituto de Proyectos Azucareros
(IPROYAZ) teniendo en cuenta experiencias referidas en la
bibliografía y
estimados empíricos y se distribuyen en:

• 8 a 10% de compactación, (10%)
• 10% de transporte (se asume un 3% en el primer
  transporte y 7% en el segundo considerando que luego del
  almacenamiento ha ocurrido cierto deterioro del empaque y hay
  menor humedad en la paja)
• 12% de mermas en peso por disminución de
  humedad de 37% a 25% como promedio.
• 8% de mermas mecánicas de almacenamiento
  y
• 13 – 15% de mermas de manipulación
  posterior al almacenamiento.

Características del proceso de
Compactación:
La cantidad de empacadoras necesarias por central se
determinó tomando como referencia las mermas estimadas
durante la compactación oscilantes entre 8 y 10% (10%). El
cálculo del número de empacadoras necesarias, los
operarios y la cantidad turnos necesarios aparecen en el Anexo
No. 11: Detalles de la compactación y medios de transporte
necesarios.
No se consideran en el cálculo las actividades del proceso
que se prevea sean realizadas por terceros como el transporte y
el número de operarios se determinó a partir de las
experiencias de las estaciones de compactación de papel y
cartón que utilizan equipos similares a los propuestos y
las del Central Majibacoa en compactación de paja de
caña realizadas en 1 996.

Se considera un operador y un ayudante por empacadora y
un operador de montacargas por estación de empacado que
debe ser suficiente si se considera que el proceso de empacado
dura más que el de carga de los medios de
transporte.

Como el diseño se hace basado en las
características de los modelos anteriormente descritos, se
considera el tiempo de formación de una pirámide en
el almacén intermedio como el punto de referencia para
esta parte del proceso, lo que motiva a describir este proceso
antes de continuar con el diseño.

Características del Almacenamiento:
La normativa más parecida a la que deberá crearse
para el almacenamiento de paja de caña empacada para su
utilización como combustible es la referente al
almacenamiento de bagazo empacado cuyo contenido se
detalló anteriormente, (34) (35) (36) (39). En ella se
establece el almacenamiento a cielo abierto en pilas de forma
piramidal de 40 m de largo, 20 de ancho y 10 de altura sin
especificar acerca de las pendientes de la pirámide. Para
aumentar el aprovechamiento del área destinada al
almacenamiento se ha diseñado una pirámide como se
describe en el Anexo No. 12: Detalles de las pirámides de
pacas de paja de caña. Esta pirámide tendría
un total de 8 402 pacas y sería formada con ayuda de una
grúa de más de 20 m de pluma.

La paja empacada tiene baja densidad con relación
en comparación con otros tipos de carga. El
aprovechamiento de la capacidad de carga de la grúa
resultaría bajo pues el propio volumen de la carga
imposibilita manipular más de 4 pacas cada vez. Por otra
parte, la operación de formación de la
pirámide implica operaciones sucesivas de la grúa
que duran como promedio 6,30 min que significarían un
total de 110,25 h (4,6 d) de utilizarse dos grúas como se
explica más adelante.
Como la producción de pacas es un proceso más
rápido que la formación de las pirámides, se
hace necesario acudir a algún medio que permita mantener
la carga en espera de ser debidamente almacenada sin afectar el
proceso de transportación.

Se propone, entonces, la utilización de paletas
especiales de 2,4 m de lado que permitan entongar la carga
provisionalmente y liberar los camiones disminuyendo los tiempos
improductivos. Los tiempos de empacado y carga de los camiones,
detalles de las paletas, las diferentes modalidades de
entongamiento de la carga y los planes de carga para los camiones
(CG20t y R35t) aparecen en el Anexo No. 13: Detalles del Plan de
Carga.

La paleta de 2,4 m de lado permite entongar 12 pacas en
dos camadas alternas por el largo o 9 pacas en una camada sobre
el lado de menor área. El proceso de entongue de las pacas
en las paletas se realizaría por los ayudantes de operario
simultáneamente con la compactación con ayuda de un
winche de acuerdo al tipo de camión según se
detalla en el Anexo No. 13: Detalles del Plan de
carga.

