Marzo 2000
Autores:
Luiz Augusto Horta Nogueira
Juan Mario Gamarra Caballero
Electo Silva Lora
Felipe Ponce Arrieta
Ricardo Carpio Carrasco
Núcleo de Estudios en Sistemas Térmicos - NEST
Departamento de Ingeniería Mecánica - DEM
Escuela Federal de Ingeniería de Itajubá - EFEI
Itajubá - MG - Brasil
Este artículo fué presentado en la Conferencia Internacional "Caña de azúcar: una agenda multidimensional para el siglo XXI", organizada conjuntamente por la FAO y GEPLACEA (Grupo de Paises de Latino América y el Caribe Exportadores de Azúcar), celebrada en Santo Domingo, República Dominicana del 19 al 22 de octubre de 1999 por el Dr. Luiz Augusto Horta y sus colegas del Departamento de Ingeniería Mecánica de la Escuela Federal de Ingeniería de Itajubá en Itajubá, Mato Grosso, Brasil.
Executive summaryThis paper, (only available in Spanish), was presented by Dr. Luiz Augusto Horta and his colleagues from the Department of Mechanical Engineering of the Federal School of Engineering of Itajuba, Brazil, at the International Workshop on: "Sugar cane: a multidimensional agenda for the 21st century" co-sponsored by FAO and GEPLACEA (Latin American and Caribbean Group of Sugar Exporting Countries), which was held in Santo Domingo, Dominican Republic from 19 - 22 October 1999 . It focuses on the analysis of the diversification options of the sugar cane industry. Diversification is urgently needed due to the drastic drop of international sugar demand. Options include the production of "green" energy in the form of electricity and/or alcohol for transport. |
El sector azucarero atraviesa una profunda crisis como consecuencia de las políticas proteccionistas de algunos países y bloques comerciales, la que se intensifica por la aparición de nuevos productos de laboratorio, capaces de substituir el azúcar (edulcorantes). Este hecho se refleja claramente en la sostenida caída de los precios de venta del azúcar. Todo esto indica que existe la necesidad de diversificar la gama de productos del sector mediante la implementación de sistemas alternativos para la producción de energía y combustibles, la producción de alimento animal y de otros derivados. Estos apuntan ventajas comerciales y estratégicas que deben ser evaluadas en diferentes contextos macroeconómicos.
La industria azucarera diversificada es definida como un sistema flexible, capaz de reaccionar, variando la correlación entre los volúmenes fabricados de cada producto, a fin de operar siempre en el rango de máxima ganancia.
Un central azucarero diversificado permite un mejor aprovechamiento de los residuos de la agroindustria. Por una parte, el bagazo se valoriza cuando se utilizan tecnologías para incrementar la generación de energía eléctrica a un costo ambiental bajo. Por otro, el cogollo, y hojas las pueden ser utilizados como alimento animal, así como otros preparados a partir del bagazo hidrolizado.
Un antecedente importante en materia de estudio de diversificación fue el proyecto "La diversificación de la agroindustria de la caña de azúcar en América Latina y el Caribe" (GEPLACEA/PNUD/RLA/86/011), continuando válida la afirmación de que la diversificación es: "... fundamentalmente, una estrategia de desarrollo del sector cañero..." (GEPLACEA, 1991).
Los datos utilizados en los cálculos fueron facilitados por el central azucarero Monte Alegre, el Centro de Tecnología COPERSUCAR y tomados de referencias bibliográficas recientes.
El análisis presentado de las ventajas económicas de la diversificación fue estructurado de la siguiente manera:
El objetivo propuesto es el de cuantificar ventajas económicas de la diversificación en el contexto económico brasileño para un central de 150 t/h. Los resultados, ilustrados gráficamente, son referidos a las toneladas de caña molida, tomando en cuenta los precios y costos operativos y las inversiones iniciales, siendo así, más generales.
Son mostradas a continuación en las tablas 1 y 2 detalles de los costos, gastos y ganancias de este central azucarero (produciendo a razón de 0,12 t de azúcar/tc; 0,07 m3 de alcohol/tc y 0,028 t de melaza/tc). Debido a que se fabrican varios tipos de azúcar y que el precio de la misma varia durante el año, los cálculos fueron realizados con el valor medio del costo de este producto. En este caso el costo es de 0,177 US$/kg producida segun datos de la última zafra de 98/99. Para el alcohol se tiene un costo promedio de 278 US$/m3.
Tabla 1 - Costos médios de producción y comercialización del azúcar.