El transporte a los almacenes intermedios será
automotor con camiones de 20 t de capacidad (CG20t) y remolques
articulados de 35 t de capacidad (R35t). La distribución
numérica por capacidad y central tributario puede ser
determinada aplicando métodos heurísticos siempre
que se de prioridad a los R35t que tienen mayor capacidad de
carga para similares consumos de combustible.

Características de los Almacenes Intermedios:
La localización de los almacenes intermedios se
realizó cumpliendo los requisitos detallados en el
Capítulo 3 correspondiendo a los centrales 1ro de Mayo,
Ciudad Caracas y 5 de Septiembre.
La determinación de su capacidad de recepción se
realizó con la ayuda de un modelo de transporte atendiendo
a los aportes de paja por central y las distancias a recorrer
para diferentes capacidades de almacenamiento buscando obtener un
tráfico mínimo,
Se consideraron los centrales incluidos en radios de diferentes
distancias comenzando por 15 km alrededor de cada uno de los
almacenes intermedios tomando como capacidad de recepción
del almacén intermedio la suma de los aportes de cada uno
de los centrales tributarios que perteneciera al área
definida.

No se evaluó la posibilidad de que un central
tributario aportara a más de un almacén y se
asignó inicialmente a cada almacén una capacidad de
recepción diaria equivalente a los aportes del central
donde estuviera ubicado. La formulación del modelo es la
siguiente:

Definición de la variable:
Xkj Cantidad de paja a transportar desde el central k
hasta el almacén i
donde;

k pertenece a los números reales k (1;…
;12)

j pertenece a los números reales j
(1;…;3)

Restricciones:
Envío desde cada central tributario hasta cada
almacén intermedio:

x11 + x12 + x13 =
Ok+1

x21 + x22 + x23 =
Ok+2

. . . .

. . . .

x121 + x122 + x123 =
Ok+12

donde:

Ok oferta de paja de cada central tributario
k

Recepción diaria de cada almacén
intermedio de la paja proveniente de cada uno de los centrales
tributarios.

Xk+1 j=1 + xk+2 j=1 + xk+3
j=1 + . . . + xk+12 j=1 =
Dj=1

Xk+1 j=2 + xk+2 j=2 + xk+3
j=2 + . . . + xk+12 j=2 =
Dj=2

Xk+1 j=3 + xk+2 j=3 + xk+3
j=3 + . . . + xk+12 j=3 =
Dj=3

donde;

Dj Capacidad de recepción diaria de
paja de cada almacén intermedio

Función Objetivo:

MIN Z = Ckj * Xkj

donde;

Ckj Costo de transportación desde el
central tributario k hasta el almacén

intermedio j.

Se evaluaron tantas alternativas como combinaciones
lógicas hubo (62) hasta obtener un tráfico
mínimo, con relación al resto de variantes
evaluadas, de 22 521,20 t-km, que correspondería a las
siguientes capacidades de recepción diaria:

Es un principio de la generación eléctrica
que hayan disponibilidades de combustible equivalentes a 4
días de generación lo que significa, en este caso,
un total de 1 480 t de paja y se ha considerado que sea el propio
1ro de Mayo quien las suministre para evitar lazos innecesarios
en el proceso de abastecimiento. De la misma manera se excluye la
paja combustible equivalente a 6 días de paradas por
reparación durante la zafra (12 h cada 12 días)
más 3 días de reserva por paradas imprevistas
según los datos históricos de paradas de este
central. Este combustible se empacará pero no se
prevé que se almacene y representa un total de 3 604 t que
se reducen de la capacidad del almacén intermedio del
propio central.

La formulación utilizada para determinar la
capacidad de los almacenes fue:

Cap = (E * Ac) + [(E – S) * (dz –
Ac)]

donde,

Cap – capacidad del almacén intermedio (t)
E – capacidad de recepción diaria (t)
Ac – días de acumulación del combustible (d)
S – entrega diaria de combustible (t)
dz – días de zafra (d)

Los cálculos referentes a la capacidad de los
almacenes intermedios aparecen en el Anexo No. 11. Tabla No.4:
Detalles del proceso de compactación, transporte y
capacidad de los almacenes.

Como se explicó en el Análisis
Bibliográfico, estudios realizados sobre la
relación entre los parámetros de calidad de la paja
de caña almacenada en pacas y el tiempo de almacenamiento
muestran que el período óptimo de almacenamiento es
de 90 d que es la cantidad considerada en el cálculo como
de entrada continua al almacén sin salidas. Por otra
parte, el sistema está concebido para que la Central
Termoeléctrica genere con el bagazo del 1ro de Mayo
durante la zafra acudiendo a la paja de este propio central
solamente cuando ocurran interrupciones de la zafra como se
explicó.
Las salidas de paja combustible de los almacenes intermedios
serán proporcionales a su capacidad con relación al
total de combustible almacenado para garantizar el vaciado de los
almacenes intermedios alejados de la Central
Termoeléctrica a la vez y no congestionar el proceso en
caso de que hayan aún existencias de combustible cuando
comience la próxima zafra lo cual no puede ser probado a
esta altura del diseño sin utilizar la simulación.
Las proporciones que corresponderías a cada almacén
intermedio serían: 57% a Ciudad Caracas y 43% a 5 de
Septiembre, pero de utilizarse la simulación estos
porcentajes pudieran cambiar.

El área de cada almacén intermedio se
calcula según la NC 96 – 01 – 05: 89.
Almacenamiento de bagazo de caña de azúcar en
pacas. Requisitos Generales (34) y se detalla en el Anexo No. 14:
Almacenes Intermedios. Corresponde a cada almacén
intermedio las siguientes áreas:

Las necesidades de equipos y fuerza de trabajo por
almacén se estiman como sigue:

Las necesidades del almacén intermedio de 1ro de
Mayo se han considerado menores pues este almacén
actuará como reserva para interrupciones de suministro de
los otros.

Durante el almacenamiento ocurren mermas por
pérdida de humedad y mecánicas propias del propio
almacenamiento y la manipulación para armar y desarmar las
pirámides (20% en total) por lo que los volúmenes
de paja combustible que en realidad deberán entregar los
almacenes intermedios serán:

Características de la transportación desde
los almacenes intermedios hasta la Central
Termoeléctrica:

El transporte se hará preferentemente por
ferrocarril en vagones – jaula de 12 m de longitud, 2,6 m
de ancho y 2,73 m de alto que pueden transportar 90 pacas cada
una según el plan de carga realizado haciendo coincidir
alto, ancho y alto de pacas y vagón para un
aprovechamiento de la capacidad volumétrica de carga de
cada vagón de 82%.

Las condiciones de la vía hacen que en este tramo
desde el Central Ciudad Caracas hasta el 1ro de Mayo, pasando por
el 5 de Septiembre sólo puedan transitar trenes de 16
vagones o menos lo que indica que cada tren puede cargar 1 440
pacas equivalentes a 381 t por lo que se necesitan 2 trenes
diarios para la transportación o 1 tren y 14 viajes de
R35t. Según las existencias en los almacenes se hace
necesario un número total de 391 viajes por ferrocarril.
Se ha considerado que el tren sea la opción preferida y
que el transporte automotor se utilice solamente cuando no quede
otro recurso.

El proceso de carga de un tren con paja de caña
resulta muy lento pues cada operación completa de la
grúa con 4 pacas de una vez dura 6,30 min lo que hace que
un vagón demore en ser cargado 144,9 min y un tren 0,91 d.
Esta situación motiva a considerar la utilización
de 2 grúas por almacén para disminuir el tiempo de
carga a la mitad y garantizar el abasto demandado.

Por la misma razón se hace necesarios estimar un
número total de vagones de ferrocarril equivalente a tres
trenes (48 vagones) que permita que siempre hayan vagones en
espera de ser cargados, otros en trayecto y otros en descarga y 1
locomotora de capacidad media pues el peso bruto del tren no es
significativo.

De acuerdo a las distancias entre los almacenes
intermedios y la central termoeléctrica se requieren 124
min de recorrido total que incluyen una espera de 25 min para
enganchar los vagones del almacén intermedio de 5 de
Septiembre.