PRODUCCIÓN DE AZÚCAR |
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| ZAFRA | 94/95 | 95/96 | 96/97 | 98/99 |
| Costo de la caña(a) | 5,85 | 8,17 | 8,47 | 6,28 |
| Transformación industrial(b) | 3,12 | 2,72 | 2,50 | 1,77 |
| Transformación comercial | 1,33 | 1,73 | 1.24 | 0.80 |
| Total, US$/(saco de 50 kg) | 10,30 | 12,62 | 12,21 | 8,85 |
| Total, US$/kg | 0,206 | 0,252 | 0,244 | 0,177 |
COMERCIALIZACIÓN DEL AZÚCAR |
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| Precio de venta, US$/kg | 0,280 | 0,276 | 0,258 | 0,192 |
| Costos totales(c), US$/kg | 0,206 | 0,252 | 0,244 | 0,177 |
| Ganancia neta total, US$/kg | 0,074 | 0,024 | 0,014 | 0,015 |
a) Los valores del costo de la caña incluyen los costos del cultivo y cosecha.
b) Se refieren a todos los procesos industriales como la recepción y preparo de la caña, extracción y preparo del caldo, evaporación, cocimiento, centrifugación y secado.
c) Son calculados como un promedio de costos para los 4 tipos de azúcar fabricados.
Los precios de venta también muestran variaciones mensuales impuestas por el mercado consumidor, lo que brinda un promedio anual del precio de venta para el azúcar de 0,192 US$/kg y de 289 US$/m3 para el alcohol según referencias de la última zafra.
Tabla 2 - Costos médios de producción y comercialización del alcohol.
PRODUCCIÓN DE ALCOHOL |
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| ZAFRA | 94/95 | 95/96 | 96/97 | 98/99 |
| Costo de la caña | 159,57 | 252,92 | 271,96 | 206,69 |
| Transformación industrial | 102,97 | 97,85 | 90,44 | 70,42 |
| Transformación comercial | 3,57 | 4,37 | 8,46 | 1,69 |
| Total, US$/m3 | 266,11 | 355,14 | 370,86 | 278,88 |
COMERCIALIZACIÓN DEL ALCOHOL |
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| Precio de venta, US$/m3 | 420,00 | 415,00 | 388,00 | 289,00 |
| Ganancia neta, US$/m3 | 154,89 | 58,86 | 17,14 | 10,12 |
En la figura 1 se presenta un análisis de sensibilidad de las ganacias netas con relación a los precios de comercialización del azúcar y el acohol, manteniendo constantes los costos promedios de producción.
Figura 1 - Análisis de sensibilidad de los precios de mercado del azúcar y del alcohol sobre las ganancias netas por la venta de cada producto
Es interesante señalar que para el contexto económico analizado, las ganancias por comercialización del azúcar son menos sensibles a la variación de los precios de mercado que las correpondientes para el alcohol. En los cálculos de la ganancia por concepto de venta del azúcar está incluido también el componente correspondiente a la venta de la melaza (vendida a 60 US$/t, GEPLACEA, 1991).
Otro enfoque consiste en definir el límite de iguales ganancias y áreas de conveniencia durante la comercialización de azúcar y alcohol (figura 2). Con ayuda de esta figura se pueden definir los volúmenes de producción de cada uno de estos productos para determinadas condiciones de precios de mercado.
Figura 2 - Línea de iguales ganancias y áreas de conveniencia durante la comercialización de azúcar y alcohol.
En el caso particular del Brasil, con el objetivo de revitalizar el programa PROALCOOL y de contribuir a satisfacer la creciente demanda de electricidad, recientemente fueron definidos nuevos precios de compra para la electricidad generada a partir del bagazo por parte del sector eléctrico. El nuevo precio alcanza el valor de 44,89 US$/MWh (ANEEL, 1999).
Para el análisis de las ganancias netas que se obtendrían por concepto de generación de electricidad fueron comprendidas, además de la existente para el central caso base, otras 4 alternativas tecnológicas (Tabla 3). La alternativa A representa el sistema de cogeneración actualmente instalado en el central. Las alternativas B, C y D comprenden una nueva planta de cogeneración a partir de la instalación de calderas con diferentes parámetros de vapor y una turbina de extracción/condensación. Finalmente, en la alternativa E se incluye la instalación de una planta con gasificación integrada de biomasa y turbina a gas (BIG GT) como una variante de elevada eficiencia energética.