En resumen el proceso transcurriría de la
siguiente manera:

• Carga de 9 vagones en Ciudad Caracas por 652,5
  min,
• Carga de 7 vagones en 5 de Septiembre por 507,15 min
  y simultáneamente con la del 5 de
  Septiembre,
• Comienza carga de los 9 vagones restantes en 5 de
  Septiembre,
• Recorrido del tren desde Ciudad Caracas hasta 5 de
  Septiembre por 51 min,
• Enganche de los 7 vagones de 5 de Septiembre por 25
  min,
• Recorrido del tren desde 5 de Septiembre hasta el
  almacén de la central termoeléctrica por 48
  min,
• Recogida de los vagones vacíos por 25
  min,
• Retorno hasta 5 de Septiembre por 48 min,
• Desenganche de 7 vagones por 25 min,
• Continúa trayecto hasta Ciudad Caracas por 51
  min,
• Desenganche de 9 vagones en Ciudad Caracas por 25
  min,

De representarse este proceso en un Gráfico de
Gant se obtendría que el primer ciclo completo del tren
durará 15, 83 h, el segundo 13,41 h y, a partir del tercer
ciclo que durará 11,00 h, se estabilizaría el
tráfico de 2 trenes diarios.

Si el proceso de carga de los trenes comenzara 2
días antes del comienzo de la demanda de abastecimiento
continuo con paja de caña a la Central
Termoeléctrica, puede utilizarse una sola locomotora para
dos viajes diarios sin interrupciones por demoras hasta tanto no
se recese en la generación eléctrica por
reparaciones. Sin embargo, esta situación totalmente
hipotética no puede ser demostrada sino con la
simulación. Los detalles del proceso aparecen en el Anexo
No. 15: Diagrama de Flujo Detallado.

Como durante el proceso de transportación por
ferrocarril se estima una merma de 7%, la cantidad de combustible
que se pondría a disposición de la Central
Termoeléctrica sería de 161 265,97 t.

Estimación del costo de la tonelada de
combustible:
Para que la paja de caña resulte competitiva con
relación a los combustibles convencionales, el costo de
una tonelada no debe exceder 27,50 p que sería el costo de
su equivalente calórico en combustibles convencionales
(fuel oil No. 6 a 110,00 p/t). Este será el valor de
referencia que se tendrá en cuenta.
Para estimar el costo se aplicó el método ABC
(costo basado en la actividad) por lo que se dividirá el
proceso por pasos, a saber:

1. Compactación hasta carga de los
   camiones,
2. Transportación hasta el almacén
   intermedio,
3. Almacenamiento desde la descarga de los camiones
   hasta la carga de los ferrocarriles,
4. Transporte hasta el almacén de la Central
   Termoeléctrica.

1. Se asume qla variante más pesimista que
   considera que la Central termoeléctrica tenga que
   adquirir la tonelada de paja de caña a granel a 3,50 p
   que representa el 50% del precio de la tonelada de bagazo a
   granel considerando que este puede ser utilizado en otras
   industrias
   lo que no ocurre con la paja. La posición más
   optimista sería asumir costos 0 para la
   paja.

   Los equipos que participan en este proceso
   serán las empacadoras que tienen un valor de 1 500,00
   p cada una y un winche por valor de 810,00 p (Unión
   Recuperadora de Materias Primas) los montacargas se
   prevé sean alquilados a precios de 8,00 p/h (variante
   más pesimista, oferta de Almacenes Universales S.A.) o
   a 18,00 p/d (variante más optimista Ministerio de
   Comercio
   Interior). La empacadora consume 7,5 kWh y el winche es
   manual.

   El número de paletas necesarias para el
   proceso se estima en función del número de
   viajes de camión necesarios en un día en
   función del tiempo que deberán permanecer en el
   almacén en espera de ser vaciadas considerando un
   día de reserva y es el siguiente:

   Almacén.	Pacas (u/d)	Días espera	Viajes por		Total de paletas
   			CG20t	R35t	CG20t	R35t
   C. Caracas	2 608	3,22	33	23	1 115	971
   1ro de Mayo	1 915	4,39	24	17	1 034	916
   5 Septiembre	1 843	4,56	22	16	978	889

    

   Se asume el número máximo obtenido en
   el cálculo por almacén intermedio a un precio
   de 13,50 p/u (Almacenes Universales S.A.) considerando la
   adquisición del total de paletas antes del comienzo de
   cada zafra. De la misma forma se considera el alquiler de
   montacargas a 8,00 p/d (Almacenes Universales S.A.) de los
   que es necesario 1 por central.

   Adicionalmente se considera un gasto de
   mantenimiento anual de 10% del valor de los
   equipos.

   El tipo de pago que se estima se haga será
   por tonelada procesada a 0,36 p/t considerando 0,04 p/t para
   Seguridad
   Social que equivalen a unos 107 000,00 p por zafra. La
   amortización, por su parte se hará lineal para
   15 años de vida útil de la instalación
   de compactación asumiendo un 10% por encima de los
   gastos de equipamiento para instalación de los
   equipos.

   Los estimados preliminares del costo de
   compactación serían:

   	Costo pesimista (p)	Costo optimista (p)	C. Unitario pesimista (p/u)	C. Unitario optimista (p/u)
   Amortización	2 214,00	2 214,00	0,0076	0,0076
   Salarios	104 346,00	104 346,00	0,3600	0,3600
   Seguridad Social	11 594,00	11 594,00	0,0400	0,0400
   Materias Primas	1 014 473,00		3,5000
   Materiales (paletas)	218 175,00	218 175,00	0,7500	0,7500
   Materiales (Electricidad)	13 091,00	13 091,00	0,0450	0,0450
   Alquileres	285 600,00	26 775,00	0,9800	0,0900
   Mantenimiento	3 690,00	3 690,00	0,0120	0,01200
   Total	1 653 183,00	379 885,00	5,6900	1,3000

2. Costo de compactación:

   Para estimar los gastos de transporte automotor, que
   se asume sea fletado, se considerará el gasto de
   fletes para la variante de transporte más costosa
   considerando una tarifa de 0,45 p/km para los CG20t y de 0,60
   p/km para los R35t. Para ello se calculó el
   tráfico en función de los aportes de
   combustible y la localización de cada central
   tributario lo que permitió determinar que, en
   función de la distancia, era posible utilizar un solo
   camión para cada central pues el ciclo completo de
   transporte dura siempre menos de 1 h y la paja compactada
   puede ser apilada provisionalmente en espera del
   próximo camión. Los gastos totales según
   la tarifa de fletes motivan la elección de R35t para
   los centrales Espartaco, Elpidio Gómez y Pepito Tey
   mientras que los CG20t se utilizarían para el
   transporte desde el resto de los orígenes. Los
   resultados de los cálculos son los
   siguientes:

   	Gasto diario (p)	Gasto zafra (p)	Costo Unitario
   Mal Tiempo	396,00	59 400,00
   Espartaco	126,00	18 900,00
   E. Gómez	367,20	55 080,00
   Pepito Tey	320,40	48 060,00
   M. Abreu	76,28	11 442,00
   A. Sánchez	194,63	29 194,50
   G. Moncada	182,25	27 337,50
   14 de Julio	180,00	27 000,00
   Ramón Balboa	82,35	12 352,50
   Total	1 925,10	288 766,50	0,99 p/t

3. Transportación hasta el almacén
   intermedio.
4. Almacenamiento desde la descarga de los camiones
   hasta la carga de los ferrocarriles.

La inversión en los almacenes intermedios debe
ser la parte más costosa del sistema. Se consideran los
objetos más importantes de inversión como
sigue:

Los gastos de amortización se
estiman para una vida útil de 25 años que es la que
corresponde a este tipo de instalaciones y que equivaldría
a 113 495,98 p al año.

Los gastos de alquiler se estiman para 150 días
de zafra un equipo de cada tipo por almacén y 120
días de abastecimiento continuo a 2 equipos de cada tipo
en los almacenes intermedios de Ciudad Caracas y 5 de Septiembre
trabajando los 3 turnos y 1 equipo de cada tipo en el 1ro de
Mayo.

Los gastos de salario se
estiman para el coeficiente de 0,36 p/t así como los de
seguridad social
de 0,04 p/t.

Los consumos de electricidad ocurren fundamentalmente en
las bombas que trabajan 8 horas al día y consumen 8,2 kWh
además del sistema de iluminación que trabaja 12 h durante todo
el período de almacenamiento.