Tabla 3 Alternativas para el análisis de ganancias netas por generación de electricidad.
| ALTERNATIVA | A | B | C | D | E |
| Tecnología(a) | TCP | TEC-1 | TEC-2 | TEC-3 | BIG GT |
| Presión del vapor(b), MPa | 2,1 | 4,2 | 6,0 | 8,0 | 8,0 |
| Temperatura del vapor, °C | 300 | 450 | 450 | 450 | 500 |
| Capacidad de molienda, tc/h | 150 | 150 | 150 | 150 | 150 |
| Duración (zafra), h/año | 4536 | 4536 | 4536 | 4536 | 4536 |
| Duración (fuera de zafra), h/año | 2880 | 2880 | 2880 | 2880 | |
| Combustible en zafra(c) | Bagazo | Bagazo | Bagazo | Bagazo | Bagazo |
| Combustible fuera de zafra(d) | Eucalip. | Eucalip. | Eucalip. | Eucalip. | Eucalip. |
| Costos de inversión(e), US$/kW | 797 | 517 | 525 | 581 | 1700 |
| Vida útil, años | 30 | 30 | 30 | 30 | 30 |
| Tasa de interés | 0,12 | 0,12 | 0,12 | 0,12 | 0,12 |
| Potencia disponible instalada, MW | 5,4 | 15,0 | 16,3 | 18,3 | 29,2 |
| Potencia excedente en zafra, MW | 0,9 | 10,3 | 11,6 | 24,3 | |
| Costo de generación(f), US$/MWh | 23 | 32 | 29 | 27 | 27 |
a) TCP (Turbina de Contrapresión), TEC (Turbina de Extracción / Condensación), BIG GT (del inglés Biomass Integrated Gasifier Gas Turbine).
b) Para el caso de la alternativa BIG GT los valores de los parámetros del vapor se refieren a la caldera recuperadora de calor.
c) En todos los casos se consideró que el bagazo era el único combustible a ser consumido. Su costo, adoptado como cero (0) US$/t, está dado tomando en cuenta su disponibilidad como residuo. Además, todo el costo de la inversión realizada se cargó únicamente a la electricidad entregada a la red de distribución.
d) El eucaliptus fue considerado como el único combustible a ser empleado fuera de la época de zafra. El precio de este combustible fue tomado sobre el valor de 2 US$/GJ (Hall, et al., 1993), considerando que el central azucarero es productor propio de esta biomasa.
e) En el caso de las tecnologías TEC el costo específico fue calculado a partir de una estimativa, con datos de fabricantes, del costo de inversión (detalles en Carpio, et al., 1999) para este tipo de planta. La potencia considerada fue la correspondiente a la época de no zafra. En el caso de la tecnología BIG GT se parte del criterio de que esta se encuentra en fase comercial (Northern Sates Power, 1995).
f) El costo de generación es un costo medio y fue calculado considerando el uso de los dos combustibles y la cantidad total de electricidad generada en el año.
En la figura 3 se resalta la importancia económica que tiene la implementación de tecnologías avanzadas de generación de electricidad en el sector azucarero. Destacando, sin embargo, que para la capacidad de molienda que se tuvo en cuenta durante los cálculos, no se aprecia una ventaja sustancial al pasar de 4,2 a 6,0 y 8,0 MPa de presión de operación en las calderas. Considerando los volúmenes de inversión y las cantidades de energía eléctrica excedentes, la variante con 6,0 MPa de presión resulta ser la más conveniente en el momento de selección de esta tecnología.
Figura 3 - Ganancia bruta y neta por tonelada de caña molida para diferentes tecnologías de cogeneración y un precio de venta de la electricidad de 44,9 US$/MWh.
Un aspecto interesante es el significado de implementar tecnologías cada vez más eficientes. Así vemos que con la tecnología BIG GT, caracterizada por un costo de inversión más alto y por tanto, por un costo mayor de generación de la electricidad (referido a las toneladas de caña molidas), se puede obtener una mayor ganancia neta.
Para realizar los cálculos que generaron las tablas 4 y 5 a continuación se consideró lo siguiente:
Tabla 4- Datos referentes a la alimentación de ganado con puntas de caña durante la zafra y "Baleme" en el período fuera de zafra.