Se estima un 10% del valor del equipamiento de gastos de
mantenimiento. Los estimados de gastos de almacenamiento
serían:

4. Transporte hasta el almacén final.

Los gastos por transporte ferroviario se calculan de
acuerdo a la tarifa establecida de 25,00 p/d por alquiler de los
vagones y 0,04 p/t-km por servicios de transportación que
implican 240 000,00 p por el alquiler de 48 vagones por 200
días (desde que comienza el suministro de paja hasta que
se detenga la generación por reparaciones) y un total de
496 660,03 p por el servicio de transportación de 122
022,40 t desde los almacenes intermedios de Ciudad Caracas y 5 de
Septiembre.

El gasto de transporte ferroviario sería entonces
de 736 660,03 p por campaña y de 4,56 p/t.

El costo unitario de paja combustible sería de
15,22 p/t en su variante más pesimista y de 10,83 p/t en
la más optimista.

7.
Conclusiones.

1. La localización de centrales
   termoeléctricas aledañas a centrales azucareros
   que permitan, por una parte, el autoabastecimiento
   energético de la producción azucarera a costos
   competitivos y su diversificación y, por otra, el
   aumento de los niveles de satisfacción de la demanda de
   energía eléctrica del país, deberá
   hacerse de acuerdo a criterios técnicos y
   económicos acordados por un grupo multidisciplinario de
   especialistas.
2. El enfoque prospectivo, específicamente el
   Método Morfológico de Exploración Sucesiva
   de Posibilidades Técnicas, es una herramienta adecuada
   para el análisis de alternativas de solución
   técnica, económica y energética a las
   limitantes logísticas del abastecimiento de biomasa para
   la generación eléctrica.
3. El abastecimiento eficiente en costos de paja como
   combustible motiva modificaciones en el sistema de cosecha de
   la caña de azúcar cuyas implicaciones deben ser
   estudiadas cuidadosamente en investigaciones
   posteriores.
4. Los modelos de Dinámica Industrial,
   Evaluación de Sistemas Productivos y Modelos general de
   Organización deberán ser las pautas para el
   diseño de los sistemas logísticos de
   abastecimiento de paja combustible para la generación
   eléctrica.
5. La estimación preliminar del costo de la
   tonelada de paja combustible indica un intervalo entre 10,83 y
   15,22 p/t que la hacen competitiva con relación a los
   combustibles convencionales.

Recomendaciones:

1. La capacidad de producción de los centrales
   azucareros elegidos para localizar inversiones en Centrales
   Termoeléctricas cogeneradoras con paja de caña y
   bagazo deberá oscilar alrededor de las 7 000 t/d con
   zafras estables y ubicados en regiones de alta
   producción azucarera que garantice el abasto estable del
   combustible además de cumplir con otros requisitos
   técnicos previamente acordados por un grupo
   multidisciplinario de especialistas.
2. El Método Morfológico de
   Exploración Sucesiva de Posibilidades Técnicas es
   adecuado para encontrar solución a problemas
   logísticos donde el número de alternativas a
   evaluar sea alto o la cadena logística extensa siempre
   que se definan criterios de decantación
   adecuados.
3. Deberá estudiarse detenidamente el conjunto de
   implicaciones técnico – económicas que
   traería un cambio en los sistemas de cosecha
   cañera para la utilización masiva de la paja de
   caña como combustible.
4. Para el diseño preliminar de sistemas
   logísticos con altas condiciones de incertidumbre se
   recomienda seguir los preceptos de los modelos
   logísticos más abarcadores como son el de
   Dinámica Industrial, Evaluación de Sistemas
   Productivos y Modelo General de
   Organización.
5. La utilización de la simulación
   permitiría estimar un costo de la tonelada de paja
   combustible más exacto.

8.
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Anexo
No. 2: Criterios de Localización de la Central
Termoeléctrica.
Red Energética Nacional.

 Anexo No. 3: Caja Morfológica
Inicial.

Total = 5 040 variantes a evaluar.

Simbología:

Anexo No. 4: Caja Morfológica. 1er
Acercamiento.

Total = 1 680 variantes a evaluar.

Anexo No. 5: Caja Morfológica. 2do
Acercamiento.

Total = 960 variantes a evaluar.

Anexo No. 8: Caja Morfológica. 3er
Acercamiento.

Total = 288 variantes a evaluar.

Evaluación específica de la caña
integral.

Total = 12 variantes a evaluar sin considerar el
almacenamiento y transporte posteriores.

Anexo No. 12: Detalles de la pirámide de paja de
caña según NC 96 – 01 – 09: 87.
Almacenamiento de bagazo de caña de azúcar en
pacas. Requisitos Generales.

Vista Frontal.

Distribución de la Pirámide.

Anexo No. 15: Diagrama de Flujo Detallado.

Muchos hombres ven las cosas que
existen y se preguntan porqué.
Yo prefiero soñar con cosas
que nunca han existido y decirme:
por qué no?
Bernard Shaw

Resumen:
En el presente documento se resumen los resultados de una
investigación que, por 8 años, fue realizada en la
provincia de Cienfuegos para encontrar una forma de hacer
rentable el uso de paja de caña como combustible para la
generación energética en la Industria
Azucarera.
La IDEA a defender ha sido: se puede encontrar una variante
técnica y económicamente factible de
logística del suministro de paja de caña a una
Central Termoeléctrica a partir de la evaluación de
todas las alternativas posibles en las condiciones cubanas
utilizando herramientas de la prospectiva tecnológica.
Los OBJETIVOS que se plantearon para la realización de la
investigación, fueron:

• Localizar la planta cogeneradora según los
  criterios establecidos por el usuario,
• Encontrar la variante adecuada de abastecimiento de
  biomasa combustible según los criterios de
  decantación definidos,
• Diseñar el proceso de abastecimiento de
  acuerdo a los resultados obtenidos en el paso
  anterior.

Para cumplir los objetivos se desarrollaron las
siguientes TAREAS:

• Estudio bibliográfico sobre fuentes
  alternativas de energía, prospectiva tecnológica
  y logística,
• Selección de las herramientas y métodos
  para lograr el cumplimiento de los objetivos planteados en la
  investigación,
• Determinación de la localización de la
  planta cogeneradora,
• Selección de la alternativa de
  logística del suministro,
• Elaboración preliminar del diagrama de flujo
  del proceso logístico de suministro de
  combustible,
• Determinación del número de estaciones
  de compactación, necesidades de fuerza de trabajo y
  duración del ciclo,
• Cálculo del número de medios de
  transporte necesarios,
• Localización de los almacenes
  intermedios,
• Determinación de la capacidad de los almacenes
  intermedios,
• Cálculo del área de los almacenes
  intermedios, equipamiento y fuerza de trabajo necesarios y
  duración del ciclo de actividades de
  manipulación,
• Estimación de las necesidades de medios
  ferroviarios y duración del ciclo,
• Elaboración del diagrama de flujo detallado
  del proceso logístico de suministro,
• Estimación del costo de la tonelada de biomasa
  combustible.

La conclusión fundamental de esta
investigación es que es posible suministrar paja para la
generación energética a una Central
Termoeléctrica a un costo competitivo con los combustibles
convencionales de ….. p/t a partir de la utilización de
herramientas de la prospectiva tecnológica.
De la misma manera se emiten una serie de recomendaciones para la
continuación de estudios referidos al tema.

Autor:

Ana Lilia Castillo Coto

Cienfuegos, Cuba, marzo de 1960
Graduada de la Universidad de Humboldt, Berlin en 1983 como
Diplomada (Licenciada) en Economía Financiera.
Diploma Europeo de dirección y Administración de
Empresas (DEADE) en 1996.
Master en Dirección y Administración de Empresas
del Instituto Superior Politécnico José Antonio
Echeverría de La Habana, Cuba en 1997.
Doctora en Ciencias Técnicas, Ingeniería
Industrial, Logística y Gestión de Procesos en la
Universidad Central de Las Villas Marta Abreu en 1999.
Profesora Auxiliar del Departamento de Ingeniería
Industrial de la Universidad de Cienfuegos Carlos Rafael
Rodríguez desde 1983.