DATOS |
VALOR |
| Ganancia de peso diario de novillos(a), kg/día | 0,84 |
| Precio de venta de una res viva en Brasil(b), US$/kg | 1,24 |
| Consumo diario por novillo(a), kg/día | 7,50 |
| Cantidad de bagazo(c), kg | 0,22 |
| Cantidad de puntas generadas al año(d), t/año | 47546 |
| Cantidad anual de novillos capaces de ser engordados(a), novillos/año | 30187 |
| Costos de engorde en zafra(e) ), US$/(kg engordado) | 0,38 |
| Costos de engorde fuera de zafra (e), US$/(kg engordado) | 0,81 |
| Peso ganado durante la zafra(a), kg/novillo | 176,19 |
| Peso ganado fuera de zafra(c), kg/novillo | 124,33 |
a) A base de hojas de caña y cogollo, Alvarez, 1988.
b) Fuente, Suplemento Agrícola (1999).
c) Bagazo hidrolizado requerido para preparar 1 kg de ración para período fuera de zafra.
d) Fuente: Suleiman (1999).
e) Incluyendo la mano de obra (CTC, 1999).
f) Fueron tomados igual al precio estimado de los valores de recolección para los residuos agrícolas para Brasil (COPERSUCAR, 1999).
Tabla 5 - Resultados de la evaluación económica de la alimentación de ganado con puntas de caña durante la zafra y "Baleme" en el período fuera de zafra.
RESULTADOS |
VALOR |
| Costos de engorde durante la zafra(a), US$/novillo | 66,50 |
| Costos de engorde fuera de zafra (b) , US$/novillo | 100,71 |
| Precio de compra, US$/novillo (c) | 100,00 |
| Costo total para engordar 1 novillo un año, US$/tc | 12,49 |
| Obtención promedio(c), kg/novillo | 225,00 |
| Ganancia bruta, US$ /tc | 13,04 |
| Ganancia neta por novillo faenado, US$/tc | 11,79 |
| Ganancia neta total por el engorde, US$/año | 355921 |
| Ganancia neta total, US$/tc | 0,55 |
a) Fuente Alvarez (1988).
b) Con pienso especial preparada con bagazo hidrolizado, melaza y levadura, CTC (1999).
c) Para un novillo de un año de edad con 450 kg de carne de peso vivo después de carneado y cortado.
d) Para 30187 novillos por año.
Durante la zafra se propone alimentar el ganado con hojas y cogollo y en el período fuera de zafra con "Baleme". Los datos referentes a los consumos de alimento, costos específicos y ganancias en peso de los animales aparecen la tabla 4. La evaluación económica de esta propuesta (tabla 5) muestra una ganancia neta total de 0,55 US$/tc.
Un resumen de los resultados de los cálculos económicos para los productos: Ceba de ganado, azúcar y melaza y alcohol se presenta en la tabla 6. Como se observa las ganancias netas específicas correspondientes a la ceba de ganado y al alcohol son pequeñas comparadas con las correspondientes al azúcar y melaza.
Figura 4- Ganancia neta total para el central antes de la diversificación y después de diversificado incluyendo los diferentes rubros de obtención de ganacias.
Ya las ganancias producto de la venta de electricidad excedente son considerables (figura 4). Sin embargo debemos destacar que para la alternativa con turbina de extracción condensación, aún con parámetros elevados del vapor, el azúcar continua siendo el producto que proporciona mayores ganancias. Ya la alternativa con la implementación de un sistema BIG GT se caracteriza por que la electricidad pasa a ser el producto comercialmente más importante.
Tabla 6 Resultados de los cálculos económicos para los diferentes productos en el central diversificado.
CEBA DE GANADO |
AZÚCAR Y MELAZA |
ALCOHOL |
|
| Costo de producción, US$/tc | 12,49 | 21,24 | 19,46 |
| Ganancia bruta, US$/tc | 13,04 | 24,72 | 20,23 |
| Ganancia neta, US$/tc | 0,55 | 3,48 | 0,77 |
Finalmente vemos que para el contexto económico brasileño la diversificación se justifica económicamente y podría, en principio, duplicar las ganancias netas específicas de un central azucarero convencional. Para llegar a materializar este objetivo deberan ser alcanzados nuevos paradigmas tecnológicos relacionados con la disponibilidad comercial de las tecnologías BIG GT. Aquí debe jugar un papel fundamental la colaboración internacional a fin de resolver los problemas técnicos y financieros que frenan la implementación comercial de esta tecnología.
La opción por la diversificación productiva en la industria azucarera conduce, en determinados contextos, al aumento considerable de las ganancias netas específicas.
En un futuro inmediato la cogeneración con altos parámetros del vapor constituye una alternativa real de diversificación. En un futuro más distante la tecnología BIG GT apunta a ser la más atractiva.
Agradecemos al Ing. Luis Fernando P. Alves, Gerente Industrial del central azucarero Monte Alegre, al Dr. Manoel Regis Lima Verde Leal del CTC COPERSUCAR, al Ing. Alvaro Zapata del CIPAV (Colombia) por el suministro de los datos que hicieron posible este trabajo. Nuestros agradecimientos también a CAPES por las bolsas de estudios concedidas.
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